DE3106579A1 - Einrichtung zum bestimmen von steuergroessen einer mit aufladung betriebenen brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer
• mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Aufladung einer Brennkraftmaschine dient dazu, die Füllung der Zylinder zu verbessern und die spezifische Leistung eines Motors anzuheben. Allerdings stößt die Aufladung beim Otto-Motor schnell an Grenzen, da mit der Aufladung die Klopfneigung zunimmt.
• Klopfen bedeutet das Auftreten von unkontrollierten Verbrennungen im Zylinder. Als Folge davon kann es zu thermischer und mechanischer Überbelastung kommen, was für leistungsstarke und empfindliche Brennkraftmaschinen kritisch werden kann.
• Angesichts dieser Gefahr für die Brennkraftmaschine gehört es bereits zum Stand der Technik, den Ladedruck in Abhängigkeit von der Klopfgrenze der Brennkraftmaschine über einen elektronischen Regler und ein Elektromagnetventil ständig dem Grenzwert des Motors anzupassen. Dies bedeutet, daß nach Auftreten von Klopfen das Magnetventil zur Ladedruckabsenkung geöffnet wird, und dies wiederum dem Klopfen entgegen wirkt.
• Besonders bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen hat sich diese Regelungsart als nicht optimal erwiesen, weil der Lade druck nicht trägheitslos dem Regelungseingriff folgt und somit das Klopfen nicht sofort nach Klopferkennung unterbunden werden kann. Bei schnellanfenden Brennkraftmaschinen können somit noch für einige Umdrehungen Klopferscheinungen auftreten, was u.U. gerade bei empfindlichen Maschinen die Grenzbelastung überschreiten läßt.
• Vorteile der Erfindung Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine kann auf das Klopfen sehr schnell reagiert werden, so daß auch hochempfindliche Maschinen an der Grenzenbelastung ohne Sicherheitsabstand betrieben werden können. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf den Kraftstoffverbrauch aus.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
• Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein grobes Übersichtsschaubild einer aufgeladenen Brennkraftmaschine und eine Einrichtung zum Bestimmen der Steuergrößen, Fig. 2 Diagramme zum Erläutern der Erfindung, und Fig. 3 und 4 je ein Blockschaltbild zweier Steuergeräte zur Steuerung des Zündwinkels und des Ladedrucks, bzw. der Regelung dieses Ladedrucks.
• Über den Ladedruck wird der Liefergrad des Motors beeinflußt.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig. 1 zeigt in grobschematischer Darstellung eine mit Aufladung betriebene Brennkraftmaschine zusammen mit einem Steuergerät für die wesentlichsten Steuergrößen. Mit 10 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, mit 11 ihr Luftansaugrohr und mit 12 ihre Abgasleitung. 13 markiert einen Abgasturbolader, dessen Turbinenstufe im Abgas- und dessen Laderstufe im Ansaugluftstrom liegen. Ein Bypaßventil 14 schafft eine steuerbare Verbindung im Abgasstrang parallel zur Turbinenstufe. Es ist elektromagnetisch erregbar und erhält seine Ansteuersignale aus einem Steuergerät 15. Eingangsgrößen für dieses Steuergerät 15 sind Signale von einem Drehzahlsensor 16, einem Fahrpedalstellungsgeber 17, einem Bezugsmarkengeber 18, einem Ladedrucksensor 19 sowie wenigstens einem Klopfsensor 20. Das Steuergerät 15 verarbeitet die verschiedenen Eingangsgrößen und liefert ausgangsseitig zusätzlich zum Ansteuersignal für das Abblaseventil 14 Einspritz- und Zündsignale an Ausgängen 21 und 22.
• Die in Fig. 1 gezeigte prinzipielle Anordnung ist hinlänglich bekannt. Auch für das Steuergerät sind bereits verschiedene Lösungsmöglichkeiten mit analoger und digitaler Signalverarbeitung bekannt geworden. Wesentlich bei diesem Gegenstand nach Fig. 1 ist das Zusammenspiel der Ausgangssignale für das Abblaseventil 14 und die Zündung nach dem Erkennen von Klopfen.
• Der diesbezüglichen Erläuterung dienen die einzelnen in Fig. 2 dargestellten Kurvenzüge.
• In Fig. 2a ist das Ausgangssignal einer Klopfsignalerkennungsstufe über der Zeit aufgetragen. Eine Klopfsignalerkennungsstufe ist deshalb erforderlich, weil aus den verschiedenen Erschütterungen, die eine Brennkraftmaschine erfährt, diejenigen herausgefiltert werden müssen, die ihren Ursprung in den eingangs erwähnten unkontrollierten Verbrennungen haben. In der Regel geschieht dies mittels Kopplung der Signale vom Bezugsmarkengeber 18 und dem Klopfsensor 20, da die Klopfsignale in der Regel nur in einem bestimmten Zeit- bzw. Winkelbereich bezogen auf den oberen Totpunkt eines Kolbens auftreten. Klopfsignalerkennungsstufen gehören ebenfalls zum Stand der Technik und bestehen im wesentlichen aus einem Schwellwertschalter, so daß hier nicht näher auf ihren Aufbau im einzelnen eingegangen zu werden braucht.
• Der Einfachheit halber wird nach der Darstellung von Fig. 2a davon ausgegangen, daß Klopfen nur in einem scharf begrenzten Bereich auftritt.
• Die Erfindung zielt nun darauf ab, unmittelbar nach dem Auftreten von Klopfen das Abblaseventil 14 der Anordnung von Fig. 1 zu öffnen und gleichzeitig die Zündung zurückzunehmen.
• Dargestellt ist dies in den Figuren 2b und c. Dabei ist in Fig. 2b das Ansteuersignal für das Abblaseventil 14 gestriechelt gezeichnet, während der Druckverlauf ausgezogen verzögert folgt. Erkennbar ist der relativ langsame Druckabfall im Vergleich zum abrupten Schalten des Abblaseventils.
• Nach Fig. 2c wird gleichzeitig mit Auftreten von Klopfen der Zündwinkelum etwa 30 nach Spät verstellt, was ebenfalls in bekannter Weise dem Klopfen einer Brennkraftmaschine entgegen wirkt. Diese kleine ZZP-Verschiebung reicht aber oft nicht aus, aus dem gefährdeten Betriebsbereich herauszukommen. Eine größere ZZP-Verschiebung führt unter Umständen durch eine zu hohe Abgastemperatur zur thermischen Überlastung des Laders. In Verbindung mit der Ladedruckabsenkung und damit einer Verminderung des Füllungsgrades läßt sich diese thermische Belastung während der Spätverstellung jedoch in Grenzen halten.
• Bei einem bestimmten Brennkraftmaschinentyp hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Spätverstellung für mindestens 15 Verbrennungsvorgänge aufrechtzuerhalten und dann stufenweise wieder auf den alten Wert zurückzufahren, sofern Klopfen nicht mehr auftritt. Den Ladedruck läßt man nach der Darstellung von Fig. 2b vorzugsweise mit einer größeren Zeitkonstanten auf den Ausgangswert zurückkehren. Dies deshalb, weil Änderungen des Ladedrucks in gleicher Weise Änderungen des abgegebenen Drehmoments bewirken und somit schnelle Änderungen zu Verschlechterungen des Fahrverhaltens führen. Durch die Erfindung ist es möglich, über die schnelle Verstellung des Zündzeitpunkts dem Klopfen sehr schnell entgegenzuwirken und über die langsamere Absenkung des Ladedrucks einerseits das dynamische für etwa 15 Verbrennungsvorgänge Verhalten- des Motors nicht spürbar zu verschlechtern, andererseits aber eine thermische Überlastung der Turbinenstufe zu vermeiden.
• In der Regel werden Zündzeitpunkt und Ladedruck betriebskenngrößenabhängig gewählt und die einzelnen Werte sind in Kennfeldern, wie z.B, in Fig. 2d abgelegt. Diese gespeicherten Werte- werden jeweils nach Ende des Klopfens wieder mit entsprechenden Zeitkonstanten angefahren, Gegebenenfalls können diese Werte rechnergeste-uert korrigiert werden Diese lernenden Regelungssysteme gehören ebenfalls zum Stand der Technik. Ihr Hauptkriterium ist, daß die einzelnen Kennfeldwerte während des Betriebs fortlaufend mit einem neuen, für den jeweiligen Betriebsfall optimalen Wert überschrieben werden, so daß immer neueste Werte für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.
• Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zum Bestimmen der Steuergrößen Zündwinkel und Abblaseventil-Ansteuersignal ausgehend von den einzelnen Eingangsgrößen.
• Mit 25 ist ein Rechner bezeichnet, der wenigstens zwei Kennfelder 26 für den Zündwinkel und den Ladedruck mit umfaßt.
• Eingangsgrößen sind die Ausgangssignale des Drehzahlsensors 16, des Fahrpedalstellungsgebers 17 sowie des Bezugsmarkengebers 18. Die Klopfsignale zweier Klopfsensoren gelangen über Eingänge 27 und 28 zusammen mit einem Zylindererkennungssignal über einen Eingang 29 zu einer Auswerteschaltung 30 für die Klopfsignale. Zusätzlich erhält diese Auswerteschaltung 30 vom Rechner 25 ein sogenanntes Meßfenstersignal über einen Eingang 31, das der Erfassung der Signale von den Klopfsensoren nur zu bestimmten Kurbelwellenwinkel dient, um in der Erkennung des Klopfens sicher zu sein. An einem Ausgang 32 gibt die Auswerteschaltung 30 ein Signal ab, welches dem Kurvenzug von Fig. 2a entspricht. Ausgangsseitig ist dem Rechner 25 noch für das Ansteuersignal des Abblaseventils 14 eine Endstufe 34 zugeordnet. Die entsprechenden Signale sind in der Regel Impuls längen moduliert und erlauben auf dieser Weise eine kontinuierliche Steuerung des Drucks im Luftansaugrohr.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Steuerung des Ladedrucks vorgesehen, d.h., daß eine Rückmeldung des Ladedrucks nicht stattfindet. Infolgedessen können beim Gegenstand nach Fig. 3 die bekanntlich bei einer Steuerung auftretenden Nachteile eintreten. Es ist eine Frage des jeweiligen Kosten-Nutzen-Verhältnisses bzw. der Notwendigkeit, ob bei einem bestimmten Brennkraftmaschinentyp diese Steuerung ausreicht.
• Wird eine höhere Genauigkeit verlangt, dann empfiehlt es sich, den Ladeluftdruck zu regeln. Dargestellt ist die Grundanordnung in Fig. 4. Dort weist im Vergleich zur Darstellung von Fig. 3 der Rechner 25 lediglich noch einen weiteren Eingang für ein Drucksignal vom Ladedrucksensor 19 des Gegenstandes von Fig. 1 auf. Im übrigen ist die Anordnung identisch mit derjenigen von Fig. 3.
• Wesentlich ist bei der obenbeschriebenen Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine, daß beim Auftreten von Klopfen das Abblaseventil im Luftansaugrohr offengesteuert und gleichzeitig der Zündzeitpunkt zurückgenommen wird. Dies ermöglicht den Betrieb der Brennkraftmaschine in Grenzbereichen des Klopfens, da eine äußers-t schnelle Reaktion im Anschluß an das Auftreten des Klopfens sichergestellt ist.

Claims (6)

1. Ansprüche Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Klopfsensor und einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Liefergrads sowie mit einem Zündwinkelsteuergerät, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das. Auftreten von Klopfsignalen je nach Betriebsbereich Liefergrad undloder Zündwinkel zurückgenommen werden und nach Ende des Klopfen die Werte wieder auf ihren Sollwert einstellbar sinds
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt mit einer kürzeren Zeitkonstante auf den Normalwert zurückgeführt wird als der Ladedruck.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung jeder der beiden Größen abhängig von Betriebsbereichen des Motors erfolgt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt vorzugsweise für etwa 15 Zündvorgänge um etwa 30 zurückgenommen und anschliessend kontinuierlich oder stufenförmig zum Normalwert geführt wird.
5. 5. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopferkennung zylinderweise erfolgt.
6. 6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Normalwerte für Zündwinkel und Ladedruck betriebskenngrößenabhängig aus Speichern abrufbar sind.