DE19859310A1

DE19859310A1 - Motorregelungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19859310A1
Application number: DE1998159310
Authority: DE
Inventors: Dietrich Trachte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-06-29
Also published as: WO2000037796A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Motorregelungsvorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit einer Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vorentflammung in mindestens einem Brennraum; einer Einstelleinrichtung zum Einstellen mindestens eines Motorparameters; und einer Regelschleife zwischen der Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung und der Einstelleinrichtung zur Unterdrückung einer erfaßten Vorentflammung durch Verstellung des Motorparameters.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorregelungsvor richtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit einer Ionenstrom-Erfassungseinrichtung zum direkten oder indirek ten Erfassen eines Ionenstroms in mindestens einem Brenn raum des Motors und einer Einstelleinrichtung zum Einstel len mindestens eines Motorparameters.

Obwohl auf beliebige Brennkraftmaschinen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf den Motor eines Personenkraftwa gens erläutert.

Eine Motorregelungsvorrichtung soll unter anderem gewähr leisten, daß die Zylinder des Motor zum optimalen Zündzeit punkt gezündet werden und Selbstzündungen, also Vorentflam mungen oder Nachentflammungen, vermieden werden.

Während Nachentflammungen weniger kritisch sind, können insbesondere Vorentflammungen schwere Motorschäden bewir ken. Vorentflammungen vor dem eigentlichen Zündzeitpunkt entstehen im Brennraum einer Brennkraftmaschine als Funkti on verschiedener Motorparameter und Designparameter, und zwar typischerweise durch heiße Stellen (Hot Spots), wie z. B. an einem überhitzten Zündkerzenisolator.

Es ist bekannt, daß sich solche Vorentflammungen und Nach entflammungen mit Hilfe einer Ionenstromerfassung im Brenn raum detektieren lassen, z. B. bei der Wärmewertmessung von Zündkerzen. Entsprechende Ionenstrom-Erfassungsvorrichtun gen werden zur Gewinnung verschiedener Informationen über die Verbrennung, wie z. B. Klopfen, Aussetzer etc., verar beitet.

Dabei sei bemerkt, daß das Klopfen im Gegensatz zur Vorent flammung, welche vor dem Zündzeitpunkt auftritt, beim Zün den aufgrund einer sich schneller als die Flammfront aus breitenden Druckwelle in Zusammenwirken mit einem heißen Punkt auftritt.

Eine Ionenstrom-Erfassungsvorrichtung ist aus der US-A-4,648,367 bekannt.

Weiterhin ist es aus der DE 42 32 845 C2 bekannt, daß der Ionenstrom in einem Zeitintervall ermittelt wird, in dem der Zylinderinnendruck des Motors in einem normalen Ver brennungszustand einen maximalen Wert annimmt und der Ver brennungszustand basierend auf dem ermittelten Ionenstrom und einer Zuordnungstabelle bestimmt wird.

Die DE 44 10 063 C2 offenbart eine Verbrennungsmotorsteuer vorrichtung, welche eine Ionenstromerfassungseinrichtung, eine Einrichtung zum Integrieren des Ionenstromwertes sowie eine Steuerparameter-Einstelleinrichtung zum Variieren ei nes Steuerparameters auf einen maximalen Integrationswert des Ionenstroms hin aufweist.

Als nachteilhaft bei den obigen bekannten Ansätzen hat sich die Tatsache herausgestellt, daß die Ionenstrom zwar erfaßt wird und bestimmte Maßnahmen, wie z. B. im einfachsten Fall eine Störungsanzeige und in sophistizierteren Ansätzen eine Steuerparameteränderung, veranlassen kann, jedoch keine zu friedenstellenden Ergebnisse hinsichtlich der Unterdrückung von Selbstzündungen im gesamten Betriebsbereich des Motors liefert.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Motorregelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lö sungsansätzen den Vorteil auf, daß durch die Erfassung von einer Vorentflammung und durch eine entsprechende darauf ansprechende Regelungseinrichtung Selbstzündungen aktiv verhindert werden können.

Beispielsweise läßt sich die schädliche Vorentflammung da durch fast ganz unterdrücken. Weiterhin ist es möglich, die Sicherheitsabstände für die Zündkerzenwärmewerte zu redu zieren, welche heute nach den Zündkerzentoleranzen und den Motortoleranzen sowie den Meßgenauigkeitstoleranzen festge legt werden.

Weiterhin muß nicht mehr auf einen kritischen (aber selten genutzten) Betriebspunkt optimiert werden. Gerade für Zünd kerzen sind somit eine verbesserte Wiederhol-Startfähigkeit und ein verbessertes Verschmutzungsverhalten erzielbar.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht darin, daß eine Regelschleife zwischen der Vorent flammungs-Erfassungseinrichtung und der Einstelleinrichtung zur Verstellung eines oder mehrerer Motorparameter vorgese hen ist.

Idealerweise werden hierfür Komponenten bereits vorhandener Steuerungen (z. B. Zündzeitpunkt oder Last) oder Regelungen (z. B. Klopfregelung) verwendet. Basiskennfelder für diese Motorparameter lassen sich z. B. empirisch in einer motor spezifischen Testphase ermitteln.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Motorrege lungsvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Motorregelungs verfahrens.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorentflam mungs-Erfassungseinrichtung eine Ionenstrom-Erfassungs einrichtung zum direkten oder indirekten Erfassen eines Io nenstroms in dem Brennraum auf und bewirkt die Regelschlei fe eine Verstellung eines oder mehrerer Motorparameter (z. B. des Zündzeitpunktes). Ein zu einer bestimmten Kurbel stellung vor dem Zündzeitpunkt oberhalb eines zu definie renden Schwellwertes liegender Ionenstrom ist nämlich ein Anzeichen einer Vorentflammung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Vor entflammungs-Erfassungseinrichtung derart gestaltet, daß sie die Vorentflammung, z. B. über den Ionenstrom, jeweils in einem bestimmten, variabel festlegbaren Zeitpunkt oder Zeitfenster vor dem Zündzeitpunkt erfaßt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Ein stelleinrichtung zum Einstellen des Zündzeitpunktes und/oder der Kraftstoffladungsmenge und oder des Kraft stoff/Luft-Mischungsverhältnisses gestaltet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Io nenstrom-Schwellwert-Eingabeeinrichtung mit der Regel schleife verbunden, welche einen Ionenstrom-Schwellwert entsprechend mindestens eines Motorparameters, vorzugsweise Drehzahl und/oder Last und/oder Temperatur, eingibt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Io nenstrom-Schwellwert-Eingabeeinrichtung derart gestaltet, daß je nach Wert des oder der Motorparameter die Regelung entsprechend einem Schwellwert zu einer veränderlichen Kur belstellung erfolgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Io nenstrom-Schwellwert-Eingabeeinrichtung derart gestaltet, daß die Regelung nur dann aktiviert wird, wenn der zur be stimmten Kurbelstellung erfaßte Ionenstrom eine vorgegebene feste oder variable Schwelle überschreitet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfaßt die Ionenstromerfassungseinrichtung den Ionenstrom direkt über eine kapazitive Messung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung führt die Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung eine Druckmessung im Brennraum und/oder eine Auswertung von Lichtsignalen im Brennraum und/oder eine Auswertung von Temperatursignalen im Brennraum durch.

ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnun gen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Motorregelungs vorrichtung als Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung; und

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm eines entsprechenden Aus führungsbeispiels eines Motorregelungsverfahren.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die in Fig. 1 illustrierte Motorregelungsvorrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine gemäß dem erläuterten Ausführungsbeispiel weist eine bekannte kapazitive Ionen strom-Erfassungseinrichtung 10 zum direkten Erfassen eines Ionenstroms I in jedem Brennraum des Motors auf. Desweite ren ist eine Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung 20 zum Ein stellen des Zündzeitpunktes des jeweiligen Brennraumes der Brennkraftmaschine 50 vorgesehen.

Eine Regelschleife R zwischen der Ionenstrom-Erfassungsein richtung 10 und der Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung 20 dient zur Regelung des Wertes des Zündzeitpunktes zu einer bestimmten Kurbelstellung.

Dazu ist die Ionenstrom-Erfassungseinrichtung 10 derart ge staltet, daß sie den Ionenstrom I jeweils in einem bestimm ten, variabel festlegbaren Zeitfenster vor dem Zündzeit punkt erfaßt, beispielsweise 10° bis 0° vor dem Zündzeit punkt.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm eines entsprechenden Ausfüh rungsbeispiels eines Motorregelungsverfahren.

Bei Schritt S10 wird der Zündzeitpunkt t_z auf einen Wert entsprechend einem gespeicherten Kennfeld KF, z. B. in Ab hängigkeit von Last und Drehzahl, festgelegt.

Bei Schritt S20 wird der Ionenstrom I in einem bestimmten, zwischen 10° und 0° vor dem Zündzeitpunkt erfaßt.

Dann erfolgt die Zündung gemäß dem eingestellten Zündzeit punkt t_z.

Bei Schritt S30 wird ermittelt, ob der bei Schritt S20 er faßte Ionenstrom eine vorher applizierte oder auch mit ei nem beliebigen Algorithmus festgelegte variable Schwelle I_S des Ionenstroms überschreitet.

Falls ja, so korrigiert die Regelung den Zündzeitpunkt t_z im Kennfeld KF für diesen Brennraum bzw. für alle Brennräu me. In diesem Beispiel wird dieser Zündzeitpunkt t_z wird um ein festgelegtes oder um ein vom erfaßten Ionenstrom abhän giges Inkrement Δt_z nach spät verschoben, wie bei Schritt S40 dargestellt.

Falls nein, so prüft die Regelung bei Schritt S50, ob das Inkrement Δt_z = 0 ist. Falls Δt_z = 0 ist, wird die Subrou tine beendet.

Falls Δt_z nicht gleich 0 ist und wird über einen festgeleg ten oder variablen Zeitraum (hier aus Gründen der Einfach heit ein Zyklus) kein Überschreiten der festgelegten oder variablen Ionenstromschwelle festgestellt, so wird der Zündzeitpunkt wieder um ein Inkrement δ nach früh verscho ben, wie in Schritt S60 gezeigt.

Der zuletzt eingestellte Zündzeitpunkt kann darüberhinaus im Kennfeld KF abgelegt werden, so daß er bei erneutem An fahren dieses Motorbetriebspunktes als Ausgangsbasis für erneute Iterationsvorgänge dienen kann. Dieses Kennfeld KF kann sich auf den gesamten Betriebsbereich oder auch nur auf bestimmte abgegrenzte Betriebspunkte beziehen. Es kön nen darüberhinaus auch weitere Parameter, wie z. B. Motorbe triebstemperatur berücksichtigt werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo difizierbar.

Obwohl die Einstelleinrichtung beim obigen Beispiel zum Einstellen des Zündzeitpunktes vorgesehen ist, kann auch die Kraftstoffladungsmenge und/oder das Kraftstoff/Luft-Mi schungsverhältnis usw. eingestellt werden.

Anstelle der Ionenstromerfassungseinrichtung kann die Rege lung über eine Druckmessung im Brennraum und/oder eine Aus wertung von Lichtsignalen im Brennraum und/oder eine Aus wertung von Temperatursignalen im Brennraum erfolgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Ionenstrom-Erfassungseinrichtung

20

Einstelleinrichtung zum Einstellen des Zündzeitpunktes

50

Brennkraftmaschine
KF Kennfeld
t_z

Zündzeitpunkt
I Ionenstrom
I_S

Schwelle Ionenstrom
δ, Δ Inkremente
S10-S60 Programmschritte

Claims

1. Motorregelungsvorrichtung zur Regelung einer Brenn kraftmaschine mit:
einer Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vorentflammung in mindestens einem Brennraum;
einer Einstelleinrichtung zum Einstellen mindestens eines Motorparameters; und
einer Regelschleife zwischen der Vorentflammungs-Erfas sungseinrichtung und der Einstelleinrichtung zur Unterdrüc kung einer erfaßten Vorentflammung durch Verstellung des mindestens einen Motorparameters.

2. Motorregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorentflammungs-Erfassungseinrichtung eine Ionenstrom-Erfassungseinrichtung zum direkten oder in direkten Erfassen eines Ionenstroms in dem Brennraum auf weist und die Regelschleife eine Reduzierung des Wertes des Ionenstroms zu einer bestimmten Kurbelstellung unter einen vorgegebenen Schwellwert bewirkt.

3. Motorregelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Vorentflammungs-Erfassungs einrichtung derart gestaltet ist, daß sie Vorentflammungen jeweils in einem bestimmten, variabel festlegbaren Zeit punkt oder Zeitfenster vor dem Zündzeitpunkt erfaßt.

4. Motorregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung zum Einstellen des Zündzeitpunktes und/oder der Kraftstoffla dungsmenge und oder des Kraftstoff/Luft-Mischungs verhältnisses gestaltet ist.

5. Motorregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Io nenstrom-Schwellwert-Eingabeeinrichtung mit der Regel schleife verbunden ist, welche einen Ionenstrom-Schwellwert entsprechend mindestens eines Motorparameters, vorzugsweise Drehzahl und/oder Last und/oder Temperatur, eingibt.

6. Motorregelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ionenstrom-Schwellwert-Eingabeein richtung derart gestaltet ist, daß je nach Wert des oder der Motorparameter die Regelung entsprechend einem Schwellwert zu einer veränderlichen Kurbelstellung erfolgt.

7. Motorregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Io nenstrom-Schwellwert-Eingabeeinrichtung derart gestaltet ist, daß die Regelung nur dann aktiviert wird, wenn der zur bestimmten Kurbelstellung erfaßte Ionenstrom eine vorgege bene feste oder variable Schwelle überschreitet.

8. Motorregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Io nenstromerfassungseinrichtung den Ionenstrom direkt über eine kapazitive Messung erfaßt.

9. Motorregelungsvorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor entflammungs-Erfassungseinrichtung eine Druckmessung im Brennraum und/oder eine Auswertung von Lichtsignalen im Brennraum und/oder eine Auswertung von Temperatursignalen im Brennraum durchführt.