DE3129078A1

DE3129078A1 - Verfahren zur aussetzregelung einer periodisch arbeitenden brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3129078A1
Application number: DE19813129078
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Prof. Dr.Ing. 7000 Stuttgart Förster; Ulrich Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Letsche; Bernd-Eric 7065 Winterbach Lübbing
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3129078C2; US4509488A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 86O/h

Stuttgart ■,. 1^,7.1981

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Verfahren zur Aussetzregelung einer periodisch arbeitenden Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aussetzregelung einer periodisch arbeitenden Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-AS 1-105 233 als be.kannt hervorgeht.

Bei .dem bekannten Verfahren zvlt -A&s setzrege lung werden Motoren großer Zylinderzahl zugrundegelegt; die Anzahl der Aussetzer wird innerhalb eimer bestimmten Anzahl von Um- . i drehungen gestuft lastabhängig verändert. Dazu ist eine Steuertrommel vorgesehen, die - allein schon aus Gründen einer phasenmäßig richtigen Zuordnung des Zündzeitpunktes bzw. des Einspritzzeitpunktes zu dem entsprechenden Arbeitstakt - mit einer solchen Drehzahl umläuft, die in einem konstanten Verhältnis sur Motordrehzahl steht.

Vorteilhaft an einer Aussetzregelung ist, daß die arbeitenden Zylinder über einen großen Betriebsbereich hinweg jeweils in ihrem Bestpunkt arbeiten können und somit ein besonders guter Wirkungsgrad, also ein geringer Kraftstoffver· brauch erzielbar ist. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß Motoren mit sehr großer Zylinderzahl zugrundegelegt werden müssen und daß gleichwohl die Stufensprünge im Bereich kleiner Leistungen sehr groß sind.

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Wird, beispielsweise ein Achtzylinder—Motor zugrunde ge legt, so kann er in der niedrigsten Stufe lediglich auf einem einzigen Zylinder laufen. Die nächsthöhere Leistungsstufe wäre gleich um einhundert Prozent höher, das wäre nämlich ein Motorbetrieb auf lediglich zwei Zylindern. Die nächsthöhere mögliche Leistungseinsteuerung wäre gegenüber dieser Leistungsstufe um fünfzig Prozent erhöht, nämlich ein Betrieb auf drei Zylindern» Je höher die geforderte Leistung eingesteuert wird, um so kleiner werden die relativen Stufensprünge. Die Forderungen der Praxis sind jedoch gerade entgegengesetzt, nämlich im Bereich kleiner Leistungen muß die Leistung feinfühlig einsteuerbar sein; im Bereich großer Leistungen können größere Stufensprünge eher zugelassen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrundegelegte Verfahren dahingehend auszugestalten, daß auch im Bereich kleiner Leistungen die Leistung feinfühlig einsteuerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst«

Grundgedanke der Erfindung ist, die zeitliche Dichte der Arbeitstakte möglichst feinfühlig und unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl zu variieren. Im Ie er lauf nahen Lei·· stungsbereich ist es danach ohne weiteres denkbar, daß nicht bei 'jeder Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt ausgeführt wird, sondern daß vielmehr zwischen den einzelnen Arbeitstakten mehrere Kurbelwellenumdrehungen ausgeführt werden. Beispielsweise ist es denkbar, daß im Leerlauf zwischen jedem Arbeitstakt z.B. sieben Kurbelwellenumdrehungen ausgeführt werden. Mit zunehmender Leistungseinsteu·» erung wird der zeitliche Abstand mehr und mehr verringert

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bis hin zu dem Zustand, bei dem jeder Zylinder bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung (Viertakt—Motor) bzw. bei jeder Kurbelwellenumdrehung (Zweitakt-Motor) einen Arbeitst akt aus führ t.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung können den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden; dabei ssigen:

Figur 1 eine tabellarische Übersicht über eine

gestaffelte Auswahl von dreizehn Befeu« erumgsnmstern einer Sechszylinder-Viertaktmaschine, die zur Ausführung der Erfindung' verwendbar sind,

Figur 2 . ein Blockschaltbild für ein erstes Ausfüh»

; nmgsfoeispiel der Erfindung einer Sechszy« • " ' lindermasciiine mit sechs Laststufen,

Figur 3 bis 5 j «Lie nach Figur 6 zusammenzufügende auf ^: drei Blätter aufgeteilte Darstellung

' eines Datenflußschaubildes des Ausführungsbeispieles nach Figur 2, jedoch beschränkt

auf sechs Laststufen,

Figur 6 die gegenseitige Anordnung der Figuren

3 bis 5 zu einem gemeinsamen Schaubild und

Figur 7 ©in weiteres Ausführungsbeispiel der Er

findung mit musterfrei umlaufenden Zündaussetzern mit stochastischer Auslösung der Einspritzung.

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Das den Figuren 1 bis 6 zugeordnete Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet mit einer Vielzahl von bestimmten Befeuerungsmustern, die lastabhängig gestuft sind.

Die tabellarische Übersicht nach Figur 1 zeigt eine Auswahl von dreizehn Mustern, die sich nach unterschiedlichen Anzahlen von Kurbelwellenumdrehungen wiederholen. In der linken Spalte ist für jedes Muster die mittlere Anzahl befeuerter Zylinder je Nockenwellenumdrehung oder je Doppelumdrehung der Kurbelwelle angegeben; Diese für die abgegebene Leistung je Umdrehung relevanten Zahlen lassen erkennen, daß die Stufensprünge bei «lieser Auswahl von Mustern, gegen kleinere Leistungswerte hin, sich gegen zehn Prozent bewegen, bei hohen Leistungswerten jedoch höher liegen. Ve— gen der hohen Ärbeitstaktdichte im oberen Leistungsbereich sind jedoch dort Muster mit fein abgestufter Arbeitstaktdichte ohne weiteres auswählbar, z.B. ein Muster mit Wegfall jedes elften Arbeitstaktes, ein weiteres, bei .dem jeder zehnte Takt ausbleibt, "beim nächsten Muster fehlt jeder neunte Arbeitstakt usw. Durch Erstreckung der Muster über noch mehr Kurbelwellenumdrehungen können auch in niedrigen Lastbereichen noch feinere Abstufungen der Muster erzielt werden. Es besteht auch «lie Möglichkeit, vor dem vollständigen Ablauf eines Musters zu einem benachbarten Muster zu wechseln und so Mischmuster zu.realisieren. Dank dieser Möglichkeiten kann eine Leistungsabstufung erzielt werden, die in der Praxis von einer kontinuierlichen Lastanpassung nicht'mehr zu unterscheiden ist.

Zur Verwirklichung des Gedankens der unterschiedlichen Befeuerungsmuster ist das Gaspedal 1 (Fig.2) mit einem Fahrpedalschalter 2 gekoppelt, welcher soviele Schaltkon— takte aufweist, als Befeuerungsmuster vorhanden sind.

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Die Schaltkontakte des F_ahrpedalschalters sind auf einen Lastkodierspeicher 3 geschaltet, in welchem je nach Stellung des Fahrpedalschalters das dem beaufschlagten Schaltkontakt entsprechende Befeuerungsnraster eingeschrieben wird. Die dafür in Figur 3 gezeigte Logikschaltung könnte z.B. diskret mit handelsüblichen Elektronik—Bauteil-en re» alisiert werden; ebenso wäre eine Ausführung mit Mikroprozessoren möglich.

Zur Vereinfachung ist das in den Figuren 3 bis 5 gezeigte Datenflußschaltbild nur für sechs Laststufen gezeigt. Die Anzahl der Kippstufen 5 in d©ns Lastkodierspeicher ist bereits durch die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine bestimmt; da jed.och bei der ausgewählten Mustergestaltung bei allen Mustern der in der Zündfolge erste Zylinder zu Beginn befeuert werden soll, kann eine Kippstufe weniger als die Anzahl vorhandener Zylinder vorgesehen werden. Das Einschreiben der jeweiligen Muster ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch gelöst, daß die Schaltkontakte des Fahrpedalschalters im Bereich der höheren Laststufen auf viele ODER-Glieder k und im niederen Lastbereich auf weni-

ger ODER-Glieder geschaltet sind. Die Speicherung erfolgt durch den ODER-Gliedern nachgeordnete bistabile Kippstufen 5, die taktweise;gemeinsam nach jeder Doppelumdrehung der

Kurbelwelle anstöuerbar sind.

Die Ausgänge des Lastkodierspeichers· liegen sowohl an einem Laststabilisatorspeicher 7 als auch an einem Universal-Schie« beregister 8 an_o In dem Laststabilisatorspeicher werden die Zündmuster ebenfalls in die - bi-etabilen Kippstufen 9 gespeichert, jedoch handelt es sich dabei um die Zündmuster des vorausgegangenen Motorzyklus.

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In den den Kippstufen. 9 nachgeschalteten exklusiven ODER-Gliedern 10 werden die alten und die neuen Zündsignale jeweils verglichen; Ausgangs dieser Glieder steht nur dann ein Signal an, wenn eine Änderung zwischen alten und neuen Zündsignalen vorhanden ist, wenn also die Laststufeneinstellung geändert wurde. Die Ausgänge aller exklusiven ODER-Glieder sind auf ein gemeinsames ODER-Glied 11 geschaltet, in welchem festgestellt wird, ob irgendeines der Zündsignale sich geändert hat; falls ja, steht an seinem Ausgang - Schiebesignalleitung 18 - ein Signal an, falls nicht, keines.

In jedem der Eingänge des nachfolgenden Universal-Schiebe— registers ist jeweils ein Umkehrglied 12 angeordnet, welches ein positives Schiebesignal in das nachfolgende UND-Glied 13 eingibt, wenn keine Änderung der Zündmuster von einem Motorzyklus zum nächsten, erfolgte. Falls.sich doch die Zündmuster geändert haben sollten, so wird das Schiebesignal durch die Umkehrglieder gesperrt. Es könnte auch ein gemeinsames Umkehrglied unmittelbar hinter dem ODER-Glied 11 angeordnet oder mit ihm integriert sein.

Das in seinem Aufbau an sich bekannte Universal-Schieberegister hat sieben Stufen. Damit können die sechs vom Lastcodierspeicher 3 erzeugbaren Zündgründmuster entsprechend den angekreuzten Zeilen in der Tabelle nach Fig.l verschoben werden. Es wäre auch denkbar, weitere Stufen im Schieberegister unterzubringen, die alternativ zu- oder abschaltbar sein könnten; dadurch könnten Leerpositionen geschaffen oder beseitigt werden, die eine Variation der Befeuerungsmuster erlauben würden. Eine Besonderheit des dargestellten Schieberegisters liegt darin, daß jeder Stufe

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ein Signaleingang zugeordnet ist, der über jeweils eine gesonderte Logikschaltung Ik auf eine bistabile Kippstufe 15 geschaltet wird. Eine Folge von Signalen wird vertikal in das Schieberegister eingeschrieben, die bei einem über die monostabile Kippstufe 16 kommenden Taktsignal und im Falle des Signales "schieben" horizontal durch die Stufen des Schieberegisters hindurchgeschoben wird'. .Der Takt für das Schieben dor Zündsignalfolge im Schieberegister und für das Vergleichen von alter und neuer Zündsignalfolge wird über die Taktleitung 17-aus dem Einspritzsignalverteiler 20 hergeholt. Das Schiebe- · register 8 kann auch noch über eine Starthilfe-Schal« tung 19 aufgrund verschiedener Einflußgrößen derart gesetzt werden, daß während des Startens und wenigstens eines Teiles der War ml auf phase in je<äera Falle ein Vollzylinder-Betrieb gefahren wird.

Während, dieser Zeit muß die Lastanpassung über Luft- und/oder Kraftstoffraengensteuerung erfolgen, was vom elektronischen Regler 25 über Drosselklappen·- und/o«l«r Einspritzmengensteuerung ausgelöst werden kann. Der StartZeitpunkt der Brennkraftmaschine sowie verschiedene start- und betriebsrelevante Meßgrößen werden dem elektro· nischen Regler ,25 von den Leitungen 27 mit Zünd/Anlaß-Schalter 28 sowie den Leitungen 29 für die Analogüber·· mittelung von Meßgrößen zugeführt, über Hysterese-Glieder 30 sind diese Meßgrößen auch auf ein ODER-Glied 31 geschaltet, dessen Ausgang die Kippstufen des Universal-Schieberegisters ausgangsäeitig ständig auf "lⁿ setzt und so einen Vollzylinder-Betrieb sicherstellt.

Der Einspritzsignalverteiler 20 umfaßt unter anderem eine Reihe von bistabilen Kippstufen 21, die ein nicht flüchtiges Schieberegister 23 bilden und die von den vom elektronischen Regler 25 kominenden Einspritzimpulsen

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taktbar sind. Durch das Schieberegister 23 wird die vorhandene Bereitschaft eines einzelnen Zylinder zur Aufnahme eines möglichen Zündsignales entsprechend der Zündfolge der zugehörigen Brennkraftmaschin festgelegt. Ein nockenbetätigter Schalter 26 liefert eine Folge von Impulsen., deren Anzahl pro Motorzyklus der Zylinderzahl entspricht. Diese Signale werden vom elektronischen Regler unter Berücksichtigung verschiedener Parameter, wie Fahrpedalstellung, Mctortemperatur, Außenluftdruck und - temperatur zu Einspritzsignalen aufbereitet und dem Einspritzsignalverteiler zugeführt . Dem nicht flüchtigen Schieberegister 23 ist eine Torschaltung 2k nachgeordnet, die aus UND-Gliedern 22 besteht.

Auf jedes dieser Glieder 22 ist eingangsiseitig jeweils ein entsprechender Ausgang des Universal-Schieberegisters 8 geschaltet, der das Signal "Einspritzen" oder im Fall des Aussetzens - kein Signal liefert; ferner ist auf die Glieder jeweijLs ein« Ausgang der Stufen' des Schieberegister 23 zur Bereitschaftszuordnung innerhalb der Zündfolge der Brennkraftmaschine geschaltet. Schließlich ist auf alle UND-Glieder noch der Einspritzimpuls des elektronischen Reglers geschaltet als Signal für den phasenrichtigen Einspritzzeitpunkt. Nur dort wo und erst dann wenn alle drei Eingänge Signal haben, wird ein Signal am Ausgang der .Glieder 22 hervorgerufen, wodurch eine Kraftstoffeinspritzung am entsprechenden Zylinder drehzahlsynchron und winkelgerecht ausgelöst wird.

Die Besonderheit des Ausführungabeispieles nach den Figuren 1 bis 6 liegt darin , daß jeder Laststufe ein bestimmtes Befeuerungsmuster zugeordnet ist und daß diese Muster bei konstanter Lasteinsteuerung durch die Zylinderreihe der Brennkraftmaschine nach jedem Motorzyklus um einen oder - bei einem entsprechend abgwandelten Ausführungsbeispiel - um mehrere Zündabstände weiter—

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geschoben werden. Beim Ausführungsbeispiel sind die angekreuzten Befeuerungsmuster nach der Tabelle gemäß Figur 1 so gestaltet, daß die Zündsignalfolge einer bestimmten Laststufe innerhalb der ersten Spalte - erster Motorzyklus - durch Verschieben um einen Zylinder und Übertragen in die nächste Spalte - nächster Motorzyklus - gebildet wird. Dadurch wird zum einen erreicht, daß auch bei sehr geringer Arbeitstaktdichte alle Zylinder etwa gleichmäßig stark befeuert und somit thermisch etwa gleich stark belastet werden. Zum anderen lassen sich durch das Verschieben die über mehrere Motorzyklen sich erstreckenden Befeuerungsmuster aus einer bestimmten Zündsignalfolge innerhalb des ersten Motorzyklus des gerade maßgebenden Befeuerungsmusters aufgrund eines variierten Fortschreibens dieser Zündsignalfolge in die folgendem Motorzyklen selbsttätig bilden* '

Ein gewisser Nachteil dieses -AusführungsBeispieles liegt darin, daß die Befeuerungsnraster unvermeidlich eine gewisse Periodiaität mit sich bringen, die mit dem Kurbeiwellenumlauf\in Resonanz gelangen kann. Deswegen soll nachfolgend noch auf ein Ausführungsbeispiel mit musterfrei betriebener Aussetzregelung eingegangen werden, welches in.Figur 7 dargestellt ist.

Der Brennkraftmaschine 32 ist ein elektronischer Regler 25 *_f ähnlich dem nach dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 6, zugeordnet, der unter anderem ein Taktsignal an einen Einspritzsignalverteiler 33 weiter·» leitet, welches pro Motorzyklus ene der Zylinderzahl entsprechende Anzahl von Impulsen enthält und in dem die Impulse in einem dem Zündabstand der Brennkraftmaschine entsprechenden gegenseitigen Zeitabstand der angeordnet sind.

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Die Impulse können unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsparameter um einen gewissen Kurbelwellenwinkel dem Zündzeitpunkt vorverlagert sein. Der Einspritzsignalverteiler ist im wesentlichen als sechsstufiges Schieberegister ausgebildet, der die Impulse des Taktsignales entsprechend der Zündfolge der Brennkraftmaschine drehzahlsynchron und winkelgerecht durch die Reihe der Ausgänge des Schieberegisters zyklisch hindurchtaktet, Dem Schieberegister ist eine aus sechs UND-Gliedern bestehende Torschaltung 35 nachgeordnet, deren einzelne Ausgänge wenigstens mittelbar jeweils auf ein Elektromagnetventil 3^· für die Kraftstoffeinspritzung geschaltet sind. Der Kraftstoff kann z.B. über eine von der Brennkraftmaschine angetriebene steuerbare KraftstoffSrderpumpe 36 aus einem Kraftstoffbehälter 37 über einen Druckspeicher 38 den Elektromagnetventilen und über diese den Eins-pritzdüsen zugeführt werden. Der Druckspeicher ist in der Weise mit der Mengensteuerung der Kraftstoff-Förderpumpe gekoppelt, daß ungeachtet von Drehzahlschwankungen der Kraftstoffpumpe deren Förderdruck im Kraftstoff eine konstante Höhe hat.

Zur lastabhängigen musterfreien Aussetzregelung ist ein Zufallszahlengenerator 39 vorgesehen, der in dem Takt der oben genannten Impulse Zufallszahlen zwischen eins und 2 -1 erzeugt, wobei η eine ganze Zahl möglichst über vier, beispielsweise fünf, ist; danach würde der Zufallsgenerator - stochastisch verteilt - taktweise Zahlen zwischen eins und einunddreißig auswerfen. Des weiteren ist ein mit dem Gaspedal 1 gekoppelter Winkelgeber kQ vorgesehen, der ein dem Gaspedalwinkel entsprechendes elektrisches Analogsignal erzeugt, welches über ein diesem nachgeordneten Analog/üigital-Wandler kl in einen entsprechenden Zahlenwert gewandelt wird.

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¥ichtig dabei ist, daß die Anzahl der Bits dieses Wandlers mit der Zahl η aus dem Zufallszahlengenerator übereinstimmt, das heißt, daß der ganze Meßbereich des Winkelgebers durch den a/d-Wandler ebenfalls in 2ⁿ , beispielsweise in zweiunddreißig Stufen von O bis 31 aufgelöst wird. Am Ausgang des a/d-Wandlers steht ein der am Gaspedal eingesteuerten Last entsprechendes digitales Lastsignal an. Die Ausgänge des a/d-Wandlers und des Zufallszahlengenerators sind auf einen Xotmparator-Speicher k2 geschaltet. Dieser vergleicht das digitale Lastsignal mit der voBä Generator ausgeworfenen Zufalls zahl und erzeugt für den Fall, daß die Zufallszahl gleich oder kleiner als die dem digitalen Lastsignal entsprechende Zahl ist, an seinem Ausgang ein positives Signal, andernfalls steht dort "null" an. Je höher das digitale Lastsignal ist, um so wahrscheinlicher ist, daß am Austang des Komparator-Speichers nach jedem Impuls des Taktsignales jeweils ein positives Signal ansteht; je niedriger, desto weniger wahrscheinlich. ■ · . ·■ . * "

Der Ausgang des Komparator-Speichers ist eingangsseitig auf die UND-Glieder der Torschaltung 35 geschaltet. Die Ausgänge an den UND-Gliedern sind mit um so größerer Wahrscheinlichkeit positiv, je höher die eingesteuerte Last ist und umgekehrt.

Die Brennkraftmaschine 32 bzw. deren Kurbelwelle ist mit einem sehr kräftig bemessenen Schwungrad k"} versehen, in welchem die Antriebsenergie über mehrere Motorzyklen hinweg in einer DrehzahlSchwankungen ausgleichenden Weise zwischengespeichert werden kann, was insbesondere bei niedriger Lasteinsteuerung mit geringer Arbeitstaktdichte wichtig ist. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die Aussetzregelung nach der Erfindung auch auf Brennkraftmaschinen mit niedriger Zylinderzahl, beispielsweise mit zwei oder drei Zylindern anwendbar ist;

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ein. etwaiger Ungleichförmigkeitsgrad des Motorumlaufes müßte durch eine entsprechend starke Dimensionierung des Schwungrades und eine weiche Motoraufhängung ausgeglichen werden.

Leerseite

Claims

Daimler-Benz Aktiengese*ils*chaf t" * ■" *·· Daim 12 860/4

Stuttgart 1^.7.1-981

Ansprüche

1./ Verfahren zur Aussetzregelung einer periodisch arbeiten«» den Brennkraftmaschine', bei dem während des Laufes der Brennkraftmaschine in der Aufeinanderfolge von Arbeitsperioden - etwa gleichmäßig verteilt - Arbeitstakte ausgesetzt werden und die Anzahl von Aussetzern lastabhängig verändert wird, wobei gezielt nur jeweils den nicht aus-. setzenden Arbeit sr äuiiaen d©r Brennkraftmaschine Kraftstoff, und zwar last unabhängig fin einer konstanten' Menge je Ar- ' beitstakt zugeführt wird,

dadurch¹ gekennzeichnet , daß die Anzahl: der Aussetzer zeitlich stufenlos und drehzahlunabhängig' verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Aussetzer zwischen etwa fünf- bis siebenmal ζ und 0 Aussetzern je tatsächlichem Arbeitstakt insgesamt verändert wird, wobei ζ die Anzahl der verschiedenen Arbeitsräume der Brennkraftmaschine bedeutet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Aussetzer zeitlich etwa gleichmäßig auf die verschiedenen Arbeitsräume der Brennkraftmaschine verteilt werden.

- 2*-»' '". . : ^: -" "--" "^: Daim 12 860/4

k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Aussetzer stochastisch auf die verschiedenen Arbeitsräume verteilt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Brennkraftmaschine abgegebene mechanische Energie in einer Drehmomentstöße und DrehzahlSchwankungen ausgleichenden Weise vor Weitergabe an einen Verbraucher zwischengespeichert wird.