DE4027625A1

DE4027625A1 - Verfahren zur einstellung des zuendzeitpunktes bei einer gemischverdichtenden brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4027625A1
Application number: DE4027625A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Bargende
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1991-11-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung des Zündzeitpunktes bei einer gemischverdichtenden Brennkraft maschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Nach dem aus "Technische Unterrichtung, Robert Bosch GmbH, 1983, Seite 10" bekannten Verfahren ist vorgesehen, den Zünd zeitpunkt einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine aus einem Kennfeld in Abhängigkeit verschiedenster Betriebsparame ter der Brennkraftmaschine ermitteln. Das Kennfeld ist dabei so ausgelegt, daß unter Einhaltung eines ausreichenden Sicher heitsabstandes zur Klopfgrenze immer eine optimale Kraftstoff ausnutzung gegeben ist.

Nach der DE-PS 31 16 593 wird zur Vermeidung des Überschreitens der Klopf- bzw. der Klingelgrenze ein Klopfsensor verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art aufzuzeigen, mit welchem auf einfache Art und Weise der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine weiter zu verbessern ist, wobei aber dennoch ein Überschreiten der Klopfgrenze ausgeschlossen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn zeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades wird bei Hubkol benmaschinen generell ein relativ hohes Verdichtungsverhältnis (ε=(Kompressionsvolumen V_c+Hubvolumen V_H)/Kompressionsvolumen V_c) angestrebt. Bei Ottomotoren jedoch ist das Verdichtungs verhältnis noch oben hin durch die Klopfgrenze begrenzt. Um bei vorgegebenem Verdichtungsverhältnis in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine möglichst nahe an die Klopfgrenze heranzu gelangen, wird der Zündzeitpunkt aus einem Kennfeld ermittelt. Dieses Zündkennfeld ist dabei ausgelegt auf das nominelle, d. h. auf das durch die Sollmaße der einzelnen Motorenbauteile vor gegebene Verdichtungsverhältnis der jeweiligen Brennkraftma schine. Da nun aber bei der Fertigung der einzelnen Motoren bauteile, wie Zylinderblock, Zylinderkopf etc. vorgegebene Fertigungstoleranzen zugelassen sind, treten bei den real vor handenen Verdichtungsverhältnissen der einzelnen Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine minimale Unterschiede auf. Wird nun der Zündzeitpunkt so gewählt, daß der Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze auch bei den Zylindern, deren reales Verdich tungsverhältnis größer ist als das nominelle, immer noch aus reichend ist, so wird bei der Verbrennung in den Zylindern, deren reales Verdichtungsverhältnis kleiner ist als das nomi nelle, nur eine schlechte Kraftstoffausnutzung erzielt.

Wird hingegen der Zündzeitpunkt so gewählt, daß bei der Ver brennung in den Zylindern, deren reales Verdichtungsverhältnis kleiner ist als das nominelle, eine optimale Kraftstoffausnut zung und damit ein maximaler Wirkungsgrad gegeben ist, so ist bei den Zylindern, deren reales Verdichtungsverhältnis größer ist als das nominelle, ein ausreichender Sicherheitsabstand zur Klopfgrenze nicht mehr gewährleistet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun möglich, den Zündzeitpunkt auf einfache Art und Weise für jeden Zylinder individuell festzulegen, d. h. für jeden Zylinder wird der Zündzeitpunkt so bestimmt, daß eine optimale Kraftstoffausnut zung bei der Verbrennung erzielt werden kann, ohne daß jedoch ein Überschreiten der Klopfgrenze und damit eine klopfende Verbrennung zu erwarten ist.

Ferner ist auch ein Klopfsensor zum Erkennen einer klopfenden Verbrennung bei solchen Zylindern nicht erforderlich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind mit den Unteransprüchen aufgezeigt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt.

Im einzelnen zeigt in Form von Prinzipdarstellungen Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ermittlung der realen Verdich tungsverhältnisse einzelner Zylinder,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 die Funktionsweise der in Fig. 2 mit 15 bezeichneten elektronischen Steuereinheit während des Betriebes der Brennkraftmaschine.

In Fig. 1 ist mit 9 eine vierzylindrige gemischverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine noch vor ihrer ersten Inbetriebnahme dargestellt. Anstelle der Zündkerzen der einzelnen Zylinder 1-4 sind in die dafür vorgesehene Bohrungen im Zylinderkopf die Drucksensoren 5-8 eingeschraubt. Im Bereich des Schwungrades 10 ist ferner ein Sensor 11 angeordnet, über welchen die Drehung des Schwungrades 10 bzw. die Drehung der mit diesem verbundenen Kurbelwelle 12 erfaßt wird. Die Kurbelwelle 12 der Brennkraftmaschine 9 wird nun über einen Elektromotor 13 ange trieben. Dabei wird über die Drucksensoren 5-8 und den Sensor 11 am Schwungrad 10 der exakte Verlauf des Druckes p_i in jedem der Zylinder 1-4 in Abhängigkeit der aktuellen Kurbelstellung, bzw. des aktuelle Kurbelwinkels α erfaßt. Aus diesen für jeden Zylinder einzeln erfaßten Druckverläufen p_i=f(α) wird nun unter Berücksichtigung des Hubes und des Durchmessers des jeweiligen Zylinders das reale Verdichtungsverhältnis ε₁-ε₄ für jeden dieser Zylinder 1-4 ermittelt und in einem Festwertspeicher 14 abgelegt.

Fig. 2 zeigt die Brennkraftmaschine 9 der Fig. 1 während Ih res Betriebs, jetzt natürlich mit eingeschraubten Zündkerzen. Der Zündzeitpunkt wird dabei in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 9 aus einem Kennfeld ermittelt und, je nachdem, welcher der Zylinder 1-4 gerade zur Zündung ansteht, entsprechend dem Verdichtungsverhältnis ε dieses Zylinders korrigiert. Hierzu wird einer elektronischen Steuereinheit 15 über den Sensor 16 und die Meßwertleitung 17 ein der aktuellen Kühlmitteltemperatur T_KM, über den Sensor 18 und die Meßwertleitung 19 ein der aktuellen Ansauglufttempera tur T_L, über den Sensor 20 und die Meßwertleitung 21 ein der aktuellen Stellung β der in der Ansaugleitung 22 zur Vorgabe der Brennkraftmaschinenlast eingesetzten Drosselklappe 23 ent sprechendes Signal und über den Sensor 24 und die Meßwertlei tung 25 ein der aktuellen Brennkraftmaschinenlast (Absolutdruck p_s stromab der Drosselklappe 23) zugeführt. Über den Sensor 26 und die Meßwertleitung 27 erhält die Steuereinheit 15 sowohl ein der aktuellen Brennkraftmaschinendrehzahl n entsprechendes Signal als auch ein Signal dafür, in welchem der Zylinder 1-4 die nächste Zündung erfolgt. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt über vier in den jeweiligen Einlaßkanälen der einzelnen Zylin der 1-4 angeordnete, in der Zeichnung der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Einspritzdüsen.

In der elektronischen Steuereinheit 15 ist ferner der Fest wertspeicher 14 integriert, in welchem die vor der Inbetrieb nahme der Brennkraftmaschine 9 ermittelten real vorhandenen Verdichtungsverhältnisse ε₁-ε₄ der Zylinder 1-4 abgelegt sind. Die elektronische Steuereinheit 15 erzeugt nun in Abhän gigkeit der genannten Größen ein Stellwertsignal zur Ansteue rung der Zündspule 29 (Steuerleitung 28), bzw. des Verteilers 30 entsprechend dem ermittelten Wert für den Zündzeitpunkt (Zünd- ∡).

Die Funktionsweise der elektronischen Steuereinheit 15 im ein zelnen ist in Fig. 3 anhand eines Flußdiagrammes 31 verdeut licht.

Nach dem Start der Brennkraftmaschine 9 erfolgt zunächst über den Eingabeblock 32 die Übernahme der aktuellen Werte für die Brennkraftmaschinendrehzahl n, für die Brennkraftmaschinenlast p_s, für die Stellung β der Drosselklappe, für die Kühlmittel temperatur T_KM und für die Ansauglufttemperatur T_L. In Abhän gigkeit dieser Parameter erfolgt nun im Operationsblock 33 die Ermittlung des Sollwertes für den Zündzeitpunktes (Zünd- ∡) aus einem Zündkennfeld. Über den Eingabeblock 34 wird der Steuer einheit 15 nachfolgend übermittelt, in welchem der vier Zylin der die nächste Zündung erfolgt. Ist dies der Fall im

- Zylinder 4 (Verzweigungsblock 35), so erfolgt in Block 36 eine Korrektur des in Block 33 bestimmten Zündzeitpunktes in Abhängigkeit des real vorhandenen Verdichtungsverhältnisses ε₄ des Zylinders 4,
- Zylinder 3 (Verzweigungsblock 37), so erfolgt in Block 38 eine Korrektur des in Block 33 bestimmten Zündzeitpunktes in Abhängigkeit des real vorhandenen Verdichtungsverhältnisses ε₃ des Zylinders 3,
- Zylinder 2 (Verzweigungsblock 39), so erfolgt in Block 40 eine Korrektur des in Block 33 bestimmten Zündzeitpunktes in Abhängigkeit des real vorhandenen Verdichtungsverhältnisses ε₂ des Zylinders 2 und
- Zylinder 1, so erfolgt in Block 41 eine Korrektur des in Block 33 bestimmten Zündzeitpunktes in Abhängigkeit des real vorhandenen Verdichtungsverhältnisses ε₁ des Zylinders 1.

Mit diesem in Abhängigkeit des real vorhandenen Verdichtungs verhältnisses korrigierten Zündzeitpunkt erfolgt dann über den Ausgabeblock 42 die Ansteuerung der Zündspule 29.

Für den Fall, daß der Zündschalter 43 noch geschlossen ist (Verzweigungsblock 44), verzweigt die Steuerung zurück zum Punkt 45 zur erneuten Eingabe der aktuellen Betriebsparameter n, p_s, β, T_KM, und T_L.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenso denkbar, die einzelnen real vorhandenen Verdichtungsverhältnisse ε₁-ε₄ in einer weiteren Dimension direkt in dem Zündkennfeld abzule gen, so daß aus dem Kennfeld schon ein verdichtungsverhältnisabhängiger Zündzeitpunkt ausgelesen wer den kann.

Claims

1, Verfahren zur Einstellung des Zündzeitpunktes bei einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine auf einen betriebsparameterabhängigen Sollwert, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Zündzeitpunktes zusätzlich in Abhängig keit des realen Verdichtungsverhältnisses (ε₁-ε₄) des jeweils zündenden Zylinders (1-4) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine (9) für jeden Zylinder (1-4) das reale Verdichtungsverhältnis (ε₁-ε₄) ermittelt und in ein betriebsparameterabhängiges Kenn feld zur Ermittlung des Zündzeitpunktes während des Betriebs der Brennkraftmaschine (9) abgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Zündkennfeld in Abhängigkeit des Druckes (p_s) stromab der Drosselklappe 23, der Brennkraftmaschinendrehzahl (n), der Brennkraftmaschinentemperatur (T_KM), der Ansaugluft temperatur (T_L) und der Drosselklappenstellung (β) ein Sollwert für den Zündzeitpunkt des jeweils zur Zündung anstehenden Zy linders (1-4) ermittelt wird und daß dieser Sollwert in Abhän gigkeit des realen Verdichtungsverhältnisses (ε₁-ε₄) dieses Zylinders korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine (9) vor der ersten Inbetriebnahme über einen mit deren Kurbelwelle (12) gekoppelten Hilfsantrieb (13) fremdangetrieben wird, daß gleichzeitig über je einen Druckaufnehmer (5-8) und einen die Drehung der Kurbelwelle (12) erfassenden Aufnehmer (11) der Druckverlauf in Abhängigkeit der aktuellen Kurbelstellung (α) für jeden einzelnen Zylinder (1-4) erfaßt wird und daß anschließend aus diesen Druckverläufen das reale Verdichtungsverhältnis (ε₁-ε₄) für den jeweiligen Zylinder (1-4) ermittelt wird.