EP0839998A2 - Verfahren zur Regelung der Vollast-einspritzmenge einer Dieselbrennkraft-maschine - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Vollast-einspritzmenge einer Dieselbrennkraft-maschine Download PDF

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EP0839998A2 EP97118792A EP97118792A EP0839998A2 EP 0839998 A2 EP0839998 A2 EP 0839998A2 EP 97118792 A EP97118792 A EP 97118792A EP 97118792 A EP97118792 A EP 97118792A EP 0839998 A2 EP0839998 A2 EP 0839998A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the full-load injection quantity of a diesel internal combustion engine.
  • DE-OS 26 50 247 describes a method for limiting the maximum permissible fuel delivery quantity of the fuel pump of a diesel engine equipped with a mechanical speed regulator.
  • a limited full load delivery rate assigned to the respective speed should be derived from a full load delivery rate map.
  • the second operating variable is the air mass supplied to the engine. The charge air pressure is used as the second operating variable for supercharged diesel engines.
  • the method described there is intended to utilize the engine to the power limit even in transient operation, which in internal combustion engines represents the transition from a low load state to a higher load state, and thus the most favorable acceleration values can be achieved.
  • a method for controlling the injection quantity for an Otto engine is known from US Pat. No. 4,655,186. The method described there serves to prevent the mixture from being too lean under high loads. Leaning of the mixture in Otto engines is a physical consequence of the transient state that occurs when accelerating from a low load. A mixture thinning leads to an increase in the exhaust gas temperatures, which can lead to damage to the catalytic converter under certain circumstances.
  • DE 37 00 401 C2 describes a mixture control device for feedback control of the air / fuel ratio of an internal combustion engine, which is normally operated with a lean mixture.
  • a control is provided that the change in the air / fuel ratio temporarily exceeds an amount caused by the change in a setpoint.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method which contributes to improving the driving dynamics of a diesel internal combustion engine with simple means without the need for additional devices.
  • the combustion chamber temperature depends on the engine load. Therefore, at low loads, e.g. at idle, the combustion chamber walls are relatively cold. The temporary excess is only possible due to the cold combustion chamber walls of the diesel engine, which are present at low loads. In the case of warm or hot combustion chamber walls, such as are present when the engine is under a high load, the excess would lead to the critical temperature of the combustion chamber walls being exceeded.
  • the method according to the invention is therefore used only when accelerating from an unloaded or slightly loaded state or in an unsteady state.
  • the abscissa is formed from the time t and the full-load injection quantity supplied to a diesel engine represents the ordinate.
  • the course of the full-load injection quantity shown there represents the state of the art in diesel engines or supercharged diesel engines. Accordingly, the method is divided into two phases, the full-load injection quantity being limited in a first, time-limited phase by a boost pressure-dependent quantity limitation or a smoke map. This smoke map is calculated depending on the engine speed and the air mass calculated from the charge pressure and the charge temperature per work cycle.
  • the full-load injection quantity increases up to a full-load injection quantity in the steady state, at which the engine just reaches the limit of the mechanical load in continuous operation.
  • the method After reaching the full-load injection quantity, the method goes into phase 2, in which the stationary full-load injection quantity is kept constant.
  • the full-load injection quantity is plotted over time, analogously to FIG. 1.
  • the course over time is divided into three phases, the maximum full-load injection quantity being increased in the first, unsteady-state phase over the full-load injection quantity in the steady state.
  • phase 2 an excess quantity is supplied to the diesel internal combustion engine for a limited time.
  • the increase in the full-load injection quantity to an excess quantity is regulated by a control device which detects the presence of an unsteady state by reaching or exceeding various internal arithmetic variables, e.g. Recognizes speed gradients or load gradients.
  • Phase 3 represents phase 2 described in FIG. 1 with the constant full-load injection quantity in the steady state.
  • the measure of increasing the full-load injection quantity in the unsteady state increases the torque of the diesel internal combustion engine, which is reflected in shortened acceleration times, in particular when accelerating from low-load conditions.

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Abstract

Ein Verfahren zur Regelung der Vollasteinspritzmenge einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer festgelegten Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand weist folgende Phasen auf: Eine erste, instationäre Phase, in der die Vollasteinspritzmenge über die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand auf eine Übermenge erhöht wird. Eine zweite, zeitlich begrenzte Phase, in weicher die Vollasteinspritzmenge auf dem Niveau der Übermenge gehalten und am Ende dieser Phase auf die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand reduziert wird. Eine dritte Phase, in der in bekannter Weise der Dieselbrennkraftmaschine die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand zugeführt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Vollasteinspritzmenge einer Dieselbrennkraftmaschine.
  • In der DE-OS 26 50 247 ist ein Verfahren zur Begrenzung der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge der mit einem mechanischen Drehzahlregler ausgestatteten Kraftstoffpumpe eines Dieselmotors beschrieben. Dabei soll zur optimalen Ausnutzung der Motorleistung eine der jeweiligen Drehzahl zugeordnete begrenzte Volllastfördermenge aus einem Vollastfördermengenkennfeld abgeleitet werden. Als zweite Betriebsgröße neben der Drehzahl dient dabei die dem Motor zugeführte Luftmasse. Für aufgeladene Dieselmotoren wird als zweite Betriebsgröße der Ladeluftdruck verwendet.
  • Durch das dort beschriebene Verfahren soll der Motor auch im instationären Betrieb, welcher bei Brennkraftmaschinen den Übergang von einem niedrigen Lastzustand in einen höheren Lastzustand darstellt, bis an die Leistungsgrenze ausgenutzt und somit die günstigsten Beschleunigungswerte erzielt werden können.
  • Auf diesen instationären Betrieb folgt anschließend ein gleichbleibender, stationärer Betrieb.
  • Die bei diesem Verfahren getroffenen Maßnahmen sind jedoch sehr kompliziert und können darüber hinaus ihre Aufgabe der optimalen Ausnutzung des Dieselmotors im instationären Betrieb nicht vollständig erfüllen.
  • Aus der US-PS 4,655,186 ist ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzmenge für eine Otto-Brennkraftmaschine bekannt. Das dort beschriebene Verfahren dient dazu, bei hoher Belastung kein zu mageres Gemisch zu erhalten. Eine Abmagerung des Gemisches ist bei Otto-Motoren eine physikalische Folge des instationären Zustandes, der beim Beschleunigen aus niedriger Belastung vorliegt. Eine Gemischabmagerung führt dabei zu einem Ansteigen der Abgastemperaturen, was unter Umständen zu einem Schaden am Abgaskatalysator führen kann.
  • Als Gegenmaßnahme zu der Gemischabmagerung wird gemäß dem dort beschriebenen Verfahren eine größere Benzinmenge und damit ein überfettetes Gemisch eingespritzt. Das Verfahren ist nur bei einem Otto-Motor anwendbar, da bei einem Dieselmotor andere Voraussetzungen bezüglich des thermodynamischen Gleichgewichts der Brennkraftmaschine herrschen. Darüber hinaus kann es nur in sehr engen Grenzen angewendet werden, da bei einer zu starken Überfettung des Gemisches die Zündfähigkeit nicht mehr gegeben ist. Eine Leistungs- bzw. Drehmomenterhöhung, welche zu einem besseren Beschleunigungsvermögen führt, ist mit dem dort beschriebenen Verfahren nur in sehr geringem Maße erreichbar.
  • Weiterhin beschreibt die DE 37 00 401 C2 eine Gemischregelvorrichtung zur Rückkopplungs-Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine, welche normalerweise mit einem mageren Gemisch betrieben wird. Dabei ist zum Erreichen eines gewünschten Ansprechverhaltens bei niedriger Emission von Nox auch bei Übergangszuständen der Brennkraftmaschine eine derartige Steuerung vorgesehen, daß die Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vorübergehend über einen durch die Änderung eines Sollwertes bedingten Betrag hinausgeht.
  • Dazu werden jedoch komplizierte mechanische Einrichtungen benötigt, welche außerdem keine exakte Steuerung zulassen. Außerdem kann mit der dort beschriebenen Vorrichtung eine Drehmoment- bzw. Leistungserhöhung nicht erreicht werden.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches mit einfachen Mitteln ohne notwendige Zusatzeinrichtungen zur Verbesserung der Fahrdynamik einer Dieselbrennkraftmaschine beiträgt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Durch die Zugabe einer Übermenge im instationären Betrieb, welche der Dieselbrennkraftmaschine am Ende der ersten und in der zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt wird, wird die Gasannahme sowie das Drehmoment und damit auch die Fahrdynamik erheblich verbessert. Dies äußert sich insbesondere in kürzeren Beschleunigungszeiten auch aus niedrigen Drehzahlen.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzlichen Einrichtungen benötigt werden und es somit in einfacher Weise durchgeführt werden kann.
  • Bei Dieselmotoren ist die Brennraumtemperatur vom Lastzustand des Motors abhängig. Deshalb sind bei niedriger Belastung, wie z.B. im Leerlauf, die Brennraumwände relativ kalt. Die zeitlich begrenzte Übermenge ist nur aufgrund der kalten Brennraumwände der Dieselbrennkraftmaschine, die bei geringer Last vorliegen, möglich. Bei warmen bzw. heißen Brennraumwänden, wie sie im stark belasteten Zustand des Motors vorliegen, würde die Übermenge zu einem Überschreiten der kritischen Temperatur der Brennraumwände führen. Deshalb wird das erfindungsgemäße Verfahren lediglich bei einer Beschleunigung aus einem unbelasteten oder wenig belasteten Zustand bzw. in einem instationären Betrieb angewandt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    ein Diagramm des Verlaufs der Vollasteinspritzmenge über der Zeit gemäß aus dem Stand der Technik bekannten Dieselmotoren; und
    Fig. 2
    ein Diagramm des Verlaufs der Vollasteinspritzmenge über der Zeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Fig. 1 zeigt ein Diagramm, bei welchem die Abszisse von der Zeit t gebildet wird und die einer Dieselbrennkraftmaschine zugeführte Vollasteinspritzmenge die Ordinate darstellt. Der dort gezeigte Verlauf der Vollasteinspritzmenge stellt den Stand der Technik bei Dieselmotoren bzw. aufgeladenen Dieselmotoren dar. Demnach ist das Verfahren in zwei Phasen eingeteilt, wobei in einer ersten, zeitlich begrenzten Phase die Vollasteinspritzmenge durch eine ladedruckabhängige Mengenbegrenzung bzw. ein Rauchkennfeld begrenzt wird. Dieses Rauchkennfeld wird in Abhängigkeit der Motordrehzahl und der aus dem Ladedruck und der Ladetemperatur berechneten Luftmasse je Arbeitsspiel berechnet. Die Vollasteinspritzmenge steigt dabei bis zu einer Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand, bei welcher der Motor im Dauerbetrieb gerade die Grenze der mechanischen Belastung erreicht.
  • Nach Erreichen der Vollasteinspritzmenge geht das Verfahren in die Phase 2 über, in welcher die stationäre Vollasteinspritzmenge konstant gehalten wird.
  • Gemäß Fig. 2 ist analog zu Fig. 1 die Vollasteinspritzmenge über der Zeit aufgetragen. Der zeitliche Verlauf ist dabei in drei Phasen eingeteilt, wobei in der ersten, instationären Phase die maximale Vollasteinspritzmenge über die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand erhöht wird. In Phase 2 wird der Dieselbrennkraftmaschine zeitlich begrenzt eine Übermenge zugeführt. Am Ende dieser Phase wird die Übermenge auf die bereits in Fig. 1 beschriebene Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand reduziert.
  • Die Erhöhung der Vollasteinspritzmenge auf eine Übermenge wird durch ein Regelgerät geregelt, welches das Vorliegen eines instationären Zustands durch Erreichen bzw. Überschreiten verschiedener interner Rechengrößen, wie z.B. Drehzahlgradienten oder Lastgradienten erkennt.
  • Phase 3 stellt die in Fig. 1 beschriebene Phase 2 mit der konstanten Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand dar.
  • Durch die Maßnahme der Erhöhung der Vollasteinspritzmenge im instationären Zustand wird das Drehmoment der Dieselbrennkraftmaschine erhöht, was sich in verkürzten Beschleunigungszeiten, insbesondere bei der Beschleunigung aus niedrig belasteten Zuständen, niederschlägt.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Regelung der Vollasteinspritzmenge einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer festgelegten Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand, mit folgenden Phasen:
    1.1 eine erste, instationäre Phase, in der die Vollasteinspritzmenge über die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand auf eine Übermenge erhöht wird.
    1.2 eine zweite, zeitlich begrenzte Phase, in welcher die Vollasteinspritzmenge auf dem Niveau der Übermenge gehalten und am Ende dieser Phase auf die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand reduziert wird.
    1.3 eine dritte Phase, in der in bekannter Weise der Dieselbrennkraftmaschine die Vollasteinspritzmenge im stationären Zustand zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Phasen von einem Regelgerät mit Hilfe von internen Rechengrößen der Dieselbrennkraftmaschine geregelt werden.
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