DE3400513C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.

Aus der DE-OS 28 20 807 ist bekannt, die Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine dadurch zu begrenzen, daß mit Hilfe einer Kennlinie festgelegt wird, welche maximale Kraftstoffmenge bei einer bestimmten Drehzahl in die Brennkraftmaschine eingespritzt werden darf. Diese sogenannte Vollastkennlinie wird dabei durch bestimmte Grenzwerte der Brennkraftmaschine erzeugt. So darf z. B. immer nur soviel Kraftstoff eingespritzt werden, daß die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert nicht übersteigt. Das gleiche gilt für die Drehzahl der Brennkraftmaschine. Auch hier darf immer nur so viel Kraftstoff eingespritzt werden, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert nicht übersteigt und die Brennkraftmaschine damit nicht geschädigt wird. Weitere solche Grenzen können z. B. gegeben sein durch Grenzwerte für die Schadstoffemission der Abgase der Brennkraftmaschine, durch Grenzwerte für den maximal zulässigen Druck im Brennraum der Brennkraftmaschine usw. Bei derEntwicklung einer Brennkraftmaschine wird diese Vollastkennlinie z. B. mit Hilfe von Versuchen ermittelt. In einer späteren Serienfertigung dieser Brennkraftmaschine wird dann an jedem einzelnen Exemplar gemäß der ermittelten Kennlinie für jede Drehzahl die maximal einzuspritzende Kraftstoffmenge fest eingestellt.

Dieses Verfahren zur Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine hat den Nachteil, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge bei der Ermittlung der Vollastkennlinie nicht berücksichtigt wird. Dies hat zur Folge, daß sich ändernder Luftdruck oder sich ändernde Lufttemperatur z. B. die Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine oder auch die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine stark verändern. Weiter werden durch die feste Zuordnung der bei einer bestimmten Drehzahl maximal einzuspritzenden Kraftstoffmenge die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigt. Dies hat zur Folge, daß die einzelnen Exemplare dann verschiedene Drehmomentverläufe aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und vorrichtungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der Hauptansprüche hat gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil, daß durch die Berücksichtigung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge und durch die Berücksichtigung der bei der Herstellung der Brennkraftmaschine auftretenden Fertigungstoleranzen eine optimale Anpassung der Vollastbegrenzung an alle auftretenden Betriebszustände der Brennkraftmaschine, wie auch an die einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine erreicht wird.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen haben vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung zum Inhalt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Vollastkennfeld einer Brennkraftmaschine, die Fig. 2 eine Vollastkennlinie bei einer bestimmten Drehzahl, und die Fig. 3 ein schematisches Vollastkennfeld.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, die einen Lader für die zugeführte Luftmenge besitzt. Der Wert dieser der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge wird mittels Sensoren aus der Ladelufttemperatur, dem Ladeluftdruck und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine wird von einem Drehzahlmesser bestimmt. Die der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge wird von einem elektronischen Steuergerät berechnet. Dieses Steuergerät ist mit den entsprechenden Sensoren und der Kraftstoffzumeßeinrichtung der Brennkraftmaschine verbunden und besteht aus einem entsprechend programmierten Mikroprozessor.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Vollastkennfeld einer Brennkraftmaschine abgebildet. Bei dieser Figur handelt es sich um eine dreidimensionale Darstellung. Auf den drei Achsen des Achsenkreuzes der Fig. 1 sind 5 die Kraftstoffmenge QK, die Luftmenge QL und die Drehzahl H aufgetragen. Das Kennfeld der Fig. 1 besteht aus vier Flächen, die verschiedene Lagen im Raum des Achsen­ kreuzes haben. Mit 20 ist die Fläche dargestellt, die die Rauchgrenze der Brennkraftmaschine darstellt. Ein Überschreiten dieser Grenze zu größerer, eingespritzter Kraftstoffmenge hin würde ein Überschreiten der zuläs­ sigen Schadstoffemissionen der Abgase der Brennkraft­ maschine bedeuten. Die Bezugsziffer 21 bezeichnet die Grenzfläche, die durch die maximal zulässige Abgas­ temperatur vorgegeben ist. Ein Überschreiten dieser der Grenze zu höheren Temperaturen durch Einspritzung von mehr Kraftstoff hätte eine thermische Gefährdung der Brennkraftmaschine zur Folge. Mit der Bezugsziffer 22 ist eine Fläche konstanten Drehmoments bei jeweils kon­ stanter Drehzahl bezeichnet, auf die später noch näher eingegangen werden soll. Mit 23 ist eine Grenzfläche bezeichnet, die durch den höchstzulässigen Verbren­ nungsdruck in den Brennräumen der Brennkraftmaschine gegeben ist. Wird durch die Einspritzung von mehr Kraft­ stoffmenge diese Fläche und damit auch der zulässige Höchstdruck überschritten, so kann dies größere Schäden an der Brennkraftmaschine zur Folge haben.

In dem dreidimensionalen Koordinatenkreuz der Fig. 1 ist des weiteren noch eine Drehzahl NN aufgetragen, bei der die Luftmenge QLN vom Lader der Brennkraftmaschine zugeleitet und bei der dadurch die Kraftstoffmenge QKN der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Dieser Betriebs­ zustand der Brennkraftmaschine ist im dreidimensionalen Kennfeld der Fig. 1 mit 25 bezeichnet. Das Drehmoment, das die Brennkraftmaschine in dem mit der Bezugsziffer 25 bezeichneten Betriebszustand abgibt, wird auf der gesamten Verbindungslinie der mit 25 und 25′ bezeichneten Betriebs­ zustände abgegeben. Der jeweilige Betriebszustand hängt von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge QL ab. Dies hat also zur Folge, daß bei konstanter Drehzahl NN der Luftmengenbereich QLN-QLN′ eine einzuspritzende Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffmengenbereich QKN-QKN′ hervorruft, die gerade so groß ist, daß in all diesen Betriebszuständen die Brennkraftmaschine immer dasselbe Drehmoment abgibt.

Die Fig. 2 zeigt eine Vollastkennlinie einer Brenn­ kraftmaschine bei einer bestimmten Drehzahl. Diese Vollastkennlinie ergibt sich aus dem Vollastkennfeld der Fig. 1 durch die Beschränkung dieses Kennfelds auf eine bestimmte Drehzahl. Das dreidimensionale Kennfeld QK = f (QL, H) reduziert sich also auf die zweidimen­ sionale Kennlinie QK = f (QL, H = NN). Dadurch entspricht der mit der Bezugziffer 25 in der Fig. 2 bezeichnete Punkt dem gleichnamigen Punkt der Fig. 1. Mit der Be­ zugsziffer 31 ist die Abgastemperaturgrenze der Brenn­ kraftmaschine bei der Drehzahl HN bezeichnet, die Linie mit der Bezugsziffer 32 ist die Linie konstanten Dreh­ moments und die Grenzlinie des Verbrennungshöchstdruckes trägt das Bezugszeichen 33. Insgesamt ist mit der Bezugs­ ziffer 37 die Vollastkennlinie der Brennkraftmaschine bezeichnet, während eine der Teillastkennlinien der Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 38 trägt.

Die in der Fig. 1 dargestellten Grenzflächen, also die Rauchgrenze, die Abgastemperaturgrenze und die Verbren­ nungshöchstdruckgrenze, die auch in der Fig. 2 als Grenzlinien bei der bestimmten Drehzahl NN wieder auf­ treten, werden bei der Entwicklung der Brennkraftmaschine z. B. mit Hilfe von Versuchen ermittelt. Es wäre nun mög­ lich, die Vollastbegrenzung der Brennkraftmaschine nur durch diese drei genannten Grenzflächen festzulegen. Es hat sich jedoch vor allem für die Einstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine in der Serien­ fertigung als besonders vorteilhaft erwiesen, zusätzlich zu den drei genannten Grenzflächen auch noch eine Fläche konstanten Drehmoments bei der Vollastbegrenzung der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen. Durch die Ein­ führung dieser Fläche konstanten Drehmoments wird er­ reicht, daß in bestimmten Bereichen der vom Lader der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge immer gerade soviel Kraftstoff eingespritzt wird, daß die Brenn­ kraftmaschine bei jeweils konstanter Drehzahl ein kon­ stantes Drehmoment liefert, das unabhängig ist von der Luftmenge. In der Fig. 1 ist dieser Bereich durch die Grenzfläche 22 dargestellt. In der Fig. 2 ist durch die Grenzlinie 32 immer die Kraftstoffmenge definiert, die bei einer bestimmten Drehzahl, z. B. der Drehzahl NN, und bei einer bestimmten, gemessenen Luftmenge eingespritzt werden muß, um ein konstantes Drehmoment zu erhalten. In besonders vorteilhafter Weise ist es nun mit Hilfe dieser Grenzlinie konstanten Drehmoments möglich, bei der Serienfertigung der Brennkraftmaschine alle Exemplare dieser Brennkraftmaschine durch Verschieben dieser Grenz­ linie konstanten Drehmoments bei einer bestimmten, vor­ gebbaren Drehzahl z. B. der Drehzahl HN auf dasselbe Drehmoment einzustellen. Diese Verschiebung der Grenz­ linie konstanten Drehmoments 32 ist in der Fig. 2 mit der Bezugsziffer 35 bezeichnet.

Das Verschieben der Grenzlinie konstanten Drehmoments, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, hat zur Folge, daß die gesamte Grenzfläche konstanten Drehmoments, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, ebenfalls ver­ schoben wird. Dies bedeutet, daß sämtliche Exemplare der Brennkraftmaschine in der Serienfertigung nach der Einstellung in einem bestimmten Bereich der zugeführten Luftmenge über den gesamten Drehzahlbereich gerade soviel Kraftstoff eingespritzt bekommen, daß sie alle das gleiche Drehmoment liefern. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß bei der Einstellung nur die Grenzfläche konstanten Drehmoments verschoben wird, und daß dadurch sämtliche anderen Grenzflächen, also die Rauchgrenze, die Abgas­ temperaturgrenze und die Verbrennungshöchstdruckgrenze, von der Verschiebung nicht beeinflußt werden. Dies be­ deutet, daß diese Grenzen bei allen Exemplaren der Brenn­ kraftmaschine in der Serienfertigung gleich sind. Dieser Zusammenhang ist in der Fig. 3 der Zeichnung darge­ stellt. Diese Fig. 3 zeigt ein schematisches Vollastkennfeld einer Brennkraftmaschine. Mit 41 ist dabei die Abgastemperaturgrenzfläche bezeichnet, die Verbren­ nungshöchstdruckgrenzfläche trägt das Bezugszeichen 43 und die Bezugsziffer 42 hat die Fläche konstanten Dreh­ moments zum Inhalt. Mit 45 ist die Verschiebung der Bezugsfläche konstanten Drehmoments 42 bezeichnet.

Mit der Bezugsziffer 47 ist in der Fig. 3 die Vollast­ kennlinie eines Exemplars der Brennkraftmaschine bei der Drehzahl HN bezeichnet. Vergleicht man die Vollastkennlinie 37 der Fig. 2 mit dieser Vollastkenn­ linie 47, so ist zu erkennen, daß die Kennlinie 47 sich gerade durch die Verschiebung 45 von der Kenn­ linie 37 unterscheidet. Die Kennlinie 47 ist deshalb die Kennlinie eines speziellen Exemplars der Brenn­ kraftmaschine, während die Kennlinie 37 die allgemeine Kennlinie der Brennkraftmaschine darstellt.

Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß es sich bei der Kennlinie 37 um eine "Sollkennlinie" handelt, die sämt­ liche Exemplare der Brennkraftmaschine bei Drehmoment­ abgabe im Bereich konstanten Drehmoments haben sollten, jedoch aufgrund der Fertigungstoleranzen normalerweise nicht haben. Bei der Kennlinie 47 hingegen handelt es sich um die "Istkennlinie" eines speziellen Exemplars der Brennkraftmaschine, bei der die auftretenden Fer­ tigungstoleranzen durch die Verschiebung 45 der Grenz­ fläche konstanten Drehmoments 42 ausgeglichen worden sind. Die Verschiebung wird dabei so vorgenommen, daß sämtliche Brennkraftmaschinen bei einer bestimmten Drehzahl dasselbe Drehmoment abgeben.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß zur An­ gleichung mehrerer Exemplare einer Brennkraftmaschine aneinander nur ein bestimmter Bereich des Vollastkenn­ felds beeinflußt wird. Im beschriebenen Ausführungsbei­ spiel wird zu diesem Zweck eine Fläche konstanten Dreh­ moments so verschoben, daß bei sämtlichen Exemplaren der Brennkraftmaschine dieses Drehmoment einen bestimm­ ten Wert besitzt.

Im folgenden soll nun noch ausgeführt werden, wie das beschriebene Verfahren für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine beispielsweise angewandt werden kann. Zuerst muß zu diesem Zweck bei der Ent­ wicklung einer Brennkraftmaschine durch Versuche, usw. die für die Brennkraftmaschine optimalen Grenzflächen, also die Rauchgrenze, die Abgastemperaturgrenze und die Ver­ brennungshöchstdruckgrenze in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine und der der Brennkraftma­ schine zugeführten Luftmenge gefunden werden. Dann wird die Grenzfläche konstanten Drehmoments z. B. nach Gesichts­ punkten eines optimalen Drehmomentverlaufs der Brennkraft­ maschine bestimmt. Damit ist das Vollastkennfeld der Brenn­ kraftmaschine vollständig, und kann im elektronischen Steuergerät abgespeichert werden. Dieses Kennfeld berück­ sichtigt jetzt aber noch nicht die Fertigungstoleranzen, die bei der Herstellung der einzelnen Exemplare der Brenn­ kraftmaschine auftreten. Diese Toleranzen werden nach der Herstellung eines Exemplars der Brennkraftmaschine ausgeglichen. Zu diesem Zweck wird jedes einzelne Exemplar der Brennkraftmaschine auf einem Motorprüf­ stand mit einer bestimmten Drehzahl betrieben. Mit Hilfe einer Einstelleinrichtung am elektronischen Steuer­ gerät, z. B. eines Potentiometers, wird nun die Brenn­ kraftmaschine auf eine bestimmte, vorgebbare Drehmoment­ abgabe eingestellt. Diese Einstellung mittels der Ein­ stelleinrichtung bewirkt eine Verschiebung der Grenz­ fläche konstanten Drehmoments (vgl. Fig. 3). Nach der Einstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine besitzen daher sämtliche Exemplare bei der bestimmten Drehzahl dasselbe Drehmoment. Gleichzeitig besitzen aber auch sämtliche Exemplare die gleichen Grenzflächen be­ züglich Abgastemperatur, Verbrennungshöchstdruck und Rauch. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird immer vom elektronischen Steuergerät der kleinste Kraftstoff­ mengenwert ausgewählt, der bei einer bestimmten Dreh­ zahl und bei einer bestimmten zugehörigen Luftmenge von einer der Grenzflächen definiert wird. Es findet also bezüglich der Grenzflächen immer eine Minimal­ wertauswahl statt.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Grenz­ fläche konstanten Drehmoments immer nur verschoben, wobei die Größe dieser Verschiebung abhängig war von einem bestimmten, vorgegebenen Drehmomentwert. Unter bestimmten Bedingungen kann es nun besonders vorteil­ haft sein, diese Grenzfläche konstanten Drehmoments nicht nur zu verschieben, sondern auch zu drehen. Zu diesem Zweck können dann noch ein oder mehrere Einstellein­ richtungen notwendig sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die Parameter des Vollastkennfelds die Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine, die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge und die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Para­ meter des Ausführungsbeispiels beschränkt. Es kann sich z. B. auch um die Luftmasse, die Kraftstoffmasse oder sonstige Parameter der Brennkraftmaschine handeln. Eben­ falls ist die Erfindung nicht nur bei Dieselbrennkraft­ maschinen anwendbar, sondern bei sämtlichen Kraft­ maschinen, die eine Vollastbegrenzung aufweisen. Dabei kann es möglich sein, daß die im Ausführungs­ beispiel beschriebenen Parameter der Grenzflächen, also die Abgastemperatur, der Rauch usw., durch andere Parameter ersetzt werden. Zuletzt sei auch noch darauf hingewiesen, daß es sich bei der zu verschie­ benden Grenzfläche nicht unbedingt, wie in diesem be­ schriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt ist, um eine Grenzfläche konstanten Drehmoments handeln muß, sondern es kann sich auch bei dieser Grenzfläche, wie auch bei dem die Verschiebung bestimmenden Einstell­ kriterium um einen anderen Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine handeln. Es ist auch möglich, daß als Einstelleinrichtung zur Beeinflussung des Vollastkenn­ felds keine analoge Einrichtung, also z. B. ein Poten­ tiometer verwendet wird, sondern daß z. B. ein Speicher, also eine digitale Einrichtung, mit dem entsprechenden Wert beaufschlagt wird. Wichtig ist nur, daß der entspre­ chende Wert von außen dem Steuergerät zugeführt werden kann.

Claims (14)

1. Verfahren für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine mit einem wenigstens zweidimensionalen vorgebbaren Vollastkennfeld, das die Abhängigkeit der der Brennkraftmaschine maximal zuzuführenden Kraftstoffmasse wenigstens von der Drehzahl der Brennkraftmaschine festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Angleichung mehrerer Exemplare einer Brennkraftmaschine aneinander nur ein bestimmter Bereich des Vollastkennfelds beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Vollastkennfeld die Abhängigkeit der der Brennkraftmaschine maximal zuzuführenden Kraftstoffmasse von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse festlegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Vollastkennfeld aus wenigstens einer vorgebbaren Ebene besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zu beeinflussende bestimmte Bereich eine der vorgebbaren Ebenen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbaren Ebenen durch bestimmte Betriebszustände der Brennkraftmaschine festgelegt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine um die maximal zulässige Abgastemperatur, den maximal zulässigen Verbrennungshöchstdruck bestimmte Zusammensetzungen der Abgase der Brennkraftmaschine usw. handelt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der vorgebbaren Ebenen durch eine konstante Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine definiert ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Bereich des Vollastkennfelds in vorgebbarer Weise gedreht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Bereich des Vollastkennfelds parallel verschoben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellkriterium für die Brennkraftmaschine ein bestimmter, vorgebbarer Wert einer der vorgebbaren Ebenen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellkriterium für die Brennkraftmaschine ein bestimmtes, vorgebbares Drehmoment ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß immer die kleinste der von einer der vorgebbaren Ebenen definierten Kraftstoffmassen der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit Sensoren für Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, mit einem elektronischen Steuergerät sowie mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des bestimmten Bereichs des Vollastkennfelds eine Einstelleinrichtung an das elektronische Steuergerät anschließbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einstelleinrichtung um eine analoge Einrichtung, z. B. ein Potentiometer und/oder um eine digitale Einrichtung z. B. einen Speicher, handelt.