DE3210810A1

DE3210810A1 - Verfahren zur beeinflussung der ladungszusammensetzung und fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3210810A1
Application number: DE19823210810
Authority: DE
Inventors: Michael G Dipl Ing May
Original assignee: MATARO CO Ltd
Current assignee: MATARO CO Ltd
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1983-10-06
Also published as: US4519366A; DE3210810C2; JPS58222944A

Description

' ^β BV α α ν t

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Firma Mataro Company Limited 10 P.O. Box

Georgetown / Grand Cayman Islands West Indies

15 Verfahren zur Beeinflussung der Ladungszusammensetzung und fremdgezündete Brennkraftmaschine.

20 Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.

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Die Erfindung kann bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen unterschiedlicher Art Anwendung finden, beispielsweise bei 2-Takt-Ottomotoren, 4-Takt-Ottc— motoren, Mehrstoff-Brennkraftmaschinen,Hubkolbenbrennkraftmaschinen, Drehkolbenbrennkraftmaschinen oder dergl. Desgleichen kann sie sowohl bei Vergaser-IQ Brennkraftmaschinen, als auch bei mit Kraftstoffeinspritzung versehenen Brennkraftmaschinen oder Gasmaschinen mit Fremdzündung verwendet werden. Die Fremdzündung kann vorzugsweise durch Zündkerzen

und in manchen Fällen auch durch Glühkerzen erfolgen. 15

Bekanntlich ist eine den jeweiligen Betriebsbedingungen möglichst günstig angepaßte Zusammensetzung der in einem oder den Brennräumen zu verbrennenden Ladung sehr wichtig. Bei der Ladung handelt es sich um ein

^O Gemisch aus Kraftstoff und Sauerstoff enthaltendem Gas, insbesondere um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder in vielen Fällen ist diesem Gemisch auch Abgas zusätzlich zur Ladungsverdünnung beigemischt. Wenn das Gemisch bei dem jeweiligen Betriebszustand zu fett ist, ist der Kraftstoffverbrauch unnötig hoch. Die Emission schädlicher Bestandteile in den Abgasen ist ebenfalls unerwünscht hoch. Wenn das Gemisch, d. h. die Ladung, zu mager eingestellt ist, verschlechtern sich die Emmissionswerte schädlicher

Abgasbestandteile ebenfalls, auch steigt der Kraftstoffverbrauch an und das Laufverhalten kann ungünstig werden_; beispielsweise durch Zündaussetzer oder verschleppte Ladungsverbrennung. Es sind zahlreiche Maßnahmen bekannt, um die Ladungszusammen-

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ti j» 0

Setzung während des Betriebs der Brennkraftmaschine den jeweiligen Betriebszuständen und auch der Außenatmosphäre (wie Luftdruck, Temper a tür usw.) selbsttätig anzupassen, doch sind diese Maßnahmen, wenn sie die Ladungszusammensetzung den jeweiligen Betriebsparametern günstig anpassen, sehr aufwendig und er-

IQ fordern zahlreiche Fühler und komplizierte Regelungsund Steuersysteme. Unter Zusammensetzung der Ladung ist dabei sowohl der Fall verstanden, daß die Ladung außerhalb des Brennraumes gebildet wird, sei es mit Vergasern oder durch Einspritzung von Kraftstoff in das Ansaugsystem,sondern auch der Fall, daß die Ladung erst im Brennraum durch Einspritzen von Kraftstoff in ihn gebildet wird.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art, das es auf verhältnismäßig einfache Weise ermöglicht, die Ladungszusammensetzung in zumindest einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem großen Teillastbereich selbsttätig so einzustellen und zu verstellen, daß der Kraftstoffverbrauch reduziert und/oder die Emmission schädlicher Abgasbestandteile verringert wird«

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens 1st In Anspruch 18 beschrieben.

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Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus. Es § sei angenommen, daß die Brennkraftmaschine an einem bestimmten Betriebspunkt ihres Teillastbereiches unter konstanten Betriebsparametern arbeitet. Wenn dabei die Ladung, d. h. das zur Verbrennung gelangende Gemisch zu fett eingestellt ist, dann erfolgen die

^O aufeinanderfolgenden Ladungsverbrennungen in dem betreffenden Brennraum mit nur geringer Streuung des Verbrennungsablaufes. Wenn dagegen die Ladungszusammensetzung, d. h., das Gemisch zu mager eingestellt ist, ergeben sich verhältnismäßig starke Streuungen der Abläufe aufeinanderfolgender Ladungsverbrennungen.

Demzufolge gibt es bei diesem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einen Sollwert der Streuung der Verbrennungsabläufe aufeinanderfolgender Ladungsverbrennungen, bei welchem die Ladungszusammensetzung praktisch optimal bezüglich möglichst geringem spezifischen Kraftstoffverbrauch und/oder möglichst geringem Ausstoß schädlicher Abgasbestandteile ist. Wenn man an diesem Betriebspunkt der Maschine diesen Streuungssollwert durch Änderung der Ladungszusaramensetzung regelt ( - also bei positiver Regelabweichung (zu fettes Gemisch) durch Verringerung des Kraftstoff anteiles der zur Verbrennung gelangenden Ladung die Streuung des Verbrennungsablaufes aufeinanderfolgender Ladungsverbrennungen bis zum vorher ermittelten und eingestellten optimalen Streuungssollwert erhöht, bzw. wenn das Gemisch zu mager und damit die genannte Streuung zu groß ist, durch Erhöhung des Kraftstoffanteiles die Streuung der Verbrennungsabläufe aufeinanderfolgender Ladungsverbrennungen bis zum Streuungs-

³^ Sollwert reduziert - )j dann wird an diesem Betriebspunkt ständig ungefähr optimale Zusammensetzung

OL· IUO I

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der Ladung geregelt. Dies ist jedoch nicht nur für einen Betriebspunkt der Maschine möglich/ sondern auch in einem großen Teillastbetriebsbereich oder im gesamten Teillastbereich der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls auch noch bei Vollast und/oder im Leerlauf und/oder im Schiebebetrieb (sofern im Schiebe-

^q betrieb überhaupt noch Ladungsverbrennungen stattfinden) . Dabei ist es möglich, daß der für einen Betriebspunkt als günstig ermittelte und eingestellte Streuungs-Sollwert über einen großen Teillastbereich, gegebenenfalls über den gesamten Teillastbereich unverändert gelten kann, also konstant sein kann, gegebenenfalls auch in anderen genannten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine. Es ist jedoch in vielen Fällen

zweckmäßig oder notwendig, diesen Streuungs-Sollwert in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Brennkraftmschine, wie Drehzahl und/oder Last und/oder Luftdruck und/oder Lufttemperatur und dergl. in vorbestimmter Weise zu verstellen, beispielsweise gleitend in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters zu führen.

Die Verstellung der Ladungszusammensetzung in Abhängigkeit der Regelabweichung der Streuung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Ladungszusammensetzung beim Einspritzen des Kraftstoffes durch Verstellung der jeweiligen Einspritzmenge erfolgen oder bei Vergasermaschinen durch Verstellung im Vergaser, die die Gemischzusammensetzung beieinflussen. Da geeignete Mittel zum Verstellen der Ladungszusammensetzung an sich bekannt sind, bedürfen sie keiner weiteren Erläuterungen.

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Bei Brennkraftmschinen mit mehreren Brennräumen, also bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen ist es im allgemeinen voll ausreichend, die Streuung des Y-Wertes nur für einen einzigen Brennraum zu erfassen und die Ladungszusammensetzung für alle Brennräume hiermit zu beeinflussen. Es ist jedoch auch möglich, für jeden einzelnen Brennraum oder für zwei oder mehr Gruppen von Brennräumen gesondert die Ladungszusammensetzung zur Regelung der Streuung zu verstellen.

Die Erfindung eignet sich ganz besonders hervorragend für Brennkraftmaschinen für Landfahrzeuge, wie

Personenkraftwagen, Lastwagen, Motorräder und dergl. mit stark wechselnden Betriebsparametern, kann jedoch ebenfalls mit Vorteil auch andere Anwendungsfälle haben, wie Motoren für Luft- und Wasserfahrzeuge ²® oder auch stationäre Motoren oder dergl.

Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind ferner Viertakt-Ottomotoren, ohne daß die Erfindung , wie eingangs

dargelegt, hierauf beschränkt ist. 25

Der während der jeweiligen Ladungsverbrennung ablaufende Vorgang, von welchem ein vorbestimmter Zustand in Abhängigkeit des Kurbelwinkels oder dergl.,

d. h. des Y-Wertes, erfaßt wird, kann unterschiedlich

vorgesehen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieser vorbestimmte Zustand die Ankunft der Flammenfront der jeweils verbrennenden Ladung an einer vorbestimmten Stelle des betreffenden

Brennraumes. Diese Ankunft kann mittels eines an sich 35

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bekannten Flaimnenfrontfühlers erfaßt werden, der beispielsweise auf die durch die Flammenfront verursachte Ionisierung des im Brennraum befindlichen Gases anspricht. Dieser Fühler kann beispielsweise zwei an einer konstanten Gleichspannung liegende Elektroden aufweisen und sobald die Flammenfront an ihm ankommt, tritt durch die.hierdurch bedingte starke Ionisierung des Gases zwisehen den beiden Elektroden ein elektrischer Strom auf, der die Ankunft der Flammenfront an diesem Flammenfrontfühler signalisiert.

Eine in vielen Fällen ebenfalls zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der bezüglich seiner Streuung erfaßte Vorgang das Auftreten des Druckmaximums ^v im Brennraum der jeweiligen Ladungsverbrennung ist. Das Messen des Druckmaximums in Abhängigkeit des Kurbelwinkels ist an sich bekannt. Beispielsweise kann ein piezoelektrischer Druckfühler dem Brennraum zugeordnet sein, dessen druckproportionales Ausgangssignal zur Ermittlung des Druckmaximums differenziert wird.

Eine andere Möglichkeit, die in manchen Fällen ebenfalls vorgesehen sein kann, besteht darin, daß der bezüglich seiner Streuung erfaßte Vorgang das Auftreten des Maximums der Leuchtintensität der jeweils verbrennenden Ladung ist. In diesem Fall ist dem Brennraum ein fotosensitiver Fühler zugeordnet, der innerhalb des Brennraumes oder außerhalb des Brennraumes hinter einem lichtdurchlässigen Fenster des Brennraumes zügeordnet ist und dessen von der Leuchtintensität abhängiges Ausgangssignal zur Ermittlung des Maximums beispielsweise ebenfalls differenziert werden kann.

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Es sind auch andere Vorgänge denkbar, die mit dem Verbrennungsablauf zusammenhängen und für die erfindungsgemäße Einstellung der Ladungszusammensetzung durch Regelung der Streuung ihres vorbestimmten Zustandes verwendet werden können. Als Beispiel sei die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, wie sie durch

IQ jeden Verbrennungsvorgang entsteht, erwähnt. Wenn man diese Änderung der Winkelgeschwindigkeit feinfühlig mißt, was möglich ist, kann man beispielsweise ebenfalls durch Differenzieren oder dergl. stärkeres oder schwächeres Streuen des Verbrennungsablaufes erfassen und für die erfindungsgemäße Streuungsregelung verwenden.

Anstelle des Kurbelwinkels als Y-Wert können auch andere Größen als Y-Wert vorgesehen werden, die mit der Stellung des Kolbens des betreffenden Brennraumes bei der Ladungsverbrennung zusammenhängen, bei welcher der vorbestimmte Zustand des betreffenden Vorganges des Verbrennungsablaufes eintritt, beispielsweise der Drehwinkel der Nockenwelle bei ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen oder direkt die Stellung des betreffenden Hub- oder Drehkolbens usw.

Wie erwähnt, ist es in vielen Fällen ausreichend und vorteilhaft, wenn die Regelung der Streuung des Y-Wertes nur in einem oder mehreren Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine" vorgenommen wird und in mindestens einem anderen Betriebsbereich unterdrückt wird. Zu diesem Zweck kann bevorzugt vorgesehen sein, daß diese Regelung der Streuung des Y-Wertes bei Vollast der Brennkraftmaschine und/oder bei Schiebe-

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betrieb und/oder in einem Bereich kleiner Teillast und/oder im Leerlaufbetrieb außer Wirkung gesetzt und in diesen Betriebsbereichen vorbestimmte Ladungszusammensetzungen in irgendeiner an sich bekannten Weise herbeigeführt werden.

Im Falle des Fühlens der Ankunft der Flammenfront an einer vorbestimmten Stelle des Brennraumes kann zweckmäßig vorgesehen werden, daß diese vorbestimmte Stelle von der Flaramenfront erst hinter dem oberen Totpunkt des Kolbens während des Verbrennungstaktes erreicht werden kann, vorzugsweise erst dann, wenn mindestens 50 - 90 % der jeweiligen Ladung bereits verbrannt sind,

Die Bildung der Streuung des Y-Wertes kann auf unterschiedliche Weise vorgesehen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Differenz zwischen jeweils zwei kurz nacheinander auftretenden, vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden Y-Werten als ein Streuungs-Istwert erfaßt wird. Es ist auch möglich, einen solchen Streuungs-Istwert aus mehr als zwei Y-Werten zu bilden und/oder nicht jeden Y-Wert für die Streuung zu verwenden, sondern beispielsweise nur jeden η-ten Y-Wert, wo η eine ganze Zahl größer als 1 ist, also beispielsweise nur jeden übernächsten Y-Wert. Zweckmäßig können im Falle einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine die zur Bildung einer Regelabweichung dienenden Y-Werte aus Ladungsverbrennungen desselben Brennraumes der Maschine gewonnen sein, doch ist es gegebenenfalls

auch möglich, Y-Werte aus Ladungsverbrennungen in mehreren Brennräumen zu ermitteln und aus ihnen gemeinsam Streuungs-Istwerte zu ermitteln.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jeder Streuungs-Istwert mit dem Streuungs-Sollwert verglichen und die hierdurch ermittelte Regelabweichung zur Regelung der Ladungszusammensetzung verwendet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus mehreren aufeinanderfolgenden letzten Streuungs-Istwerten einen Mittelwert der Streuung zu bilden und mit dem Streuungs-Sollwert zur Bildung der jeweiligen Regelabweichung zu vergleichen und diese Regelabweichung zur Regelung der Ladungszusammensetzung zu verwenden.

In manchen Fällen kann auch zweckmäßig vorgesehen sein, die Streuungs-Istwerte vorübergehend zu speichern und zeitlich abklingend für die Ermittlung der Regelabweichung zu verwenden, wobei z. B. hierbei vorgesehen werden kann, daß sie in einem Speicher zeitlich abklingend gespeichert werden (bspw. in einem RC-Glied) und der jeweilige monentane Speicherinhalt mit dem Streuungs-Sollwert zur Bildung der Regelabweichung verglichen wird. Oder sie werden z. B. in einem als Speicher dienenden Ring-Zähler gespeichert und in ihm mit jeder neuen Eingabe verschoben und die Speicherstellen werden zur Berechnung der Ist-Streuung unterschiedlich bewertet, d. h. umso geringer je weiter sie vom Speichereingang entfernt sind.

³^ In vielen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, vorzusehen, daß jeder Streuungs-Istwert mit dem Streuungs-Sollwert verglichen und die Abweichung zwischen beiden Werten gebildet und die Ladungszusammensetzung nur dann verstellt wird, wenn zumindest eine vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend gespeicherter Regelabweichungswerte in

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derselben Richtung vom Streuungs-Sollwert abweichen, Vorzugsweise kann diese vorbestimmte Anzahl zwei oder drei betragen. Hierdurch wird

die Stabilität der Regelung erhöht und Zufallsschwankungen weiden stärker unterdrückt.

im betreffenden Betriebsbereich

Es ist möglich, daß/die Ladungszusammensetzung ausschließlich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Streuungsregelung verstellt wird. Um die Geschwindigkeit der Verstellung der Ladungszusammensetzung noch zu erhöhen bzw. die Ladungszusammensetzung noch genauer ¹^ und rascher verstellen zu können, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß die Regelung der Streuung nur zur Feinverstellung der Ladungszusammensetzung dient und daß dieser Feinverstellung eine Grobverstellung der ^O Ladungszusammensetzung überlagert wird, wobei die Grobverstellung in herkömmlicher Weise durch Vergasereinstellung, Einspritzmengen-Kennfeld oder dergl. vorgenommen wird. Auch kann die Menge der gegebenenfalls vorgesehenen Abgasrückführung zur erfindungsgemäßen Regelung verändert werden.

Im Falle des Fühlens der Ankunft der Flammenfront der jeweils verbrennenden Ladung an einer vorbestimmten Stelle des Brennraumes kann dieses Fühlen der Ankunft der Flammenfront zusätzlich noch zum selbsttätigen Verstellen des Zündzeitpunktes eingesetzt werden, indem die Maßnahme nach Anspruch 17 vorgeschrieben wird. Diese Regelung findet dann zusätzlich zur der Regelung

der Streuung des Y-Wertes statt. Durch diese Verstellung 35

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des Zündzeitpunktes wird also der jeweilige Mittelwert der Streuung des Y-Wertes auf einen vorbestimmten Kurbelwinkel oder dergl., der der K-Strecke entspricht, geregelt. Hierdurch werden sowohl die Ladungszusammensetzung als auch der Zündzeitpunkt jeweils selbsttätig auf optimale Werte fortlaufend eingestellt. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann das Vorhandensein eines Flammenfrontfühlers im betreffenden Brennraum der Brennkraftmaschine gleichzeitig mit dazu benutzt werden, um außer der Regelung der Streuung der Ankunft der Flammenfront auch eine selbsttätige Verstellung des Zündzeitpunktes unter Einsatz desselben Flammenfrontfühlers herbeizuführen. Hierdurch werden u. a. Kosteneinsparungen erzielt. Die K-F-Koinzidenzregelung ist in einer nicht vorveröffentlichten älteren deutschen Patentanmeldung P 31 39 000.5 noch näher beschrieben, von der ein Exemplar als - Anlage A beiqefügt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

²^ Fig. 1 eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Streuungsregelung in Blockbilddarstellung,

Fig. 2 ein Diagramm eines Beispieles der on

Streuung von Streuungs-Istwerten um einen zu

regelnden Streuungs-Sollwert,

Fig. 3 ein drehzahl- und lastabhängiges Kennfeld vorgebbarer Streuungs-Sollwerte.

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In Fig. 1 ist mit 10 ein Zylinder einer fremdgezündeten 4-Takt-Brennkraftmaschine schematisch im Schnitt dargestellt, wobei in der Wandung des Brennraumes 11 ein Flammenfrontfühler 12 zum Fühlen der Ankunft der von der Zündkerze 13 jeweils gezündeten Ladung angeordnet ist. Das Einlaßventil ist mit 16,das Ansaugrohr mit 17, das Auslaßventil mit 18 und das Auspuffrohr mit 19 bezeichnet und der Kraftstoff wird in den Brennraum 11 mittels einer Einspritzvorrichtung 14 und einer Einspritzdüse 15 eingespritzt. Der Flammenfrontfühler 12 signalisiert die jeweilige Ankunft der Flammenfront durch einen elektrischen Spannungsabfall, der durch den von der Flammenfront jeweils bewirkten lonenstrom verursacht wird. Ferner wird mittels eines Fühlers 23 während jedes Verbrennungstaktes der Kurbelwinkel der Kurbelwelle 21 an der Kurbelscheibe 22 gefühlt und der Kurbelwinkel, bei welchem die jeweilige Ankunft der Flammenfront am Flammenfrontfühler 12 stattfindet, wird als Y-Wert in einen Speicher 25 eingegeben. Der Speicher 25 speichert beispielsweise die jeweils zuletzt gefühlten beiden Y-Werte und gibt sie in ein Differenzglied 26 ein, das den Absolutwert ihrer Differenz als Streuungs-Istwert bildet. Es ist ferner ein Sollwert-Einstellglied 27 vorhanden, das einen konstanten Streuungs-Sollwert oder einen in Ab-

^Q hängigkeit mindestens eines Betriebsparameters Cz.B.gem.Fig.3) verstellbaren Streuungs-Sollwert in ein Regelabweichungsglied 28 eingibC₁ welchem auch der Ausgang des Differenzgliedss ?.i '-.l-z- Srreu-ungs-Ä^-cwern eirgegeben wird. Im Gli-ad "Ό wird die ~LLz.^:.r-~anz z~--~-Lz ~'-:-.q;\ ''""' Qem Streuungs-Soilwe iexa 3'crea >.--;;■■ ^-c^rv

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nach Größe und Vorzeichen gebildet und als Regelabweichung in einen Streuungsregler 29 eingegeben, dessen Ausgang die Einspritzvorrichtung 14 zur Verstellung der jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmenge im Sinne einer Verkleinerung der Streuungs-Regelabweichung steuert. Wenn der Streuungs-Istwert kleiner als der Streuungs-Sollwert ist, bedeutet dies, daß die Ladung zuviel Kraftstoff enthält und es wird entsprechend die Kraftstoffmenge reduziert und wenn der Streuungs-Istwert größer als der Streuungs-Sollwert ist, enthält die Ladung zuwenig Kraftstoff und es wird entsprechend die Kraftstoffmenge vergrößert. Hierdurch findet eine ständige Regelung des Sollwertes der Streuung statt, wie es im Diagramm gem. Fig. 2 an einem Beispiel dargestellt ist. Die Abszisse ist in aufeinanderfolgend ermittelten Streuungs-Istwerten 1, 2, 3 ... η numeriert und die Ordinate entspricht Af=Y - ^Y _n+-j in Kurbelwinkeldifferenzen, wo Y der Y-Wert beim η-ten und Y .. der Y-Wert beim (n+1)-ten Verbrennungstakt ist. Beispielsweise beträgt der momentan eingestellte Streuungs-Sollwert

25° Kurbelwinkeldifferenz. Wie zu sehen ist, wird die Ladungszusammensetzung jeweils so geändert, daß die Streuungs-Istwerte A*f um den Streuungs-Sollwert df pendeln. Hierdurch wird prak-

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tisch ständig optimale Ladungszusammensetzung bewirkt und den Streuungs-Sollwert kann man jeweils so vorbestimmen, daß die Maschine mit praktisch minimalem spezifischen Kraftstoffverbrauch und/oder mit praktisch minimalem Schadstoff-Emissionswerten an dem

jeweiligen Betriebspunkt läuft.

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ο ο ο ο

Anstatt die Einspritzmenge des Kraftstoffes zur Streuungsregelung zu verstellen, kann auch vorgesehen sein, dies durch Steuerung einer in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichneten Abgas-Rückführung mittels eines vom Ausgang des Reglers 29 verstellbaren Drosselventiles 30 vorzunehmen. In diesem Fall wird die Ladungszusammensetzung durch Verstellung des Volumenstromes des vom Abgaskanal 19 Über die Leitung 31 in das Saugrohr 17 zurückgeführten Abgases bewirkt. Die Erhöhung der Abgasmenge vergrößert den Istwert der Streuung und Verringerung der rückgeführten Abgasmenge verkleinert diese Streuung, so daß man den Streuungs-Sollwert ebenfalls regeln kann.

Die Messung des Y-Wertes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Kurbelscheibe 22 ein Zahnsegment tragen, wobei jeder Zahn bei seinem Vorbeigang am Fühler 23 während des Verbrennungstaktes einen Impuls auslöst und diese Impulse werden in einem Zähler bspw. beginnend ab 10° Kurbelwinkel vor oberem Totpunkt des Kolbens 24 bis zur Ankunft der Flammenfront am Fühler 12 gezählt und anschließend wird der Inhalt des Zählers unter gleichzeitiger Rückstellung des Zählers auf Null in das Differenzglied 26 als Wert Y eingelesen und A^ = Y --Y gebildet „Danach

η ! η-Ί η

^^u wird beim nächsten Verbrennungstakt der Y_n+-, -Wert in das Differenzglied 26 eingelesen und dann wird unter Zurückstellung des Differenzgliedes auf Null die neue Streuung A^ = Y_n- Y_n+1 in das Glied 28 zur Bildung der neuen Regelabweichung eingelesen. Dies wird in dem betreffenden

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Betrlebsbereichi fortlaufend wiederholt und so fortlaufend die Streuung der Y-Werte auf den Streuungs-5

Sollwert geregelt.

Meistens ist es zweckmäßig, nicht mit einem konstanten Streuungs-Sollwert zu arbeiten, sondern den Streuungs_n Sollwert in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters, gleitend zu verstellen. Ein Beispiel hierfür ist im Diagramm nach Fig. 3 dargestellt. Hier wird der Streuungs-Sollwert ΔΦ gemäß einem an der betref-

i s

fenden Brennkraftmaschine experimentell ermittelten ^5 Kennfeld in Abhängigkeit der Drehzahl U/rciin der Brennkraftmaschine und ihres mittleren effektiven Arbeitsdruckes ρ _ff selbsttätig verstellt, vorzugsweise stetig verstellt. Jede geschlossene Kurve der Fig. 3 entspricht dabei einem konstanten Streuungs-Sollwert. D®^r Streuungs-Sollwert kann dabei wiederum dem Sollwert der Streuung zweier aufeinanderfolgender Y-Werte entsprechen.

In dem Diagramm nach FIg„ 3 können beispielsweise die Streuungs-Sollwertkurven folgenden Kurbelwinkel-Streuungs-Sollwerten entsprechen:

- ²⁵°' %" ³⁰°-

Es kann ferner vorgesehen sein, daß die Ladungszusammensetzung bei jeder neuen Regelabweichung unabhängig von deren Größe oder in Abhängigkeit von deren Größe geändert wird. Oder daß nur dann die Ladungszusammensetzung geändert wird, wenn der Absolutwert der Regel

Z IUO IU 5405 - 24 -

abweichung einen Mindestwert überschreitet und/oder wenn die jeweils letzten beiden Regelabweichungen dasselbe Vorzeichen hatten, also entweder negativ oder positiv waren. Dabei kann man dann auch vorsehen, die Ladungszusammensetzung umso stärker zu ändern, je öfter die Regelabweichungen hintereinander dasselbe Vorzeichen haben.

Anstatt die Streuung aus den jeweils letzten beiden Y-Werten zu bilden, kann auch vorgesehen sein, daß sie einer anderen geeigneten Streuung entsprechen,

, beispielsweise einem Mittelwert aus mehreren aufeinanderb

folgenden Streuungs-Istwerten, wobei jeder Streuungs-Istwert aus zwei aufeinanderfolgenden Y-Werten oder aus mehr als zwei aufeinanderfolgenden Streuungs-Istwerten gebildet ist. Die Streuung kann beispielsweise auch

_on aus den jeweils letzten j Werten für Y nach den Begriffen der Fehlerrechnung gebildet werden. Wenn aus j Y-Meßwerten ein arithmetisches Mittel gebildet wird, so kann die Streuung das quadratische Mittel der Einzelabweichungen vom arithmetischen Mittel sein.

j ist eine ganze Zahl und kann zweckmäßig niedrig vorgesehen werden, beispielsweise j == 3 oder j =

Claims

-Χ

Patentansprüche

'Verfahren zur Beeinflussung der Zusammensetzung der in einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zu ver- ^O brennenden Ladungen, die aus Sauerstoff enthaltendem Gas und Kraftstoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine in ihrem Brennraum oder in mindestens einem ihrer Brennräume ein durch die jeweilige Verbrennung der Ladung verursachter Vorgang dahingehend erfaßt wird, bei welchem Kurbelwinkel oder dergl. -nachfolgend Y-Wert genannt - ein vorbestimmter Zustand dieses Vorganges während der jeweiligen

Ladungsverbrennung erreicht wird und daß die bei nachainander stattfindenden Ladungsverbrennungen auftretende Streuung dieses Y-Wertes fortlaufend auf einen vorbestimmten Streuungs-Sollwert durch Verstellung der Ladungszusammensetzung geregelt

. ,
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich seiner Streuung erfaßte Vorgang

die Ankunft der Flammenfront der jeweils ver-30

brennenden Ladung an einer vorbestimmten Stelle des betreffenden Brennraumes ist.

3 2 1 U Ö I U

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich seiner Streuung erfaßte Vorgang das Auftreten des Druckmaximums im Brennraum während der jeweiligen Ladungsverbrennung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bezüglich seiner Streuung erfaßte Vorgang das Auftreten des Maximums der Leuchtintensität der jeweils verbrennenden Ladung ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streuungs-Sollwert des Y-Wertes in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine verstellt, vorzugsweise geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Streuungs-Sollwert des Y-Wertes in Abhängigkeit der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine verstellt, vorzugsweise geführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Streuung des Y-Wertes bei Vollast der Brennkraftmaschine und/oder bei Schiebbetrieb und/oder in einem Bereich kleiner Teillast und/oder im Leerlauf außer Wirkung gesetzt und die Ladungszusammensetzung auf andere Weise beeinflußt wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankunft der Flammenfront an einer Stelle

des Brennraumes gefühlt wird, an der bei normalem Verbrennungsablauf die Flammenfront erst nach dem oberen Totpunkt des Kolbens während des Verbrennungsaktes ankommt, vorzugsweise erst IQ dann, wenn mindestens 50 - 90 % der jeweiligen Ladung verbrannt sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen jeweils zwei kurz hintereinander auftretenden, vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgenden Y-Werten als ein Streuungs-Istwert erfaßt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus jeweils mehr als zwei Y-Werten ein Streuungs-Istwert gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Streuungs-Istwert mit dem jeweiligem Streuungs-Sollwert verglichen und die hierdurch ermittelte Regelabweichung zur Regelung der Streuung des Y-Wertes

verwendet wird.
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12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils aus mehreren aufeinanderfolgend ermittelten Streuungs-Istwerten ein Ist-Mittelwert der Streuung gebildet und mit dem jeweiligen Streuungs-Sollwert zur Bildung der Regelabweichung verglichen und diese Regelabweichung zur Regelung der Streuung des Y-Wertes verwendet wird.

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13. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 12, dadurch g gekennzeichnet, daß die Streuungs-Istwerte gespeichert und mit zeitlich abklingender Bewertung für die Bildung der Regelabweichung der Streuung des Y-Wertes verwendet werden.
2Q 14. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streuungs-Istwert mit dem Streuungs-Sollwert verglichen und die Regelabweichung gebildet und gespeichert wird und daß die Ladungszusammensetzung nur dann verstellt wird, wenn zu· mindest ein» vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgend gespeicherter Regelabweichungsweris in derselben Richtung vom Streuungs-Sollwert abweichen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Streuung des Y-Wertes nur zur Feinverstellung der Ladungszusammensetzung verwendet wird und dieser Feinverstellung eine herkömmliche Grobverstellung der Ladungszusammensetzung überlagert wird.

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16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Ladungszusainmensetzung durch Verstellung der Kraftstoff zufuhr und/oder der Frischluftzufuhr und/oder durch gesteuerte Abgasrückführung vorgenommen wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt der Ladung im Verbrennungsraum selbsttätig jeweils so eingestellt wird, daß,wenn der Kolbenboden während der jeweiligen Ladungsverbrennung ab seiner oberen Totpunktstellung eine vorbestimmte Wegstrecke - nachfolgend K-Strecke genannt - in Richtung auf seine untere Totpunktstellung zurückgelegt hat, die Flammenfront der verbrennenden Ladung eine vorbestimmte Stelle nachfolgend F-Stelle genannt - im Verbrennungsraum ungefähr erreicht hat, so daß die Ankunft der Flammenfront an der F-Stelle mit der Ankunft des Kolbenbodens am Ende der K-Strecke ungefähr koinzidiert - nachfolgend K-F-Koinzidenz genannt -, und daß die Flammenfront der von der Zündkerze zur Ladungsverbrennung verursachten Flamme die F-Stelle erst erreicht, wenn bereits der überwiegende Teil der Ladung verbrannt ist.

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18. Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel , die in mindestens einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine in ihrem Brennraum oder in mindestens einem ihrer Brennräume einen durch die jeweilige Verbrennung der Ladung verursachten Vorgang dahingehend erfassen, bei welchem Y-Wert ein vorbestimmter Zustand dieses Vorganges während der jeweiligen Ladungsverbrennung erreicht wird,und ferner Regelmittel, die die bei nacheinander stattfindenden Ladungsverbrennungen auftretende Streuung des Y-Wertes fortlaufend auf einen vorbestimmten Streuungs-Sollwert durch Verstellung der Ladungszusammensetzung regeln _f aufweist.
19. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem betreffenden Brennraum ein Flammenfrontfühler angeordnet ist.
20. Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem betreffenden Brennraum ein Druckfühler angeordnet ist und dieser Mittel beaufschlagt, die während der jeweiligen Ladungsverbrennung das Auftreten des Druckmaximums signalisieren und den Y-Wert zum ZeItpunkt des jeweiligen Druckmaximums ermitteln.

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21. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch

gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Erkennen des Auftretens des Maximums der Leuchtintensität der jeweils verbrennenden Ladung aufweist.
22. Brennkraftmaschine nach einem Anspruch 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Verstellen des Streuungs-Sollwertes des Y-Wertes in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine aufweist.
23. Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenfrontfühler auch der Fühler für die Regelung der K-F-Koinzidenz gemäß Anspruch 17 ist.