DE3309714C2

DE3309714C2 -

Info

Publication number: DE3309714C2
Application number: DE19833309714
Authority: DE
Inventors: Panagiotis Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg De Adamis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1992-05-07
Also published as: JPS59159746U; DE3309714A1; FR2542812B3; JPH0330600Y2; FR2542812A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for controlling the Compression ratio of a reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Es ist bereits bekannt (siehe beispielsweise die DE-OS 31 17 133), die sich als Folge der Drosselregelung bei Otto-Motoren im Teillastbetrieb einstellenden Wirkungsgradeinbußen durch Veränderung der Größe des Kompressionsraumes und damit der Verdichtung der Brennkraftmaschine auszugleichen, so daß infolge dessen der Kraftstoffverbrauch bei Teillast und die Schadstoffemis sionen gesenkt werden können. Optimale Ergebnisse werden dabei dann erreicht, wenn der Verdichtungsenddruck bzw. der Verbrennungsspitzen druck unabhängig von der jeweiligen Belastung der Brennkraftmaschine in etwa konstant bei einem Wert gehalten wird, bei dem noch keine klopfende Verbrennung auftritt.It is already known (see, for example, DE-OS 31 17 133), which as a result of the throttle control Loss of efficiency in gasoline engines in partial-load operation by changing the size of the compression space and thus the Compensation of the internal combustion engine so that as a result of which the fuel consumption at partial load and the pollutant emissions sions can be reduced. Optimal results will then be reached when the compression end pressure or the combustion peaks pressure regardless of the load on the internal combustion engine is kept approximately constant at a value at which none knocking combustion occurs.

Bei bekannten Einrichtungen zur Verdichtungssteuerung wurde die Ver stellung des Nebenkolbens im allgemeinen in Abhänigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine, das heißt in Abhängigkeit von der Stellung eines Leistungsstellgliedes, wie beispielsweise des Fahr pedals, der Brennkraftmaschine vorgenommen, wobei mit zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine, entsprechend zunehmender Fahrpedal betätigung, der Nebenkolben zur Vergrößerung des Nebenraums verstellt wurde. In known devices for compression control, the Ver position of the secondary piston generally depending on the Load on the internal combustion engine, that is, depending on the Position of a power actuator, such as driving pedals, the internal combustion engine made, with increasing Load on the internal combustion engine, correspondingly increasing accelerator pedal actuation, the auxiliary piston adjusts to enlarge the auxiliary room has been.

Bei einer derartigen Verdichtungssteuerung müssen die Raumverhält nisse jedoch so festgelegt werden, daß ein ausreichend großer Ab stand von der Klopfgrenze eingehalten wird, insbesondere wenn un terschiedliche Kraftstoffarten und -qualitäten verwendet werden sollen und wenn innere und äußere, auf die Klopfgrenze sich aus wirkende Motorbetriebsparameter, wie zum Beispiel die Betriebs temperatur, nicht weiter erfaßt und berücksichtigt werden können.With such a compression control, the spatial relationship nisse be determined so that a sufficiently large Ab stand by the knock limit, especially if un Different types and qualities of fuel are used should and if inner and outer, on the knock limit itself acting engine operating parameters, such as the operating temperature, can no longer be recorded and taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Verdichtungssteuerung zu schaffen, mit deren Hilfe ein noch wirkungsgradgünstigerer Betrieb möglich wird, indem die Verdichtung des Motors unabhängig von dem Lastzustand immer etwa kurz unterhalb der Klopfgrenze gehal ten wird.The invention has for its object a Compaction control device to create with their help an even more efficient Operation becomes possible by independently compressing the engine of the load condition always just below the knock limit will.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is performed in a generic device by the characterizing features of claim 1 solved.

Erfindungsgemäß wird also der Beginn der klopfenden Verbrennung in wenigstens einem der Zylinder der Brennkraftmaschine selbst zur Steuerung des Verdichtungsverhältnisses herangezogen, in dem zweckmäßigerweise mindestens ein den Beginn klopfender Verbren nung erfassender Meßwertaufnehmer vorgesehen ist, in Abhängigkeit von dessen Signalen die dem Nebenkolben zugeordnete Verstellvorrich tung beaufschlagbar ist. Dabei soll die Verstellung des Nebenkolbens schrittweise erfolgen, indem dieser so lange; wie keine klopfende Verbrennung auftritt, zur Verkleinerung des Nebenraums und bei Vor liegen eines klopfende Verbrennung anzeigenden Signals zur Vergrö ßerung des Nebenraums verstellt wird. In diesem Zusammenhang wäre es zweckmäßig, wenn die Verstellung in Richtung auf eine Vergrößerung des Nebenraums im Falle des Auftretens einer klopfenden Verbrennung mit größeren Schritten erfolgt, als die Verstellung in Richtung auf eine Verkleinerung des Nebenraums. Dies hat den Sinn bei einer mög lichen schnellen Änderung des Lastzustands der Brennkraftmaschine, bei spielsweise von niedriger Teillast auf Vollast eine schnelle Vergrö ßerung des Nebenraums zu erreichen und so sicherzustellen, daß die Zustände mit klopfender Verbrennung auf kürzeste Zeiträume beschränkt bleiben. Bei der umgekehrten Verstellung des Nebenkolbens in Richtung auf eine Verkleinerung des Nebenraums ist dagegen keine so schnel le Nachstellung erforderlich, da im ungünstigsten Falle die Brenn kraftmaschine mit einem wirkungsgradungünstigen Verdichtungsver hältnis, nicht aber mit einem schädlichen Verdichtungsverhältnis betrieben wird.According to the invention, the knocking starts Combustion in at least one of the cylinders of the internal combustion engine itself used to control the compression ratio, in which is expediently at least one scalding which knocks the beginning voltage measuring transducer is provided, depending from whose signals the adjusting device assigned to the secondary piston tion is acted upon. The aim is to adjust the secondary piston be done gradually by doing this for so long; like no knocking Combustion occurs to reduce the size of the adjoining room and in front of a knocking combustion indicating signal to enlarge Change of the adjoining room is adjusted. In this context would be it is useful if the adjustment towards an enlargement of the adjoining room in the event of knocking combustion with larger steps than the adjustment towards a downsizing of the adjoining room. This makes sense for a possible Lichen rapid change in the load state of the internal combustion engine, at for example, from low partial load to full load, a quick increase to achieve improvement in the adjoining room and thus ensure that the Knocking combustion conditions limited to the shortest periods of time stay. With the reverse adjustment of the secondary piston in the direction however, reducing the size of the adjoining room is not so quick Readjustment required, because in the worst case the burning Engine with an efficiency-poor compression ratio ratio, but not with a harmful compression ratio is operated.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgsmäßen Einrichtung besteht darin, daß es nunmehr möglich wird, eine Brennkraftmaschine der Otto-Bauart unabhängig von dem Lastzustand weitestgehend mit einem optimalen Verdichtungsverhältnis, das kurz unterhalb der Klopfgrenze liegt, zu betreiben. Automatisch wird dabei das Verdichtungsverhält nis an etwa unterschiedliche Kraftstoffarten und -qualitäten sowie an innere und äußere Motorbetriebsparameter angepaßt.The main advantage of the device according to the invention is in that it is now possible to use an internal combustion engine Otto design largely with one regardless of the load condition optimal compression ratio, which is just below the knock limit lies to operate. The compression ratio becomes automatic different types and qualities of fuel as well adapted to internal and external engine operating parameters.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematischen Längsschnittes durch einen Zylinder einer mit der erfindungsgemäßen Verdichtungssteuerung betriebenen Brennkraft maschine dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is based on a schematic longitudinal section through a cylinder with the internal combustion engine operated compression control machine shown.

In der Zeichnung ist mit 1 die beispielsweise zum Antrieb eines Kraft fahrzeugs bestimmte Hubkolben-Brennkaftmaschine der Otto-Bauart ins gesamt und mit 2 einer ihrer Hauptzylinder bezeichnet, in dem ein Hauptkolben 3 gleitet. Dieser Hauptkolben 3 begrenzt gegenüber ei nem Zylinderkopf 5 einen Hauptbrennraum 4, in den in üblicher Weise Ein- und Auslaßkanäle einmünden. Don diesen ist hier nur ein mit 6 bezeichneter Einlaßkanal dargestellt, dem ein Einlaßventil 7 zuge ordnet, ist.In the drawing, 1 designates the piston-type internal combustion engine of the Otto type, for example for driving a motor vehicle, and 2 one of its master cylinders, in which a master piston 3 slides. This main piston 3 limits compared to egg NEM cylinder head 5, a main combustion chamber 4 , in which open in the usual way inlet and exhaust ports. Don this is shown here only with an inlet channel 6 , which is assigned an inlet valve 7 , is.

Der Hauptbrennraum 4 steht mit einem in dem Zylinderkopf 5 angeord neten Nebenbrennraum 8 in Verbindung, dessen Volumen durch einen in einer Bohrung 9 des Zylinderkopfes gleitend geführten Nebenkolben 10 veränderbar ist. Zur Verstellung des Nebenkolbens 10 ist dieser mit einer Verstellvorrichtung 11 verbunden, die von einer Steuervorrich tung 13 ansteuerbar ist. Die Steuervorrichtung 13 ist ihrerseits mit einem an einer geeigneten Stelle des Hauptzylinders 2 angeordneten Meßwertaufnehmer 12 verbunden, der bei Auftreten einer klopfenden Verbrennung in dem Hauptbrennraum 4 Signale an die Steuervorrich tung 13 abgibt.The main combustion chamber 4 is connected to a secondary combustion chamber 8 , which is arranged in the cylinder head 5 , the volume of which can be changed by a secondary piston 10 slidingly guided in a bore 9 of the cylinder head. To adjust the secondary piston 10 , this is connected to an adjusting device 11, the device 13 can be controlled by a Steuerervorrich. The control device 13 is in turn connected to an arranged at a suitable location of the master cylinder 2 transducer 12, the device 4 outputs signals to the Steuerervorrich device 13 when a knocking combustion occurs in the main combustion chamber.

Wenn es auch theoretisch möglich ist, jedem einzelnen Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 eine eigene, separate und von den anderen Zylindern getrennte Verdichtungssteuerung zuzuordnen, so ist es doch zweckmäßig, eine gemeinsame Steuerung vorzusehen, indem bei spielsweise eine den Nebenkolben 10 aller Zylinder gemeinsame Ver stellvorrichtung 11 verwendet wird, die von einer Steuervorrich tung 13 in Abhängigkeit von den Signalen eines einzigen Meßwertauf nehmers 12 oder mehrerer, beispielsweise der Zahl der Zylinder ent sprechender Meßwertaufnehmer 12 beaufschlagt wird.If it is also theoretically possible to assign each individual cylinder 2 of the internal combustion engine 1 its own separate and separate compression control from the other cylinders, it is nevertheless expedient to provide a common control by, for example, an adjusting device common to the secondary pistons 10 of all cylinders 11 is used, the processing of a Steuervorrich 13 in dependence on the signals of a single Meßwertauf taker 12 or more, for example, the number of cylinders ent speaking transducer is applied 12th

Die Verstellvorrichtung zur Verstellung des Nebenkolbens 10 kann nun in beliebiger Weise ausgebildet sein. Sie muß lediglich in der Lage sein, auf die Steuersignale der Steuervorrichtung 13 hin den Neben kolben 10 zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Nebenraums 8 zu verstellen.The adjusting device for adjusting the secondary piston 10 can now be designed in any manner. You only have to be able to adjust the control signals of the control device 13 towards the secondary piston 10 to enlarge or reduce the adjoining room 8 .

Beispielsweise wäre es möglich, eine Verstellvorrichtung vorzusehen, wie sie in der DE-OS 31 17 133 beschrieben ist. Dort wird die Ver stellung des Nebenkolbens auf hydraulischem Wege vorgenommen, wobei die Stellung des Kolbens jeweils durch eine axial verstellbare Steuer hülse bestimmt wird. Diese Steuerhülse könnte nun zum Zwecke der Steuerung in Abhängigkeit von den Signalen des das Klopfen erfassen den Meßwertaufnehmers 12 durch ein Schrittschaltwerk angesteuert wer den. Dabei könnte dieses Schrittschaltwerk die Steuerhülse oder ganz allgemein den Steuerkolben in einzelnen diskreten Schritten in Rich tung auf eine Verkleinerung des Nebenraums 8 verstellen, so lange der Meßwertaufnehmer 12 kein Signal abgibt, das auf eine klopfende Ver brennung hindeutet. Stellt dagegen der Meßwertaufnehmer 12 klopfende Verbrennung in einem oder allen Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 fest, dann werden die Nebenkolben 10 wieder schrittweise zur Vergrö ßerung des Nebenraums 8 zurückverstellt, und zwar so lange, bis kein Klopfen mehr auftritt. Danach ergibt sich wieder die Verstellung in umgekehrter Richtung. For example, it would be possible to provide an adjustment device as described in DE-OS 31 17 133. There is the Ver position of the secondary piston made hydraulically, the position of the piston is determined by an axially adjustable control sleeve. This control sleeve could now for the purpose of control depending on the signals of the knock detect the transducer 12 controlled by a stepping mechanism who the. This stepping mechanism could adjust the control sleeve or the control piston in general in individual discrete steps in direction to reduce the size of the adjoining room 8 , as long as the transducer 12 does not emit a signal that indicates a knocking combustion. If, on the other hand, the transducer 12 detects knocking combustion in one or all of the combustion chambers of the internal combustion engine 1 , then the secondary pistons 10 are gradually adjusted back to enlarge the secondary space 8 , until no further knocking occurs. Then there is the adjustment in the opposite direction.

Es zeigt sich also, daß der bzw. die Nebenkolben 10 ständig ver stellt werden, und zwar so, daß das Arbeitsraumvolumen um einen Zustand schwankt, der an der Grenze der klopfenden Verbrennung liegt. Damit werden für den Prozeßwirkungsgrad optimale Verbren nungsdrücke sichergestellt, wobei automatisch auch die Art und Qualität des Kraftstoffes eingeht. Daneben werden auch die Al terung sowie andere innere und äußere Motorbetriebsparameter berücksichtigt und ständig ein Betriebszustand in der Nähe der klopfenden Verbrennung eingehalten.It can thus be seen that the secondary piston or pistons 10 are continuously adjusted in such a way that the working space volume fluctuates around a state which is at the limit of knocking combustion. This ensures optimal combustion pressures for process efficiency, automatically including the type and quality of the fuel. In addition, the aging as well as other internal and external engine operating parameters are taken into account and an operating state in the vicinity of the knocking combustion is constantly maintained.

Um sicherzustellen, daß vor allem bei einer plötzlichen Laständerung in Richtung auf größere Lasten keine länger andauernde Betriebsweise mit klopfender Verbrennung beibehalten wird, sollten die Verstell schritte zur Vergrößerung des Nebenraums im allgemeinen größer sein als diejenigen zur Verkleinerung des Nebenbrennraums. Damit erfolgt eine sehr schnelle Anpassung des Brennraumvolumens an steigende Lasten unter Vermeidung längerer Klopfphasen dagegen eine etwas we niger schnelle Anpassung an Lastabsenkungen unter Inkaufnahme gewis ser aber nicht wesentlicher Wirkungsgradverluste. Auch wird dadurch erreicht, daß beim Betrieb an der Grenze der klopfenden Verbrennung eher unter dieser Grenze geblieben wird.To ensure that especially in the event of a sudden load change no longer operating mode towards larger loads with knocking combustion is maintained, the adj steps to enlarge the adjoining room are generally larger than those to reduce the auxiliary combustion space. So that is done a very quick adjustment of the combustion chamber volume to increasing Loads while avoiding longer knock phases, on the other hand, are somewhat less rapid adjustment to load reductions with certainty but not significant losses in efficiency. It will also achieved that when operating at the limit of knocking combustion rather stay below this limit.

Für diese Steuerung der Nebenkolbenverstellung wären nun noch wei tere Modifikationen denkbar. So wäre es möglich, die Steuervorrich tung 13 so auszubilden, daß beim Auftreten klopfender Verbrennung in mehreren Verdichtungstakten hintereinander die Verstellschritte zur Vergrößerung des Brennraums zunehmend vergrößert werden, um so eine noch schnellere Anpassung an steigende Maschinenlasten zu er reichen. Die Größe der Verstellschritte zur Nebenkolbenverstellung in Richtung auf eine Brennraumvergrößerung würde dann abhängig sein von der Häufigkeit des Auftretens klopfender Verbrennung.For this control of the auxiliary piston adjustment, further modifications would now be conceivable. So it would be possible to train the Steuerervorrich device 13 so that when knocking combustion occurs in several compression cycles in succession, the adjustment steps to enlarge the combustion chamber are increasingly increased so as to achieve an even faster adaptation to increasing machine loads. The size of the adjustment steps for adjusting the auxiliary piston in the direction of increasing the combustion chamber would then depend on the frequency of knocking combustion occurring.

Claims

1. A device for controlling the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with each cylinder of the internal combustion engine assigned, the volume of an auxiliary space connected to the cylinder working space changing auxiliary piston, which is adjustable by means of an adjusting device depending on a characteristic state variable of the internal combustion engine, characterized that the characteristic quantity of state is the beginning of knocking combustion in at least one of the working spaces (4) of the internal combustion engine (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that at least one knocking combustion condition in at least one working space ( 4 ) of the internal combustion engine ( 1 ) is provided as a measured value sensor ( 12 ), depending on the signals of the secondary piston ( 10 ) assigned adjusting device ( 11 ) can be acted upon.

3. Device according to claim 2, characterized in that a control device ( 13 ) is provided which, depending on the signals of the transducer ( 12 ), the actuating device ( 11 ) for the gradual adjustment of the auxiliary piston ( 10 ) in such a way that the Secondary piston ( 10 ), as long as there is no signal indicating knocking combustion, is adjusted to reduce the size of the adjoining room ( 8 ) and, in the presence of a knocking combustion signal, to enlarge the adjoining room ( 8 ).

4. Device according to claim 3, characterized in that the control steps for adjusting the auxiliary piston ( 10 ) in Rich direction to an enlargement of the adjoining room ( 8 ) are greater than in the direction of a reduction of the adjoining room.