DE3922523A1

DE3922523A1 - Vorrichtung zur regelung, steuerung und/oder ueberwachung der verbrennung in brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3922523A1
Application number: DE19893922523
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Dr Herden
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-07-08
Filing date: 1989-07-08
Publication date: 1991-01-17
Also published as: WO1991000955A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung, Steuerung und/oder Überwachung der Verbrennung in Brenn kraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Derartige Vorrichtungen sind in vielfachen Ausführungen bekannt und beruhen prinzipiell darauf, den Zustand im Brennraum mittels eines Sensors zu erfassen und in Ab hängigkeit der erzeugten Brennraumsignale den Zündzeitpunkt oder die Kraftstoffzumessung zu steuern oder zu regeln. Aus der DE-OS 29 39 580 ist eine derartige Regelvorrichtung bekannt, bei der der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit des Brennraum-Spitzendrucks geregelt wird, der über eine Ionenstromsonde erfaßt wird. Weiterhin sind Steuer- und Regelvorrichtungen aus der DE-OS 25 20 325 und der DE-OS 31 11 135 bekannt, bei denen mittels optischer Geber der Druckanstieg bzw. die Lichtemission im Brennraum erfaßt wird, wobei dann in Abhängigkeit der erfaßten Gebersignale der Zündzeitpunkt und/oder die Kraftstoff zumessung geregelt wird. Dies soll nicht zuletzt zur Vermeidung klopfender Verbrennungen dienen. Zur Erfassung des Zustands im Brennraum wird dabei entweder jedem Brenn raum ein eigener Sensor zugeordnet oder nur ein Brennraum ist mit einem Sensor versehen.

Will man jeden Brennraum oder jedenfalls viele Brennräume mit einem eigenen Sensor versehen, so führt dies insbe sondere bei vielzylindrigen Brennkraftmaschinen zu einem großen Aufwand an Verkabelung, Steckvorrichtungen und Verarbeitung und Zuordnung der Vielzahl von Anschlüssen im Steuergerät. Die vielen Leitungen und Anschlüsse sind nicht nur teuer in der Herstellung und Montage, sondern sie können auch zu Fehlschaltungen und fehlerhaften Zu ordnungen von Sensoren führen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß unabhängig von der Zahl der eingesetzten Sensoren lediglich eine einzige, zweiadrige Leitung und zwei An schlüsse am Steuer- oder Regelgerät erforderlich sind. Legt man einen Anschluß extern an Masse, so sind eine einzige, einadrige Leitung und ein Anschluß am Schalt gerät ausreichend. Die hierdurch bewirkte Einsparung an Leitungen und Anschlüssen am Steuergerät führt zu einer deutlichen Vereinfachung und Verbilligung der Lei tungsführung und der Montage. Die Leitungsführung wird auch sehr viel übersichtlicher. Im Vergleich hierzu wären bei einer Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine und herkömm lichen Schaltungsweise sechs zweiadrige Leitungen zum Schaltgerät und zwölf Anschluß-Pins erforderlich. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Die Sensoren sind zweckmäßigerweise als Drucksensoren, Ionenstromsonden oder optische Sensoren ausgebildet. In der Verdichtungs- bzw. Zündphase verändern sich dabei der Widerstand, die Spannung, der Strom oder die optische Transmission des jeweiligen Sensors. Will man den Effekt der Widerstandsänderung ausnutzen, so werden vorzugsweise piezoresistive Sensoren verwendet. Will man die licht oder druckabhängige Veränderung der Transmission ausnutzen, so können die Verbindungsleitungen zwischen den Sensoren und dem Steuer- oder Regelgerät in vorteilhafter Weise auch als Lichtleiter anstelle von elektrischen Leitungen ausgebildet sein.

Die Auswerteeinrichtung für die von den Sensoren erzeugten Brennraumsignale weist zweckmäßigerweise eine Signal aufbereitungsstufe auf, durch die das Signal in der ge wünschten Weise digitalisiert oder sonstwie aufbereitet wird, damit es zur Regelung oder Steuerung verwendet werden kann.

Weisen die einzelnen Brennräume bzw. Zylinder individuell festgelegte Zündzeitpunkte oder Kraftstoffeinspritzvorgänge auf oder soll die Verbrennung bzw. Verdichtung individuell in den einzelnen Zylindern überwacht werden, so wird die Auswerteeinrichtung in vorteilhafter Weise mit einer Zuordnungsstufe zur Zuordnung der Brennraumsignale der Reihenschaltung zu den einzelnen Brennräumen versehen. Hierzu erweist sich eine Zuordnungsstufe als besonders geeignet, die eine von einem Winkelgeber an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine abgeleitete Signalfolge nutzt. Auf diese Weise kann beispielsweise die fehlerhafte Ver brennung oder Verdichtung in einem einzelnen Brennraum erkannt und eine entsprechende Fehlersignalstufe aktiviert werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 vier an Brennräumen angeordnete und mit einem Steuer- oder Regelgerät verbundene Sensoren als Ausführungsbeispiele der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Auswerte einrichtung mit Zuordnungsstufe.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Brennräume 10 einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine schematisch dargestellt, die in üblicher Weise durch Zylinder 11 und Kolben 12 gebildet werden. Auslaß- und Einlaßventile 13 sind ebenfalls schematisch dargestellt. Hierbei kann es sich prinzipiell um einen Ottomotor, einen Dieselmotor oder eine andere Art von Brennkraft maschine handeln, wobei auch die Zahl der Brennräume 10 praktisch beliebig sein kann.

An jeder Brennraumwandung ist ein in den jeweiligen Brenn raum 10 reichender, als Zweipol ausgebildeter Sensor 14 druckdicht angeordnet. Alle Sensoren 14 sind über Verbindungsleitungen 15 in Reihe geschaltet, wobei die so gebildete Reihenschaltung 16 über eine nicht näher dargestellte Steckvorrichtung mit zwei Anschluß-Pins mit einem Steuer- oder Regelgerät 17 verbunden ist, das zur Regelung, Steuerung und/oder Überwachung der Verbrennung in den Brennräumen 10 dient. Durch dieses Steuer- oder Regelgerät kann z.B. in bekannter Weise der Zündzeitpunkt und/oder die Kraftstoffzumessung gesteuert oder geregelt werden. Eine an sich bekannte Laufruheregelung, Klopf regelung, Zündaussetzererkennung u.dgl. kann ebenfalls alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein.

Bei den Sensoren 14 kann es sich um Drucksensoren, insbe sondere piezoresistive oder piezoelektrische Drucksensoren, Ionenstrom sonden oder optische Sensoren handeln, deren Transmission sich druckabhängig oder in Abhängigkeit der Lichtemission im Brennraum verändert. Die Steuerung der Zündung und/oder Kraftstoffzumessung für Brennkraftmaschinen in Abhängigkeit der Signale derartiger Sensoren ist beispielsweise aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen werden muß. Die Verbindungsleitungen 15 können bei Sensoren 14 mit elektri schem Ausgangssignal als elektrische Leitungen und bei Sensoren 14 mit optischem Ausgang als Lichtleiter, also beispielsweise als Glasfaserleitungen, ausgebildet sein.

Bei der hier beschriebenen Reihenschaltung 16 dieser Sensoren 14 wird davon ausgegangen, daß sich die einzelnen Brennräume 10 nie gemeinsam in der Verdichtungs- bzw. Zündphase befinden. In dieser Verdichtungs- bzw. Zündphase verändern sich der Widerstand, der Strom, die Spannung oder die Transmission druck- bzw. lichtabhängig, je nachdem, welche Art von Sensoren verwendet wird. Die Veränderung (Modulation) des Gesamtwiderstandes, des Gesamtstroms, der Gesamtspannung bzw. der Gesamttransmission wird daher nahezu ausschließlich von demjenigen Brennraum bestimmt, der sich gerade im Verdichtungstakt bewegt, d.h. der sich gerade in der Zündphase befindet. Diese Veränderungen oder Modulationen treten somit bei gleichmäßiger Ver brennung in den einzelnen Brennräumen im Takt dieser Verbrennungen zyklisch in jeweils gleicher Weise auf und können nun - wenn dies erforderlich sein sollte - den einzelnen Brennräumen zugeordnet werden, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wird.

Das in Fig. 2 dargestellte Steuer- oder Regelgerät 17 weist ein Steuer- oder Regelteil 18 und eine Auswerte einrichtung 19 für die Brennraumsignale der aus den Sensoren 14 bestehenden Reihenschaltung 16 auf. Dem Steuer- oder Regelteil 18 werden die Signale eines Nockenwellengebers 20 und eines Drehzahlgebers 21 zugeführt, wobei der Dreh zahlgeber 21 entsprechende Marken auf einer Geberscheibe 22 abtastet, die vorzugsweise mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Der Nockenwellengeber 20 tastet Marken oder Segmente an einem Geberrad 25 an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine oder deren Nocken selbst ab. Ausgangsseitig gibt das Steuer- oder Regelteil 18 Zündsignale 23 oder Einspritzsignale 24 ab.

Die Reihenschaltung 16 ist mit der Auswerteeinrichtung 19 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein Anschluß der Reihenschaltung 16 mit der Auswerte einrichtung 19 verbunden, während der andere Anschluß an Masse liegt. Auf diese Weise können nochmals eine Leitung und ein Anschluß-Pin eingespart werden.

Durch den Nockenwellengeber 20 und den Drehzahlgeber 21 werden Signalfenster erzeugt, die zeit- und winkelmäßig den einzelnen Zünd- und Verdichtungsphasen der Brennräume 10 zugeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Zündung und Kraftstoffzumessung jedes einzelnen Brennraums indivi duell zu steuern oder zu regeln oder aber fehlerhafte Zünd- oder Verdichtungsvorgänge einem bestimmten Brennraum zuzuordnen. Eine nicht dargestellte Fehleranzeigevorrich tung kann dann den jeweils fehlerhaften Brennraum kenntlich machen.

Claims

1. Vorrichtung zur Regelung, Steuerung und/oder Über wachung der Verbrennung in Brennkraftmaschinen, mit wenig stens einem den Zustand in einem Brennraum der Brennkraft maschine erfassenden Sensor, der zur Zuführung von Brennraum signalen mit einem elektronischen Steuer- oder Regelgerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer von zwei Anschlüssen einer Reihenschaltung (16) aus mehreren derartigen, als Zweipole ausgebildeten Sensoren (14) mit dem Steuer- oder Regelgerät (17) verbunden ist, in welchem eine Auswerteeinrichtung (19) für die zyklisch durch die einzelnen Sensoren (14) der Reihenschaltung (16) erzeugten Brennraumsignale vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse der Reihenschaltung (16) mit dem Steuer- oder Regelgerät (17) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß der Reihenschaltung (16) mit dem Steuer oder Regelgerät (17) verbunden ist und der andere extern an Masse liegt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (14) als Druck sensoren oder Ionenstromsonden ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (14) als piezoresistive oder piezoelek trische Sensoren ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (14) als optische Sensoren ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleitungen (15) zwischen den eine parameter abhängig, insbesondere druckabhängig veränderbare Trans mission aufweisenden Sensoren (14) und dem Steuer- oder Regelgerät (17) als Lichtleiter ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuordnungseinrichtung zur Zuordnung der Brennraumsignale der Reihenschaltung (16) zu den einzelnen Brennräumen (10) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnungseinrichtung von einem Nockenwellengeber (20) der Brennkraftmaschine steuerbar ist.