DE19880295C2 - Verfahren zum Regeln der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung in Verbrennungsmotoren - Google Patents
Verfahren zum Regeln der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung in VerbrennungsmotorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln
der zeitlichen Abstimmung der Einsprit
zung einer vorbestimmten Kraftstoffmenge im Arbeitszyklus eines Otto-Motors in
einem geschlossenen Kreis,
gemäß dem
einleitenden Teil des Anspruchs 1.
Um eine Regelung der stöchiometrischen Verbrennung in Verbren
nungsmotoren zu erhalten, werden, oft Lambda-Sonden verwendet.
Für einen gewöhnlichen Dreiwegekatalysator ist eine stöchiome
trische Verbrennung der ideale Betriebsmodus. Die Lambda-Sonden
der in massengefertigten PKW's verwendeten Art sind bisher soge
nannte Schmalband-Lambda-Sonden, die aufgrund ihres Ausgangs
signals bei einem Lambda-Wert knapp unter 1,0 einen deutlichen
Übergang zeigen. Diese Art Schmalband-Lambda-Sonde wird verwen
det, um die Verbrennung zu steuern, wobei die Steuerung so be
trieben wird, daß das Ausgangssignal der Lambda-Sonde zwischen
einem niedrigen oder hohen Ausgangssignal umschaltet.
Eine Alternative zu den Schmalband-Lambda-Sonden ist die Linear-
Lambda-Sondenart; diese Sonden sind aber sehr teuer, mindestens
zehnmal so teuer, und können daher eine Einführung in massenge
fertigten PKW's kostenbedingt nicht rechtfertigen. Die Linear-
Lambda-Sondenart gibt ein zum vorliegenden Luft-Kraftstoff-Ver
hältnis proportionales Ausgangssignal ab. Durch Verwenden einer
Lambda-Sonde der oben genannten Art kann die bereitgetellte
Kraftstoffmenge gesteuert werden, um ein genau bestimmtes Luft-
Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen, d. h. A/F-Verhältnis (Air/Fuel
= Luft-Kraftstoff).
In US 4 535 740 ist eine Alternative für Lambda-Sonden mit ei
nem Ionenstromsensor im Brennraum dargestellt, wo der Funken
spalt der gewöhnlichen Zündkerze als Meßspalt verwendet wird, so
daß eine Ermittlung der Brenndauer innerhalb des Brennraums mög
lich ist. Durch Messen, wie lange Zeit das Ionenstromsignal über
einem vorbestimmten Schwellenwert ist, wird ein die Brenndauer
und somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellender Parameter
ermittelt. Bei bestimmten Betriebsbereichen, wo das Ionenstrom
signal eine geringe Genauigkeit zeigt, wird die auf der Brenn
dauer basierende Regelung unterdrückt. In verschiedenen Be
triebsbereichen, d. h. Last und Umdrehungszahlen, variieren die
Kennzeichen der Brenndauer bedeutend, und aus diesem Grund al
lein besteht ein Bedarf für eine Anzahl verschiedener Schwellen
werte für die Ermittlung der Brenndauer, oder es werden alter
nativ für verschiedene Lastfälle verschiedene Gewichtungsfakto
ren verwendet.
In US 5 425 339 ist ein anderes Regelsystem dargestellt, bei
dem Informationen des Ionisationsstromes zum Steuern der zeitli
chen Abstimmung der Zündung und der bereitgestellten Kraftstoff
menge, d. h. des momentanen A/F-Verhältnisses, verwendet werden.
Während einer Variation der bereitgestellten Kraftstoffmenge
oder alternativ während einer Variation der zeitlichen Abstim
mung der Zündung, wird in dieser Ausführung das Produkt der
Ionisationssignal-Dauer und des -Höchstwertes maximiert. Mit
Ionisationssignal-Dauer ist die Zeit gemeint, in der der Ionisa
tionsstrom einen vorher genau bestimmten Schwellenpegel über
steigt. In einer alternativen Ausführungsform kann statt dessen
der integrierte Wert des Ionisationsstromsignals während der Va
riation entweder der Kraftstoffmenge oder der zeitlichen Abstim
mung der Zündung maximiert werden.
In US 5 425 339 ist ebenfalls eine vorbekannte Systemkonfigu
ration dargestellt (Fig. 3, 7), bei der auch die zeitliche Abstim
mung der Einspritzung in einer herkömmlichen Weise gesteuert
werden kann. Diese herkömmliche Weise verwendet ein Optimalwert
modell mit empirisch ermittelten Matrizen zum zeitlichen Abstim
men der Einspritzung, bei dem die dominierenden Parameter, wie
z. B. Umdrehungszahl, Last und Temperatur, alle die momentane
zeitliche Abstimmung der Einspritzung bestimmen. In
US 5 425 339 wird nicht vorgeschlagen, daß die zeitliche Ab
stimmung der Einspritzung in einer vom Ionisationsstromsignal
abhängigen geregelten Weise gesteuert werden sollte.
In DE 196 80 104 T1 ist eine Alternative zum Ermitteln des momenta
nen A/F-Verhältnisses dargestellt. Anstatt zum Bestimmen des
A/F-Verhältnisses die Dauer des Ionisationsstromsignals zu ver
wenden, wie in US 4 535 740 dargestellt, wird in DE 196 80 104 T1
vorgeschlagen, daß statt dessen ein vom Ionisationsstromsignal
abgeleiteter und für einen Basisfrequenzgehalt typischer Para
meter für diese A/F-Ermittlung verwendet wird. Als Alternative
kann die Ableitung des Ionisationsstromsignals während der Flam
menionisationsphase verwendet werden, deren abgeleiteter Wert
direkt abhängig vom Basisfrequenzgehalt des Ionisationsstrom
signals ist. Weitere strenge Anforderungen an verringerte
Emissionspegel haben dazu geführt, daß Verbrennungsmotoren mit
extrem mageren Luft-Kraftstoff-Gemischen betrieben werden, wie
sie global im gesamten Brennraum auftreten, und bei denen lokal
um die Zündkerze eine Schichtung des Luft-Kraftstoff-Gemisches
mit einem fetteren Gemisch erforderlich ist.
Diese Schichtung kann bei Verbrennungsmotoren mit einer Direkt
einspritzung erzielt werden, indem die Kraftstoffmenge in die
Nähe der Zündkerze kurz vor einem Auslösen der Zündung einge
spritzt wird. Mit dieser Schichtungstechnik, der sogenannten
Schichtladung, können Verbrennungen passend mit einem für die
vorliegenden Betriebsbedingungen idealen A/F-Verhältnis im Zünd
kerzenspalt ausgelöst werden. Obwohl umfassende Tests und Ab
schätzungen durchgeführt werden, um zu bestimmen, wann der
Kraftstoff in den Arbeitszyklus des Motors eingespritzt werden
muß, wird ein Problem auftreten, weil sich verschiedene Einzel
motoren unter den Gesichtspunkten anders verhalten, wie sich das
Kraftstoffgemisch im Brennraum während verschiedener Drehzahlen
und Belastungen bewegt. Dies kann dazu führen, daß ein ideales
A/F-Verhältnis im Zündkerzenspalt nicht erzielt wird, wenn eine
Zündung ausgelöst werden muß.
In bestimmten Einzelmotoren können z. B. Unregelmäßigkeiten im
Einlaßkrümmer, die durch zurückbleibende Grate vom Gießen des
Krümmers verursacht sind, eine Einwirkung auf den Luftstrom in
die Brennkammer haben, so daß die entwickelte Horizontalrotation
(d. h. Wirbel) oder die Vertikalrotation (d. h. Umwälzung) in ver
schiedenen Zylindern nicht in der gleichen Weise entwickelt
wird.
Bei einer regulären Herstellung können auch verschiedene ein
zelne Motoren unterschiedliche Luftströmung in die Brennräume
erhalten, im Vergleich zu einem Referenzmotor oder Motoren, die
zum Bestimmen verwendet werden, wann Kraftstoff in den Brennraum
eingespritzt werden muß. Unterschiedliche Betriebsbedingungen
mit einer regulierten Menge zurückgeführter Auspuffgase, eine
sogenannte EGR-Steuerung, können auch eine unkontrollierte Ein
wirkung auf die Luftbewegung zwischen aufeinanderfolgenden Ver
brennungen haben und ebenfalls eine allmähliche Veränderung in
der Größenordnung der Einwirkung im Dauerbetrieb verursachen.
Wenn die zeitliche Abstimmung der Kraftstoffeinspritzung in den
Brennraum in einer solchen Weise festgelegt ist, daß die nach
beendeter Einspritzung eingebrachte Kraftstoffwolke sich inner
halb des Brennraums eine bestimmte Strecke bewegen soll, unter
stützt von der entwickelten Luftbewegung innerhalb des Brenn
raums und bevor die Kraftstoffwolke die Zündkerze erreicht und
eine Zündung ausgelöst wird, dann ist es von größter Bedeutung,
daß die Luftbewegung gesteuert wird. Wenn die Luftbewegung zwi
schen verschiedenen Zylindern, aber auch zwischen verschiedenen
Betriebsbedingungen, großen Variationen unterworfen ist, dann
muß ebenfalls die zeitliche Abstimmung der Einspritzung an die
vorhandene Luftbewegung im Zylinder und an eine vorliegende Be
triebsbedingung angepaßt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, für Verbrennungsmotoren, die mit
Zündkerzen zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches ausgerüstet
sind, und bei denen der Kraftstoff eingespritzt wird, bevor eine
Zündung ausgelöst wird, ein optimiertes Regelverfahren zum
zeitlichen Abstimmen der Einspritzung dieser Verbrennungsmotoren zu
erhalten, wobei insbesondere das optimale Luft-Kraftstoff-
Gemisch im Zündkerzenspalt (Anspruch 11) beim zeitlichen Abstimmen der Zündung
aufrechterhalten werden kann und der Motor (und damit jeder einzelne
Zylinder dieses Motors) so nahe wie möglich an die Magergrenze
gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Weitere Merkmale von Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den kenn
zeichnenden Teilen der verbleibenden - also der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche 2 bis 11 - hervor.
Die Beschreibung von Ausführungsformen bzw. -beispielen der Erfindung erfolgt unter Bezug
auf die in der nachfolgenden Figurenliste angegebenen Figuren.
Fig. 1 stellt schematisch eine Anordnung zum Steuern eines Ver
brennungsmotors und Ermitteln des Ionisationsgrades innerhalb
des Brennraums dar;
Fig. 2a-2c stellen schematisch dar, wie Kraftstoff in einen
Otto-Motor eingespritzt wird, der ein in einem Versatzwinkel zur
Zylinderachse angeordnetes Einspritzventil hat;
Fig. 3a-3c stellen schematisch dar, wie Kraftstoff in einen
Otto-Motor eingespritzt wird, der ein in der Mitte des Zylinders
angeordnetes Einspritzventil hat;
Fig. 4 zeigt schematisch das Aussehen des Ionisationsstromsi
gnals, wie es durch eine in Fig. 1 dargestellte Anordnung ermit
telt wird;
Fig. 5 stellt verschiedene Arten Ionenstromsignale dar, die man
von Verbrennungen mit verschiedener zeitlicher Abstimmung der
Einspritzung, aber mit einer konstanten Kraftstoffmenge, erhält;
Fig. 6 stellt dar, wie das erfinderische Verfahren ausgeführt
werden könnte.
In DE 196 80 104 T1 ist ein Zündsystem dargestellt, das die erfor
derlichen Meßschaltkreise hat, um von der Verbrennung ein Ioni
sationsstromsignal zu erhalten, das im erfinderischen Verfahren
verwendet wird. Die nachfolgende Beschreibung ist identisch mit
der Beschreibung in DE 196 80 104 T1 soweit sie das Zündsystem und
dessen Meßschaltkreise betrifft.
In Fig. 1 ist eine Anordnung zum Steuern eines Verbrennungsmo
tors 1 dargestellt. Es ist ein vollständig elektronisches Steu
ersystem für die Kraftstoffversorgung sowie für eine zeitliche
Abstimmung der Zündung für den Verbrennungsmotor dargestellt.
Ein Mikrocomputer 19 steuert die zeitliche Abstimmung der Zün
dung sowie die bereitgestellte Kraftstoffmenge, abhängig von
einer Motordrehzahl, einer Motortemperatur und einer Last des
Motors, die durch die Sensoren 11, 12 bzw. 13 ermittelt wird.
Der Sensor 11 ist vorzugsweise ein Pulsübertrager gewöhnlicher
Art, der Radzähne am äußeren Umfang des Schwungrades erkennt.
Durch den Sensor 11 könnte auch ein Stellungssignal erhalten
werden, indem ein oder mehrere Radzähne an einer gleichbleiben
den Kurbelwellenstellung eine unterschiedliche Zahnbreite oder
wahlweise einen Zahnspalt haben. Der Mikrocomputer umfaßt eine
gewöhnliche Art Recheneinheit 15 und Abfragespeicher 14, die
Steueralgorithmen, Kraftstoffpläne und Pläne zum zeitlichen Ab
stimmen der Zündung speichern.
In jedem Zylinder ist mindestens eine Zündkerze 5 angeordnet,
wobei in Fig. 1 nur eine für einen Zylinder bestimmte Zündkerze
dargestellt ist. Die Zündspannung wird in einer Zündspule 31 er
zeugt, die eine Primärwindung 33 und eine Sekundärwindung 34
hat. Ein Ende der Primärwindung 33 ist an eine Spannungsquelle,
eine Batterie 6, angeschlossen, und das andere Ende ist durch
einen elektrisch gesteuerten Schalter 35 an Masse gelegt.
Wenn der Steuerausgang 50 des Mikrocomputers den Schalter 35 in
einen leitenden Zustand schaltet, beginnt ein Strom durch die
Primärwindung 33 zu fließen. Wenn der Strom ausgeschaltet wird,
erhält man in einer herkömmlichen Weise eine Hochtransformation
der Zündspannung in der Sekundärwindung 34 der Zündspule 32, und
es wird im Funkenspalt 5 ein Zündfunke erzeugt.
Der Beginn und das Ende des Stromflusses, eine sogenannte Ver
weilzeitsteuerung, wird abhängig von den vorliegenden Parametern
des Motors und gemäß einem vorgespeicherten Zündplan im Spei
cher 14 des Mikrocomputers gesteuert. Die Verweilzeitsteuerung
überwacht, daß der Primärstrom den erforderlichen Pegel erreicht
und daß der Zündfunke beim für den vorliegenden Lastfall erfor
derlichen zeitlichen Abstimmen der Zündung erfolgt.
Ein Ende der Sekundärwindung ist mit der Zündkerze 5 verbunden,
und das andere, an Masse gelegte Ende umfaßt einen Erkennungs
schaltkreis, der den Ionisationsgrad innerhalb des Brennraums
erkennt. Der Erkennungsschaltkreis umfaßt einen Spannungsakkumu
lator, hier in Form eines aufladbaren Kondensators 40, der den
Funkenspalt der Zündkerze mit einer im wesentlichen konstanten
Meßspannung vorspannt. Der Kondensator entspricht der in EP-C-
188 180 dargestellten Ausführungsform, wo der Spannungsakkumu
lator eine hochtransformierte Spannung des Aufladeschaltkreises
einer kapazitiven Art Einspritzsystem ist. In der in Fig. 1 dar
gestellten Ausführungsform wird der Kondensator 40 auf einen
durch die Zündspannung der Zenerdiode 41 vorgegebenen Spannungs
pegel aufgeladen, wenn der Zündpuls erzeugt wird. Diese Zünd
spannung könnte im Intervall zwischen 80-400 V liegen. Wenn in
der Sekundärwindung die hochgestufte Zündspannung von etwa 30-40
kV erzeugt wird, öffnet die Zenerdiode, was sicherstellt, daß
der Kondensator 40 nicht auf einen höheren Spannungspegel aufge
laden wird als die Zündspannung der Zenerdiode. Parallel mit dem
Meßwiderstand 42 ist eine Schutzdiode mit umgekehrter Polarität
verbunden, die in einer entsprechenden Weise gegen Überspannun
gen umgekehrter Polarität schützt. Der Strom im Schaltkreis
5-34-40/40-42-Masse kann am Meßwiderstand 42 erkannt werden,
dessen Strom von der Konduktivität der Verbrennungsgase im
Brennraum abhängig ist. Die Konduktivität ist umgekehrt abhängig
vom Ionisationsgrad innerhalb des Brennraums.
Für den Erkennungsschaltkreis 44 ist nur eine Verbindung mit dem
Meßpunkt 45 erforderlich, weil der Meßwiderstand 42 an Masse ge
legt ist. Der Erkennungsschaltkreis 44 mißt im Meßpunkt 45 das
Potential über dem Widerstand 42 bezogen zur Masse. Durch Analy
sieren des Stromes, oder wahlweise der Spannung, durch den Meß
widerstand, kann u. a. ein Klopfzustand oder eine Voreinspritzung
erkannt werden. Wie in US-A-4 535 740 aufgeführt ist, kann das
vorliegende Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch während bestimmter
Betriebsfälle durch Messen erkannt werden, wie lange der Ionisa
tionsstrom über einem bestimmten Pegel ist.
Wie im Abgasstrom stromaufwärts von einem im Abgaskrümmer ange
ordneten Katalysator 30 zu sehen ist, kann mit einer im Abgas
krümmer des Verbrennungsmotor angeordneten Lambda-Sonde 31 die
restliche Sauerstoffmenge und daher auch das vorliegende Luft-
Kraftstoff-Gemischverhältnis erkannt werden. Mit einer herkömm
lichen Schmalband-Lambda-Sonde, die ein Ausgangssignal mit einem
deutlichen Übergang knapp unter einem stöchiometrischen Gemisch
hat, kann die von einem gespeicherten Kraftstoffplan vorgegebene
Kraftstoffmenge korrigiert werden. Die Korrektur erfolgt, um für
die Funktion des Katalysators 30 das ideale Luft-Kraftstoff-
Gemischverhältnis aufrechtzuerhalten. Durch das Ausgangssignal A
der Lambda-Sonde kann man eine Rückkopplungssteuerung der Kraft
stoffversorgung erhalten, deren Steuerung so ausgeführt wird,
daß das Ausgangssignal der Lambda-Sonde zwischen einem hohen und
einem niedrigen Ausgangssignal bis zu ein paarmal pro Sekunde
schwingt.
Das Kraftstoffversorgungssystem des Verbrennungsmotors umfaßt in
herkömmlicher Weise einen Kraftstofftank 21 mit einer im Tank
angeordneten Kraftstoffpumpe 22. Der unter Druck gesetzte Kraft
stoff wird von der Pumpe 22 an einen Druckentzerrer 23 und wei
ter an einen Kraftstoffilter 24 und andere Behälter 25, oder die
Kraftstoffdruckleitung umfassende Volumen, bereitgestellt. An
einem Ende der Kraftstoffleitung ist ein Druckregler 26 angeord
net, der bei einem überhöhten Druck für einen Rückfluß in die
Rückleitung 27, zurück zum Kraftstofftank 21 oder der Kraft
stoffpumpe 22, öffnet. Eine Alternative für einen bei einem
überhöhten Druck öffnenden Druckregler 26 kann eine druckgesteu
erte Kraftstoffpumpe sein, wodurch die Rückleitung 27 vermieden
werden kann. Das angesammelte Volumen der Kraftstoffpumpenein
heit 22, des Druckentzerrers 23, des Kraftstoffilters 24 und an
derer Kammern oder Volumen 25, haben eine solche Größenordnung,
daß ein Betrieb für ein paar Minuten stattfinden kann, bevor ei
ne neue Art in den Tank getankter Kraftstoff die Kraftstoffein
spritzventile 20 erreicht. Die Kraftstoffeinspritzventile 20
sind so angeordnet, daß sie Kraftstoff direkt in jeden Zylinder
einspritzen können, und arbeiten sequentiell synchron mit dem
Betriebszyklus des Motors. Die bereitgestellte Kraftstoffmenge
wird durch die Länge des durch den Mikrocomputer an das entspre
chende Einspritzventil ausgegebenen Steuerimpulses bestimmt.
Die Kraftstoffmenge, genauso wie das zeitliche Abstimmen der
Zündung, wird abhängig von vorliegenden Motorparametern gemäß im
Speicher 14 des Mikrocomputers enthaltenen vorgespeicherten
Kraftstoff- und zeitlichen Zündabstimmungs-Plänen gesteuert. Die
durch den Plan vorgegebene Kraftstoffmenge kann möglicherweise
durch den Lambda-Sondenausgang korrigiert werden. In einer be
stimmten Art Kraftstoffsteuersystem kann im Kraftstoffversor
gungssystem auch ein Kraftstoff-Qualitätssensor 28 angeordnet
sein. Die Kraftstoffsteuerung kann mit einem Kraftstoff-Quali
tätssensor 28 an die vorliegende Oktanzahl oder das Mischungs
verhältnis von Methanol und Benzin angepaßt werden. Das Steuer
gerät 10 erhält vom Kraftstoff-Qualitätssensor ein Eingangssi
gnal K, das die vorliegende Kraftstoffqualität anzeigt.
In den Fig. 2a-2c ist dargestellt, wie Kraftstoff in den Zylin
der eines direkteingespritzten Otto-Motors eingespritzt wird,
der ein zur Zylindermitte oder -achse in einem Versatzwinkel an
geordnetes Kraftstoffeinspritzventil 60 hat. In dieser Figur ist
ein Brennraum dargestellt, bei dem die innerhalb des Brennraums
hervorgerufene Luftbewegung vom "Rückwärts-Umwälzungs"-Typ ist,
wie es in der Figur durch einen Pfeil 67 angezeigt ist. Eine
"Rückwärts-Umwälzung" ist eine Luftbewegung, bei der der in den
Brennraum eingeleiteten Luft eine Rotation um eine Achse mitge
geben wird, die senkrecht zur Zylinderachse und nach unten und
zur Zylindermitte gerichtet ist. Diese Rückwärts-Umwälzung wird
durch einen Einlaßkrümmerkanal 62 mit einem Radius erzielt, der
sich in einer vertikalen Ebene und um eine an einer entgegenge
setzten Seite der Zylinderachse angeordnete Mitte erstreckt, be
trachtet in Bezug auf die Anordnung der Sitze der Einlaßven
tile 17. Mit der Aufgabe, die Rückwärts-Umwälzung zu verstärken,
ist auch der Kolben mit einer tassenförmigen Schüssel 64 gestal
tet, die die Rotation unterstützt und sie zur Zündkerze 63
lenkt.
In Fig. 2a ist dargestellt, wie das Einspritzventil 60 die
Kraftstoffwolke am Anfang in den Zylinder einbringt, was einer
Kolbenstellung von etwa 50 Kurbelwellengrad vor dem oberen Tot
punkt (BTDC, Before Top Dead Centre) entsprechen kann. Otto-
Motoren mit Direkteinspritzung brauchen ein Einspritzventil mit
einer im wesentlichen erhöhten Kapazität in Bezug auf Einspritz
ventile für indirekte Einspritzung. Die benötigte Maximalkraft
stoffmenge soll innerhalb eines sehr begrenzten Zeitintervalls
bereitgestellt werden können, das bezogen auf einen Motor inner
halb etwa 10° Kurbelwellenwinkel entsprechen kann. Der Beginn
der Einspritzung kann dann bei einer Stellung vor der in Fig. 2a
dargestellten Stellung ausgelöst werden, d. h. etwa 60° BTDC.
In Fig. 2b ist eine Stellung im Arbeitszyklus des Otto-Motors
dargestellt, bei der die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, und
bei der sich die Kraftstoffwolke innerhalb des Brennraums unter
dem Einfluß der hervorgerufenen Luftrotation zu bewegen beginnt.
Fig. 2b könnte einer Motorstellung bei 45° BTDC entsprechen.
In Fig. 2c ist eine Stellung im Arbeitszyklus des Motors darge
stellt, bei der die Kraftstoffwolke 66 Zeit gehabt hat, sich so
zu bewegen, daß man das fetteste Luft-Kraftstoff-Gemisch um den
Zündkerzenspalt 63 erhält. Mit dem Ausdruck Kraftstoffwolke ist
das örtliche Volumen innerhalb des Brennraums gemeint, in dem
das Verhältnis zwischen Luft und feinverteiltem Kraftstoff einem
stöchiometrischen oder reicherem als stöchiometrischen Verhält
nis entspricht.
In den Fig. 3a-3c ist dargestellt, wie Kraftstoff in den Zylin
der eines direkt eingespritzten Otto-Motors mit einem an der
Mitte des Zylinders angeordneten Kraftstoffeinspritzventil 70
eingespritzt wird. In dieser Ausführungsform wird ein Brennraum
verwendet, bei dem der eingeleiteten Luft eine Drehung in einer
horizontalen Ebene, ein sogenannter "Wirbel", mitgegeben wird,
d. h. eine Rotation innerhalb des Brennraums um eine Achse, par
allel zur und meist übereinstimmend mit der Zylinderachse. Die
ser Wirbel kann in herkömmlicher Weise erhalten werden, indem
man einen (nicht gezeigten) Einlaßkrümmerkanal mit einem Radius
um eine Achse parallel zur Zylinderachse verwendet. Um diesen
Wirbel im Brennraum weiter zu verbessern und zu unterstützen,
ist der Kolben 71 ebenfalls mit einer tassenförmigen Schüssel
mit einer mit der Zylinderachse axialsymmetrischen Form
gestaltet.
In Fig. 3a ist dargestellt, wie das Einspritzventil 60 die
Kraftstoffwolke am Anfang im Zylinder absetzt, was einer Stel
lung des Kolbens von etwa 50 Kurbelwellengrad vor dem oberen
Totpunkt entsprechen kann.
In Fig. 3b ist eine Stellung im Arbeitszyklus des Otto-Motors
dargestellt, bei der die Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen
ist, und bei der sich die Kraftstoffwolke zusammen mit der hori
zontalen Rotation innerhalb des Brennraums zu drehen beginnt.
Fig. 3b kann einer Motorstellung bei 45° BTDC entsprechen. Die
hervorgerufene Rotation kann in einem gewissen Grad eine weitere
Verteilung von Kraftstoff im Brennraum in der radialen Richtung
einschränken, und den Kraftstoff somit innerhalb eines einge
schränkten Bereiches in der Mitte des Brennraums halten.
In Fig. 3c ist eine Stellung im Arbeitszyklus des Motors darge
stellt, bei der die Kraftstoffwolke 76 Zeit gehabt hat, sich in
nerhalb der hervorgerufenen Rotation so auszudehnen, daß die
Kraftstoffwolke die Zündkerze 73 erreicht. In Fig. 3c ist durch
Pfeile 79 der Quetscheffekt dargestellt, den man erhält, wenn
sich die oberen Oberflächen des Kolbens dem Zylinderkopf nähern.
Dieser Quetscheffekt tritt während der Endphasen des Verdich
tungshubes auf und kann auf die Anordnung der Kraftstoffwolke 76
im Brennraum in Bezug auf die im Brennraum angeordnete Zündkerze
eine Auswirkung haben. Ein ähnlicher Quetscheffekt wird auch mit
einem Brennraum erreicht, wie er in den Fig. 2a-2c dargestellt
ist.
In Fig. 4 ist schematisch das Ionenstromsignal UION dargestellt,
wie man es mit einer Meßanordnung gemäß Fig. 1 erhält. Der in
Volt gemessene Signalpegel UION ist an der Y-Achse dargestellt,
und das Ausgangssignal könnte im Bereich 0-2,5 V liegen. An der
X-Achse sind Kurbelwellengrade °VC dargestellt, wobei 0° die
obere Totstellung bezeichnet, wenn der Kolben seine oberste
Stellung einnimmt. An der Stellung SP, die eine Stellung vor der
oberen Totstellung und vorzugsweise 15-20 Kurbelwellengrad vor
der oberen Totstellung ist, wird der Zündfunke beim zeitlichen
Vorabstimmen der Zündung erzeugt, die bei den vorherrschenden in
erster Linie von einer Last und Umdrehungszahl abhängigen Be
triebsbedingungen abgefragt wird. Die Erzeugung des Zündfunkens
bewirkt durch die Funkenentladung im Zündkerzenspalt während der
sogenannten Zündphase im Erkennungsschaltkreis 40-45 einen hohen
Meßpuls, der jedoch herausgefiltert wird, und der entsprechende
Wert wird in der bevorzugten Ausführungsform nicht verwendet.
Die Sammlung der gemessenen Werte wird bevorzugt durch den
Mikrocomputer 10 so gesteuert, daß der Mikrocomputer den Signal
eingang 54 nur bei bestimmten Motorstellungen oder bei bestimm
ten Zeitpunkten abliest, d. h. in definierten Meßfenstern. Diese
Meßfenster werden bevorzugt abhängig vom zeitlichen Abstimmen
der Zündung SP betätigt, damit diese Meßfenster ausreichend
lange Zeit geöffnet sind, nachdem die Funkenentladung sich rich
tig abgeschwächt hat.
Nach der Zündphase wird die in Fig. 4 als FLAMMEN-ION bezeich
nete Flammenionisationsphase ausgelöst, während der sich das
Bilden eines Brennkernes des Luft-Kraftstoff-Gemisches im oder
nahe dem Zündkerzenspalt auf die Meßspannung auswirkt.
Nach der Flammenionisationsphase wird die in Fig. 2 als NACH-ION
bezeichnete Nachionisationsphase begonnen, während der sich die
Verbrennung innerhalb des Brennraums auf die Meßspannung aus
wirkt, deren Verbrennung eine erhöhte Anzahl Ionisationspartikel
bei einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Verbrennungs
druck verursacht. Das typische Verhalten ist, daß während NACH-
ION ein in Fig. 4 als PP bezeichneter Maximalwert erreicht wird,
wenn der Verbrennungsdruck seinen Maximalwert erreicht hat und
die Flammenfront die Wände des Brennraums erreicht hat, was ei
nen erhöhten Innendruck verursacht.
Der Übergang zwischen der Flammenionisationsphase und der Nach
ionisationsphase und den Höchstwerten innerhalb jeder entspre
chenden Phase kann vorzugsweise durch einen Differentations
schaltkreis, oder alternativ durch einen in der Software des
Steuergerätes implementierten Differentationsalgorithmus ermit
telt werden. Der erste Nullübergang des Differentialkoeffizien
ten dUION/dVC ermittelt den Höchstwert PF, der zweite Nullüber
gang des Differentialkoeffizienten ermittelt den Übergang zwi
schen der Flammenionisationsphase und der Nachionisationsphase,
und der dritte Nullübergang ermittelt den Höchstwert PP.
In Otto-Motoren mit Direkteinspritzung, wo eine Schichtung am
Zündkerzenspalt während bestimmter Betriebsbedingungen erwünscht
ist, d. h. ein örtlich fetteres Luft-Kraftstoff-Gemisch, wird das
Ionisationsstromsignal durch das momentane Positionieren der
Kraftstoffwolke beim zeitlichen Abstimmen der Zündung beein
flußt. Dementsprechend hat die Erfindung besonders die Kennzei
chen des Ionisationsstromsignals während der Flammenionisations
phase verwendet, die direkt vom örtlichen Luft-Kraftstoff-Ver
hältnis beim Zündkerzenspalt abhängig sind.
In Fig. 5 sind schematisch verschiedene Arten Meßsignale darge
stellt, wie sie mit einem Erkennungsschaltkreis wie in Fig. 1
dargestellt ermittelt und von Verbrennungen erhalten werden, die
zeitlich verschieden abgestimmte Einspritzungen, aber unverän
dert gelassene andere Parameter einschließlich gleichen Kraft
stoffmengen haben. Die in Fig. 5 dargestellten Kurven werden ty
pischerweise von Betriebszyklen bei 2000 Umdrehungen pro Minute
und gemittelt über 500 Zyklen erhalten.
Die durchgezogene Kurve FBASE_T stellt Verbrennungen mit einer
idealen zeitlichen Abstimmung der Einspritzung dar. Die ge
strichelte Kurve FΔ 1_T stellt Verbrennungen dar, die eine zeit
liche Abstimmung der Einspritzung mit einer in Bezug auf die
ideale zeitliche Abstimmung der Einspritzung kleinen Abweichung
Δ1_T haben. Die gepunktete Kurve stellt Verbrennungen mit einer
in Bezug auf die ideale zeitliche Abstimmung der Einspritzung
etwas größeren Abweichung Δ2_T dar, und schließlich stellt die
Strichpunktkurve Verbrennungen mit der größten Abweichung Δ3_T
in Bezug auf die ideale zeitliche Abstimmung der Einspritzung
dar. Für all diese Kurven sind die Absolutwerte der Abweichungen
in Beziehung gebracht: Δ1_T < Δ2_T < Δ3_T.
Die den Ionisationsstrom nach der Zündphase darstellende Span
nung UION wird von 5 Kurbelwellengrad vor der oberen Totstellung
(ÖD) und mindestens bis etwa 55 Kurbelwellengrad nach ÖD aufge
nommen. Die erste Zündphase, die zwischen der Erzeugung des Fun
kens SP und vor 5 Kurbelwellengrad vor ÖD stattfindet, ist in
den Kurven nicht enthalten, die die Flammenionisationsphase
(FLAMMEN-ION) und die Nachionisationsphase (NACH-ION) darstel
len. Aus den Figuren wird offenbar, daß die Frequenzcharakteri
stik der Grundfrequenz des Ionenstromsignals während der Flam
menionisationsphase bei einer idealen zeitlichen Abstimmung der
Einspritzung FBASE_T ein Maximum hat.
Bei einer idealen zeitlichen Abstimmung der Einspritzung FBASE_T
steigt das Meßsignal dann während des Kurbelwellenwinkelberei
ches A schnell zu seinem Höchstwert PF. Bei einer aufeinander
folgenden Änderung der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung in
Schritten Δ1_T→Δ2_T→Δ3_T weg von der idealen zeitlichen Abstim
mung der Einspritzung, nimmt die Zuwachsrate des Meßsignals ab,
und die zugehörigen Höchstwerte während der Flammenionisations
phase werden erst nach Durchlaufen der Kurbelwellenwinkelberei
che B, C bzw. D erreicht. Die Frequenzcharakteristik der Grund
frequenz des Meßsignals während der zugehörigen Kurbelwellenbe
reiche A, B, C und D jeder Kurve, d. h. während eines Viertels
einer vollständigen Signalperiode, nimmt somit mit einer erhöh
ten Abweichung von der idealen zeitlichen Abstimmung der Ein
spritzung ab.
Ein anderes Verfahren zum Herleiten der Frequenzcharakteristik
der Grundfrequenz des Ionenstromsignals ist ein Beobachten des
Differentialwertes dUION/dVC, d. h. die Spannung UION als eine
Funktion des Kurbelwellenwinkels VC. Dies kann mit dem in Fig. 1
dargestellten Erkennungsschaltkreis 44 getan werden.
Mit der oben beschriebenen Beziehung ist dargestellt worden, daß
es möglich ist, die zeitliche Abstimmung der Einspritzung in ei
ner Regelart zu optimieren, indem man die Frequenz erster Ord
nung der Grundfrequenz des Ionenstromsignals ermittelt, oder wie
es in einem Steuersystem günstig ausgeführt werden könnte, indem
man dUION/dVC während der Flammenionisationsphase ermittelt.
In Fig. 6 ist dargestellt, wie das im Ausführungsbeispiel dargestellte Verfahren aus
geführt werden kann. Mit der dicken Kurve ist die augenblickli
che Einstellung der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung im
Arbeitszyklus des Motors dargestellt.
Die Einstellung der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung ist
links an der Vertikalachse in Kurbelwellengrad vor dem oberen
Totpunkt BTDC angezeigt, wobei ein sich erhöhender Wert des BTDC
eine frühzeitigere Einspritzung darstellt. Mit der gepunkteten,
Kurve ist der augenblickliche Wert des Differentialwertes des
Ionisationsstromsignals dUION/dt während der Flammenionisations
phase dargestellt. Bevor die Variation der Einstellung der zeit
lichen Abstimmung der Einspritzung begonnen wird, d. h. vor der
Verbrennung Nr. C1, könnte eine Einstellung gemäß einem empirisch
ermittelten Plan verwendet werden, in diesem Fall 50° BTDC.
Wenn ein beständiger Zustand erreicht worden ist, wird die Va
riation der Einstellung der Kraftstoffeinspritzung begonnen.
Diese Variation kann durch ein zeitliches Vorrücken der Kraft
stoffeinspritzung in vorbestimmten Schritten Δ3 ausgeführt wer
den, die 1,5 Kurbelwellengrad entsprechen können. Ein beständi
ger Zustand kann angenommen werden, wenn die Last und Motordreh
zahl zwischen aufeinanderfolgenden Verbrennungen weniger als 5%
und vorzugsweise weniger als 1% schwankt. Wenn dann der Wert
von dUION/dt eine ansteigende Tendenz anzeigt, kann noch ein wei
teres inkrementales Vorrücken der zeitlichen Abstimmung der Ein
spritzung in der selben Größenordnung, d. h. Δ3, bei der Verbren
nung Nr. C2 begonnen werden. Wenn das inkrementale Vorrücken in
der Anfangsgrößenordnung einen Abfall dUION/dt zustande bringt,
der bei der Verbrennung Nr. C3 stattfindet, dann ändert sich die
Variation der Einstellung der Kraftstoffeinspritzung von einer
vorrückenden in eine verzögernde Richtung, was bei einer Ver
brennung Nr. C4 stattfindet.
Bei jedem Richtungswechsel, d. h. von Vorrücken zu Verzögern und
umgekehrt, kann die Größenordnung von Vorrücken oder Verzögern,
d. h. die Schrittrate, vom Anfangsschritt Δ3 zum Schritt Δ2 ver
ringert werden, um die Einstellung zu finden, die den Maximal
wert von dUION/dt in einer schnellen und richtigen Weise er
reicht. Δ2 kann 1,0 Kurbelwellengrad entsprechen. Wenn die ver
zögerte zeitliche Abstimmung der Einspritzung bei der Verbren
nung Nr. C4 eine Zunahme von dUION/dt bewirkt, dann setzt sich
die Variation der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung in die
verzögernde Richtung bei Verbrennung Nr. C5 mit dem gleichen Ver
zögerungsschritt fort, wie er bei Verbrennung Nr. C4 ausgeführt
wurde. Wenn die verzögerte zeitliche Abstimmung der Einspritzung
eine Abnahme von dUION/dt bewirkt, dann wechselt die Variation
der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung noch einmal von Ver
zögern zu Vorrücken, und die Schrittrate der Variation wird von
Δ2 zu Δ1 vermindert. Δ1 kann 0,5 Kurbelwellengrad entsprechen.
Vorzugsweise wird für die Schrittrate eine geringere Grenze ver
wendet, wobei Δ1 die während der Variation der Einstellung der
Kraftstoffeinspritzung verwendete kleinste Schrittrate sein
kann.
Wenn die Variation die kleinste erlaubte Schrittrate erreicht
hat, ist die Idealbedingung mit einem fortlaufenden Wechsel zwi
schen Verzögern und Vorrücken erreicht, wobei der Wert von
dUION/dt fortlaufend zwischen einer ansteigenden oder abfallenden
Tendenz wechselt. Wenn eine vorbestimmte Anzahl Wechsel, in der
Größenordnung von etwa zehn, zwischen Verzögern und Vorrücken im
bestimmten Betriebszustand stattgefunden hat, wird die Variation
beendet und die gefundene Einstellung dauerhaft in einem Spei
cher des Motorsteuersystems als die für den vorherrschenden Be
triebszustand zu verwendende Einstellung gespeichert. Durch die
ses Verfahren kann eine Anpassung des Kraftstoffplans für alle
beständigen Zustände gemacht werden. Deswegen ist dieser Plan
auch die Basis für eine Kraftstoffeinspritzsteuerung während
Übergängen, d. h. während Wechseln der Last oder der Motordreh
zahl, und es wird auch eine Anpassung der vorübergehenden Kraft
stoffsteuerung erreicht.
Die oben beschriebene Variation kann bevorzugt für jeden be
stimmten Betriebszustand des Motors wieder begonnen werden,
nachdem eine vorbestimmte Mindesbetriebszeit in diesem bestimm
ten Betriebszustand erreicht worden ist. Diese vorbestimmte Be
triebszeit kann von einigen Minuten bis zu einigen Stunden fest
gesetzt sein, wobei die vorbestimmte Betriebszeit die Grenzen
festsetzt, wie oft der Motor sich an jegliche Veränderungen an
passen wird. Alternativ können verschiedene Alarmtypen eine Va
riation der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung auslösen,
wenn ein beständiger Zustand vorgegeben worden ist. Ein solcher
Alarm könnte z. B. Fehlerhinweise verschiedener Sensortypen bil
den, wie z. B. Lambda-Sonden oder HC-Sensoren, die überhöhte
Emissionspegel oder eine ungleichmäßige Verbrennung anzeigen
können.
In Fig. 6 ist dargestellt, daß der Differentialwert des Ionisa
tionsstromsignals dUION/dt bei einem begonnenen inkrementalen
Wechsel der Einstellung keine sprunghafte Veränderung zeigt. Es
wird bevorzugt ein fließender Mittelwert von dUION/dt ausgeführt,
was dazu führt, daß der gemittelte Wert dUION/dt nur allmählich
einen erhöhten Wert annimmt, wenn eine Anzahl aufeinanderfolgen
der Verbrennungen alle einen erhöhten Wert von dUION/dt zeigen.
Dies ist vorteilhaft, wenn es in Otto-Motoren ausgeführt ist, wo
der Verbrennungsvorgang zwischen aufeinanderfolgenden Verbren
nungen in einem großen Umfang schwankt.
Ein Problem mit einem geschichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch,
d. h. einem örtlich in der Nähe des Zündkerzenspalts fetteren Ge
misch, ist, daß der Zündkerzenspalt mit Ruß bedeckt sein könnte.
Dies ist in Otto-Motoren mit Direkteinspritzung oft der Fall,
bei denen die Kraftstoffwolke im Zündkerzenspalt ein übermäßig
fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch verursachen kann. Während be
stimmter Betriebsfälle kann der bevorzugt festgesetzte Punktwert
des Ionisationskennzeichensignals einem vorbestimmten Teil des
Maximalbasisfrequenzgehalts entsprechen. Auf diese Weise kann
ein gesteuerter Einspritzbeginn ausgeführt werden, bevor die
übermäßig fetten Bereiche der Kraftstoffwolke den Zündkerzen
spalt erreichen.
Die Variation der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung kann
auch mit einem schrittweisen Abfallen der Kraftstoffmenge ver
bunden werden, wenn das Ionisationskennzeichensignal eine über
höhte Basisfrequenz anzeigt, was ein weiteres Verringern der
Kraftstoffmenge ermöglichen könnte. Während eines geschichteten
Betriebs ohne Rückmeldung muß die vorbestimmte Kraftstoffmenge
auf eine ausreichende Kraftstoffmenge festgesetzt werden, die
eine sichere und zuverlässige Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemi
sches in allen Betriebsfällen garantiert. Dies kann zu optimalen
Luft-Kraftstoff-Gemischen im Zündkerzenspalt während bestimmter
Betriebsfälle führen, aber auch zu übermäßig fetten Gemischen in
anderen Betriebsfällen.
Ein anderes Problem ist, daß ein geschichteter Betrieb mit einem
extrem mageren Gemisch, da es im gesamten Brennraum auftritt, zu
einer sehr geringen Verbrennungstemperatur führt. Eine Grundre
gel ist, daß die Zündkerze bei einer Temperatur über 400°C ge
halten werden sollte, was die geringste Temperatur ist, die
einen Selbstreinigungseffekt der Zündkerze erhält und ein Abla
gern von Ruß auf den Elektroden verhindert. Ein Vorteil des in
Fig. 1 dargestellten Zündsystems ist, daß jegliche Rußummante
lung mit den Meßschaltkreisen ermittelt werden kann. Die am
Zündkerzenspalt angelegte Vorspann-Spannung kann einen Versatz
wert des Ionisationssignals ergeben, der einem überlagerten
Gleichstromsignal entspricht. Die Größenordnung des Gleichstrom
signals ist von der die Zündkerze abdeckenden Rußmenge direkt
abhängig. Wenn sich auf dem Zündkerzenspalt und dem die Mittel
elektrode umgebenden Isolator Ruß abzulagern beginnt, dann ver
mindert sich der Widerstand im Zündkerzenspalt. Dieses Gleich
stromsignal kann somit verwendet werden, um die zeitliche Ab
stimmung der Einspritzung so zu korrigieren, daß ein Rußaufbau
unter Kontrolle ist, d. h. daß nicht zugelassen wird, daß ein
Gleichstromsignal über einer bestimmten Schwelle erzeugt wird.
Die Variation der zeitlichen Abstimmung der Einspritzung kann
auch mit anderen Messungen verbunden werden, die die Aufgabe ei
nes Verringerns von Rußablagern haben. Beispielsweise kann auch
die zeitliche Abstimmung der Zündung während einer begrenzten
Anzahl Verbrennungen vorgerückt werden, um extreme Temperaturen,
oder vielleicht auch irgendein Klopfen zu provozieren. Als Er
gänzung kann auch ein Umschalten von einem geschichteten Betrieb
zu einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einer stöchiome
trischen Verbrennung überall im gesamten Brennraum ausgeführt
werden, wenn die Variation der zeitlichen Abstimmung der Ein
spritzung während des geschichteten Betriebs nicht ausreichend
ist, um eine Rußablagerung zu verringern.
In der dargestellten Ausführungsform wird eine Ermittlung der
Ionisation unmittelbar nach einem Ende des Zündfunkens im Zünd
kerzenspalt durchgeführt. Alternative Lösungen können stattdes
sen ein Signalkennzeichen für die Ionisation während der Zünd
phase oder der Entladephase des Zündfunkens verwenden. Ein sol
ches Signal kann von der zum Erhalten des Zündfunkens während
der Entladephase notwendigen Vorspann-Spannung erhalten werden.
Eine andere Alternative kann stattdessen den Zündstrom des Zünd
funkens ermitteln.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, dass nicht nur ein Ermitteln der Grundfrequenz oder
des Differentialwertes erfolgen kann.
Es kann auch ein einen Frequenzgehalt der Grundfrequenz kenn
zeichnender Parameter miterfasst werden, so dass erkennbar ist, wie schnell sich
das Amplitudenmaximum PF während der Flammenionisationsphase er
eignet. Eine einfache Ermittlung der Zeit für das sich Ereignen
des Amplitudenmaximums ist vom Differentialwert dUION/dt streng
abhängig und somit kennzeichnend für die Grundfrequenz.
Die bevorzugte Ausführungsform mit einem Meßfenster während der
Flammenionisationsphase vor dem Amplitudenmaximum PF ist jedoch
die einfachste Ausführungsform, die in einem Steuersystem ausge
führt werden kann, weil diese Phase verhältnismäßig eindeutig
abhängig vom Stattfinden der zeitlichen Abstimmung der Einsprit
zung bestimmt ist.
Zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung gehört auch, dass eine alleinige Aussichtung auf Otto-Motoren mit Direktein
spritzung, bei denen eine Schichtung von einem ver
hältnismäßig fetteren Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Nähe der
Zündkerze während eines besonderen Nieder- und Teillastbetriebs
des Motors einsetzt, nicht vorgesehen ist. Bei Otto-Motoren mit
indirekter Kraftstoffeinspritzung, bei denen also die Kraft
stoffeinspritzung in Einlaßkanäle erfolgt, wird eine Schichtung
durch gesteuerte Betätigung der Einlaßventile erreicht.
Dies kann beispielsweise durch Einspritzen von Kraftstoff
zu nur einem Einlaßventil erreicht werden, das einen Teil der
zugeführten Luft zur Zündkerze leitet, und bei dem der Hauptteil
der zugeführten Luft durch ein anderes Einlaßventil in den
Zylinder geleitet wird.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch verschiedene Arten von Zündkerzen mit
einschließen. Beispielsweise können herkömmliche Zündkerzen mit
Luftspalten oder Oberflächenzündkerzen verwendet werden. Ober
flächenzündkerzen verursachen, daß sich die Entladung über einer
Isolatorfläche ereignet.
Die Verwendung der Zündkerze als Meßspalt zur Ionisationsermitt
lung hat den Vorteil, daß ein zusätzlicher Meßspalt im Brennraum
nicht erforderlich ist. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind jedoch nicht auf eine
Ionisationsermittlung über den Zündkerzenspalt beschränkt. Al
ternativ kann ein zusätzlicher Meßspalt im Brennraum angeordnet
sein, entweder in die Zündkerze integriert und parallel mit dem
Zündspalt, oder mit einem zusätzlichen Meßspalt getrennt von der
Zündkerze.
Claims (11)
1. Verfahren zum Regeln der zeitlichen Abstimmung der Ein
spritzung einer vorbestimmten Kraftstoffmenge im Arbeitszyklus
eines Otto-Motors in einem geschlossenen Kreis, bei dem die vor
bestimmte Kraftstoffmenge dem Brennraum durch ein Einspritzven
til zugeführt wird, und bei dem die Zündung des Luft-Kraftstoff-
Gemisches mit einer im Brennraum angeordneten Zündkerze ausge
löst wird, nachdem die Kraftstoffmenge dem Brennraum zugeführt
worden ist, und wobei ferner vorgesehen ist,
daß ein die Ionisation innerhalb des
Brennraums kennzeichnender Parameter durch einen innerhalb des
Brennraums angeordneten Meßspalt ermittelt wird und daß die
zeitliche Abstimmung der Einspritzung der vorbestimmten Kraft
stoffmenge im Arbeitszyklus des Motors entweder in eine vorge
rückte oder eine verzögerte Richtung in vorbestimmten Schritten
so verändert wird, daß der die Ionisation innerhalb des Brenn
raums kennzeichnende Parameter einer Tendenz zu einem voreinge
stellten Punktwert hin unterworfen wird.
11. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Meßspalt ein Zündkerzenspalt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der voreingestellte Punktwert den
Maximalwert eines Parameters bildet, der für den Basisfrequenz
gehalt des Ionisationssignals während mindestens eines Teils der
Flammenionisationsphase (FLAMMEN-ION) kennzeichnend ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der voreingestellte Punktwert ein
vorbestimmtes Akzeptanzintervall bildet, innerhalb dessen sich
der Höchstwert des Ionisationssignals nach einem Auslösen der
Zündung ereignet.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der für die Basisfrequenz kennzeich
nende Parameter eine Bestimmung des Ableitungswertes ersten
Grades des Ionisationssignals innerhalb eines Meßfensters wäh
rend der Flammenionisationsphase bildet, vorzugsweise bevor das
Ionisationssignal seinen Höchstwert während der Flammenionisa
tionsphase erreicht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei
einem Verbrennungsmotor, der Einspritzventile mit einer variablen
dynamischen Steuerfolge hat, wodurch die pro Zeiteinheit bereit
gestellte Kraftstoffmenge gesteuert werden kann,
die Variation der Kraftstoffeinstel
lung mit einem Verändern einer Durchflußrate im Einspritzventil
verbunden ist, entweder durch Umschalten zwischen der Variation
der Einstellung oder der Durchflußratensteuerung während einer
vorbestimmten Zyklenanzahl, oder durch Umschalten zwischen jeder
Verbrennung, und bei dem die Variation der Durchflußrate des
Einspritzventils unter den gleichen Bedingungen zur Optimierung
wie zur Variation der Kraftstoffeinstellung gehandhabt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der zeitlichen Abstim
mung der Einspritzung ausgelöst wird, wenn der Motor einer im
wesentlichen konstanten Last und Drehzahl unterworfen ist, d. h.
ein sogenannter beständiger Zustand, der sich ereignet, wenn die
Last und Drehzahl des Motors weniger als 5% und vorzugsweise
weniger als 1% zwischen aufeinanderfolgenden Verbrennungen
schwankt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der zeitlichen Abstim
mung der Zündung in jedem bestimmten Betriebsmodus ausgelöst
wird, angezeigt durch Motordrehzahl und -last, wenn im bestimm
ten Betriebsmodus eine vorbestimmte Betriebszeit vergangen ist,
seitdem in diesem Betriebsmodus das letzte Mal eine Variation
ausgelöst wurde.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der zeitlichen Abstim
mung der Einspritzung ausgelöst wird, wenn eine den Emissions
pegel überwachende Alarmfunktion überhöhte Pegel der Emissionen
oder eine schwankende und ungleichmäße Verbrennung anzeigt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die ausgelöste Variation der zeitli
chen Abstimmung der Einspritzung für den betreffenden Betriebs
modus beendet wird, wenn die Variation der zeitlichen Abstimmung
der Einspritzung zwischen einer verzögerten und einer beschleu
nigten Einstellung eine vorbestimmte Anzahl von Malen wechselt,
und daß danach die durch diese Variation gefundene zeitliche Ab
stimmung der Einspritzung als eine dauerhafte Einstellung im Ar
beitszyklus des Motors für die Kraftstoffmenge und den fragli
chen Betriebsmodus gespeichert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittrate der Einstellverände
rung zwischen jeder Veränderung zwischen einem verzögerten und
vorgerückten Abstimmen der Kraftstoffeinspritzung vermindert
wird, die während der Variation der Einstellung der Kraftstoff
menge im Arbeitszyklus des Motors ausgelöst wird.
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