DE4103419A1 - Verbrennungssteuereinrichtung fuer verbrennungsmotoren - Google Patents
Verbrennungssteuereinrichtung fuer verbrennungsmotorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren,
welche den Druck im Zylinder eines
Kraftfahrzeugverbrennungsmotors oder dgl. erfaßt und auf
der Basis des erfaßten Zylinderdruckes den
Wärmewirkungsgrad zur Steuerung der Verbrennung im Motor
berechnet.
Eine derartige Verbrennungssteuereinrichtung ist bereits
bekannt, beispielsweise durch die japanische ungeprüfte
Patentpublikation Nr. 72 643/1983. Die konventionelle
Verbrennungssteuereinrichtung verwendet einen
Zylinderdrucksensor zur Erfassung des Druckes im Zylinder
des zu steuernden Motors. Die Einrichtung erfaßt den
Kurbelwinkel, bei dem der erfaßte Druck den Maximalwert
erreicht. Die Einrichtung vergleicht den in diesem
Zeitpunkt bestehenden Kurbelwinkel mit den Werten in einem
vorbestimmten Bereich, um zu entscheiden, ob der Motor mit
maximaler Ausgangsleistung angetrieben wird oder nicht. Je
nach dem Resultat der Entscheidung kann die Einrichtung
die Brennstoffzufuhrmenge (das
Luft-Brennstoff-Verhältnis), den Zündzeitpunkt und die
Abgasrückführungsmenge (EGR) passend abstimmen, um den
Motor auf maximalen Wirkungsgrad bei stabiler Verbrennung
zu steuern, und um ferner das Auftreten des Klopfens zu
verhindern.
Die konventionelle Verbrennungsmotorsteuerung beurteilt
den Verbrennungszustand durch Vergleich des Kurbelwinkels
bei maximalem Zylinderdruck mit den Werten im
vorbestimmten Bereich. Zeitliche Veränderungen des Motors
rufen Veränderungen der Wellenform des Zylinderdruckes
hervor, wodurch das Problem entsteht, daß die auf einem
einzelnen Faktor, d. h. auf dem maximalen Zylinderdruck,
beruhende Verbrennungssteuerung den Verbrennungsmotor
nicht immer auf den maximalen Wirkungsgrad bei stabiler
Verbrennung steuern kann.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Nachteil
der konventionellen Verbrennungssteuereinrichtung zu
beseitigen und eine neue und verbesserte
Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren zu
schaffen, die in der Lage ist, das erwartete
Leistungsvermögen durch eine geeignete Korrektur der
Veränderung des Verbrennungszustandes (Wärmewirkungsgrad)
infolge zeitbedingter Veränderungen des Motors
aufrechtzuerhalten, so daß dadurch der Motor jederzeit mit
optimalen Wärmewirkungsgrad angetrieben wird.
Diese und weitere Ziele werden durch Schaffung einer
Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren
erreicht, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie
folgende Bestandteile aufweist:
- - Zylinderdruckerfassungsmittel zur Erfassung des Verbrennungsdruckes im Zylinder,
- - Kurbelwinkelerfassungsmittel zur Erfassung des Kurbelwinkels des zu steuernden Motors,
- - Zylinderdrucküberwachungsmittel zum Erfassen und Überwachen der Wellenform des Zylinderdruckes auf Basis des von den Zylinderdruckerfassungsmitteln erfaßten Zylinderdruckes sowie eines von den Kurbelwinkelerfassungsmitteln ausgegebenen Kurbelwinkelsignals,
- - Berechnungsmittel zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades auf der Basis der erfaßten Wellenform, und
- - Verbrennungssteuermittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhrmenge des Motors, des Zündzeitpunktes und der Abgasrückführungsmenge je nach den Berechnungsergebnissen der Berechnungsmittel
Die Zylinderdruckerfassungsmittel können zur Erfassung des
Verbrennungsdruckes einen Zylinderdrucksensor verwenden.
Die Kurbelwinkelerfassungsmittel können zur Erfassung des
Kurbelwinkels des Motors einen Kurbelwinkelsensor
verwenden.
Den Zylinderdrucküberwachungsmitteln wird der
Zylinderdruck P und das Kurbelwinkelsignal R eingegeben,
um die Wellenform des Zylinderdruckes zu ermitteln.
Aufgrund der ermittelten Wellenform berechnen die
Berechnungsmittel den Wärmewirkungsgrad. Der berechnete
Wärmewirkungsgrad wird in einem entsprechenden Bereich
einer N-Tp-Karte untergebracht, welcher die Beziehung
zwischen der Motorgeschwindigkeit N und der
Basiseinspritzimpulsbreite Tp entsprechend den
Betriebsbedingungen des Motors in dem betreffenden
Zeitpunkt wiedergibt. Daraufhin wird der Durchschnittswert
für die vorbestimmten Arbeitstakte in jedem Bereich
ermittelt.
In jedem Bereich wird der Durchschnittswert mit dem in der
Karte voreingestellten Bezugswert des Wärmewirkungsgrades
verglichen. Je nach dem Ergebnis des Vergleichs können die
Verbrennungssteuermittel den Zündzeitpunkt vorverlegen
oder verzögern, die Abgasrückführung unterbrechen, oder
die Brennstoffzufuhrmenge vergrößern oder verkleinern,
wodurch ein befriedigender Verbrennungszustand erreicht
wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn der aus der
Zylinderdruckwellenform ermittelte Wärmewirkungsgrad ηA
aufgrund der zeitlichen Veränderung des Motors kleiner als
der Bezugswert ist, die Abgasrückführung (EGR), der
Zündzeitpunkt oder die Brennstoffzufuhrmenge in Richtung
auf die Verbesserung des Verbrennungszustandes gesteuert
werden, wodurch der Motor jederzeit wirksam und stabil
angetrieben wird.
Eine vollständigere Beurteilung der Erfindung und der
vielen mit ihr verbundenen Vorteile wird durch die
nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen ermöglicht:
Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild dar, das eine
Ausführungsform der Verbrennungssteuereinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2A und 2B
stellen Flußdiagramme zur Veranschaulichung der
Betriebsweise der genannten Ausführungsform dar;
Fig. 3 stellt ein Kurvendiagramm des polytropischen
Indexes dar; und
Fig. 4 stellt ein Kurvendiagramm dar, das die Beziehung
zwischen dem Wärmewert und der Wärmeverlustmenge
wiedergibt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter
Bezugnahme auf eine in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulichte Ausführungsform im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Struktur der
genannten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den zu steuernden
Motor. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein
Brennstoffeinspritzventil, das mit einer
Einspritzimpulsbreite betrieben wird, die durch
Korrigieren der Basisbrennstoffeinspritzimpulsbreite Tp
je nach den Betriebsbedingungen des Motors erhalten wird,
wobei das Ventil den Motor mit einer der korrigierten
Einspritzimpulsbreite entsprechenden Brennstoffmenge
versorgt.
Eine Zündvorrichtung 3 empfängt einen Zündbefehl zur
Lieferung der Zündenergie über einen Verteiler, oder dgl.,
an eine Zündkerze des Motors.
Ein Abgasrückführungssteuerventil (im folgenden als
EGR-Ventil bezeichnet) 4 kann durch Einwirkung der EGR
(Abgasrückführung) die maximale Verbrennungstemperatur
erniedrigen, um das Auftreten von Nox einzuschränken.
Die Zylinderdruckerfassungsmittel 5 arbeiten mit einem
Drucksensor, der beispielsweise als Wandungsbestandteil
der Verbrennungskammer des Motors montiert ist; und sie
verwenden einen Ladungsverstärker, um das vom Drucksensor
erfaßte Signal zu verstärken, wodurch eine den
Zylinderdruck anzeigende Wellenform gewonnen wird.
Die Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 arbeiten mit einem
Kurbelwinkelsensor, der an der Kurbelwelle montiert ist
und mit dem Sensor das Kurbelwinkelsignal erfaßt. Die von
den Zylinderdruckerfassungsmitteln 5 und den
Kurbelwinkelerfassungsmitteln 6 gelieferten Signale werden
in eine Steuereinheit 10 eingegeben, die aus einem
Mikrocomputer und anderen Elementen besteht.
Die Steuereinheit 10 umfaßt
Zylinderdrucküberwachungsmittel 11, Mittel 12 zur
Berechnung des Wärmewirkungsgrades ηA, eine ηO-Karte
13, Vergleichsmittel 14, Verbrennungssteuermittel 15,
Mittel 16 zur Berechnung der
Brennstoffeinspritzimpulsbreite, eine Zündzeitpunktskarte
17, und eine EGR-Mengenkarte 18. Diese konstituierenden
Elemente der Steuereinheit 10 werden nachfolgend erläutert.
Der durch die Zylinderdruckerfassungsmittel 5 erfaßte
Zylinderdruck P sowie durch die
Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 erfaßte Kurbelwinkel R
werden in die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 der
Steuereinheit 10 eingegeben, um die Wellenform des
Zylinderdruckes (P-R-Diagramm) für jeden Arbeitstakt zu
ermitteln.
Das Ausgangssignal der Zylinderdruckerfassungsmittel 11
wird in die Wärmewirkungsgradberechnungsmittel 12
eingegeben, bei denen es sich um eines der Merkmale der
vorliegenden Erfindung handelt.
Durch diese Mittel zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades
wird der Wärmewirkungsgrad ηA entsprechend der weiter
unten erläuterten Berechnung ermittelt. Der ermittelte
Wärmewirkungsgrad wird in einen entsprechenden Bereich der
N-Tp-Karte eingegeben, die in Gestalt eines RAM, oder
dgl., ausgeführt ist und die die Beziehung zwischen der
Motorgeschwindigkeit M und der Basiseinspritzimpulsbreite
Tp wiedergibt. Der eingegebene Wärmewirkungsgrad wird in
jedem Bereich einer Mittelwertsbildung unterzogen.
Die Karte 13, welche einen Bezugswert ηO für den
Wärmewirkungsgrad anzeigt, speichert im voraus, in jedem
Bereich der N-Tp-Karte, den Bezugswert des
Wärmewirkungsgrades.
Die Vergleichsmittel 14 vergleichen den Bezugswert ηO
mit dem durch die Wärmewirkungsgradberechnungsmittel 12
berechneten Wärmewirkungsgrad ηA. Das Ausgangssignal der
Vergleichsmittel 14 wird an die Verbrennungssteuermittel
geliefert.
Auf der Basis der Vergleichsresultate der Vergleichsmittel
14 führen die Verbrennungssteuermittel 15 die Steuerung in
der Weise aus, daß sie die von der EGR-Mengenkarte 18
kontrollierte EGR unterbricht, stufenweise den
Zündzeitpunkt in den Bereichen der Zündzeitpunktskarte 17
bzw. stufenweise die Menge der Brennstoffeinspritzungen um
einen vorbestimmten Betrag ändert, welcher durch die
Impulsbreitenberechnungsmittel 16 entsprechend dem
Luft-Brennstoff-Verhältnis gesteuert wird.
Ordnet sich der Verbrennungszustand unter der Einwirkung
dieser Steuerung nicht in die Bezugsbereiche ein, wird der
Verbrennungszustand als außer Kontrolle geraten betrachtet
und ein Alarm in der Steuereinheit 10, die nicht
dargestellt ist, ausgelöst, um dem Fahrer ein Alarmsignal
zu geben.
Die Mittel 16 zur Berechnung der Impulsbreite der
Brennstoffeinspritzung ermitteln die
Basiseinspritzimpulsbreite Tp aufgrund der
Luftansaugmenge Ga und der Motorgeschwindigkeit N; sie
errechnen die erforderliche Brennstoffeinspritzmenge durch
verschiedene Korrekturen an der ermittelten
Basiseinspritzimpulsbreite; und sie vergrößern oder
verkleinern die Brennstoffzufuhrmenge auf der Basis eines
von den Verbrennungssteuermitteln 15 gelieferten Signals.
Die Ansaugluftmenge Ga wird durch die
Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 ermittelt. Die
Ansaugluftmenge Gq wird aufgrund der Tatsache ermittelt,
daß sie in Beziehung zur Differenz Δ P zwischen dem
Zylinderdruck, der sich bei einem vorbestimmten
Kurbelwinkel nach dem Schließen des Einlaßventils ergibt,
und dem Zylinderdruck steht, der sich bei einem
vorbestimmten Kurbelwinkel vor der Zündung ergibt.
Die Zündzeitpunktskarte 17 weist in jedem Bereich der
N-Tp-Karte die eingesetzten optimalen Zündzeitpunkte
auf. Die Zündzeitpunktskarte 17 kann den Zündzeitpunkt
stufenweise nach dem α-Winkel vorverlegen oder stufenweise
nach dem β-Winkel verzögern, und zwar aufgrund eines von
den Verbrennungssteuermitteln 15 gelieferten Steuersignals.
Die EGR-Mengenkarte 18 weist in jedem Bereich der
N-Tp-Karte die eingesetzte optimale EGR auf. Die
EGR-Mengenkarte 18 kann in Übereinstimmung mit einem
Steuerbefehl der Verbrennungssteuermittel 15 die EGR
unterbrechen oder umkehren.
Nachfolgend wird die Berechnung beschrieben, welche die
Mittel 12 zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades
durchführen. Der Wärmewirkungsgrad steht in Beziehung zum
gelieferten Wärmewert Q1 und zum Wärmeverlust QW und
wird im allgemeinen durch die nachfolgende Gleichung (1)
definiert:
Der Wärmewert Q1 und der Wärmeverlust QW werden für
jeden beliebigen Kurbelwinkel unter Heranziehung der
nachfolgenden Gleichungen (2) und (3) sowie der
nachfolgenden Gleichungen (4) und (5) berechnet werden:
wobei wie folgt berechnet wird:
wobei wie folgt berechnet wird:
Die Bedeutung der in den Gleichungen (1) bis (5)
verwendeten Bezugsgrößen geht aus der nachfolgenden
Tabelle 1 hervor:
A: | |
Wärmeäquivalent der Arbeit (Kcal/kgm) | |
P: | Zylinderdruck (kg/cm²) |
CV: | spezifische Wärme bei konstantem Volumen (Kcal/kg °C) |
Pb: | Druck in der Ansaugleitung (KPa) |
f: | Wärmeübertragungsfläche (m²) |
Q1: | Wärmewert der Verbrennung (cal) |
Ga: | Ansaugwärmemenge (kg) |
QW: | Wärmeverlustwert (cal) |
h: | Wärmeübertragungsmenge (Kcal/m²h °C) |
R: | Gaskonstante |
K: | spezifisches Wärmeverhältnis |
T: | Gastemperatur (°K) |
N: | Motorgeschwindigkeit (U/m) |
TW: | Zylinderwandtemperatur (°K) |
n: | polytropischer Index |
V: | Zylindervolumen (m³) |
R: | Kurbelwinkel (rad) |
Der Wert von β R in Gleichung (3) kann unter Heranziehung
folgender Gleichung (6) ermittelt werden:
In Gleichung (6) bezeichnet n(R) den polytropischen Index.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird der polytropische Index,
der in der Phase zwischen dem Schließen des Einlaßventils
bis kurz vor dem Auftreten des Zündfunkens gewonnen wird,
dazu benutzt, vor Erreichen des oberen Totpunktes ein
Näherungsverfahren entsprechend der Methode der kleinsten
Quadrate durchzuführen.
Nach Durchlaufen des oberen Totpunktes wird der
polytropische Index, der zwischen dem Ende der Verbrennung
und dem Öffnen des Austrittsventils erhalten wird, dazu
benutzt, ein Näherungsverfahren entsprechend der Methode
der kleinsten Quadrate durchzuführen.
Die Zylinderwandtemperatur TW in Gleichung (3) wird mit
beispielsweise 150°C angenommen, während die Gastemperatur
T(R) in Gleichung (3) unter Heranziehung der nachfolgenden
Gleichung (7) ermittelt wird:
wobei die spezifische Wärme bei konstantem Wert Cv und
das spezifische Wärmeverhältnis K als eine Funktion der
Temperatur betrachtet werden können.
Wie erläutert, kann der Zylinderdruck des Motors zur
leichten Berechnung des Wärmewirkungsgrades gemessen
werden. Fig. 4 stellt ein Kurvendiagramm über die
Beziehung zwischen dem Wärmewert Q1 und dem
Wärmeverlust QW dar. In Fig. 4 ist der Verlauf des
Wärmewertes Q1, der den jeweiligen Kurbelwinkeln
entspricht, durch eine durchgezogene Linie angezeigt,
während der Wert Q1-QW durch eine gestrichelte Linie
wiedergegeben wird.
Als nächstes soll die Betriebsweise der
Verbrennungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 2A
und 2B beschrieben werden. Als erstes wird die
Ansaugluftmenge auf der Basis des Zylinderdruckes beim
Kompressionshub berechnet. Gemäß Fig. 2A wird in Schritt
101 der Kurbelwinkel R durch die
Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 gelesen mit dem oberen
Totpunkt beim Ansaughub als Bezugspunkt. In Schritt 102
wird entschieden, ob sich der Motor in der Phase des
Ansaughubes befindet oder nicht.
Führt der Motor in Schritt 102 nicht den Ansaughub aus,
d. h. gilt NEIN, geht das Programm zum
Diskriminationsschritt 103 über, in welchem entschieden
wird, ob die Ansaugluftmenge Gq berechnet worden ist
oder nicht, und zwar durch die Entscheidung darüber, ob
der Zähler auf 0 steht oder nicht.
Falls sich in Schritt 102 der Motor in der Einlaßhubphase
befindet, geht das Programm von der JA-Seite des Schrittes
102 zum Diskriminationsbetriebsschritt 104 über, in
welchem entschieden wird, ob aktuell ein erster Zeitpunkt
zur Erfassung des Zylinderdruckes gegeben ist oder nicht.
Der Schritt 104 kann vorschreiben, daß die JA-Bedingung
bei beispielsweise R=270° erfüllt ist. In Schritt 105
wird der Zylinderdruck P(R) durch die
Zylinderdruckerfassungsmittel 5 gelesen, und der gelesene
Wert als PA1 gespeichert. Danach kehrt das Programm
nach Schritt 101 zurück und fährt mit dem Lesen des
Kurbelwinkels R fort.
Falls in Schritt 104 (NEIN) die Gleichung R=270° erfüllt
wird, geht das Programm nach Schritt 106 über, in welchem
entschieden wird, ob ein zweiter Zeitpunkt zur Erfassung
des Zylinderdruckes gegeben ist oder nicht. Falls NEIN,
kehrt das Programm nach Schritt 101 zurück.
Der Schritt 106 kann eine JA-Entscheidung treffen und nach
Schritt 107 übergehen, wenn beispielsweise die Gleichung
R=320° erfüllt ist. In Schritt 107 wird der
Zylinderdruck P(R) durch die Zylinderdruckerfassungsmittel
5 gelesen, und der erfaßte Zylinderdruck wird als PA2
gespeichert. Dann geht das Programm nach Schritt 108 über.
In Schritt 108 wird der Unterschied zwischen dem in
Schritt 107 ermittelten Wert PA2 und dem in Schritt 105
ermittelten Wert PA1 durch die
Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 berechnet, und der
berechnete Wert wird als Differenzdruck Δ P gespeichert.
Dann geht das Programm nach Schritt 109 über.
Die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 benutzen die in
Schritt 108 ermittelte Druckdifferenz Δ P zur Erstellung
einer Verweistabelle für die Ansaugluftmenge Ga.
Als nächstes ermitteln die Kurbelwinkelerfassungsmittel 6
im nächsten Schritt 110 die Motorgeschwindigkeit N, um
einen Arbeitspunkt des Motors zu erhalten. Die
Motorgeschwindigkeit N kann durch Messen der Anzahl der
Impulse des vom Kurbelwinkelsensor während einer
vorbestimmten Periode gelieferten Impulssignals
(1°-Signal) ermittelt werden.
Im nächsten Schritt 111 ermitteln die
Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 die
Baseseinspritzimpulsbreite Tp aufgrund der
Ansaugluftmenge Ga, die in Schritt 109 ermittelt wurde,
sowie der Motorgeschwindigkeit N, die in Schritt 110
ermittelt wurde.
Im nächsten Schritt 112 wird der Zählstand des Zählers
abgelesen, der in den entsprechenden Bereichen der
N-Tp-Karte gespeichert ist.
Als nächstes wird in Schritt 113 entschieden, ob sich der
Motor in der Taktphase der Kompression oder der Expansion
befindet oder nicht. Befindet sich der Motor nicht in der
Phase des Kompressions- oder des Expansionshubes (NEIN),
kehrt das Programm nach Schritt 101 zurück.
Sollte übrigens in Schritt 103 eine JA-Entscheidung
getroffen worden sein, geht das Programm ebenfalls nach
Schritt 113 über, in welchem entschieden wird, ob sich der
Motor in der Phase des Kompressions- oder des
Expansionshubes befindet oder nicht.
Falls in Schritt 113 eine JA-Entscheidung getroffen wird,
wird im nächsten Schritt 114 durch die
Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 der Zylinderdruck P(R)
gelesen, und das Programm geht nach Schritt 115 weiter.
In Schritt 115 wird entschieden, ob der Kurbelwinkel R den
Zeitpunkt wiedergibt, zu dem das Einlaßventil schließt.
Falls die Entscheidung JA lautet, geht das Programm nach
Schritt 116 über, in welchem der den Wärmewert Q1
bezeichnende Wert sowie der den Wärmequellenwert QW
anzeigende Wert initialisiert werden. Zusätzlich wird die
Operation I=1 ausgeführt, und der Zylinderdruck P(R)
wird als P(I) gespeichert. Die Variable dP(I) in bezug auf
den Zylinderdruck wird auf Null gesetzt.
Wenn in Schritt 115 die Entscheidung NEIN lautet, geht das
Programm nach Schritt 117 über, in welchem entschieden
wird, ob der Kurbelwinkel R den Zeitpunkt wiedergibt, zu
dem das Auslaßventil öffnet.
Falls in Schritt 117 die Entscheidung NEIN lautet, geht
das Programm nach Schritt 118 über, in welchem die
Operation I=I+1 ausgeführt und der Zylinderdruck P(R) in
P(I) gespeichert wird. Die Variable dP(I) des
Zylinderdruckes wird nach Durchführen der Operation
dP(I)=P(I)-P(I-1) gespeichert.
Falls in Schritt 117 die Entscheidung JA lautet, geht das
Programm nach Schritt 119 über. Zu diesem Zeitpunkt wurden
der Zylinderdruck P und die Variable dP des
Zylinderdruckes, die kurz nach Schließen des Einlaßventils
und kurz vor Öffnen des Auslaßventils gewonnen wurden,
bereits ermittelt. Die Wärmewirkungsgradberechnungsmittel
12 berechnen unter Heranziehung der nachfolgenden
Gleichung (8) den polytropischen Index n(R), woraufhin das
Programm nach Schritt 120 übergeht.
In Schritt 120 wird der in Schritt 119 ermittelte
polytropische Index (R) zur Durchführung des
Näherungsverfahrens nach der Methode der kleinsten
Quadrate im Hinblick auf den Kompressions- und den
Expansionshub benutzt, wobei beide Hübe einen Wert von
0=360° als Grenzwert aufweisen. Der Näherungsbereich
beim Kompressionshub beginnt nach dem Schließen des
Ansaugventils und endet kurz vor dem Auslösen des
Zündfunkens. Der Näherungsbereich des Expansionshubes
beginnt beispielsweise ab dem oberen Totpunkt 50° nach
Beendigung der Verbrennung und endet kurz vor dem Öffnen
des Auslaßventils.
Der polytropische Index des Verbrennungshubes wird unter
Verwendung der Näherungsformel für jeden Kurbelwinkel
berechnet, wie früher gesagt wurde. Beim nächsten Schritt
121 wird mit Hilfe der Gleichung (3) eine
Wärmeerzeugungsrate berechnet, und diese
Wärmeerzeugungsrate wird zur Ermittlung des Brennwertes
integriert.
Im nächsten Schritt 122 wird unter Verwendung der
Gleichung (5) die Wärmeverlustrate berechnet, und diese
Wärmeverlustrate wird zur Ermittlung des
Wärmeverlustwertes integriert.
Das Programm geht dann nach Schritt 123 über, in welchem
entschieden wird, ob der Stand des Zählers CNT einen
vorbestimmten Wert CNT₁ erreicht hat oder nicht. Der
vorbestimmte Wert CNT₁ gibt die Durchschnittszeit zur
Ermittlung des Wärmewirkungsgrades an und ist in jedem
Bereich der N-T-p-Karte gesetzt.
Fällt in Schritt 123 die Entscheidung NEIN, geht das
Programm nach Schritt 124 über, in welchem Vorkehrungen
für das Näherungsverfahren getroffen werden. Im nächsten
Schritt 125 wird der Zählstand um 1 erhöht, wonach das
Programm nach Schritt 101 zurückkehrt.
Falls in Schritt 123 die Entscheidung JA lautet, wird der
Wert des Zählers CNT im nächsten Schritt 126 auf Null
gesetzt, und das Programm geht nach Schritt 127 über, in
welchem der Wärmewirkungsgrad ηA berechnet wird.
Dann geht das Programm nach Schritt 128 über, der im
Flußdiagramm der Fig. 2B erscheint. Der Basiswert ηO für
den Wärmewirkungsgrad, der in jedem Bereich der
N-Tp-Karte gesetzt ist, wird gelesen, wonach das
Programm nach Schritt 129 geht.
In Schritt 129 wird der Wärmewirkungsgrad ηA mit dem
Basiswert ηO durch die Vergleichsmittel 14 verglichen.
Falls ηA<ηO als Resultat des Vergleichs erfüllt ist,
entscheiden die Verbrennungssteuermittel 15 in Schritt
130, ob der infragestehende Bereich ein EGR-Bereich ist
oder nicht.
Falls NEIN spingt das Programm nach Schritt 133. Wird in
Schritt 130 bestätigt, daß der infragestehende Bereich ein
EGR-Bereich ist, wird in Schritt 31 entschieden, ob die
EGR unterbrochen worden ist oder nicht. Falls NEIN wird in
Schritt 132 die EGR abgeschaltet.
Falls die Unterbrechung der EGR nicht ausreicht, um den
Wärmewirkungsgrad zu verbessern, oder falls der
infragestehende Bereich nicht der EGR-Bereich ist, wird
eine Zündzeitpunktskontrolle durchgeführt.
Falls die Entscheidung des Schrittes 133 anzeigt, daß
keine Zündzeitpunktskontrolle durchgeführt worden ist,
geht das Programm nach Schritt 134 über, in welchem
entschieden wird, ob der Zähler für die
Zündzeitpunktskontrolle einen voreingestellten Wert
N1max überschritten hat oder nicht.
Der Zähler N1 dient zum Abzählen der Zeit für die
Winkelverzögerungskontrolle. Falls N1 < N1max erfüllt
ist, geht das Programm nach Schritt 135 über. In Schritt
135 wird ein Steuersignal, das angibt, daß der
Zündzeitpunkt um α° nur im fraglichen Bereich verzögert
ist, über die Zündzeitpunktskarte 17 an die
Zündvorrichtung 3 geliefert.
Im nächsten Schritt 136 werden der Wärmewirkungsgrad ηA
und der Zündzeitpunkt in ηIg1 (N1) gespeichert. Im
nächsten Schritt 137 wird der Zähler N1 um 1 erhöht. Diese
Operationen werden für eine gewisse Zeit wiederholt, bis
ηA ≧ ηO erfüllt ist.
Falls diese wiederholten Operationen keinen befriedigenden
Regelungszustand ergeben, und falls der Zählerstand N1 den
voreingestellten Wert N1max erreicht hat, wird
entschieden, daß in Schritt 134 die Entscheidung NEIN
lautet, und das Programm geht nach Schritt 138 über, in
welchem der Zähler N1 auf Null rückgesetzt wird. Dann geht
das Programm weiter nach Schritt 139.
In Schritt 139 wird entschieden, ob der Zähler N2 für die
Zündzeitpunktssteuerung einen voreingestellten Wert
N2max überschritten hat oder nicht. Der Zähler N2 zählt
die Zeit für die Winkelvorverlegungssteuerung.
Falls in Schritt 139 die Bedingung N2 < N2max erfüllt
wird, geht das Programm nach Schritt 140 über. In Schritt
140 wird ein Steuersignal, das anzeigt, daß der
Zündzeitpunkt β° nur im fraglichen Bereich verzögert ist,
durch die Zündzeitpunktskarte 17 an die Zündvorrichtung
geliefert. Dann geht das Programm nach Schritt 141 weiter.
In Schritt 141 werden der Wärmewirkungsgrad ηA und der
Zündzeitpunkt in ηIg2 (N2) gespeichert. Im nächsten
Schritt 142 wird der Zähler N2 um 1 erhöht. Diese
Operationen werden während einer gewissen Zeit wiederholt,
bis ηA ≧ ηO erfüllt ist.
Falls die wiederholten Operationen nicht zu einem wirksamen
Regelungszustand führen, und falls der Zählerstand von N2
den voreingestellten Wert N2max erreicht hat, wird
entschieden, daß das Ergebnis des Schrittes 139 NEIN ist.
Das Programm geht dann nach Schritt 143 über, in welchem
der Zähler N2 auf Null rückgesetzt wird. Danach geht das
Programm nach Schritt 144 weiter.
In Schritt 144 wird der Zündzeitpunkt, zu dem der
Wärmewirkungsgrad ein Maximum zwischen ηIg1 und ηIg2
erreicht, angesteuert und durch die Zündzeitpunktskarte 17
als Befehl an die Zündvorrichtung 3 geliefert. Dann folgt
die Brennstoffregelung.
Falls in Schritt 133 entschieden worden ist, daß die
Zündzeitpunktssteuerung durchgeführt worden ist, geht in
Schritt 145 das Programm zur Diskriminierungsoperation
über. Falls die Diskriminierung in Schritt 145 ergibt, daß
die Brennstoffregelung noch nicht erfolgt ist, geht das
Programm nach Schritt 146 weiter, in welchem entschieden
wird, ob ein Zähler M1 für die Brennstoffregelung einen
voreingestellten Wert M1max überschritten hat oder nicht.
Der Zähler M1 dient zum Zählen der Zeitdauer der die
Brennstoffzufuhr verringernden Steuerung. Falls
M1 < M1max erfüllt wird, geht das Programm nach Schritt
147 über. In diesem Schritt wird ein Signal, das anzeigt,
daß die Brennstoffeinspritzmenge um einen vorbestimmten
Betrag nur im fraglichen Bereich verringert worden ist,
durch die Mittel 16 zur Berechnung der
Brennstoffeinspritzimpulsbreits an das
Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert. Danach geht das
Programm nach Schritt 148 über.
In Schritt 148 werden der Wärmewirkungsgrad ηA und die
Brennstoffeinspritzimpulsbreite in ηFu1 (M1)
gespeichert, und im nächsten Schritt 149 wird der Zähler
M2 um 1 erhöht. Diese Operationen werden über eine gewisse
Zeit fortgesetzt, solange, bis ηA ≧ ηO erfüllt ist.
Falls diese wiederholten Operationen keinen einwandfreien
Regelungszustand herbeiführen, und falls der Zählerstand
M1 einen voreingestellten Wert M1max erreicht hat, fällt
in Schritt 146 die Entscheidung NEIN. Das Programm geht
dann nach Schritt 150 über, in welchem der Zähler M1 auf
Null rückgesetzt wird. Danach geht das Programm nach
Schritt 151 weiter.
In Schritt 151 wird entschieden, ob der Zähler M2 für die
Brennstoffregelung einen vorbestimmten Wert M2max
überschritten hat oder nicht. Der Zähler M2 dient zum
Abzählen der Zeit für die die Brennstoffzufuhr erhöhende
Steuerung.
Falls das Ergebnis der Diskriminierungsoperation in
Schritt 151 anzeigt, daß M2 < M2max erfüllt ist, geht
das Programm nach Schritt 152 über. In Schritt 152 wird
ein Signal, das anzeigt, daß die Brennstoffeinspritzmenge
um einen vorbestimmten Betrag nur in dem fraglichen
Bereich erhöht worden ist, an das
Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert. Dann geht das
Programm nach Schritt 153 über.
In Schritt 153 werden der Wärmewirkungsgrad ηA und die
Brennstoffeinspritzimpulsbreite in ηFu2 (M2)
gespeichert, während in Schritt 154 wird der Zähler M2 um
1 erhöht wird. Diese Operationen werden für eine gewisse
Zeit wiederholt, solange, bis ηA ≧ ηO erfüllt ist.
Falls die wiederholten Operationen keinen einwandfreien
Regelzustand ergeben, und falls der Zählerstand M2 den
voreingestellten Wert M2max erreicht hat, lautet in
Schritt 151 die Entscheidung NEIN. Das Programm geht nach
Schritt 155 über, in welchem der Zähler M2 auf Null
rückgesetzt wird. Danach geht das Programm nach Schritt
156 über.
In Schritt 156 wird die Brennstoffeinspritzimpulsbreite,
bei der der Wärmewirkungsgrad das Maximum zwischen ηFu1
und ηFu2 erreicht, angesteuert und an das
Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert.
Um die genannten Operationen in einem vorbestimmten
Zeitpunkt zu wiederholen, wird in Schritt 157 entschieden,
ob der vorbestimmte Zeitpunkt erreicht worden ist oder
nicht. In Schritt 158 wird ein Zähler L1 um 1 erhöht.
Falls der Zähler L1 den Wert L1max erreicht hat, wird
entschieden, daß er nicht mehr die Steuerfunktion erfüllt,
und in Schritt 159 wird die (nicht dargestellte)
Alarmvorrichtung durch die Brennstoffsteuermittel 15
eingeschaltet, um dem Fahrer ein Alarmzeichen zu geben.
Wie erläutert, kann bei der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung die EGR, der Zündzeitpunkt oder die
Brennstoffeinspritzung zur Verbesserung des
Verbrennungszustandes geregelt werden, selbst dann, wenn
aufgrund einer im Ablauf der Zeit eingetretenen
Veränderung des Motors der Wärmewirkungsgrad ηA kleiner
als der Bezugswert geworden ist. Auf diese Weise erfolgt
die Verbrennung jederzeit entsprechend der anfänglichen
Einstellung.
Wenn sich auch die obige Erläuterung der Ausführungsform
der Erfindung nur auf einen einzelnen Zylinder bezieht,
ist die vorliegende Erfindung auch auf Motoren mit
mehreren Zylindern anwendbar.
Die Ansaugluftmenge Ga kann durch Verwendung eines
Ansaugluftmengensensors erfaßt werden. Darüber hinaus kann
die Verbrennungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Vorrichtung kombiniert werden, welche
das Vorhandensein und das Fehlen der Klopferscheinung
erfassen kann, und zwar auf der Basis der
Zylinderdruckwellenform zur Durchführung der passenden
Motorsteuerung.
Aufgrund der obigen Informationen sind zahlreiche
Abänderungen und Varianten der vorliegenden Erfindung
möglich. Es wird daher davon ausgegangen, daß die
Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche auch in
anderer Weise als der beschriebenen in die Praxis
umgesetzt werden kann.
Claims (6)
1. Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
folgende Bestandteile aufweist:
- - Zylinderdruckerfassungsmittel (5) zur Erfassung des Verbrennungsdruckes im Zylinder,
- - Kurbelwinkelerfassungsmittel (6) zur Erfassung des Kurbelwinkels des zu steuernden Motors (1),
- - Zylinderdrucküberwachungsmittel (11) zum Erfassen und Überwachen der Wellenform des Zylinderdruckes auf Basis des von den Zylinderdruckerfassungsmitteln (5) erfaßten Zylinderdruckes sowie einens von den Kurbelwinkelerfassungsmitteln (6) ausgegebenen Kurbelwinkelsignals,
- - Berechnungsmittel (12) zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades auf der Basis der erfaßten Wellenform, und
- - Verbrennungssteuermittel (15) zur Steuerung der Brennstoffzufuhrmenge des Motors, des Zündzeitpunktes und der Abgasrückführungsmenge je nach den Berechnungsergebnissen der Berechnungsmittel (12).
2. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Zylinderdrucküberwachungsmittel (11) für jeden
Arbeitstakt die Wellenform ermitteln.
3. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der von den
Berechnungsmitteln (12) berechnete Wärmewirkungsgrad in
einen entsprechenden Bereich einer N-Tp-Karte
eingegeben wird, welche die Beziehung zwischen der
Motorgeschwindigkeit N und den
Basiseinspritzimpulsbreiten Tp wiedergibt.
4. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der in die
N-Tp-Karte eingegebene Wärmewirkungsgrad in jedem
Bereich für vorbestimmte Arbeitstakte gemittelt wird.
5. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter
eine Bezugswertkarte (13) für den thermischen
Wirkungsgrad aufweist, wobei die
Wärmewirkungsgradbezugswerte in entsprechenden
Bereichen der N-Tp-Karte vorgespeichert sind.
6. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß weiter
Vergleichsmittel (14) vorgesehen sind, welche den durch
die Berechnungsmittel (12) gemittelten
Wärmewirkungsgrad mit den Bezugswerten der
Wärmewirkungsgradbezugswertkarte (13) vergleichen, und
daß das Ausgangssignal des Vergleichs an die
Verbrennungssteuermittel (15) geliefert wird.
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