DE19803853C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur einer Brennkraftmaschine

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Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Ansaugluft im oberen Lastbereich des Motors eingeschaltet und im unteren Lastbereich abgeschaltet wird.
Aus der DE 43 44 138 A1 ist ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur eine Dieselbrennkraftmaschine bekannt. Dabei wird eine Antriebseinrichtung für einen Lüfter in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Motors geregelt. Die Regelung erfolgt so, daß der Lüfter bei niedriger Motorlast abgeschaltet und bei hoher Motorlast eingeschaltet wird. Dadurch wird erreicht, daß bei niedrigen Lasten sich eine hohe Ansauglufttemperatur und bei hohen Lasten eine geringere Ansauglufttemperatur einstellt. Denn im unteren Lastbereich einer Brennkraftmaschine ist eine möglichst hohe Ansauglufttemperatur von Vorteil, da damit die Drosselverluste spürbar reduziert werden können, womit sich der Wirkungsgrad des Motors meßbar verbessert. Dagegen führt im oberen Lastbereich eine hohe Ansauglufttemperatur zu einer Wirkungsgradeinbußen, so daß in diesem Betriebsbereich eine möglichst geringe Ladelufttemperatur anzustreben ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die dafür sorgt, daß das Ein- bzw. Abschalten der Kühleinrichtung so erfolgt, daß sich ein optimaler Wirkungsgrad der Maschine einstellt.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4 dadurch gelöst, daß die Kühleinrichtung dann eingeschaltet wird, wenn die Klopfneigung des Motors eine vorgebbare Schwelle überschreitet. Denn die Klopfneigung des Motors ist ein zuverlässiges Zeichen für eine Wirkungsgradeinbuße, der durch eine Ansaugluftkühlung entgegengewirkt werden kann. Dadurch das die Kühleinrichtung nur im oberen Lastbereich des Motors eingeschaltet wird, gibt es auch keine störenden Lüftergeräusche im Leerlauf des Motors.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
So kann als Indikator für die Klopfneigung die Zündwinkel- Spätverstellung oder der Zündwinkelwirkungsgrad ermittelt werden. Das Kühleinrichtung wird dann eingeschaltet, wenn entweder die Zündwinkel-Spätverstellung oder der Zündwinkelwirkungsgrad eine vorgebbare Schwelle unterschreitet. Es kann auch ein über alle vorhandenen Zylinder gemittelter Wert der Zündwinkel-Spätverstellungen bzw. der Zündwinkelwirkungsgrade als Stellgröße für die Kühleinrichtung verwendet werden.
Zur Steuerung der Kühlung kann ein Kühlgebläse 10 oder bei einem Luft/Wasserkühler eine steuerbare Kühlmittelpumpe eingesetzt werden. Eine andere Variante besteht aus einem Kühler mit einem Bypass, in dem sich ein steuerbares Bypassventil befindet.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungs­ beispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung der Ansauglufttemperatur,
Fig. 2 zeigt ein Funktionsdiagramm zur Herleitung einer Stellgröße für ein Kühleinrichtung und
Fig. 3 zeigt einen qualitativen Verlauf des Zündwinkelwirkungsgrades.
In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit ihrem Luftansaugrohr 2 dargestellt. In dem Luftansaugrohr 2 befindet sich in bekannter Weise eine Drosselklappe 3 und ein Sensor 4 für den Drosselklappenwinkel α. Außerdem sind im Luftansaugrohr 2 ein Sensor 5 für den Ansaugluftdruck pd und ein Sensor 6 für die angesagte Luftmasse Im angeordnet. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Sensor 7 für die Motordrehzahl n und mit einem Sensor 8 für die Kurbelwellenstellung kw ausgestattet.
An dem Luftansaugrohr 2 ist eine Kühlvorrichtung 9 installiert, welche dazu dient, die Ansauglufttemperatur zu regeln. Die Kühlvorrichtung 9 kann entweder ein reiner Luft/Luftkühler oder ein Luft/Wasserkühler sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Kühlvorrichtung 9 ein Gebläse 10 mit einem Antrieb 11. Im unteren Lastbereich des Motors wird das Kühlgebläse 10 abgeschaltet, weil in diesem Betriebsbereich eine möglichst hohe Ansauglufttemperatur von Vorteil ist, denn mit hoher Temperatur sinkt die Dichte der Ladeluft, weswegen die Drosselklappe öffnet und deswegen die Drosselverluste sinken, womit der Wirkungsgrad des Motors meßbar verbessert wird. Da im oberen Lastbereich des Motors eine hohe Ansauglufttemperatur zu Wikungsgradeinbußen führt, wird das Kühlgebläse 10 in diesem Betriebsbereich eingeschaltet.
Um Wikungsgradeinbußen der Brennkraftmaschine 1 auf Grund zu hoher oder zu niedriger Ansauglufttemperatur zu vermeiden, kommt es wesentlich darauf an, zu welchem Zeitpunkt bzw. bei welchem Betriebszustand das Kühlgebläse 10 ein- bzw. abgeschaltet wird. Eine Stellgröße gbs für das Ein- bzw. Abschalten des Kühlgebläses 10 liefert eine Steuereinrichtung 12. Da sich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im oberen Lastbereich infolge zunehmender Klopfneigung verringert, wird nun die Klopfneigung als Kriterium für das Anschalten des Kühlgebläses 10 verwendet. Die Steuereinrichtung 12 detektiert also die Klopfneigung des Motors und gibt die Steurgröße gbs zum Einschalten des Kühlgebläses 10 dann ab, wenn die Klopfneigung eine vorgebbare Schwelle überschreitet.
Wie in der Steuereinrichtung 12 die Klopfneigung detektiert werden kann, zeigt zum Beispiel das Funktionsdiagramm in Fig. 2. Bei diesen Funktionsdiagramm wird davon ausgegangen, daß der Zündwinkelwirkungsgrad ein Indikator für die Klopfneigung der Brennkraftmaschine ist. Aus der DE 196 18 893 A1 geht hervor, daß der Zündwinkelwirkungsgrad in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast ermittelt wird, um durch Füllungsänderung und Zündwinkeleinstellung ein optimales Sollmoment des Motors einzustellen.
Aus einem von dem Drosselklappenwinkel α und dem Ansaugluftdruck pd oder der Ansaugluftmasse Im abhängigen Kennfeld KF1 wird die Motorlast rl herausgelesen. Die Motorlast rl und die Motordrehzahl n werden einem Kennfeld KF2 und einem weiteren Kennfeld KF3 zugeführt. Aus dem Kennfeld KF2 ergibt sich der optimale Zündwinkel zwopt, bei dem die Brennkraftmaschine den höchsten Wirkungsgrad aufweist, und aus dem Kennfeld KF3 resultiert der aktuelle Zündwinkel zw. Im Verknüpfungspunkt VZP wird die Differenz dzw zwischen dem optimalen Zündwinkel zwopt und dem aktuellen Zündwinkel zw ermittelt. Der Differenzwert dzw wird in einer Kennlinie KL in den Zündwinkelwirkungsgrad etazw umgesetzt. Einen qualitativen Kennlinienverlauf des Zündwinkelwirkungsgrades etazw in Abhängigkeit von der Ablage dzw zwischen dem aktuellen Zündwinkel zw und dem optimalen Zündwinkel zwopt zeigt die Fig. 3.
Schließlich wird der Zündwinkelwirkungsgrad etazw einer Schwellwertentscheidung SE unterzogen. Unterschreitet nämlich der Zündwinkelwirkungsgrad etazw eine im Schwellwertentscheider SE vorgegebene Schwelle, so gibt der Schwellwertentscheider SE die Stellgröße gbs zum Einschalten des Kühlgebläses 10 ab. Diese Schwelle des Schwellwertentscheiders SE ist hinsichtlich des Wirkungsgrades in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur optimiert.
Als Indikator für die Klopfneigung kann auch die Zündwinkel- Spätverstellung herangezogen werden, welche sich aus dem Kennfeld KF3 herleiten läßt.
Da die Klopfregelung üblicherweise zylinderselektiv arbeitet und daher die Zündwinkel in den einzelnen Zylindern unterschiedlich eingestellt werden, weisen die Zylinder auch unterschiedliche Zündwinkel-Spätverstellungen und unterschiedliche Zündwinkelwirkungsgrade auf. Es ist daher zweckmäßig, einen über alle Zylinder gemittelten Zündwinkelwirkungsgrad oder eine über alle Zylinder gemittelte Zündwinkel-Spätverstellung zu bestimmen, um in Abhängigkeit davon das Kühlgebläse 10 anzusteueren. Im einfachsten Fall wird eine arithmetische Mittelung der Zündwinkel-Spätverstellungen bzw. der Zündwinkelwirkungsgrade durchgeführt.
Alternativ zur Steuerung der Kühlung über ein Kühlgebläse 10 kann bei einem Luft/Wasserkühler eine steuerbare Kühlmittelpumpe eingesetzt werden. Eine andere Variante besteht aus einem Kühler mit einem Bypass, in dem sich ein steuerbares Bypassventil befindet.

Claims (13)

1. Verfahren zur Regelung der Ansauglufttemperatur einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Ansaugluft im oberen Lastbereich des Motors eingeschaltet und im unteren Lastbereich abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (9, 10) eingeschaltet wird, wenn die Klopfneigung des Motors (1) eine vorgebbare Schwelle überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikator für die Klopfneigung eine Zündwinkel- Spätverstellung ermittelt wird, und daß die Kühleinrichtung (9, 10) eingeschaltet wird, wenn die Zündwinkel- Spätverstellung eine vorgebbare Schwelle überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwinkel-Spätverstellung eine über alle Zündwinkel- Spätverstellungen aller vorhandener Zylinder gemittelte Größe ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikator für die Klopfneigung ein Zündwinkelwirkungsgrad (etazw) ermittelt wird, und daß die Kühleinrichtung (9) eingeschaltet wird, wenn der Zündwinkelwirkungsgrad (etazw) eine vorgehbare Schwelle unterschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwinkelwirkungsgrad eine über alle Zündwinkelwirkungsgrade aller vorhandener Zylinder gemittelte Größe ist.
6. Vorrichtung zur Regelung der Ansauglufttemperatur einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kühleinrichtung vorhanden ist, welche von einer Steuereinrichtung zur Kühlung der Ansaugluft im oberen Lastbereich des Motors eingeschaltet und im unteren Lastbereich abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) die Kühleinrichtung (9, 10) einschaltet, wenn sie eine eine vorgebbare Schwelle übersteigende Klopfneigung des Motors detektiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) als Indikator für die Klopfneigung eine Zündwinkel-Spätverstellung ermittelt und daß sie die Kühleinrichtung (9, 10) einschaltet, wenn die Zündwinkel-Spätverstellung eine vorgebbare Schwelle überschreitet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwinkel-Spätverstellung eine über alle Zündwinkel- Spätverstellungen aller vorhandener Zylinder gemittelte Größe ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12) als Indikator für die Klopfneigung einen Zündwinkelwirkungsgrad (etazw) ermittelt und daß sie die Kühleinrichtung (9, 10) einschaltet, wenn der mittlere Zündwinkelwirkungsgrad (etazw) eine vorgebbare Schwelle unterschreitet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwinkelwirkungsgrad eine über alle Zündwinkelwirkungsgrade aller vorhandener Zylinder gemittelte Größe ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein schaltbares Kühlgebläse (10) ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein Luft/Wasserkühler ist, mit einer steuerbaren Kühlmittelpumpe.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung einen Bypass mit einem steuerbaren Bypassventil aufweist.
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