DE3342952C2

DE3342952C2 - Verfahren zum Optimieren des Wirkungsgrades einer gemischverdichtenden Einspritz-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3342952C2
Application number: DE19833342952
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.-Ing. Dr. 7067 Plüderhausen Abthoff; Hans H. Dipl.-Ing. 7024 Filderstadt Bernd; Dag H. Dipl.-Ing. 7054 Korb Hüttebräucker; Wolfgang Dr.rer.nat. Dr. 7300 Esslingen Strauss
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-11-26
Filing date: 1983-11-26
Publication date: 1986-07-03
Also published as: GB2150321A; FR2555665A1; SE8405927D0; JPH0243023B2; DE3342952A1; GB8429840D0; FR2555665B1; GB2150321B; JPS60132045A; SE8405927L; SE457462B

Abstract

Bei einem Verfahren zum Optimieren des Wirkungsgrades einer gemischverdichtenden Einspritz-Brennkraftmaschine, wird die zugeführte Luftmenge und die pro Arbeitszyklus den einzelnen Zylindern zugeführte Kraftstoffmenge sowie eine von der Leistung der Brennkraftmaschine abgeleitete Betriebsgröße erfaßt, aus denen in einer Regeleinheit der momentane Wirkungsgrad bestimmt wird, der eine Größe für die Kraftstoffzustrom-Änderung ist. Zur Erzielung eines optimalen Leistungswirkungsgrades pro Zylinder der Brennkraftmaschine wird ein in den Zylindern befindlicher Gasdruck mit Meßfühlern erfaßt, der ein Maß für die freigesetzte Arbeit ist, aus dem in Verbindung mit der Einspritzzeit für die Kraftstoffmenge der mittlere Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bestimmt wird, aus dem und der zugeführten Kraftstoffmenge eine für das darauffolgende Arbeitsspiel in Abhängigkeit der zugeführten Luftmenge eine korrigierte einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt wird.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Optimieren des Wirkungsgrades einer gemischverdichtenden Einspritz-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches ί und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 2.

Durch die DE-OS 29 41 977 ist eine Einrichtung zum Optimieren von Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der Momentenänderungen aufgrund eines Testsignales erfaßt werden, wobei die maximale Leistung unmittelbar ausgehend vom Momentensignal und der spezifische Kraftstoffverbrauch über den Wirkungsgrad mittelbar aus dem Moment bestimmt wird. In Abhängigkeit vom Lastgebiet, in dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, erfolgt eine Optimierung auf die Maximalleistung und einen minimalen Kraftstoffverbrauch. Von Nachteil ist jedoch dabei, daß mil einem Testsignal-Generator die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zylinder stetig verändert wird und die Auswirkung der Kraftstoffmengenänderung durch Messungeiti von Größe und Vorzeichen der Abweichungen des Momentensignals des Leistungsmaximums im Idealzustand des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Bedingt durch die Variation der Kraftstoffmenge erhält man bei einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch eine erhöhte Kohlenwasserstöff^Emission und bei einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch eine erhöhte Stickoxid-Einission. Eine minimierte Emission ist nur mit einer katalytischen Abgasreinigung zu erzielen, für die aber ein Brennkraftmaschinen-Betrieb mit einer /i-Regelung erforderlich ist. Auch den Erfordernissen der Anwärmphase "und den während des instationären Betriebs der Brennkraftmaschine, bei denen eine den Betriebszustand rechnungtragende korrigierte Kraftstoffmasse der Brennkraftmaschine zugeführt werden muß, finden in der Einrichtung gemäß der DE-OS keine Berücksichtigung.

Durch die DE-AS 12 56 944 ist eine Einrichtung zur Kraftstoff-Luft-Gemischregelung von Brennkraftmaschinen bekannt Mit einem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordneten Druckgeber wird der Brennraumdruck erfaßt, der einen Regler beeinflußt, dem als weitere Kenngröße das von einem Drehmomentgeber erfaßte Drehmoment zugeführt wird. Der Regler beeinflußt eine Stelleinrichtung, die einem im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselorgan zugeordnet ist Mit dem Drosselorgan wird der dem Kraftstoff zugeordnete Luftstrom korrigiert Durch die Variation des der Brennkraftmaschine zugeführten Luftstromes, der von dem Regler in Abhängigkeit des Druckes im Brennraum variiert wird, erreicht der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine dort sein Maximum, wo bei konstanter Kraftstoffmenge der Druck als Funktion des durchsetzten Luftstroms ein Maximum hat Der maximale Wirkungsgrad kann also nur dann gefunden werden, wenn man die Stellung des Luftdrosselorgans der Brennkraftmaschine stetig so lange verändert, bis der höchste Druck erreicht ist. Bei dem zur Anwendung kommende," Regelalgorithmus wird zwar stets der höchste Wirkungsgrad erzielt, jedoch kein stöchiometrisches Gemisch, bei dem eine katalytische Abgasreinigung zur Erzielung einer minimierten Emission möglich ist einstellt Bedingt durch die Variation des Kraftstoff-Luft-Gemisches erhält man bei einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch eine unerwünscht hohe Kohlenwasserstoff-Emission und bei einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch eine erhöhte Stickoxid-Emission. Während der Anwärmphase und des instationären Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt darüber hinaus keine den Betriebszustand rechnungtragende Korrektur der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmasse. Der DE-AS ist auch kein Hinweis zu entnehmen, daß derartige Maßnahmen erforderlich sein können oder berücksichtigt werden sollten.

Durch die DE-OS 31 01 167 ist ein elektronisch gesteuerter Spritzversteller für die Brennstoffeinspritzpumpe einer selbstzündenden Brennkraftmaschine bekannt. Mit einem unmittelbar auf den im Zylinder der Brennkraftmaschine herrschenden Verbrennungsdruck ansprechenden Meßwert eines Meßfühlers ist der Spritzversteller beeinflußbar. Einen dahingehenden Hinweis, wie der Leistungswirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu optimieren ist, ist der Druckschrift jedoch nicht entnehmbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Leistungswirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu optimieren und die freigesetzte Arbeit des im Brennraum der Brennkraftmaschine entzündeten Kraftstoff-Luft-Gemisches mit einer Vorrichtung zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Optimieren des Wirkungsgrades einer Brennkraftmaschine weist den Vorteil auf, daß durch Messung der Gaskräfte in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine die freigesetzte Arbeit pro Arbeitsspiel und pro Zylinder bestimmt wird. Bei dem Verfahren werden alle Zylinder in allen Betriebszuständen mit der gleichen spezifischen Kxaftstoffmenge betrieben, wodurch eine definierte Abstimmung bezüglich Leistung, Verbrauch und minimierte Emission der Brennkraftmaschine möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gasdruckmessung erzielt man eine Aussage über die freigesetzte Arbeit bei der Reibungsverluste der Brennkraftmaschine eliminiert sind und somit ausschließlich der Gütegrad der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum der Brennkraftmaschine in den P.egelvorgang Eingang findet.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfünrungsform dargestellt. Es zeigt:

F i g. 1 eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine mit den ihr zugeordneten Meßfühlern und eine Regeleinheit,

F i g. 2 einen Programmablaufplan eines Regelkreises zur spezifischen Kraftstoffmengenbestimmung pro Zylinder und

Fig.3 eine Anordnung eines Gasdruck erfassenden Meßfühlers, der mit einer das Zylindergehäuse und den Zylinderkopf fixierenden Schraube am Zylinderkopf befestigt ist.

Eine in F i g. 1 mit 1 bezeichnete und Zylinder la bis 1/" aufweisende Brennkraftmaschine umfaßt ein Abgassystem 11, eine Regeleinheit 12 und ein Ansaugsystem 2, in dem Kraftstoffeinspritzventile 3 bis 8, eine Drosselklappe 9 und ein Luftmengenmesser 10 angeordnet sind. Die Drosselklappe 9 steht mit einem Fahrpedal 13 in Wirkverbindung. Ein in den einzelnen Zylindern la bis l/der Brennkraftmaschine 1 vorherrschender Gasdruck pro Arbeitsspiel wird von Meßfühlern 16 bis 18 erfaßt, die jeweils von den ihnen benachbarten Zylindern beeinflußt werden, so daß der Meßfühler 16 von dem in den Zylindern la und Ie vorherrschenden Gasdruck, der Meßfühler 17 von dem in dem Zylinder Ic und Ic/vorherrschenden Gasdruck und der Meßfühler 18 von dem in dem Zylinder Ie und 3 f vorherrschenden Gasdruck beeinflußt wird. Der Luftmengenmesser 10, die Gasdruck erfassenden Meßfühler 16 bis 18 sind mit der Regeleinheit 12 mit Signal übertragenden Leitungen 20 und 22 verbunden. Signalübertragende Leitungen 23 bis 26 verbinden die Kraftstoffeinspritzventile 3 bis 8 mit der Regeleinheit 12.

Ein in Fig.2 mit 30 bezeichneter Programmablaufplan umfaßt eine Grenzstelle 31, Gperationsblöcke 32 bis 37, eine Additionsstelle 38, eine Verzweigungsstelle 39 und diese verbindende Ablauflinien.

Eine Anordnung eines Gasdruck erfassenden Meß- eo fühlers 16 ist in F i g. 3 dargestellt. Der Zylinderkopf 45 der Brennkraftmaschine 1 wird mit Zylinderkopfschraiiben 46 auf dem Zylindergehäuse 47 der Brennkraftmaschine 1 befestigt. Mit einem durch ein Ventil 48 verschlossenen Gaswechoelkanal 49 ist ein Brennraum 50 t; der Brennkraftmaschine mit dem Ansaugsystem 2 verbunden. Das Abgassystem I! und der Brennraum 50 der Brennkraftmaschine I sind mit einem Gaswechselkanal 51 verbunden. Mit einer Gemischentzündeinrichtung 52 ist ein im Brennraum 50 befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch entflammbar. Mit einer im Zylindergehäuse 47 der Brennkraftmaschine 1 eingeschraubten und im elastischen Bereich belasteten Schraube 53 ist der zwischen dem Schraubenkopf 54 und dem Zylinderkopf 45 angeordnete Gasdruck-Meßfühler 16 befestigt.

Bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine wird gemäß dem Programmablaufplan 30 in F i g. 2 im Operationsblock 32 die Einspritzzeit für jeden Zylinder auf eine Zeil gesetzt, mit der der Brennkraftmaschine eine für den Start ausreichende Kraftstoffmenge zugeführt werden kann. Die von den Meßfühlern 10, 16 bis 18 durch Signal übertragende Leitungen 20 und 22 der Regeleinheit 12 zugeführten Signale werden dem Operationsblock 33 zugeführt, in dem die Arbeit pro Zylinder mit dem Term \PjdV = W₁, mit / = 1 ... η und η ist Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, ermittelt wird. Bei einem diskontinuierlichen Kraftstoff-Einspritzsystem entspricht die Einspritzzeit etwa der ii-aftstoffmenge,

m*=C2 ti= CZriiii,

wobei mjt,=der Kraftstoffmassenstrom pro Zeiteinheit in dem Zylinder /ist und C/, ist die Summe der Einspritzzeit aller Kraftstoffeinspritzventile, die benötigt wurde, um den Kraftstoffmassenstrom /n* in die Zylinder der Brennkraftmaschine einzuspritzen und C ist eine Proportionalkonstante.

In dem Operationsblock 34 wird aus den einzelnen Werten Wi der Zylinder ein mittlerer Wirkungsgrad e der freigesetzten Arbeit, des in den Brennräumen der Brennkraftmaschine entzündeten Kraftstoff-Luft-Gemisch ermittelt. Mit dem mittleren Wirkungsgrad 7/, und aus den Arbeiten Wi wird nach dem arithmetischen Ausdruck

nifi = Wi ■ η

im Orjerationsblock 35 der neue Kraftstoffmassenstrom mti oestimmt. Bei einer zwischenzeitlichen Luftmassenstromänderung wird im Operationsblock 36 der zuvor im Operationsblock 35 ermittelte Kraftstoffmassenstrom auf einen neuen Kraftstoffmassenstrom

mL"

m_L-

errechnet, mit itil- ah Luftmenge und uil als die neu ermittelte Luftmenge. Vom Verzweigungspunkt 39 erfolgt eine Rückführung zur Additionsstelle 38. In dem OperaJonsblock 37 wird das den Kraftstoffmassenstrom /7;*··, beschreibende Signal in ein die Öffnungsdeuer der Kraftstoffeinspritzventile 3 bis 8 beschreibendes Signal übersetzt, mit dem eine Verstärkereinheit beaufschlagt wird, die die Kraftstoffeinspritzventile 3 bis 8 ansteuert.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die freigesetzte Arbeit Wi auch mit dem Term fpidt ermittelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Optimieren des Wirkungsgrades einer gemischverdichtenden Einspritz-Brennlcraftmaschine, bei der eine pro Arbeitszyklus den einzelnen Zylindern zugeführte Kraftstoffmenge anhand der Einspritzzeit ermittelt wird, sowie ein in den Zylindern der Brennkraftmaschine befindlicher Gasdruck mit Meßfühlern erfaßt wird, der ein Maß für die freigesetzte Arbeit ist, aus dem in einer Regeleinheit ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bestimmt wird, der eine Größe für eine Änderung des Kraftstoffzustromes ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regeleinheit (12) für jeden Zylinder aus der aus dem erfaßten Gasdruck bestimmten freigesetzten Arbeit und der aus der Einspritzzeit ermittelten Kraftstoffmenge ein Zylinder-Wirkungsgxad (ηϊ) und aus dem Zylinder-Wirkungsgrad aller Zylinder der Brennkraftmaschinen-Wirkungsgrad (9) bestimmt wird, aus dem und dem Wert für die freigesetzte Arbeit jedes Zylinders die für ein darauffolgendes Arbeitsspiel in jedem Zylinder erforderliche Kraftstoffmenge ermittelt und in Abhängigkeit der momentan zugeführten Luftmenge korrigiert wird, und daß in der Regeleinheit (12) aus der korrigierten Kraftstoffmenge und dem Zylinder-Wirkungsgrad (ψ) die jedem Zylinder zugeordnete Kraftstoffmenge bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei bei der Brennkraftmaschine ein Zylinderkopf aui dem Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine mit im plastischen Bereich beanspruchten Zylinderkopfschr^.jben fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylindergehäuse (47) der Brennkraftmaschine (1) befestigte, im elastischen Bereich beanspruchbare, Schrauben (53) die Gasdruck erfassenden Meßfühler (16 bis 18) auf dem Zylinderkopf (45) der Brennkraftmaschine (1) fixieren.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (16 bis 18) jeweils zwei benachbarten Zylindern zugeordnet sind.