DE3148398A1

DE3148398A1 - Motorsystem

Info

Publication number: DE3148398A1
Application number: DE19813148398
Authority: DE
Inventors: Godfrey Hatch End Middlesex Greeves
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-12-31
Filing date: 1981-12-07
Publication date: 1982-09-16
Also published as: JPH033063B2; IT1211137B; FR2497279A1; JPS57124035A; ES8207274A1; DE3148398C2; IT8125357A0; FR2497279B1; US4449501A; ES507543A0

Description

LUCAS INDUSTRIES LIMITED Birmingham, B19 2XF, Großbritannien

Motorsystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Motorsystem mit einer Hubkolbeneinheit zur Kraftstoffzufuhr zum Motor und mit einer Einheit zum Einstellen des Kraftstoff-Verbrennungszeitpunkts im Motor.

Bei Dieselmotoren ist es bekannt, daß der Zeitpunkt der Kraftstoffzufuhr zu dem Brennraum bzw. den Brennräumen des Motors ein wesentlicher Faktor hinsichtlich der Abgasemission, des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung ist. Es ist ferner bekannt, daß der eigentliche Kraftstoffzufuhr Zeitpunkt nicht unbedingt genau anzeigt, wann die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs beginnt, da dies in Abhängigkeit von mehreren Faktoren, z. B. der Lufttemperatur und der Kraftstoffgute, schwanken kann.

Um die Kraftstoffverbrennung in einem Motorzylinder oder Brennraum zu erfassen, ist es bekannt, Ionisationssonden einzusetzen, die die Flammenausbreitung im Zylinder oder Brennraum erfassen; es ist jedoch schwierig, die Sonde so zu positionieren, daß eine zuverlässige Anzeige über einen weiten Bereich von Arbeitsbedingungen des Motors erhalten wird. Ferner wurde bereits versucht, optische Vorrichtungen vorzusehen, diese haben jedoch nur eine begrenzte Lebensdauer, und ihre Genauigkeit wird durch Rußbildung beeinträchtigt.

Es ist bekannt, daß der im Brennraum während des Motorbetriebs erhaltene Höchstdruck zum Teil von dem Moment, in dem die Verbrennung beginnt, und daher im Fall eines Dieselmotors vom Zeitpunkt der Kraftstoffzufuhr und im Fall eines Ottomotors vom Zündzeitpunkt abhängt. Z. B. erfolgt bei einem Dieselmotor bei einer bestimmten Motordrehzahl und Kraftstoffmenge eine Erhöhung des Höchstdrucks, wenn der Kraftstoffzufuhrzeitpunkt zu früh liegt. Im Fall eines Ottomotors zeigt der Höchstdruck die Neigung anzusteigen, wenn der Zündzeitpunkt vorverlegt wird. Ferner hängt der Höchstdruck von einer Anzahl weiterer Faktoren, z. B. der Kraftstoffgute, der Motordrehzahl und auch dem Zustand des Motors, ab.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Motorsystems der angegebenen Art, das einfach und zweckmäßig ausgebildet ist.

Das Motorsystem nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Druckgeberstufe, die ein elektrisches Signal erzeugt, das den innerhalb eines Brennraums des Motors erreichten Höchstdruck bezeichnet, durch eine Einheit, die ein den Soll-Höchstdruck bezeichnendes Signal erzeugt, wobei dieser Einheit Information betreffend die Motordrehzahl und die Kraftstoff menge zuführbar ist, und durch einen Vergleicher .zum Vergleichen der Signale, wobei das Ausgangssignal des Vergleichers als Steuersignal für die Einheit zum Einstellen des Kraftstoff-Verbrennungszeitpunkts wirkt.

Im Gegensatz zu einer lonisationssonde kann ein Druckgeber eine Steigerung des Drucks im Brennraum oder Zylinder unabhängig davon anzeigen, wo im Brennraum oder Zylinder die Verbrennung beginnt. Ferner ist der Druckgeber gegenüber Ablagerungen im Brennraum oder Zylinder relativ unempfindlich

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Dieselmotor, der einen Teil des Motorsystems nach der Erfindung bildet;

Fig. 2 das Blockschaltbild der elektrischen Bauteile des Systems;

Fig. 3 eine Grafik, die die unterschiedlichen Drücke in einem Brennraum des Motors zeigt; und

Fig. k das Blockschaltbild einer anderen Anordnung der elektrischen Bauteile.

Nach Fig. 1 umfaßt das Motorsystem einen Dieselmotor 5 mit mehreren Brennräumen, denen durch entsprechende Einspritzdüsen 6 Kraftstoff zugeführt wird. Den Düsen wird Kraftstoff in zeitlicher Abstimmung mit dem Motor durch eine Kraftstoffpumpe 7 zugeführt. Die Pumpe enthält eine Vorrichtung zum Einstellen des Zufuhrzeitpunkts, wobei diese Vorrichtung zweckmäßigerweise einen Kolben umfaßt, der die Stellung eines Betätigungsnockens bestimmt, wobei der den Kolben beaufschlagende Druck von einem Elektromagnetventil 10 bestimmt wird.

Ein Druckgeber bzw. Druckmeßwertwandier 11 ist so angeordnet, daß er ein elektrisches Sisngl erzeugt, das den Druck innerhalb eines Brennraums des Motors während des Betriebs desselben erzeugt. Ferner trägt der Motor einen Meßwertwandler 8, der die Motordrehzahl bezeichnende Signale erzeugt, und die Kraftstoffpumpe trägt einen Meßwertwandler 9, der ein die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge bezeichnendes Signal erzeugt.

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Nach Fig. 2 wird das Ausgangssignal des Druckgebers 11 einem Höchstwertdetektor 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal den Höchstwert des im Brennraum während des Arbeitshubs des dem Brennraum zugeordneten Kolbens erreichten Drucks darstellt. Das Ausgangssignal des Höchstwertdetektors 12 wird über einen Schalter 13 einem Speicherglied lit· zugeführt, von dem es einem Verhältnisbestimmer 15 zugeführt wird. Dem Verhältnisbestimmer 15 wird ferner ein Signal direkt von dem Höchstwertdetektor 12 zugeführt. Dem Speicher 14 wird über den Schalter 13 periodisch während des Betriebs des Motors ein Signal zugeführt, das auftritt, wenn dem Brennraum kein Kraftstoff zugeführt wird. Der Höchst- oder Referenzdruck, der im Speicherglied Ik gespeichert ist, ändert sich nach Maßgabe der Drehzahl des Motors sowie des Zustands desselben. Ferner ändert sich der Druck nach Maßgabe der Temperatur der in den Brennraum angesaugten Luft. Dieser Druckwert wird zusammen mit den Druckhöchstwerten, die während der Kraftstoffzufuhr zum Brennraum erreicht werden, dem Verhältnisbestimmer 15 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, daß die Verhältnisse der vorgenannten Drücke bezeichnet.

Das Motorsystem umfaßt ein Verhältnis-Routinenverzeichnis 16. Dieses enthält gespeicherte Information, die das Sollverhältnis von Drücken bei unterschiedenen Motordrehzahlen und Lasten, d. h. Kraftstoffgute , angibt. Dem Routinenverzeichnis 16 wird daher ein Motordrehzahlsignal von einem Schaltglied, das mit dem Meßwertwandler 8 zusammenwirkt, und ein Kraftstoffgütesignal vom Meßwertwandler zugeführt. Das Ausgangssignal des Verhältnis-Routinenverzeichnisses 16 bezeichnet das Soll-Druckverhältnis. Die Ausgangssignale der Schaltungsglieder 15 und 16 werden in einem Vergleicher 17 verglichen, und dessen Ausgangssignal wird einem Netzglied 18 zugeführt, das den Betrieb des Elektromagnetventils 10 steuert.

In Fig. 3 bezeichnet der Höchstwert A den Referenzdruck und der Höchstwert B den Soll-Höchstdruck im Brennraum. Der Höchstwert D wird erreicht, wenn der Zufuhrzeitpunkt zu früh liegt. In diesem Fall ist das Ist-Druckverhältnis höher als das Soll-Druckverhältnis, und das Ventil 10 wird so eingestellt, daß der Zufuhrzeitpunkt verzögert wird. Der Höchstwert C wird erhalten, wenn die Kraftstoffzufuhr zu spät erfolgt. Dies hat ein geringeres als das Soll-Druckverhältnis zur Folge, und das Ventil 10 wird so eingestllt, daß der Kraftstoffzufuhr zeitpunkt vorverlegt wird.

Die im Speicherglied 14· gespeicherte Information wird während des Betriebs des Motors periodisch aktualisiert, und dies kann unter Verwendung eines Taktsteuerglieds erfolgen, das den Betrieb des Schalters 13 steuert und außerdem die Kraftstoffzufuhr zu dem Brennraum, dem der Druckgeber 11 zugeordnet ist, blockiert.

Das erläuterte Motorsystem berücksichtigt Änderungen der Güte des dem Motor während des Betriebs zugeführten Kraftstoffs.

Alternativ zur Verwendung des Höchstwerts A für die Aktualisierung des Speicherglieds IA-, wofür es erforderlich ist, daß die Kraftstoffzufuhr blockiert werden muß, kann der Speicher auch an einem unveränderlichen Punkt E während des Verdichtungshubs aktualisiert werden. Der Punkt E ist so gewählt, daß er vor jeder Kraftstoffzufuhr zu dem Brennraum liegt. Aus dem am Punkt E erhaltenen Druckwert kann entweder der Höchstwert A geschätzt werden, oder es ist möglich, den am Punkt .E erhaltenen Druckwert zu nutzen, wenn das Ist-Druckverhältnis bestimmt wird. In diesem Fall wird das Eingangssignal zum Schalter 13 direkt vom Druckgeberausgang abgenommen.

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Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das auf einem Mikroprozessor 19 basiert und einen Direktzugriffsspeicher bzw. RAM 20 sowie einen Festwertspeicher bzw. ROM 21 umfaßt. Das vom Meßwertwandler 9 erzeugte Kraftstoff mengensignal wird einem Multiplexer 22 über einen Puffer 23 zugeführt, und das vom Druckgeber 11 erzeugte Signal wird über einen Puffer Zk einem Höchstwert-Erfassungs- und -Halteglied 25 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Multiplexer 22 verbunden ist. Der Ausgang des Multiplexers 22 ist mit einem Analog-Digital-Umsetzer bzw. ADU 26 verbunden. Der ADU, der Multiplexer und das Höchstwert-Erfassungs- und Halteglied sind über einen Adreß-/ Daten-Bus 27 mit dem Mikroprozessor verbunden. Der Meßwertwandler 8 ist über einen Puffer 28 mit dem Mikroprozessor 19 verbunden, und der Mikroprozessor 19 ist mit dem Leistungsglied 18 für die Steuerung des Ventils 10 verbunden. Der Mikroprozessor weist ferner einen Ausgang 29 auf, der mit einem KraftstoffSteuerkreis verbunden ist.

In dem RAM 20 ist Arbeitsraum für den Mikroprozessor vorgesehen, und er dient ferner der Speicherung des laufenden Referen-Höchstdrucks. Der ROM enthält des Programm sowie das Höchstdruckverhältnis-Routinenverzeichnis. Der Meßwertwandler 8 erzeugt ein Signal, das ca. 30 vor dem oberen Totpunkt liegt, und die Drehzahl wird vom Mikroprozessor errechnet, indem das Intervall zwischen den vom Meßwertwandler 8 erzeugten Signalen gemessen wird. Das vom Meßwertwandler 8 erzeugte Signal wird ferner zum Rücksetzen des Höchstwert-Erfassungs- und Halteglieds zur Vorbereitung des nächsten Lesens genutzt, und es wird außerdem gezählt, so daß am Ausgang 29 ein Signal erzeugt wird, wenn die Kraftstoffzufuhr zum Motor auf Null zu vermindern ist, um einen neuen Referenzdruck zu bilden. Die Steuerung des Mikroprozessors erfolgt durch das gespeicherte Programm; ganz allgemein führt der Mikroprozessor die folgenden Aufgaben aus:

-ΙΟΙ) Bei jeder η-ten Umdrehung des Motors wird die Kraftstoffzufuhr auf Null verringert, und der Höchstverdichtungsdruck wird als Referenzwert gespeichert.

2) Die Motordrehzahl wird errechnet.

3) Der Höchstverdichtungsdruck wird bei jeder Umdrehung des Motors eingelesen und gespeichert, und das Verhältnis Ist-Verdichtungsdruck zu Referenzdruck wird errechnet.

4) Das Ausgangssignal des Meßwertwandlers 9 wird eingelesen und gespeichert.

5) Aus dem ROM 21 wird das richtige Druckverhältnis für die Drehzahl und die Kraftstoffmenge des Motors entnommen.

6) Das Ist- und das Soll-Verhältnis werden verglichen.

7) das Elektromagnetventil 10 wird erregt, um das Verhältnis zu korrigieren.

Es ist ersichtlich, daß das erläuterte System mit nur geringen Modifikationen zur Steuerung des Zündzeitpunkts in einem Ottomotor eingesetzt werden kann.

Claims

Ansprüche

Motorsystem mit einer Hubkolbeneinheit zur Kraftstoffzufuhr zum Motor und mit einer Einheit zum Einstellen des Kraftstoff-Verbrennungszeitpunkts im Motor, gekennzeichnet durch

- eine Druckgeber stuf e (11-15), die ein elektrisches Signal erzeugt, das den innerhalb eines Brennraums des Motors erreichten Höchstdruck bezeichnet,

- eine Einheit (16), die ein den Soll-Höchstdruck bezeichnendes Signal erzeugt,

wobei dieser Einheit (16) Information betreffend die Motordrehzahl und die Kraftstoffmenge zuführbar ist, und

- einen Vergleicher (17) zum Vergleichen der Signale, wobei das Ausgangssignal des Vergleichers (17) als Steuersignal für die Einheit (10) zum Einstellen des Kraftstoff-Verbrennungszeitpunkts wirkt.
2. Motorsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Druckgeber stufe aufweist:

- einen Verhältnisbestimmer (15),

- ein Glied (12) zum Zuführen eines Höchstdrucksignals zum Verhältnisbestimmer (15), wobei dieses Signal während eines unter Kraftstoffzufuhr durchgeführten Arbeitshubs des Motors erhalten wurde, und

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- ein Glied (14), das demi Verhältnisbestimmer (15) ein Nullkraftstoffdruck-Signal zuführt, das in einem Moment während eines Arbeitshubs erhalten wurde, in dem der Brennraum keinen Kraftstoff enthält,

wobei die Einheit zum Erzeugen eines den Soll-Höchstdruck bezeichnenden Signals ein Verhältnis-Routinenverzeichnis (16) aufweist.
3. Motorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Druckgeberstufe einen Druckgeber (11) sowie einen Höchstwerterfasser (12) aufweist, der ein Signal vom Druckgeber (11) empfängt und das Höchstdrucksignal während eines unter Kraftstoffzufuhr erfolgenden Arbeitshubs erzeugt.
4. Motorsystem nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch

ein Speicherglied (14), das dem Verhältnisbestimmer (15) das Nullkraftstoffdruck-Signal zuführt, und ein Schaltglied (13), das den Höchstwerterfasser (12) während eines Arbeitshubs, in dem dem Brennraum kein Kraftstoff zugeführt wird, mit dem Speicherglied (14) verbindet.
5. Motorsystem nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch

ein Speicherglied (14), das dem Verhältnisbestimmer (15) das Nullkraftstoffdruck-Signal zuführt, und ein Schaltglied (13), das das Speicherglied (14) mit dem Ausgang des Druckgebers (11) an einem Punkt (E) des Arbeitshubs, bevor dem Brennraum Kraftstoff zugeführt wird, verbindet,

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6. Motorsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Geberstufe umfaßt:

- einen Druckgeber (11) sowie ein Höchstwert-Erfassungsund -Halteglied (25),

- einen Geber (8), der ein Motorlagesignal erzeugt, und

- einen diese Signale empfangenden Mikroprozessor (19), der aufweist:

- einen Speicher (RAM 20), in dem das von dem Höchstwert-Erfassungs- und -Halteglied (25) erzeugte Höchst drucksignal während eines Arbeitszyklus, in dem dem Motor kein Kraftstoff zugeführt ist, speicherbar ist, und

- einen weiteren Speicher (ROM 21), in dem das Arbeitsprogramm sowie ein Höchstdruckverhältnis-Routinenverzeichnis gespeichert sind,

wobei der Mikroprozessot (19) das Verhältnis zwischen dem während der Kraftstoffzufuhr zum Motor erzeugten Höchstdrucksignal und dem bei Nullkraftstoffzufuhr zum Motor erzeugten Höchstdrucksignal errechnet und das errechnete Verhältnis mit einem aus dem weiteren Speicher (ROM 21) extrahierten Verhältniswert vergleicht zur Erzeugung des Steuersignals.
7. Motorsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß der aus dem weiteren Speicher (ROM 21) extrahierte Verhältniswert von der Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl abhängt.