DE102011003681A1 - Method and device for adjusting the operating state of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung des Betriebszustands eines Verbrennungsmotors. Von wenigstens einem Sensor werden für den Betriebszustand des Verbrennungsmotors charakteristische Daten erfasst und an eine Regeleinrichtung weitergeleitet. Mit der Regeleinrichtung wird aufgrund der Daten ein optimaler Betriebsbereich des Verbrennungsmotors festgestellt, und der Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird gezielt an den optimalen Betriebsbereich angepasst, indem wenigstens für einen Motorbetriebsparameter, der für den Verbrennungsprozess bestimmend ist, ein Sollwert festgestellt wird, der zum Beibehalten oder Erreichen des optimalen Betriebsbereichs erforderlich ist, und der Istwert des Motorbetriebsparameters auf den Sollwert geregelt wird.The invention relates to a method for changing the operating state of an internal combustion engine. Data characteristic of the operating state of the internal combustion engine are recorded by at least one sensor and forwarded to a control device. With the control device, an optimal operating range of the internal combustion engine is determined on the basis of the data, and the operating state of the internal combustion engine is specifically adapted to the optimal operating range in that a setpoint is determined for at least one engine operating parameter that is decisive for the combustion process, which is to be maintained or achieved of the optimal operating range is required, and the actual value of the engine operating parameter is regulated to the setpoint.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors nach dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung des Verfahrens nach dem Anspruch 9 und auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 10 sowie eine Regeleinrichtung hierfür nach dem Anspruch 11.The present invention relates to a method for changing the operating state of an internal combustion engine according to claim 1. The invention further relates to the use of the method according to claim 9 and also an apparatus for performing the method according to
Der Einsatz eines Verbrennungsmotors erfolgt vorzugsweise innerhalb eines auf den Verwendungszweck des Motors zugeschnittenen, optimalen Betriebsbereichs. Ein gebräuchlicher optimaler Betriebsbereich ist beispielweise dadurch ausgezeichnet, dass der Kraftstoffverbrauch beim Betrieb minimiert ist. Der Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird daher vorzugsweise in diesem optimalen Betriebsbereich gehalten. Die Qualität der Verbrennung eines verwendeten Kraftstoff-Luftgemischs und damit der Betriebszustand hängt aber von zahlreichen Betriebsbedingungen ab, welche nicht durchgehend konstant gehalten werden können, wie zum Beispiel der Kraftstoffzusammensetzung, der Sauglufttemperatur, der Kraftstoffqualität, dem Restgasgehalt in einem Zylinder, etc.The use of an internal combustion engine is preferably carried out within an optimal operating range tailored to the intended use of the engine. A common optimum operating range is, for example, characterized in that the fuel consumption during operation is minimized. The operating state of the internal combustion engine is therefore preferably kept in this optimum operating range. However, the quality of the combustion of a used fuel-air mixture and thus the operating state depends on numerous operating conditions, which can not be kept constant, such as the fuel composition, the intake air temperature, the fuel quality, the residual gas content in a cylinder, etc.
Während des Motorbetriebs kann deshalb der optimale Betriebsbereich verlassen werden. Wird der optimale Betriebsbereich verlassen, treten manchmal unerwünschte Erscheinungen auf, wie zum Beispiel ein Klopfen des Motors. Unter solchen Voraussetzungen sind Verfahren bekannt, die ein Verlassen des optimalen Betriebsbereichs zu erkennen erlauben. Zur Vermeidung einer Beschädigung des Motors ist es wichtig, das Klopfen so schnell wie möglich zu unterbinden. Es werden deshalb beim Betrieb bekannter Verbrennungsmotoren Verfahren zur Klopfregelung und Anti-Klopf-Vorrichtungen verwendet, wie sie beispielsweisebeispielsweise in der
Tritt ein Klopfen auf, wird gemäß dem beschriebenen Verfahren eine Spätverstellung des Zündwinkels in einen klopffesten Bereich vorgenommen, woraufhin mindestens eine Maßnahme aus einem Katalog eingeleitet wird, um das Klopfen in dem ursprünglichen Betriebspunkt zu unterbinden. Wenn festgestellt wird, dass eine Maßnahme nicht zum gewünschten Ziel führt, und das Klopfen an dem ursprünglichen Betriebspunkt weiterbesteht, wird die Maßnahme aus dem genannten Katalog gestrichen, und eine darauffolgende alternative Maßnahme aus dem Katalog wird getestet. Ziel des bekannten Verfahrens ist es, in den ursprünglichen Betriebszustand zurückzukehren, und den Verbrennungsmotor ohne Klopferscheinungen weiterarbeiten zu lassen.If a knocking occurs, a retardation of the firing angle is made in a knock-resistant area according to the described method, whereupon at least one measure from a catalog is initiated in order to prevent the knocking in the original operating point. If it is determined that a measure does not lead to the desired destination and the knocking continues at the original operating point, the measure is deleted from the said catalog and a subsequent alternative measure from the catalog is tested. The aim of the known method is to return to the original operating state, and to let the engine continue to operate without knocking.
Der Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird gemäß dem bekannten Verfahren vorübergehend verändert, es werden Versuche unternommen, um eine Klopfursache zu beseitigen, und es wird, bei erfolgreichem Verlauf des Verfahrens, zum ursprünglichen Betriebszustand zurückgekehrt. Dieses Verfahren unterliegt dem Nachteil, dass dauerhaften Veränderungen der Betriebsbedingungen nicht Rechnung getragen wird. Es ist deshalb möglich, dass ein Unterbinden des Klopfens im ursprünglichen Betriebszustand nicht gelingt, und das beschriebene Verfahren zu keinem Ergebnis führt. Eine Wiederherstellung des ursprünglichen Betriebszustands ist unter den veränderten Betriebsbedingungen unmöglich. Der Motor arbeitet folglich klopfend oder allenfalls mit reduzierter Leistung in einem nicht-optimalen Betriebsbereich weiter, oder er muss ausgeschaltet werden.The operating state of the internal combustion engine is temporarily changed in accordance with the known method, attempts are made to eliminate a cause of knocking, and the process is returned to the original operating state upon successful completion of the process. This method has the disadvantage that permanent changes in operating conditions are not taken into account. It is therefore possible that knocking in the original operating state is prevented from succeeding, and the described method does not lead to a result. Restoring the original operating state is impossible under the changed operating conditions. The motor thus operates knocking, or at most with reduced power in a non-optimal operating range, or it must be turned off.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem auf temporäre oder dauerhafte Veränderungen der Betriebsbedingungen reagiert werden kann. Ein so betriebener Verbrennungsmotor soll auch dann optimal arbeiten, wenn die Betriebsbedingungen dauerhaft verändert sind und eine Wiederherstellung des ursprünglichen Betriebszustands nicht möglich ist. Darüber hinaus soll eine zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung und eine dafür geeignete Regeleinrichtung geschaffen werden.It is therefore an object of the present invention to provide a method with which it is possible to react to temporary or permanent changes in the operating conditions. An internal combustion engine operated in this way should also work optimally if the operating conditions have changed permanently and restoration of the original operating state is not possible. In addition, a device intended for carrying out the method and a control device suitable therefor are to be provided.
Die Erfindung löst diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1. Die Verwendung des Verfahrens sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den unabhängigen Ansprüchen 9 und 10 beschrieben, eine Regeleinrichtung ist im Anspruch 11 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The invention solves this problem with regard to the method with the features according to claim 1. The use of the method and the apparatus for carrying out the method are described in the
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, den Betriebszustand eines Verbrennungsmotors mithilfe wenigstens eines Sensors und einer Regeleinrichtung zu verändern und hierzu, mit einem Sensor Daten zu erfassen, die für den Betriebszustand des Verbrennungsmotors charakteristisch sind, und diese Daten an eine Regeleinrichtung weiterzuleiten und mit der Regeleinrichtung aufgrund der Daten einen optimalen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors festzustellen und den Betriebszustand an den optimalen Betriebsbereich anzupassen. Diese Anpassung wird vorgenommen, indem die Regeleinrichtung wenigstens für einen für den Verbrennungsprozess bestimmenden Motorbetriebsparameter einen Sollwert feststellt, der zum Beibehalten oder Erreichen des optimalen Betriebsbereichs erforderlich ist, und der Istwert des Motorbetriebsparameters auf den Sollwert geregelt wird.According to the method of the invention, it is proposed to change the operating state of an internal combustion engine by means of at least one sensor and a control device and to detect with a sensor data that are characteristic of the operating state of the internal combustion engine, and forward this data to a control device and with the control device to determine, based on the data, an optimum operating range of the internal combustion engine and to adapt the operating state to the optimum operating range. This adjustment is made by the controller determining, at least for an engine operating parameter that determines the combustion process, a setpoint required to maintain or reach the optimum operating range, and the actual value of the engine operating parameter is controlled to the setpoint.
Wird bei gleichbleibenden Motorbetriebsparametern (beispielsweise Zündzeitpunkt, Verbrennungsluftverhältnis, Zünddauer, Luftmassenstrom) eine plötzlich auftretende Veränderung der Verbrennung des Motors festgestellt, dann kann darauf geschlossen werden, dass sich eine oder mehrere Betriebsbedingungen (beispielsweise Kraftstoffzusammensetzung) verändert haben. Wenn sich jedoch die Betriebsbedingungen verändert haben, verschiebt sich auch der optimale Betriebsbereich in Bezug auf die berücksichtigten Motorbetriebsparameter, d. h. es kann beispielsweise darauf geschlossen werden, dass sich die Kraftstoffzusammensetzung geändert hat. If a sudden change in the combustion of the engine is detected at constant engine operating parameters (for example, ignition timing, combustion air ratio, ignition duration, air mass flow), then it can be concluded that one or more operating conditions (for example fuel composition) have changed. However, as operating conditions have changed, the optimum operating range also shifts with respect to the engine operating parameters considered, ie, it can be concluded, for example, that the fuel composition has changed.
Gemäß der vorgeschlagenen Erfindung ermittelt die Regeleinrichtung einen neuen optimalen Betriebsbereich, zum Beispiel unter Berücksichtigung von bekannten Motorkennfeldern, welche beispielsweise mit unterschiedlichen Referenzkraftstoffen ermittelt wurden oder auf andere Betriebsbedingungen zugeschnitten sind. Arbeitet der Verbrennungsmotor nach wie vor in einem optimalen Betriebsbereich, wird die Regeleinrichtung den aktuellen optimalen Betriebsbereich beibehalten.According to the proposed invention, the controller determines a new optimal operating range, for example, taking into account known engine maps, which were determined for example with different reference fuels or tailored to other operating conditions. If the engine is still operating in an optimal operating range, the controller will maintain the current optimum operating range.
Wurde der optimale Betriebsbereich für die zu berücksichtigenden Motorbetriebsparameter verlassen, werden für den neuen optimalen Betriebsbereich optimierte Motorbetriebsparameter ermittelt und die aktuellen Motorbetriebsparameter als Istwert den neuen optimierten Motorbetriebsparametern als Sollwert nachgeführt.Once the optimum operating range has been left for the engine operating parameters to be taken into account, optimized engine operating parameters are determined for the new optimum operating range and the current engine operating parameters are updated as the actual value to the new optimized engine operating parameters as setpoint.
Als Regeleinrichtung dient beispielsweise eine Motorsteuerung, die gegebenenfalls auf der Basis einer verfügbaren Motorsteuerung um entsprechende Funktionalitäten ergänzt werden kann, so dass, eine kostengünstige und add-on-fähige Implementierung möglich ist.The control device used is, for example, a motor control, which can optionally be supplemented by appropriate functionalities on the basis of an available engine control so that a cost-effective and add-on-capable implementation is possible.
Die Regeleinrichtung ermittelt zur Umsetzung der oben erläuterten Vorgehensweise einen Sollwert für wenigstens einen Motorbetriebsparameter, der für den Verbrennungsprozess bestimmend ist. Sollwerte werden erfindungsgemäß derart gewählt, dass der optimale Betriebsbereich beibehalten wird, wenn der aktuell festgestellte Betriebszustand bereits im optimalen Betriebsbereich liegt, und, wenn der aktuelle Betriebszustand nicht im optimalen Betriebsbereich liegt, dieser direkt oder schrittweise in den optimalen Betriebsbereich geführt wird, indem der Istwert des Motobetriebsparameters auf den Sollwert geregelt wird. Der Vorteil liegt darin, dass durch diese Anpassung der Motorbetriebsparameter der Einsatzbereich, in welchem der Verbrennungsmotor optimal betrieben werden kann, erweitert wird. Eine nachhaltige Anpassung der Motorbetriebsparameter auf dauerhaft veränderte Betriebsbedingungen konnte gemäß des Stands der Technik nur durch manuelle Eingriffe durchgeführt werden.For the implementation of the procedure explained above, the control device determines a desired value for at least one engine operating parameter, which determines the combustion process. Setpoints are selected according to the invention so that the optimum operating range is maintained when the currently detected operating condition is already in the optimum operating range, and if the current operating condition is not within the optimum operating range, this is performed directly or gradually in the optimum operating range by the actual value of the motor operating parameter is regulated to the setpoint. The advantage is that this adaptation of the engine operating parameters extends the range of application in which the internal combustion engine can be optimally operated. A sustainable adaptation of the engine operating parameters to permanently changed operating conditions could be carried out according to the prior art only by manual intervention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden als Daten Klopfwerte oder davon abhängige Größen ermittelt. Hierfür wird ein Klopfsensor, beispielsweise ein gattungsgemäßer piezoelektrischer Schwingungssensor – beispielsweise mit Integrator zur Signalverstärkung – verwendet. Ein oft bereits vorhandener Sensor kann somit zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens eingesetzt werden. Das Verfahren lässt sich auf kostengünstige Weise zur Verwendung an verfügbaren Verbrennungsmotoren implementieren. Wird also beispielsweise ein Klopfen festgestellt, dient dies als Anlass zur Veränderung des Betriebszustands. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein in der Motorsteuerung implementiertes Verfahren zur Klopfregelung ergänzen oder ersetzen.According to a preferred embodiment, knock values or variables dependent thereon are determined as data. For this purpose, a knock sensor, for example, a generic piezoelectric vibration sensor - for example, with integrator for signal amplification - used. An often existing sensor can thus be used to carry out the claimed method. The method can be inexpensively implemented for use on available internal combustion engines. If, for example, a knock is detected, this serves as a reason for changing the operating state. The method according to the invention can supplement or replace a knock control method implemented in the engine control.
Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung eines Drucksensors, beispielsweise zur Erfassung von Zünddruckwerten dar. Die für den Betriebszustand des Motors charakteristischen Daten umfassen in diesem Fall Zünddruckwerte, d. h. gemessene Istwerte (Momentaufnahmen) des sich schnell verändernden Zünddrucks, davon abhängige Größen oder den gesamten Zünddruckverlauf. Neben Drucksensoren können auch andere Sensoren zum Einsatz kommen, das Verfahren kann adaptiert werden auf die im Zusammenspiel mit einem spezifischen Verbrennungsmotor zur Verfügung stehenden Sensoren.Another possibility is the use of a pressure sensor, for example, for detecting Zünddruckwerten. The characteristic of the operating condition of the engine data in this case include Zünddruckwerte, d. H. Measured actual values (snapshots) of the rapidly changing ignition pressure, dependent variables or the entire ignition pressure curve. In addition to pressure sensors, other sensors can also be used; the method can be adapted to the sensors available in conjunction with a specific internal combustion engine.
Der Betriebszustand des Verbrennungsmotors kann auf Basis einer oder mehrerer Größen bestimmt werden. Dienliche Größen sind die Motordrehzahl, Drehmomentwerte, Zünddruckwerte, der während eines Zündvorgangs vorherrschende Mitteldruck, das Verbrennungsluftverhältnis λ, Zündzeitpunkt t, Zünddauer, Zünddruckverlauf, Zündenergie, Funkenbrenndauer, Temperatur, etc. Auf diese Weise kann das Verfahren auf verschiedene Motoren adaptiert werden, wobei der Betriebszustand beispielsweise derart bestimmt wird, dass bereits vorhandene Sensoren verwendet werden.The operating state of the internal combustion engine can be determined on the basis of one or more variables. Suitable parameters are the engine speed, torque values, ignition pressure values, the mean pressure prevailing during an ignition process, the combustion air ratio λ, ignition time t, ignition duration, ignition pressure profile, ignition energy, spark duration, temperature, etc. In this way, the method can be adapted to different engines, the Operating state, for example, is determined such that existing sensors are used.
Der von den jeweiligen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel der Kraftstoffzusammensetzung, abhängige optimale Betriebsbereich des Motors wird an die aus seinem Verwendungszweck eines Verbrennungsmotors resultierenden Vorgaben angepasst. Als optimaler Betriebsbereich wird beispielsweise ein Wirkungsgradbereich in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen vorgegeben. Für jede Betriebsbedingung existiert beispielsweise ein Betriebspunkt mit minimalem Kraftstoffverbrauch. Der Betriebsbereich, in welchem der Kraftstoffverbrauch ausreichend nahe an dem vorgegebenen Minimum liegt, kann in diesem Fall als Wirkungsgradbereich vorgegeben werden. Für jede Betriebsbedingung ist also ein optimaler Betriebsbereich vorgegeben. Ein weiteres Beispiel ist, den Wirkungsgradbereich dadurch zu definieren, dass die Emissionswerte beim Betrieb innerhalb eines vorgegeben Intervalls liegen müssen. Zur Ermittlung optimaler Betriebsbereiche können u. a. Erfahrungsdaten wie beispielsweise Motorkennfelder herangezogen werden.The optimum operating range of the engine, which depends on the respective operating conditions, such as the fuel composition, is adapted to the specifications resulting from its intended use of an internal combustion engine. As an optimal operating range, for example, an efficiency range is specified as a function of the operating conditions. For each operating condition, for example, there is an operating point with minimal fuel consumption. The operating range in which the fuel consumption is sufficiently close to the predetermined minimum, in this case as an efficiency range be specified. For each operating condition, therefore, an optimal operating range is given. Another example is to define the efficiency range by the fact that the emission values during operation must be within a predetermined interval. To determine optimal operating ranges, experience data such as engine maps can be used.
Erfindungsgemäß können als für den Verbrennungsprozess bestimmende Motorbetriebsparameter Verbrennungsluftverhältnis λ, Zündzeitpunkt t, Motordrehzahl, Drehmoment, Zündenergie, Funkenbrenndauer und/oder eine von wenigstens einem dieser Motorbetriebsparameter abhängige Größe verwendet werden. Welche Motorbetriebsparameter eingesetzt werden, kann wiederum auf einen bestimmten Verbrennungsmotor und/oder eine spezifische Verwendung des Verbrennungsmotors zugeschnitten werden.According to the invention, as the combustion process determining engine operating parameters combustion air ratio λ, ignition timing t, engine speed, torque, ignition energy, spark duration and / or a dependent of at least one of these engine operating parameters size can be used. Which engine operating parameters are used can in turn be tailored to a specific internal combustion engine and / or a specific use of the internal combustion engine.
Für wenigstens einen Motorbetriebsparameter gibt die Regeleinrichtung Sollwerte vor. Diese können bei Bedarf auf einen vorgegebenen Wertebereich beschränkt werden. Ein beschränkter Wertebereich kann deshalb sinnvoll sein, weil bestimmte Motorbetriebsparameter wie beispielsweise Zündzeitpunkt t innerhalb definierter Grenzen liegen sollten, um den Motor vor unzulässigen Einstellungen zu schützen oder um Emissionsvorschriften einzuhalten. Eine unzulässige Einstellung wäre zum Beispiel ein zu früh liegender Zündzeitpunkt, welcher mit Sicherheit eine klopfende Verbrennung auslösen würde. Emissionsvorschriften spielen beispielsweise eine besondere Rolle bei industriell eingesetzten, stationären Großgasmotoren.For at least one engine operating parameter, the controller specifies setpoints. If required, these can be restricted to a specified value range. A limited range of values may be useful because certain engine operating parameters such as ignition timing t should be within defined limits to protect the engine from improper settings or to comply with emissions regulations. An inadmissible setting would be, for example, an ignition point too early, which would certainly trigger a knocking combustion. Emissions regulations, for example, play a special role in industrial stationary gas engines.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird ein vorgegebenes Werteintervall für einen festzulegenden Sollwert in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors festgelegt. Bei bestimmten Betriebszuständen kann es sinnvoll sein, ein großes Werteintervall zu erlauben, während für andere ein kleineres geeignet ist. Wird ein großes Werteintervall für den Sollwert zugelassen, kann eine Veränderung des Istwertes mit großem Inkrement (die Differenz von Soll- und aktuellem Istwert) vorgenommen werden. Dies ist u. a. dann sinnvoll, wenn ein Klopfen festgestellt wurde. Dann arbeitet der Verbrennungsmotor in einem Gefahrenbereich, und der Betriebszustand sollte sehr schnell verändert werden. Eine in diesem Zusammenhang interessante bestimmende Größe ist beispielsweise der Zündzeitpunkt. Wenn der Motor zu klopfen beginnt, kann das Intervall für einen vorgegebenen Sollwert des Zündzeitpunkts groß gewählt werden, und der Zündzeitpunkt wird schnell auf einen viel späteren Wert festgelegt. Das Inkrement der Veränderung ist damit groß. Hat der Motor den Gefahrenbereich verlassen, und wird ein neuer Sollwert festgelegt, kann die Feineinstellung beginnen, und es kann daher ein viel kleineres Inkrement zur Veränderung des Zündzeitpunkts gewählt werden, und der Zündzeitpunkt wird nun schrittweise, langsamer in Richtung Früh verändert. in dieser zweiten Phase der Regelung werden kleine Werteintervalle für die Sollwerte vorgegeben, der Istwert des Motorbetriebsparameters wird sukzessive, in mehreren Schritten, auf eine Reihe von Sollwerten geregelt.According to a preferred embodiment of the invention, a predetermined value interval is set for a desired value to be determined as a function of the operating state of the internal combustion engine. In certain operating conditions, it may be useful to allow a large value interval while for others a smaller one is suitable. If a large value interval is permitted for the setpoint, a change in the actual value with a large increment (the difference between the setpoint and the current actual value) can be made. This is u. a. then makes sense, if a knock was found. Then the internal combustion engine operates in a hazardous area and the operating state should be changed very quickly. An interesting determining factor in this context is, for example, the ignition point. When the engine starts knocking, the interval for a given target ignition timing can be made large, and the ignition timing is quickly set to a much later value. The increment of change is so great. Once the engine has left the danger zone and a new setpoint is established, the fine adjustment may begin, and therefore a much smaller increment for changing the ignition timing may be selected, and the ignition timing will now be changed gradually, more slowly towards early. In this second phase of the control, small value intervals are specified for the setpoint values, and the actual value of the engine operating parameter is controlled successively, in several steps, to a series of setpoint values.
Wenn festgestellt wird, dass der Betriebszustand eines Verbrennungsmotors bereits innerhalb des an die aktuellen Betriebsbedingungen angepassten, optimalen Betriebsbereichs liegt, können sehr kleine oder sogar gar keine Veränderungen an einem Sollwert vorgenommen werden, die Intervalle werden dann sehr klein gewählt. Auf diese Weise wird der Regelprozess optimiert. Dies bringt außerdem eine Optimierung des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors mit sich, und zudem wird einem erhöhten Verschleiß oder anderen Risiken vorgebeugt.If it is determined that the operating state of an internal combustion engine is already within the optimum operating range adapted to the current operating conditions, very small or even no changes can be made to a desired value, the intervals are then selected to be very small. This optimizes the control process. This also brings about an optimization of the efficiency of the internal combustion engine, and also prevents increased wear or other risks.
Zur Festlegung eines Sollwerts eines Motorbetriebsparameters, insbesondere des Zündzeitpunkts t und/oder des Verbrennungsluftverhältnisses λ, können Motorkennfelder herangezogen werden. Solche Motorkennfelder sind insbesondere von Kraftstoffparameteren abhängig. Motorkennfelder können deshalb mit verschiedenen Referenzkraftstoffen ermittelt werden. Hierzu können beispielsweise auch vertraglich garantierte Kraftstoffe eingesetzt werden. Es können also Motorkennfelder benutzt werden, welche mit unterschiedlichen Kraftstoffen mit unterschiedlicher Zusammensetzung ermittelt wurden. Mittels verschiedener Motorkennfelder können Sollwerte bei sich veränderndem Betriebszustand schnell gefunden werden, und eine sukzessive Regelung auf einen oder eine ganze Reihe von Sollwerten kann vorgenommen werden. Auf diese Weise erfolgt eine gerichtete Anpassung des Betriebszustands, wobei jegliche bekannte Erfahrungsdaten mitberücksichtigt werden können. Es handelt sich somit nicht um ein Versuch und Irrtum-Verfahren, welches der Reihe nach Maßnahmen austestet, sondern um eine präzise, auf genauen Erkenntnissen über den jeweiligen Verbrennungsmotor beruhende Regelung.To define a desired value of an engine operating parameter, in particular the ignition timing t and / or the combustion air ratio λ, engine maps can be used. Such engine maps are particularly dependent on fuel parameters. Engine maps can therefore be determined with different reference fuels. For this purpose, for example, contractually guaranteed fuels can be used. It can therefore be used engine maps, which were determined with different fuels with different composition. By means of different engine maps, setpoint values can be found quickly in the event of a changing operating state, and a successive control of one or a whole series of desired values can be undertaken. In this way, a directional adaptation of the operating state, whereby any known empirical data can be taken into account. It is therefore not a trial and error procedure, which tests in turn measures, but a precise, based on accurate knowledge of the particular internal combustion engine control.
Das Verfahren lässt sich auf verschiedene Verbrennungsmotoren anwenden, insbesondere auch auf Gasmotoren, oder spezifischer auf Gas-Ottomotoren. Bei Gasmotoren ist es gängiges Phänomen, dass sich die Zusammensetzung des verwendeten Brenngases im Laufe der Zeit verändert. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich dynamisch für jede Gaszusammensetzung ein optimaler Betriebsbereich des Motors einstellen.The method can be applied to various internal combustion engines, in particular to gas engines, or more specifically to gas Otto engines. For gas engines, it is common phenomenon that the composition of the fuel gas used changes over time. By means of the method according to the invention, it is possible to dynamically set an optimum operating range of the engine for each gas composition.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorzugsweise eine Vorrichtung verwendet, welche einen Sensor und eine Regeleinrichtung aufweist. Der Sensor ermittelt Daten, die charakteristisch sind für den Betriebszustand eines Verbrennungsmotors, und leitet diese an die Regeleinrichtung weiter. Die Regeleinrichtung ermittelt abhängig von den Daten laufend einen optimalen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors, und stellt wenigstens für einen für den Verbrennungsprozess bestimmenden Motorbetriebsparameter einen Sollwert fest, der zum Beibehalten oder Erreichen des optimalen Betriebsbereichs erforderlich ist, und regelt den Istwert des Motorbetriebsparameters auf den Sollwert.To carry out the method, a device is preferably used which has a Has sensor and a control device. The sensor determines data that is characteristic of the operating state of an internal combustion engine, and forwards it to the control device. The controller continuously determines an optimal operating range of the internal combustion engine based on the data, and determines a setpoint required to maintain or achieve the optimum operating range for at least one engine operating parameter that determines the combustion process and adjusts the actual value of the engine operating parameter to the setpoint.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung verwendet unter anderem einen geeigneten Algorithmus, welcher aus den von einem Sensor übertragenen Daten, die charakteristisch sind für den Betriebszustand eines Verbrennungsmotors, einen optimalen Betriebsbereich ermittelt. Zudem stellt dieser wenigstens für einen für den Verbrennungsprozess bestimmenden Motorbetriebsparameter einen Sollwert fest, der zum Beibehalten oder Erreichen des optimalen Betriebsbereichs erforderlich ist, und gibt ein Signal aus, welches zur Regelung des Istwerts des Motorbetriebsparameters auf den Sollwert dient. Dieser Algorithmus kann, je nach Ausführungsform, sehr unterschiedliche Kenngrößen des Verbrennungsprozesses mit einbeziehen, und kann auf alle vorgegebenen Erfahrungsdaten zurückgreifen. Vorzugsweise nutzt dieser Algorithmus verschiedene Motorkennfelder, welche beispielsweise auf verschiedene Kraftstoffe beziehungsweise verschiedene Kraftstoffzusammensetzung zugeschnitten sein können.Among other things, the control device according to the invention uses a suitable algorithm, which determines an optimum operating range from the data transmitted by a sensor, which are characteristic of the operating state of an internal combustion engine. In addition, this determines a setpoint that is required for maintaining or reaching the optimum operating range, at least for a determining for the combustion process engine operating parameters, and outputs a signal that is used to control the actual value of the engine operating parameter to the setpoint. This algorithm can, depending on the embodiment, involve very different parameters of the combustion process, and can use all given empirical data. Preferably, this algorithm uses different engine maps, which may be tailored to different fuels or different fuel composition, for example.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die Vorrichtung weist bei der dargestellten Ausführungsform ein Motorsteuergerät
Bei dem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor handelt es sich bei der dargestellten Ausführungsform um einen stationär betriebenen Gas-Ottomotor. Die Sensoren
Der Klopfsensor ermittelt Daten, die für den Betriebszustand des Motors (Z1) charakteristisch sind, in diesem Fall werden als Daten Klopfwerte erfasst. Die von den Sensoren
Der aktuelle Betriebszustand Z1 des Gasmotors ist in
Der Algorithmus
Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens verwendet das Motorsteuergerät
Stellt der Algorithmus
Zur Erläuterung der dargestellten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass sich die Gaszusammensetzung des verwendeten Brenngases geändert hat, und deshalb Zündzeitpunkt t sowie Verbrennungsluftverhältnis λ nicht mehr für eine optimale Verbrennung geeignet sind. Veränderungen eines Brenngases betreffen beispielsweise Kohlenwasserstoffe oder den Anteil an Inertgasen, etc.To explain the illustrated embodiment, it is assumed that the gas composition of the fuel gas used has changed, and therefore ignition timing t and combustion air ratio λ are no longer suitable for optimal combustion. Changes in a fuel gas relate, for example, hydrocarbons or the proportion of inert gases, etc.
Veränderungen dieser Bestandteile beziehungsweise ihrer Anteile im Gas haben Auswirkungen auf Methanzahl, Brenngeschwindigkeit, Heizwert etc. Der optimale Betriebsbereich W war auf die alte Gaszusammensetzung zugeschnitten, während die neue Gaszusammensetzung einen optimalen Betriebsbereich Wn erfordert (Wn steht für „W neu”). Die Ausgangslage für diesen Fall ist in
Zusätzlich soll zur Illustration angenommen werden, dass der Gasmotor zu klopfen begonnen hat. Wie in
Bei der Festlegung der neuen Sollwerte im Schritt S4 kontrolliert der Algorithmus
Durch die Regelung der Istwerte des Zündzeitpunkts t und des Verbrennungsluftverhältnisses λ auf die Sollwerte wird schnell ein neuer Betriebszustand Z2 erreicht. Dies ist in
Im Rahmen des soeben beschriebenen Regelprozesses wird in einem Schritt S5 des Verfahrens kontrolliert, ob die Istwerte für die beiden Motorbetriebsparameter den Sollwerten entsprechen. Sobald dies der Fall ist, wird zum Schritt S3 zurückgekehrt und kontrolliert, ob der Betriebszustand Z2 im neuen optimalen Betriebsbereich Wn liegt. Ist dies der Fall, wird zum Schritt S1 zurückgekehrt: das Verfahren beginnt von vorne. Dies ist in der in
Da sich der Motor nun nicht mehr in einem klopfenden Bereich befindet, werden die Werteintervalle für die Sollwerte der beiden bei der dargestellten Ausführungsform verwendeten Motorbetriebsparameter kleiner gewählt. Die nachfolgenden Regelprozesse sind eine Feinjustierung der Motorbetriebsparameter. Primäres Ziel der Feinjustierung ist es im Gegensatz zur Justierung mit großen Inkrementen nicht, den Betriebszustand von ungewünschten Betriebsbedingungen zu gewünschten möglichst schnell zu verändern, um einer Gefahr zu entrinnen, sondern den optimalen Betriebsbereich Wn genau und ohne Umwege zu erreichen. Hierfür wird ein kleines Werteintervall für die Sollwerte vorgegeben, und damit ein kleines Inkrement der Veränderung erreicht. Es werden deshalb eine Reihe von Sollwerten festgelegt, auf die die Istwerte der Motorbetriebsparameter sukzessive geregelt werden. Eine Möglichkeit liegt auch darin, dass nach Erreichen eines jeweiligen Sollwerts der nächste Sollwert neu oder erstmals festgelegt wird. Auf diese Weise wird der Betriebszustand des Gasmotors sukzessive in den Zustand Z3 geführt. Der Zielzustand dieses sukzessiven Prozesses ist in
Der Gasmotor kann nun weiterarbeiten, und es besteht kein Anlass, einen Versuch zu unternehmen, den ursprünglichen Betriebszustand Z1 wiederherzustellen. Der optimale Betriebsbereich hat sich schließlich in Folge der veränderten Gaszusammensetzung verschoben. Der alte Betriebsbereich W war optimal für die alte Gaszusammensetzung, der Betriebsbereich Wn ist optimal für die neue Gaszusammensetzung. Das beschriebene Verfahren trägt dieser Veränderung Rechnung, und optimiert laufend den Betrieb des Motors in Abhängigkeit sich dynamisch verändernder Betriebsbedingungen.The gas engine can now continue to operate and there is no need to attempt to restore the original Z1 operating condition. The optimal operating range has finally shifted as a result of the altered gas composition. The old operating range W was optimal for the old gas composition, the operating range Wn is optimal for the new gas composition. The described method takes account of this change and continuously optimizes the operation of the engine in response to dynamically changing operating conditions.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Motorsteuergerät, RegeleinrichtungEngine control unit, control device
- 22
- Sensorensensors
- 33
- Klopfsensorknock sensor
- 44
- MotordrehzahlsensorEngine speed sensor
- 55
- Drucksensorpressure sensor
- 66
- Drehmomentsensortorque sensor
- 77
- Datenverbindungendata connections
- 88th
- Algorithmusalgorithm
- 99
- Daten- und SteuerleitungData and control line
- 1010
- Daten- und SteuerungData and control
- 1111
- Motor- oder MaschinenkomponentenEngine or machine components
- 1212
- Vorrichtung zur Messung und Veränderung des ZündzeitpunktsDevice for measuring and changing the ignition timing
- 1313
- Vorrichtung zur AbgasmessungDevice for measuring exhaust gas
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R003 | Refusal decision now final |