DE3026150C2

DE3026150C2 -

Info

Publication number: DE3026150C2
Application number: DE3026150A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7000 Stuttgart De Denz; Hans-Peter 7251 Hemmingen De Stumm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1991-04-11
Also published as: SE468359B; JPS5749035A; JPH0228697B2; US4685435A; SE8104278L; DE3026150A1

Description

Stand der Technik

Bei Brennkraftmaschinen mit Aufladung muß dafür Sorge getragen werden, daß ein bestimmter maximaler Ladedruck nicht überschritten wird, weil sonst die Maschine thermisch und mechanisch gefährdet ist. Bekannt ist aus der DE-OS 28 23 255 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung von Turboladern und zugeordneten Brennkraftmaschinen mit einem abhängig vom Luftdruck im Ladedruckrohr gesteuerten Bypaßventil (Ladedruckregler) zur Abgasturbine. In diesem Fall dient ein Druckmesser auf der Ladeluftseite des Verdichters als Steuergröße für den Ladedruckregler. Bei irgendeinem Ausfall dieses Ladedruckreglers, z. B. durch einen mechanischen Defekt im Sinne von Klemmen des Bypaßventils, fehlt die Leistungsbegrenzung für den Turbolader, so daß der Ladedruck im Ansaugkanal des Motors ansteigt und damit die durchgesetzte Luftmenge und somit der Füllungsgrad erhöht wird. Solange der Luftmengenmesser noch unterhalb seines Maximalsignals arbeitet, liefert z. B. eine Einspritzanlage die entsprechende Kraftstoff-Mehrmenge, woraus wiederum eine weitere Füllungsgraderhöhung resultiert.

Diese Überladung kann schon nach wenigen Sekunden zur Zerstörung des Motors führen, zumal der fehlerhafte Zustand vom Fahrer nicht unbedingt erkannt und durch Schließen der Drosselklappe verhindert wird.

Da heutige Turbolader bereits bei etwa halber Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine den maximal zulässigen Ladedruck bereitstellen, wird bei herkömmlichen Systemen die Motordrehzahl mit Hilfe eines Überladedruckschalters im Fehlerfall auf die Ladeeinsetzdrehzahl begrenzt. Der dafür erforderliche Druckschalter stellt als zusätzliches Bauelement jedoch ebenfalls eine mögliche Fehlerquelle dar. Dies vor allem deshalb, weil im Normalfall ein das Ansprechen des Schalters bewirkender Druck nicht erreicht wird, somit dieser Schalter ein äußerst langlebiges und zuverlässiges Produkt sein muß.

Ferner offenbart die DE-OS 27 09 667 eine "Einspritzbrennkraftmaschine mit Aufladung durch einen Abgasturbolader", bei der der Ladedruck mittels eines Drucksensors erfaßt wird und oberhalb eines vorgegebenen kritischen Maximaldruckes die Kraftstoffzufuhr verringert wird. Es hat sich nun gezeigt, daß die maximaldruckabhängige Reduzierung der Kraftstoffeinspritzmenge kein optimales Ergebnis zu liefern vermag.

Für eine Möglichkeit der Bereitstellung eines Füllungssignals wird auf die DE-OS 28 40 793 hingewiesen. Dort wird ein Hitzdrahtluftmassensignal über einen definierten Kurbelwellenwinkel aufintegriert, um den Luftdurchsatz pro Hub zu ermitteln.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine preisgünstige und zuverlässige Sicherheitseinrichtung zu schaffen, die zudem eine noch bessere Ausnutzung der Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auf zusätzliche Bauelemente verzichtet werden kann und somit keine zusätzlichen Zuverlässigkeitsprobleme auftreten. Darüber hinaus hat sich im Fall des Überladens der Eingriff in die Kraftstoffzumessung abhängig vom Füllungsgrad der Maschine als äußerst zweckmäßig im Hinblick auf Leistungsbilanz und Fahrverhalten erwiesen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Sicherheitseinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn nach Ende des Überlastungsfalles beim Wiedereinsetzen der normalen Kraftstoffzumessung ein Momentensprung vermieden wird, indem der Zündzeitpunkt, ausgehend von einem späten Wert, wieder in seine Normallage verstellt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die prinzipielle Anordnung einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine in Verbindung mit einem Kraftstoffzumeßsystem sowie einer Zündzeitpunktsteuereinheit, Fig. 2 ein Diagramm mit dem Füllungsgrad aufgetragen über der Drehzahl, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer möglichen Realisierung der Sicherheitseinrichtung und Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 3 oder als Ablaufplan einer Programmsteuerung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in prinzipieller Übersicht eine mit Aufladung betriebene Brennkraftmaschine in Verbindung mit einem elektronischen Steuergerät für die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung. Mit 10 ist die Brennkraftmaschine selbst bezeichnet, mit 11 das Ladeluftrohr mit der Drosselklappe 12. Die beiden Teile eines Turboladers sind mit 13a und 13b markiert. Davon befindet sich die Ladeeinrichtung (Verdichter) 13a vor der Drosselklappe 12 und nach einem Luftmengenmesser 14, während die Abgasturbine 13b in der Abgasleitung 15 liegt, und die Abgasturbine 13b mittels eines Ladedruckreglers 16 im Sinne eines Bypaßreglers gesteuert werden kann.

Die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine ist nur grob dargestellt, und zwar mit einer Reihenschaltung von Kraftstofftank 17, Kraftstoffpumpe 18 und Kraftstoffleitung 19 zum Ansaugrohr nach der Drosselklappe 12. Ein elektronisches Steuergerät 20 erhält Eingangsgrößen wie Drehzahl, Luftdurchsatz im Ansaugrohr, Temperatur und eventuell Abgaszusammensetzung und gibt ausgangsseitig ein Zündsignal sowie ein Einspritzsignal ab.

Fig. 2 zeigt den Füllungsgrad der Maschine, aufgetragen über der Drehzahl. Mit Füllungsgrad ist dabei die angesaugte Luftmenge pro Hub gemeint und er wird gebildet aus dem Quotienten von Luftmassenmeßsignal und Drehzahlsignal. Ersichtlich ist aus Fig. 2 eine mit höheren Drehzahlen zuerst steigende und dann langsam abflachende Kurve. nLe kennzeichnet im übrigen eine Ladeeinsetzdrehzahl. Schraffiert ist ein Überladebereich dargestellt, der oberhalb der Kurve in einem gewissen Sicherheitsabstand folgt. Während die stationär auftretende maximale Füllungsgradkurve in ausgezogener Linie dargestellt ist, verläuft eine sogenannte Wiedereinsetzschwelle (gestrichelt gezeichnet) dicht unterhalb der ausgezogenen Linie.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem sowie einem Zündzeitpunktsteuergerät. Mit 21 ist ein Zeitglied bezeichnet, das mit dem Luftmassendurchsatzmesser 14 sowie mit einem Drehzahlmesser 22 in Verbindung steht. Ausgangsseitig ist das Zeitglied 21 mit einer Korrekturstufe 23, mit zwei Vergleichern 24 und 25 sowie mit einem Zündkennfeld 26 gekoppelt. Der Korrekturstufe 23 schließt sich ein Ein-Aus-Schalter 27 an, gefolgt von Endstufe 28 und einem oder mehreren Einspritzventilen 29. Vom Vergleicher 24 führt eine Leitung zu einer z. B. mittels eines Zählers realisierten Zeitstufe 30, deren Ausgang wiederum mit einem Ausschalt-Eingang 31 des Schalters 27 sowie mit einem Steuereingang 32 des zweiten Vergleichers 25 in Verbindung steht. Sein Ausgang ist sowohl mit einem Einschalt-Eingang 33 des Schalters 27 als auch mit dem Eingang einer Zündwinkelkorrekturstufe 34 gekoppelt. Das Zündwinkelkennfeld 26 erhält neben einem Signal vom Zeitglied 21 noch zusätzlich ein Drehzahlsignal über eine Leitung 35 sowie gegebenenfalls Korrekturfaktoren über Korrektureingänge 36. Ein nachfolgender Zündwinkelsummierer 37 addiert die Ausgangssignale der Zündwinkelkorrekturstufe 34 sowie des Kennfelds 26 und leitet entsprechende Ausgangssignale über eine Zündspule 38, einen Hochspannungsverteiler 39 an Zündkerzen 40.

Die beiden Zündung und Einspritzung betreffenden Hauptzeilen des Gegenstandes von Fig. 3 sind als solche bereits hinlänglich bekannt. Unterschiedlich zum Stand der Technik sind die beiden Vergleicher 24 und 32, die Zeitstufe 30 sowie die Zündwinkelkorrekturstufe 34.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung soll bei einem zu hohen Lastsignal die Kraftstoffzumessung abgeschnitten werden und anschließend, nach Absinken des Lastsignals auf zulässige Werte, zur Vermeidung eines Momentensprungs der Zündwinkel, ausgehend von einem späten Wert wieder in Normalposition gebracht werden. Der erste Vergleicher 24 stellt fest, ob das Lastsignal einen vorgegebenen maximalen Wert überschritten hat. Da im dynamischen Betrieb (Beschleunigung, Schaltvorgänge) kurzzeitig ein höheres als das zulässige stationäre Lastsignal auftreten kann, wird ein zu hohes Lastsignal erst nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer als Fehlerfall erkannt. Zu diesem Zweck dient die dem Vergleicher 24 nachfolgende Zeitstufe 30. Sie gibt erst dann ein Ausgangssignal ab, wenn der vorgeschaltete Vergleicher 24 über einen bestimmten Zeitraum hinaus ein zu hohes Lastsignal signalisiert, was wiederum auf einen Defekt in Verbindung mit dem Lader schließen läßt. Tritt dieses Ausgangssignal an der Zeitstufe 30 auf, dann schaltet beim Beispiel der Fig. 3 der Schalter 27 die Einspritzsignale für die Einspritzventile ab, so daß zwangsläufig eine Momentenreduzierung und damit auch eine Verringerung des Ladedrucks erfolgt.

Die aus Fig. 2 ersichtliche Wiedereinschaltschwelle für die Kraftstoffzumessung wird beim Gegenstand der Fig. 3 mittels des Vergleichers 32 realisiert. Er wird mit dem Ausgangssignal der Zeitstufe 30 eingeschaltet und steuert dann seinen Ausgang auf hohes Potential, wenn das Lastsignal vom Zeitglied 21 einen bestimmten Wert unterhalb der Maximalschwelle erreicht hat. Dieses Signal schaltet sowohl den Schalter 27 wieder ein als auch die Zündwinkelkorrekturstufe 34. Im Hinblick auf das Vermeiden eines Momentensprunges beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffzumessung wird der Zündwinkel zu Beginn oder noch vor dem Wiedereinsetzen der Kraftstoffzumessung zurückgenommen und anschließend wieder auf den Normalwert in Richtung Früh verstellt. Nach welcher Funktion die Zündnormalstellung erreicht wird, ist jeweils auf den speziellen Brennkraftmaschinentyp abzustimmen und kann deshalb nicht speziell angegeben werden.

Während Fig. 3 eine Blockdarstellung der Sicherheitseinrichtung in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem sowie mit einer Zündzeitpunktsteuereinheit zeigt, ist die Sicherheitseinrichtung prinzipiell auch rechnergesteuert realisierbar. In diesem Fall muß das in Fig. 4 dargestellte Flußdiagramm in ein entsprechendes Programm umgesetzt und in die generelle Signalverarbeitung des Einspritz- und Zündungsrechners mit einbezogen werden. Das Flußdiagramm entspricht der Wirkungsweise des Gegenstandes von Fig. 3. Die mit 30 bezeichnete Zeitstufe entspricht der Schleifenzähleinrichtung, wobei die Gesamtzahl der Werterhöhungen sich an einer Überwachungszeitdauer von etwa 3 Sekunden orientiert.

Hauptvorteil der oben beschriebenen Einrichtung ist das Erkennen von Defekten im Lader sowie das automatische Reagieren auf diese Fehler. War ein Defekt z. B. am Ladedruckregler nur vorübergehend, dann nimmt auch das Lastsignal wieder normale Werte an. Einspritzung und Zündung arbeiten wieder nach den Kennwerten des Normalbetriebs. Ist der Defekt am Ladedruckregler jedoch stationär, dann erreicht auch das Signal wieder entsprechend hohe Werte und der oben beschriebene Vorgang des Verminderns oder Abschaltens der Kraftstoffzumessung beginnt von neuem.

Unabhängig von der Art des Defekts kann die Brennkraftmaschine weiterhin betrieben werden, wenn auch mit verringerter Leistung, doch besteht dann nicht mehr die Gefahr der Zerstörung. Die genannte Sicherheitseinrichtung ist grundsätzlich bei mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschinen möglich, unabhängig von der jeweiligen Art der Kraftstoffzumessung sowie des Brennkraftmaschinentyps. Wesentlich ist nur, daß bei einem ungewöhnlich hohen Füllungsgrad der einzelnen Zylinder die Kraftstoffzufuhr wenigstens gedrosselt wird. Dabei dient als Maß für den Füllungsgrad zweckmäßigerweise die auf einen Hub bezogene angesaugte Luftmenge.

Beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffzufuhr wird bei Otto- Motoren der Zündzeitpunkt zur Vermeidung eines Momentensprungs zurückgenommen. Bei einem Diesel-Motor wird der gleiche Effekt durch Zurücknahme des Spritzbeginns erreicht.

Claims

1. Sicherheitseinrichtung für eine mit Aufladung betriebene Brennkraftmaschine in Verbindung mit einem Kraftstoffzumeßsystem sowie einer Zündzeitpunktsteuereinheit, mit Mitteln zur Bereitstellung eines Signals für den Füllungsgrad der Brennkraftmaschine, d. h. der pro Hub angesaugten Luftmenge bzw. Masse, dadurch gekennzeichnet, daß

- abhängig von einem vorbestimmten Füllungsgrenzwert die Kraftstoffzumessung unterbrochen wird und
- der vorbestimmte Füllungsgrenzwert drehzahlabhängig ist.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzumessung unterbrochen wird, wenn für eine bestimmte Anzahl von Zumeßvorgängen und/oder eine bestimmte Zeitdauer der Füllungsgrenzwert überschritten wird.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an ein Abschneiden die Kraftstoffzufuhr wieder einsetzt, wenn der Füllungsgrad unterhalb eines anderen wählbaren Füllungsgrenzwerts gefallen ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffzumessung der Zündzeitpunkt, ausgehend von einem späten Wert, wieder in seine Normallage verstellt wird.