DE3425378C3 - Method and device for controlling a diesel internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for controlling a Diesel engine according to the preamble of Claim 1.
Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine ist wegen der Verdich tungszündung das Verdichtungsverhältnis zwei- bis dreimal so groß wie bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit Funken zündung. Somit ist die während des Verdichtungshubes ge leistete Arbeit sehr groß. Dies führt bei niedrigen Ma schinendrehzahlen und niedriger Maschinenlast - etwa wäh rend des Leerlaufbetriebs - zu beträchtlichen Drehmoment- und/oder Drehzahlschwankungen und damit zu einer Zunahme der Motorvibration (vgl. Sankaido: "AUTOMOBILE ENGINEERING COMPLETION" Band 5 ("DIESEL ENGINES").In a diesel engine is because of the compression ignition the compression ratio two to three times the size of a spark-ignition Otto engine ignition. Thus, the ge during the compression stroke did a great job. This leads to low Ma line speeds and low machine load - approximately while idle operation - at considerable torque - and / or speed fluctuations and thus to an increase engine vibration (see Sankaido: "AUTOMOBILE ENGINEERING COMPLETION "Volume 5 (" DIESEL ENGINES ").
Da Diesel-Brennkraftmaschinen normalerweise keine Drossel klappe im Ansaugrohr aufweisen, werden die bei der Luft zufuhr entstehenden Geräusche ungedämpft an die Umgebung abgegeben. Dies führt insbesondere im Leerlaufbetrieb, wenn der Geräuschpegel im übrigen verhältnismäßig niedrig ist, zu einer als sehr unangenehm empfundenen Geräusch bildung. Zur Überwindung dieses Problems ist es bekannt, im Ansaugrohr der Diesel-Brennkraftmaschine ein oder mehrere Drosselklappen anzuordnen, mit denen bei niedriger Maschinendrehzahl und -last die Luftzufuhr gedrosselt wird, so daß das effektive Verdichtungsverhältnis und damit die vibrationsfördernden Kräfte verringert werden. Eine derartige Vorrichtung wird in der ungeprüften, ver öffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 56-76 156 sowie in einer Veröffentlichung der TOYOTA MOTOR CORPORATION "TOYOTA GIJUTSU" Band 32, Nr. 2, Seite 256 beschrieben.Because diesel engines usually don't have a throttle valve in the intake manifold, they are in the air resulting noise undamped to the environment submitted. This leads especially in idle mode, if the noise level is otherwise relatively low is a very uncomfortable sound education. To overcome this problem, it is known or in the intake pipe of the diesel engine arrange several throttle valves with which at lower Machine speed and load reduced the air supply is so that the effective compression ratio and so that the vibration-promoting forces are reduced. Such a device is in the unchecked, ver Japanese public utility model application 56-76 156 and in a TOYOTA publication MOTOR CORPORATION "TOYOTA GIJUTSU" Volume 32, No. 2, Page 256.
Bei diesen herkömmlichen Vorrichtungen ergeben sich jedoch in Folge der Drosselung der Luftzufuhr und der damit verbundenen Verringerung des Verdichtungsverhält nisses Probleme hinsichtlich des Zündungs- und Verbren nungsverhaltens der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, daß der Verbrennungsvorgang in den einzelnen Verbrennungszyklen der Brennkraftmaschine sehr unter schiedlich abläuft. Dieser ungleichmäßige Verbrennungs ablauf und die Beeinträchtigung der Zündung führt häufig zu unerwünschten Motorvibrationen und/oder Drehmoment schwankungen. Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Vorrichtungen besteht darin, daß sich durch die Drosselung der Luftzufuhr ein fetteres Luft-Brennstoff-Verhältnis ergibt. Dies führt zu einem erhöhten Ausstoß von Stick oxiden.These conventional devices result in however, as a result of the throttling of the air supply and the associated reduction in the compression ratio Ignition and combustion problems behavior of the internal combustion engine. This has to Consequence that the combustion process in the individual Combustion cycles of the internal combustion engine very under runs differently. This uneven combustion process and the impairment of the ignition often leads undesirable engine vibrations and / or torque fluctuations. Another disadvantage of the conventional Devices is that by throttling the air supply has a richer air-fuel ratio results. This leads to increased stick output oxides.
Zur Behebung von Zündschwierigkeiten bei Diesel-Brennkraft maschinen ist es grundsätzlich bekannt, die Ansaugluft zusätzlich zu erwärmen. Gemäß der US-PS 26 33 698 wird die Ansaugluft während der Anlaßphase durch Aufladung, Abgasrückführung oder durch zusätzliche Heizaggregate erwärmt. In der DE-OS 27 43 788 ist es bekannt, die Temperatur der Maschine zu überwachen und die Glühkerzen auch während des Betriebs einzuschalten, wenn die Motor temperatur zu weit absinkt.To correct ignition problems with diesel fuel machines, it is basically known, the intake air to warm in addition. According to US-PS 26 33 698 the intake air during the starting phase by charging, Exhaust gas recirculation or through additional heating units warmed up. In DE-OS 27 43 788 it is known that Monitor the temperature of the machine and the glow plugs also turn on during operation when the engine temperature drops too far.
In der DE-OS 31 28 783 wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift wird im gedrosselten Zustand der Brennkraftmaschine bei niedriger Last eine Abgas rückführung vorgenommen. Hierdurch wird zwar eine gewisse Verbesserung des Laufverhaltens der Maschine erreicht, doch kann es in bestimmten Betriebszuständen dennoch zu einem ungleichmäßigen Verbrennungsablauf und somit zu Motorvibrationen kommen.In DE-OS 31 28 783 a Device of the type mentioned above. According to this document, is throttled an exhaust gas from the internal combustion engine at low load repatriation made. This does make a certain Improved running behavior of the machine achieved, however it can still be in certain operating conditions an uneven combustion process and thus too Engine vibrations are coming.
Aus GB-2 051 227A ist es bekannt, bei einer Diesel-Brennkraftmaschine im Leerlauf die Luftzufuhr zu drosseln und die Glühkerzen einzuschalten, um die Laufruhe des Motors zu verbessern und die Geräuschbildung zu verringern. Die Glühkerzen und die Drosselklappe werden hier in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last sowie in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur und in Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur gesteuert. Eine Abgasrückführung ist bei dieser Brennkraftmaschine nicht vorgesehen.From GB-2 051 227A it is known in a diesel internal combustion engine Idle to throttle the air supply and turn on the glow plugs to stop the Improve the smoothness of the engine and reduce noise. The glow plugs and throttle valve are here depending on the Speed and the load as well as depending on the coolant temperature and controlled depending on the ambient air temperature. Exhaust gas recirculation is not provided for in this internal combustion engine.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Diesel-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der speziell in dem Zustand, in dem das Gaspedal unbelastet ist und sich das Getriebe in der Neutral-Stellung befindet, eine einwandfreie Zündung und ein gleichmäßiger Verbrennungsablauf gewährleistet sind, so daß geringere Motorvibrationen auftreten, ohne daß in diesem Zustand die Gefahr einer Überhitzung der Glühkerzen besteht.The object of the invention is to provide a diesel engine according to the The preamble of claim 1 to create, in which in the particular state in the accelerator pedal is unloaded and the gearbox is in the neutral position perfect ignition and an even combustion process are guaranteed so that lower engine vibrations occur without that there is a risk of the glow plugs overheating in this state.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved with the in the characterizing part of Features specified claim 1 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vor richtung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention direction are specified in the subclaims.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.Preferred embodiments of the Invention explained with reference to the drawings.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Diesel-Brennkraft maschine mit einer Vorrichtung zur Schwin gungsdämpfung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 1 is a section through a diesel internal combustion engine with a device for vibration damping according to a preferred embodiment of the invention;
Fig. 1B ist ein vergrößerter Schnitt durch wesentliche Teile der Dämpfungsvorrichtung aus Fig. 1A; Fig. 1B is an enlarged section through essential parts of the damping device of Fig. 1A;
Fig. 2 zeigt eine Skizze einer Schaltung zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 is a diagram showing a circuit for controlling the inventive apparatus;
Fig. 3 ist eine Skizze ähnlich Fig. 2 und zeigt eine Steuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er findung. Fig. 3 is a sketch similar to FIG. 2 and shows a controller according to a second embodiment of the invention.
Eine in Fig. 1A und 1B gezeigte Diesel-Brennkraftma schine 1 umfaßt einen Kolben 2, ein Luft-Einlaßventil 3, eine Vor-Brennkammer 4 und einen Luft-Einlaßkanal (Ansaugkrümmer) 5.A diesel Brennkraftma shown in Fig. 1A and 1B machine 1 includes a piston 2, an air inlet valve 3, a pre-combustion chamber 4 and an air-intake passage (intake manifold). 5
In der Vor-Brennkammer 4 sind eine Kraftstoff-Einspritz düse 6, eine Glühkerze 7 und ein Temperaturfühler 8 an geordnet, der die Temperatur der Luft in der Umgebung der Glühkerze 7 abtastet. Mit Hilfe der Glühkerze 7 wird die Ansaugluft innerhalb der Vor-Brennkammer 4 aufgeheizt.In the pre-combustion chamber 4 , a fuel injection nozzle 6 , a glow plug 7 and a temperature sensor 8 are arranged, which senses the temperature of the air in the vicinity of the glow plug 7 . With the help of the glow plug 7 , the intake air within the pre-combustion chamber 4 is heated.
In dem Ansaugkanal 5 ist eine Ansaug-Drosselklappe 9 vor gesehen. Ein Abgas-Rückführungskanal 10 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende an einen Abgaskanal (Auspuffkrümmer, nicht gezeigt) und mit seinem stromabwärtigen Ende an den Ansaugkanal 5 angeschlossen. Die Mündung 23 des Rück führungskanals 10 in den Ansaugkanal 5 befindet sich strom abwärts der Drosselklappe 9. In dem Rückführungskanal 10 ist ein als Membranventil ausgebildetes Abgas-Rückführungs ventil 11 angeordnet, das die Mündung 23 des Rückführungs kanals unter der Kraft einer Feder 11B normalerweise ge schlossen hält und bei einem geeigneten Unterdruck in einer Ventilkammer 11A öffnet. Wenn der Ventilkörper 13A eines Magnetventils 13 sich in seiner oberen Extremstel lung in Fig. 1A, 1B befindet, so ist das Abgas-Rückfüh rungsventil 11 über eine Vakuumleitung 12 mit einem Ab schnitt des Ansaugrohres 5 stromabwärts der Drosselklappe 9 verbunden, da in diesem Fall die Einmündung 24 des Vakuumkanals 12 in das Magnetventil 13 elektrisch erregt ist und der Ventilkörper 13A nach oben bewegt wird, so wird die Drosselklappe 9 durch die Wirkung einer Ver bindungsstange 14A geschlossen. Wenn die Stromversor gung des Magnetventils 13 unterbrochen ist, wird die Drosselklappe 9 in der geöffneten Stellung gehalten durch die Wirkung einer Feder 13B, die den Ventilkör per 13A des Magnetventils nach unten vorspannt. In dieser Stellung des Magnetventils wird die Einmündung 24 des Vakuumkanals 12 durch den Ventilkörper 13A ge schlossen.In the intake duct 5 , an intake throttle valve 9 is seen before. An exhaust gas recirculation duct 10 is connected with its upstream end to an exhaust duct (exhaust manifold, not shown) and with its downstream end to the intake duct 5 . The mouth 23 of the return duct 10 in the intake duct 5 is located downstream of the throttle valve 9 . In the return channel 10 , a designed as a membrane valve exhaust gas recirculation valve 11 is arranged, the mouth 23 of the return channel under the force of a spring 11 B normally ge closed and opens at a suitable negative pressure in a valve chamber 11 A. If the valve body 13 A of a solenoid valve 13 is in its upper extreme position in FIGS. 1A, 1B, the exhaust gas recirculation valve 11 is connected via a vacuum line 12 to a section of the intake pipe 5 downstream of the throttle valve 9 , since in this If the mouth 24 of the vacuum channel 12 is electrically excited in the solenoid valve 13 and the valve body 13 A is moved upward, the throttle valve 9 is closed by the action of a connecting rod 14 A United. If the Stromversor supply of the solenoid valve 13 is interrupted, the throttle valve 9 is held in the open position by the action of a spring 13 B, which biases the valve body down by 13 A of the solenoid valve. In this position of the solenoid valve, the mouth 24 of the vacuum channel 12 is closed by the valve body 13 A ge.
Die Glühkerze 7, der Temperaturfühler 8 und das Magnet ventil 13 sind Teil einer in Fig. 2 gezeigten Schaltung. Ein Neutral-Schalter 15 und ein Last-Schalter 16 zur Ab tastung einer niedrigen Maschinendrehzahl und einer nie drigen Maschinenlast sind in Reihe zwischen das Magnet ventil 13 und eine Batterie 14 geschaltet. Der Neutral- Schalter 15 und der Last-Schalter 16 sind geschlossen, wenn ein nicht gezeigter Getriebeschalthebel sich in der Neutral-Stellung befindet und wenn ein nicht gezeig tes Gaspedal sich in der vollständig unbetätigten Stel lung befindet. Eine Spule 17A eines Glüh-Relais 17 ist parallel zu der Spule des Magnetventils 13 geschal tet. Ein Stromzweig, der durch eine Serienschaltung des Temperaturfühlers 8 mit der Spule 18A eines Temperatur- Relais gebildet wird, ist parallel zu dem Magnetventil 13 geschaltet. Wenn die Temperatur der Glühkerze 7 einen vorgegebenen Wert überschreitet, schließt der Temperatur fühler 8 den Stromkreis, so daß ein elektrischer Strom durch die Spule 18A fließt, die daraufhin einen normaler weise geschlossenen Kontakt 18B öffnet. Die Glühkerze 7 ist über den normalerweise geschlossenen Kontakt 18B des Temperatur-Relais 18 und einen normalerweise offenen Kontakt 17B des Glühkerzen-Relais 17 mit der Batterie 14 verbunden.The glow plug 7 , the temperature sensor 8 and the solenoid valve 13 are part of a circuit shown in Fig. 2. A neutral switch 15 and a load switch 16 for sampling from a low engine speed and a never drigen machine load are connected in series between the solenoid valve 13 and a battery 14 . The neutral switch 15 and the load switch 16 are closed when a gear shift lever, not shown, is in the neutral position and when an accelerator pedal, not shown, is in the completely unactuated position. A coil 17 A of a glow relay 17 is switched in parallel to the coil of the solenoid valve 13 . A current branch, which is formed by a series connection of the temperature sensor 8 with the coil 18 A of a temperature relay, is connected in parallel to the solenoid valve 13 . If the temperature of the glow plug 7 exceeds a predetermined value, the temperature sensor 8 closes the circuit, so that an electric current flows through the coil 18 A, which then opens a normally closed contact 18 B. The glow plug 7 is connected to the battery 14 via the normally closed contact 18 B of the temperature relay 18 and a normally open contact 17 B of the glow plug relay 17 .
Wenn der Getriebeschalthebel in die Neutral-Stellung bewegt und das Gaspedal freigegeben wird, so daß die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft, so sind der Neu tral-Schalter 15 und der Last-Schalter 16 geschlossen, und es fließt ein elektrischer Strom von der Batterie 14 durch die Spule des Magnetventils 13 und die Spule 17A des Glühkerzen-Relais. Somit wird das Magnetventil 13 erregt, und die Drosselklappe 9 wird mit Hilfe der Verbindungsstange 14A in die geschlossene Stellung bewegt. Zugleich wird der Vakuumkanal 12 an der Einmündung 24 geöffnet, so daß der durch das Schließen der Drossel klappe 9 stromabwärts derselben erzeugte Unterdruck an das Abgas-Rückführungsventil 11 gelangt. Auf diese Weise wird das Rückführungsventil 11 geöffnet. Der nor malerweise offene Kontakt 17B des Glühkerzen-Relais 17 ist geschlossen, so daß ein elektrischer Strom durch die Glühkerze 7 fließt, während der normalerweise geschlossene Kontakt 18B des Temperatur-Relais 18 in der geschlossenen Stellung verbleibt. Unter diesen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wird die Ansaugluftmenge durch die Drosselklappe 9 begrenzt, so daß der Verdichtungs druck wirksam gesenkt und Vibrationen vermieden werden. Da das Abgas-Rückführungsventil 11 die Mündung 23 des Rückführungskanals 10 freigibt, strömt Abgas aus dem Abgaskanal in den Ansaugkanal 5. Auf diese Weise wird die Emission unverbrannter Kraftstoffdämpfe vermieden und die Emission von Stickoxyden (NOx) gesenkt. Eine Abnahme der Emission von Stickoxyden wird dadurch erreicht, daß durch die Zumischung von Abgas zu der Ansaugluft die maximale Verbrennungstemperatur gesenkt wird. Die stromdurchflossene Glühkerze 7 heizt die Ansaugluft in der Vor-Brennkammer 4 auf, so daß Unregelmäßigkeiten der Zündung vermieden werden, die andernfalls infolge der Drosselung der Ansaugluft auftreten könnten. Der Tempera turfühler 8 überwacht die Temperatur der Glühkerze 7 und läßt einen Strom durch die Spule 18A des Temperatur- Relais 18 fließen, wenn die abgetastete Temperatur der Glühkerzen einen vorgegebenen Wert überschreitet. Auf diese Weise wird der normalerweise geschlossene Kontakt 18B geöffnet und die Zufuhr elektrischer Leistung zu der Glühkerze 7 unterbrochen. Durch diese Maßnahme wird ein Durchschmelzen oder eine sonstige Beschädigung der Glühkerze 7 durch Überhitzung vermieden.When the transmission shift lever is moved to the neutral position and the accelerator pedal is released so that the engine is idling, the neutral switch 15 and the load switch 16 are closed and an electric current flows through the battery 14 the coil of the solenoid valve 13 and the coil 17 A of the glow plug relay. Thus, the solenoid valve 13 is energized, and the throttle valve 9 is moved by means of the connecting rod 14 A in the closed position. At the same time the vacuum channel is opened at the junction of 24 12 so that the by the closing of the throttle valve 9 downstream thereof generated negative pressure to the exhaust gas recirculation valve 11 passes. In this way, the return valve 11 is opened. The normally open contact 17 B of the glow plug relay 17 is closed, so that an electric current flows through the glow plug 7 , while the normally closed contact 18 B of the temperature relay 18 remains in the closed position. Under these operating conditions of the internal combustion engine, the amount of intake air is limited by the throttle valve 9 , so that the compression pressure is effectively reduced and vibrations are avoided. Since the exhaust gas recirculation valve 11 opens the mouth 23 of the recirculation duct 10 , exhaust gas flows from the exhaust gas duct into the intake duct 5 . In this way, the emission of unburned fuel vapors is avoided and the emission of nitrogen oxides (NO x ) is reduced. A decrease in the emission of nitrogen oxides is achieved in that the maximum combustion temperature is reduced by adding exhaust gas to the intake air. The current-carrying glow plug 7 heats up the intake air in the pre-combustion chamber 4 , so that irregularities in the ignition are avoided, which could otherwise occur as a result of the intake air being throttled. The tempera ture sensor 8 monitors the temperature of the glow plug 7 and allows a current to flow through the coil 18 A of the temperature relay 18 when the sensed temperature of the glow plugs exceeds a predetermined value. In this way, the normally closed contact 18 B is opened and the supply of electrical power to the glow plug 7 is interrupted. This measure prevents melting or other damage to the glow plug 7 due to overheating.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zusätz lich zu der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ein Stromzweig vorgesehen, der die Glühkerze 7 über einen Anlaßschalter 20 und eine Diode 21 mit der Batterie 14 verbindet. Der Anlaßschalter 20 steuert die Stromzufuhr zu einem Anlas ser 19. Bei dieser Schaltung wird somit der Glühkerze 7 während des Anlaßvorgangs ein elektrischer Strom zugeführt. Hierdurch wird das Anlaßverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.In Fig. 3, a second embodiment of the inven tion is shown. In this embodiment, a current branch is provided in addition to the circuit shown in FIG. 2, which connects the glow plug 7 via a starter switch 20 and a diode 21 to the battery 14 . The starter switch 20 controls the power supply to a starter 19th With this circuit, the glow plug 7 is thus supplied with an electrical current during the starting process. This improves the starting behavior of the internal combustion engine.
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