DE102016220441A1 - Apparatus and method for controlling an internal combustion engine of a watercraft - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Wasserfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine über eine Propellerwelle mit einem Propeller verbunden ist, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit, die die Brennkraftmaschine steuert umfasst, wobei die Vorrichtung einen ersten Klopfsensor, der mit der Steuereinheit verbunden ist, umfasst, wobei der erste Klopfsensor derart angeordnet ist, dass er eine Kavitation an dem Propeller erfassen kann. The invention relates to a device and a method for controlling an internal combustion engine of a watercraft, wherein the internal combustion engine is connected to a propeller via a propeller shaft, the device comprising a control unit that controls the internal combustion engine, wherein the device comprises a first knock sensor connected to the control unit is connected, wherein the first knock sensor is arranged such that it can detect a cavitation on the propeller.
Description
Stand der TechnikState of the art
Bewegen sich Objekte wie z. B. Laufräder von Pumpen oder Propeller unter Wasser mit hoher Geschwindigkeit, können innerhalb des Wassers aufgrund der hohen Geschwindigkeit Bereiche mit sehr niedrigem Druck entstehen. Da der Siedepunkt von Wasser druckabhängig ist, kann es so vorkommen, dass hierbei bei gegebener Wassertemperatur lokal der Siedepunkt von Wasser unterschritten wird. Das Wasser geht in die gasförmige Phase über. Steigt der Druck daraufhin wieder an, kollabiert die soeben entstandene Gasblase und es bildet sich wieder Wasser in flüssiger Form. Dieses Bilden und Kollabieren der Gasblasen wird als Kavitation bezeichnet. Beim Betreiben des Antriebs eines Wasserfahrzeugs, das über einen Propeller verfügt, ist dieser Kavitationseffekt zu vermeiden, da er zum Einen einen erhöhten Geräuschpegel verursacht und zum Anderen die Kraftübertragung des Propellers auf das Wasser ineffizienter gestaltet.Move objects such. For example, under high speed impellers of pumps or propellers underwater, areas of very low pressure may be created within the water due to the high velocity. Since the boiling point of water is pressure-dependent, it may happen that at a given water temperature, the boiling point of water is locally lower. The water goes into the gaseous phase. As the pressure increases again, the gas bubble just formed collapses and water forms again in liquid form. This formation and collapse of the gas bubbles is called cavitation. When operating the propulsion of a watercraft that has a propeller, this cavitation effect should be avoided, as it on the one hand causes an increased noise level and on the other hand makes the power transmission of the propeller to the water inefficient.
Aus der
Aus der Automobilbranche sind Klopfsensoren bekannt, die über die Erfassung von Körperschall ein Klopfen einer Brennkraftmaschine erfassen können. Wird das Klopfen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine durch ein Steuergerät erkannt, werden geeignete Gegenmaßnahmen durch das Steuergerät ergriffen, um das Klopfen zu reduzieren.Knock sensors are known from the automotive industry, which can detect the knocking of an internal combustion engine via the detection of structure-borne noise. If the knocking of a cylinder of an internal combustion engine is detected by a control unit, appropriate countermeasures are taken by the control unit in order to reduce knocking.
Im Bereich der Wasserfahrzeuge besteht weiterhin Bedarf, eine kostengünstige und flexible Lösung zum Betreiben eines Propellers ohne Kavitationseffekte bereitzustellen.In the field of watercraft, there remains a need to provide a cost effective and flexible solution for operating a propeller without cavitation effects.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Wasserfahrzeugs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein erster Klopfsensor, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, derart angeordnet ist, dass er eine Kavitation an dem Propeller der mittels einer Propellerwelle mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, erfassen kann.The device according to the invention for controlling an internal combustion engine of a watercraft has the advantage that a first knock sensor, which is connected to a control unit, is arranged such that it can detect a cavitation on the propeller which is connected to the internal combustion engine by means of a propeller shaft.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich Klopfsensoren aus dem Automobilbereich nicht nur zur Erkennung des Klopfens eines Zylinders einer Brennkraftmaschine verwenden lassen, sondern auch zum Erkennen einer Kavitation eines Propellers. Somit besteht eine besonders kostengünstige Möglichkeit, die Kavitation an einem Propeller zu erkennen.According to the invention, it has been recognized that knock sensors from the automotive sector can be used not only for detecting the knocking of a cylinder of an internal combustion engine, but also for detecting a cavitation of a propeller. Thus, there is a particularly cost-effective way to detect the cavitation on a propeller.
Besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der der Klopfsensor an der Propellerwelle oder einem Lager der Propellerwelle angeordnet ist. Der durch den Kavitationseffekt verursachte Körperschall innerhalb des Propellers überträgt sich auf die Propellerwelle und die Lager, auf denen die Propellerwelle gelagert ist, so dass er durch einen dort angeordneten Klopfsensor auf besonders einfache Weise zu erfassen ist.Particularly advantageous is a device in which the knock sensor is arranged on the propeller shaft or a bearing of the propeller shaft. The structure-borne noise within the propeller caused by the cavitation effect is transmitted to the propeller shaft and the bearings on which the propeller shaft is mounted, so that it can be detected in a particularly simple manner by a knock sensor arranged there.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, den Klopfsensor an einer Bordwand des Wasserfahrzeug, welches über einen Durchlass für die Propellerwelle verfügt, anzuordnen, so dass ein vom Propeller verursachtes Kavitationsgeräusch von dem Klopfsensor erfasst werden kann. Bei dieser Bordwand handelt es sich im Regelfall um die rückwärtige Bordwand des Wasserfahrzeugs. Der durch den Kavitationseffekt verursachte Schall überträgt sich durch das Wasser auf die in der Nähe des Propellers befindliche Bordwand des Wasserfahrzeugs, so dass ein dort angeordneter Klopfsensor auf zuverlässige Art und Weise die Kavitation erkennen kann.It is also advantageous to arrange the knock sensor on a side wall of the watercraft, which has a passage for the propeller shaft, so that a cavitation noise caused by the propeller can be detected by the knock sensor. As a rule, this side wall is the rear side wall of the vessel. The sound caused by the cavitation effect is transmitted through the water to the side wall of the vessel located in the vicinity of the propeller, so that a knock sensor arranged there can detect the cavitation in a reliable manner.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Sensor mit besonders einfachen Mitteln montiert werden kann, da er weder mit einem beweglichen Teil in Verbindung steht noch in unmittelbarer Nähe von Teilen des Antriebsstrangs des Wasserfahrzeugs angeordnet werden muss. Somit kann beispielsweise ein Wasserfahrzeug nachträglich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden, ohne umfangreiche Umbaumaßnahmen vornehmen zu müssen.A further advantage of this arrangement is that the sensor can be mounted with particularly simple means, since it does not have to be connected to a moving part nor must it be arranged in the immediate vicinity of parts of the drive train of the watercraft. Thus, for example, a watercraft can be retrofitted with the device according to the invention without having to undertake extensive reconstruction measures.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die einen zweiten Klopfsensor umfasst, wobei der zweite Klopfsensor an der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Mit dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann nicht nur der Kavitationseffekt am Propeller erkannt, sondern auch ein herkömmliches Klopfen in den Zylindern der Brennkraftmaschine erkannt und gegebenenfalls behoben werden.Advantageously, a device comprising a second knock sensor, wherein the second knock sensor is arranged on the internal combustion engine. With this advantageous embodiment of the device according to the invention, not only the cavitation effect on the propeller can be detected, but also a conventional knocking in the cylinders of the internal combustion engine can be detected and, if necessary, remedied.
Besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der die gleiche Hardware, insbesondere hinsichtlich eines Layouts und einer Bestückung einer Platine, für die Kavitationserkennung wie für die Klopferkennung verwendet wird. Es wurde erkannt, dass Motorsteuergeräte für Motoren mit unterschiedlich vielen Zylindern entwickelt werden und dass hierzu die maximale benötigte Anzahl an Klopfsensoreingängen im Layout und zum Teil auch in der Bestückung vorgehalten wird. Durch die wahlweise Verwendung der gleiche Hardware zur Erkennung von Klopfen wie auch zur Erkennung von Kavitation kann die Variantenvielfalt unter den Motorsteuergeräten reduziert und die Kavitationsregelung besonders kostengünstig realisiert werden.Particularly advantageous is a device in which the same hardware, in particular with regard to a layout and a placement of a board, for the cavitation recognition as well as for the knock detection is used. It was recognized that engine control units are being developed for engines with different numbers of cylinders, and that the maximum number of knock sensor inputs required for this purpose has been maintained in the layout and in part also in the assembly becomes. By the optional use of the same hardware for detecting knock as well as for detecting cavitation, the variety of variants can be reduced under the engine control units and the cavitation control can be realized particularly cost-effective.
Vorteilhaft ist außerdem ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Wasserfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine von einem Steuergerät gesteuert wird, wobei das Steuergerät mit einem ersten Klopfsensor verbunden ist, wobei ein Signal des ersten Klopfsensors vom ersten Steuergerät ausgewertet wird, um Kavitationen an dem Propeller zu erkennen.Also advantageous is a method for controlling an internal combustion engine of a watercraft, wherein the internal combustion engine is controlled by a control unit, wherein the control unit is connected to a first knock sensor, wherein a signal of the first knock sensor is evaluated by the first control unit to detect cavitations on the propeller ,
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem eine Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine reduziert wird, wenn bei Auswertung des Signals des ersten Klopfsensors Kavitation an dem Propeller erkannt wird.Particularly advantageous is a method in which an output variable of the internal combustion engine is reduced if cavitation is detected on the propeller when the signal of the first knock sensor is evaluated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Ausgangsgröße um eine Drehzahl oder einen Drehmoment handelt.It is particularly advantageous if the output quantity is a rotational speed or a torque.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem das Signal des ersten Klopfsensors mit einer Klopferkennungseinheit eines Steuergeräts ausgewertet wird. Bei der Klopferkennungseinheit kann es sich dabei insbesondere um einen in Software realisierten Bereich des Steuergeräts handeln, der herkömmlicherweise verwendet wird, um ein Klopfen eines Zylinders der Brennkraftmaschine zu erkennen. Dies hat den Vorteil, dass herkömmliche Motorsteuerungssoftware verwendet werden kann, um den Kavitationseffekt am Propeller des Wasserfahrzeugs zu erkennen. Eine Anpassung der Software ist somit vorteilhafter Weise nicht nötig.Particularly advantageous is a method in which the signal of the first knock sensor is evaluated with a knock detection unit of a control unit. In particular, the knock detection unit may be a software-implemented area of the control unit, which is conventionally used to detect a knocking of a cylinder of the internal combustion engine. This has the advantage that conventional engine control software can be used to detect the cavitation effect on the propeller of the craft. An adaptation of the software is thus advantageously not necessary.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Computerprogramm, das eingerichtet ist oder durch Kompilieren dazu eingerichtet wird, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Erfindungsgemäß ist außerdem ein elektronisches Speichermedium vorgesehen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Ferner ist erfindungsgemäß eine Steuereinheit vorgesehen, die das elektronische Speichermedium umfasst.The present invention also includes a computer program that is set up or compiled to perform each step of the method of the invention. According to the invention, an electronic storage medium is also provided, on which the computer program is stored. Furthermore, a control unit is provided according to the invention, which comprises the electronic storage medium.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:Hereinafter, an embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Figurenlistelist of figures
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1 : eine schematische Darstellung eines Wasserfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und;1 a schematic representation of a watercraft with the device according to the invention and; -
2 : eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.2 : a schematic representation of the method according to the invention.
Das Wasserfahrzeug (
Ein erster Klopfsensor (
Die Steuereinheit (
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung befindet sich der erste Klopfsensor (40*) nicht unmittelbar an der Bordwand (
Es sei darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäß insbesondere nicht vorgesehen ist, sowohl einen Klopfsensor an der Bordwand zu befestigen als auch einen weiteren Klopfsensor an der Propellerwelle oder einem Lager der Propellerwelle zu befestigen.It should be noted that, according to the invention, it is in particular not intended to fasten both a knock sensor to the side wall and to fasten another knock sensor to the propeller shaft or to a bearing of the propeller shaft.
In Schritt
In Schritt
Das erfindungsgemäße Verfahren endet durch Abschalten der Brennkraftmaschine (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19848726 A1 [0002]DE 19848726 A1 [0002]
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