EP2396528A2 - Verfahren zur regelung eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zur regelung eines verbrennungsmotors

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EP2396528A2
EP2396528A2 EP10709441A EP10709441A EP2396528A2 EP 2396528 A2 EP2396528 A2 EP 2396528A2 EP 10709441 A EP10709441 A EP 10709441A EP 10709441 A EP10709441 A EP 10709441A EP 2396528 A2 EP2396528 A2 EP 2396528A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
chamber temperature
value
cylinder
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10709441A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Boewing
Hans-Bernhard Snuis
Karsten Spreitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Energy Solutions GmbH
Original Assignee
MWM GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MWM GmbH filed Critical MWM GmbH
Publication of EP2396528A2 publication Critical patent/EP2396528A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0087—Selective cylinder activation, i.e. partial cylinder operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking
    • F02P5/1522—Digital data processing dependent on pinking with particular means concerning an individual cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1409—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine or a reciprocating engine, in which a combustion chamber temperature is provided in one or more cylinders.
  • DE 198 98 829 A1 describes a gas engine with a pilot control device and a knock control device connected upstream of the pilot control device.
  • the pilot control device has u. a. via a temperature sensor for detecting the charge air and / or mixture temperature, but not the combustion chamber temperature.
  • the pilot control device generates setpoint values for the actuation of the actuators, such as, for example, an ignition timing adjustment device.
  • the knock monitoring device has a temperature sensor for detecting the combustion chamber temperature. Depending on the combustion chamber temperature, however, only the power of the diesel gas engine is limited in two stages or generates a stop signal for the gas engine. A change or regulation of the ignition angle or of the ignition time as a function of the detected combustion chamber temperature is not provided.
  • German patent document DE 103 33 994 A1 describes the engine temperature as a control variable for the ignition angle. This adjusts the cylinder-individual torque contribution.
  • DE 38 33 124 A1 describes a device for monitoring a spark-ignited internal combustion engine, in which the calculation of a cylinder temperature for the purpose of monitoring the ignition timing is performed. Only in the case where a calculated cylinder temperature reaches an upper limit, the ignition timing is probably retarded individually for the respective cylinder.
  • the invention has for its object to form a motor control or a motor such that excessive component loads avoided and an uninterrupted operation and an improvement in the efficiency can be ensured.
  • uncontrolled combustion conditions may occur, in particular pre-ignition and pre-ignition, which are not detected by the accelerometer of the anti-knock control (AKR).
  • the aforementioned uncontrolled combustion states lead to an increased component load and to a deterioration of the engine efficiency and force in extreme cases a shutdown of the engine. On the described combustion problem is not yet reacted control technology.
  • the object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 and a reciprocating engine according to claim 11.
  • the ignition timing in one or more cylinders preferably in each cylinder cylinder individually regulated so that the combustion chamber temperature in the cylinder of a predetermined setpoint S as little as possible deviates above and / or below.
  • the combustion chamber temperature as a basic variable is the temperature that occurs on the thermocouple during operation of the internal combustion engine in the time average.
  • the setpoint S does not have to be static. It can also be varied as a function of the parameters influencing the combustion, such as the load stage or the fuel used - -
  • the time of the spark ignition is changed as a function of the combustion chamber temperature
  • the time of injection is regulated as a function of the combustion chamber temperature
  • a reduction of the differences in the cylinder-to-cylinder combustion and an improvement in the efficiency is thus achieved by measuring the average combustion chamber temperature in each cylinder with a thermocouple and subsequently controlling the ignition in a cylinder-specific manner so that approximately the same average cylinder is present in each cylinder Setting combustion chamber temperature.
  • the adjustment of the single-cylinder ignition timing or ignition angle takes place in dependence on the deviation of the single cylinder combustion chamber temperature of a desired value. This can be the combustion chamber temperature average of all cylinders.
  • the degree of ignition timing adjustment, in particular maximum and minimum value, as well as the other control constants can be parameterized. In the simplest case, it is the gain of a P-controller.
  • the ignition timing is retarded so that the combustion chamber temperature drops again.
  • the ignition timing of the respective cylinder is adjusted by a value Z2 to early
  • the readjustment of the ignition timing also applies in the case of the deviation of the combustion chamber temperature downwards.
  • the setting of the value K1 or K2 as a measure of the permissible deviation from the desired value S is preferably carried out on the test stand, so that the efficiency is optimized.
  • a monitoring of the combustion chamber temperature is provided so that a corresponding change in the ignition point occurs when the combustion chamber temperature rises or falls above the limit value G1.
  • the ignition timing of the respective cylinder can be moved abruptly by the value Z3 or the ignition of the respective cylinder can be switched off for one or more cycles and / or the fuel supply can be turned off altogether.
  • mist ignitions and pre-ignition can thus disappear. If the pre-ignition or pre-ignition lasts too long, the ignition of the cylinder should be shut off for a few cycles to prevent critical combustion and the concomitant disadvantages of component loading and efficiency. In the case of the diesel engine, the fuel injection of the cylinder would be interrupted. Should these funds not be effective, both the gasoline engine as well as the diesel engine, the fuel supply would be interrupted altogether, which would be associated with a stoppage of the engine. This should be avoided.
  • Lere combustion chamber temperature measured in each cylinder with a thermocouple and the ignition is subsequently controlled individually for each cylinder.
  • a spontaneous increase in the combustion chamber temperature of one or more cylinders over a defined setpoint a sudden adjustment of the ignition timing or ignition angle leads to a reduced component load and prevents the engine must be turned off.
  • the ignition timing is adjusted individually for each cylinder, the ignition is switched on again and / or fuel is supplied again as soon as the combustion chamber temperature of the respective cylinder has dropped to an activation value A.
  • activation value A which does not necessarily have to be static, but can be varied during operation, the return to the normal control of the ignition point after the setpoint value S is possible as described above.
  • the activation value A can also be varied as a function of the parameters influencing the combustion, as explained in the introduction. As soon as the combustion chamber temperature of the cylinder (s) affected falls below a defined limit value or reaches the activation value, the ignition is subsequently controlled individually for each cylinder.
  • the desired value S an average value of the combustion chamber temperatures of several or all cylinders is considered, the temperature of which is detected.
  • the setpoint S varies in this case. If the combustion chamber temperature rises or falls equally in all cylinders, the control according to the desired value S, if it does not depend on the NOx value, would not be effective since the nominal value would also rise or fall as a pure mean value. The limit control would then ensure a desired control intervention.
  • thermocouple has a practicable position and detects the resulting temperatures. Due to the temporal resolution behavior of the thermocouple thus a relatively uniform course of the combustion chamber temperature is determined.
  • thermocouple for detecting the combustion chamber temperature is provided in each cylinder ensures equality of all cylinders.
  • Figure 1 is a control scheme
  • FIG. 2 shows a T / t diagram of the temperature profile of the combustion chamber temperatures under the influence of the different control of the ignition time
  • FIG. 3 shows a reciprocating engine as a schematic diagram.
  • An average combustion chamber temperature $ BRT of all cylinders 1 is compared as a setpoint value S with an average combustion chamber temperature I3- B R ⁇ actually determined in cylinder 1.
  • the ignition angle ZW is set by using a P controller 4 under the influence of a temperature difference .DELTA.i.sub.3- determined using a proportionality constant K and a control variable limit 5, consisting of a control element 3, in which a maximum (.DELTA.ZWmax) and a minimum (.DELTA.ZWmin ) Change ⁇ ZW of the ignition angle ZW is taken into account and which ultimately outputs the change ⁇ ZW of the ignition angle ZW.
  • FIG. 2 shows a diagram of the combustion chamber temperature I3- BRT in Kelvin [K] over the time t in seconds [s], divided into three phases I, II and III, for which the various control variants are shown.
  • phase I four combustion chamber temperatures Tl, T2, T3 and T4 are detected. All combustion chamber temperatures Tl - T4 vary and vary slightly. A set point S, as an average of the four temperatures, is also shown. It also varies over time [t].
  • phase II deviations of the respective combustion chamber temperature Tl, T2, T3 and T4 are detected by the target value S and controlled by intervention in the ignition timing.
  • the respective combustion chamber temperature may exceed the setpoint value S by a maximum of a temperature deviation value K1 and rise to a maximum temperature Ml or fall below the setpoint value S by a maximum of K2 to a minimum temperature M2 before the control unit intervenes.
  • the temperature deviations Kl, K2 are related to the setpoint S.
  • the deviation of the combustion chamber temperatures T1-T4 is within a temperature range dK of 5 K to 20 K.
  • phase III the respective combustion chamber temperature Tl-T4 is monitored for reaching or exceeding or falling below a limit value Gl or G2.
  • the limit value Gl or G2 is based on the desired value S _
  • the upper limit value G1 moves between the maximum temperature value S + K3b and the minimum temperature value S + K3a.
  • the lower limit value G2 moves between the lower minimum temperature value S-K4a and the upper temperature value S-K4b.
  • the reciprocating engine 10 sketched in FIG. 3 has twelve cylinders 1.1 - 1.12, wherein each cylinder 1.1 - 1.12 has a thermocouple not shown further for detecting the individual combustion chamber temperature.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubkolbenmotor 10 und ein Verfahren zur Regelung eines Hubkolbenmotors 10, bei dem eine Brennraumtemperatur ϑ-BRT in einem oder mehreren Zylindern 1 zur Verfügung gestellt wird, wobei die Brennraumtemperatur ϑ-BRT in dem jeweiligen Zylinder 1 gemessen wird und der Zündzeitpunkt in einem oder mehreren Zylindern 1 zylinderindividuell derart reguliert wird, dass die Brennraumtemperatur ϑ-BRT von einem vorgegebenen Sollwert S möglichst wenig nach oben und unten abweicht.

Description

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Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors bzw. eines Hubkolbenmotors, bei dem eine Brennraumtemperatur in einem oder mehreren Zylindern zur Verfügung gestellt wird.
Es ist insbesondere bei Großmotoren bereits bekannt, die Brennraumtemperatur eines oder mehrerer Zylinder mittels eines Thermoelementes zu erfassen, um eine Lambdaregelung ohne Lambdasonde zu gewährleisten. Die Brennraumtemperatur stellt dabei eine Ersatzgröße für das Mischungsverhältnis dar. Lambdasonden werden aufgrund begrenzter Langlebigkeit für Großmotoren nicht immer verwendet.
Die DE 198 98 829 Al beschreibt einen Gasmotor mit einer Vorsteuereinrichtung und einer der Vorsteuereinrichtung vorgeschalteten KlopfÜberwachungseinrichtung. Die Vorsteuereinrichtung verfügt u. a. über einen Temperatursensor zur Erfassung der Ladeluft- und/oder Gemischtemperatur, jedoch nicht der Brennraumtemperatur. Die Vorsteuereinrichtung generiert Sollwerte für die Ansteuerung der Stellglieder wie bspw. eine Zündzeitpunkt-Verstelleinrichtung. Die KlopfÜberwachungseinrichtung hingegen weist einen Temperatursensor zur Erfassung der Brennraumtemperatur auf. In Abhängigkeit der Brennraumtemperatur wird jedoch lediglich die Leistung des Diesel-Gas-Motors zweistufig begrenzt oder ein Stoppsignal für den Gasmotor erzeugt. Eine Änderung bzw. Regelung des Zündwinkels bzw. des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit der erfassten Brennraumtemperatur ist nicht vorgesehen .
Die DE 102 57 994 Al beschreibt eine Aktivierung der Klopfgrenzenregelung, d. h. eine Anpassung der Zündwinkel abhän- - -
gig von einer Veränderung der Motortemperatur oder der Kühlmitteltemperatur, jedoch nicht der Brennraumtemperatur. Ähnliches beschreibt die DE 103 33 994 Al, welche die Motortemperatur als Stellgröße für den Zündwinkel nennt. Hiermit wird der zylinderindividuelle Momentenbeitrag ange- passt .
Die DE 38 33 124 Al beschreibt eine Vorrichtung zum Überwachen einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei der die Berechnung einer Zylindertemperatur zwecks Überwachung des Zündzeitpunktes vorgenommen wird. Nur in dem Fall, in dem eine berechnete Zylindertemperatur einen oberen Grenzwert erreicht, wird wohl der Zündzeitpunkt individuell für den jeweiligen Zylinder nach spät verstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorregelung bzw. einen Motor derart auszubilden, dass übermäßige Bauteilbelastungen vermieden und ein unterbrechungsfreier Betrieb sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrades gewährleistet werden.
Bei der Verbrennung im Hubkolbenmotor treten von Zylinder zu Zylinder Unterschiede bei der Verbrennung und somit bei der Brennraumtemperatur als Maß für die Verbrennung auf. Die Unterschiede resultieren insbesondere aus Abweichungen im Luftverhältnis, in der Homogenität des Gemisches, in der Ladungsbewegung, in den Wandtemperaturen, in den Bauteiltoleranzen und im Öleintrag über Ventile und Kolben. Sie bewirken u. a. zylinderindividuelle Abweichungen von der optimalen Verbrennungsschwerpunktlage und von der Vollständigkeit des KraftstoffUmsatzes und führen damit zu einer Verschlechterung des Motorwirkungsgrades. Auf die beschriebenen Unterschiede in der Verbrennung von Zylinder zu Zylinder wird bisher regelungstechnisch nicht reagiert. - -
Außerdem können im Hubkolbenmotor in einzelnen oder mehreren Zylindern unkontrollierte Verbrennungszustände auftreten, insbesondere Glühzündungen und Vorentflammungen, die nicht durch die Beschleunigungsaufnehmer der Anti-Klopf- Regelung (AKR) erfasst werden. Die genannten unkontrollierten Verbrennungszustände führen zu einer erhöhten Bauteilbelastung sowie zu einer Verschlechterung des Motorwirkungsgrades und erzwingen im Extremfall eine Abstellung des Motors. Auf die beschriebene Verbrennungsproblematik wird bisher regelungstechnisch nicht reagiert.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Hubkolbenmotor nach Anspruch 11. Erfindungsgemäß wird der Zündzeitpunkt in einem oder in mehreren Zylindern, vorzugsweise in jedem Zylinder zylinderindividuell derart reguliert, dass die Brennraumtemperatur im Zylinder von einem vorgegebenen Sollwert S möglichst wenig nach oben und/oder unten abweicht. Die Brennraumtemperatur als Grundgröße ist dabei die Temperatur, die sich am Thermoelement während des Betriebs des Verbrennungsmotors im zeitlichen Mittel einstellt. Durch die Vermeidung einer zu großen bzw. zu kleinen Brennraumtemperatur kann zum einen eine Verringerung der Unterschiede in der Verbrennung von Zylinder zu Zylinder, also eine Gleichstellung der Zylinder und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht werden. Zum anderen kann eine Verringerung unkontrollierter Verbrennungszustände in einzelnen oder mehreren Zylindern, die nicht von der Anti-Klopf-Regelung erkannt werden, und damit eine Verringerung der Bauteilbelastung und/oder ein Abschalten des Motors verhindert werden.
Der Sollwert S muss nicht statisch sein. Er kann auch in Abhängigkeit der die Verbrennung beeinflussenden Parameter wie die Laststufe oder der eingesetzte Brennstoff variiert - -
werden. Meist findet eine Zuordnung zwischen dem Sollwert und der Motorleistung in Abhängigkeit des NOx-Gehalts des Abgases Anwendung.
Im Falle der Regelung eines Ottomotors wird der Zeitpunkt der Fremdzündung in Abhängigkeit der Brennraumtemperatur verändert, während bei der Regelung eines Dieselmotors der Zeitpunkt der Einspritzung in Abhängigkeit der Brennraumtemperatur geregelt wird.
Eine Verringerung der Unterschiede in der Verbrennung von Zylinder zu Zylinder und eine Verbesserung des Wirkungsgrades wird also dadurch erreicht, dass die mittlere Brennraumtemperatur in jedem Zylinder mit einem Thermoelement gemessen und die Zündung nachfolgend zylinderindividuell so geregelt wird, dass sich in jedem Zylinder etwa die gleiche mittlere Brennraumtemperatur einstellt. Die Verstellung des Einzelzylinder-Zündzeitpunktes bzw. -Zündwinkels erfolgt dabei in Abhängigkeit der Abweichung der Einzelzylinder- Brennraumtemperatur von einem Sollwert. Dieser kann der Brennraumtemperatur-Mittelwert aller Zylinder sein. Das Maß der Zündzeitpunkt-Verstellung, insbesondere Maximal- und Minimalwert, sowie die weiteren Regelungskonstanten sind parametrierbar . Im einfachsten Fall handelt es sich um die Verstärkung eines P-Reglers.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn in dem Fall, in dem die Brennraumtemperatur den Sollwert S um einen Wert Kl übersteigt, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders um einen Wert Zl nach spät verstellt wird mit
0 < Kl <= Ml,
5 K <= Ml <= 20 K,
0° <= Zl <= Zm und - -
10° <= Zm <= 40° .
Sobald die Brennraumtemperatur vom Sollwert nach oben abweicht, wird der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, sodass die Brennraumtemperatur wieder absinkt.
Entsprechend kann es vorteilhaft sein, wenn in dem Fall, in dem die Brennraumtemperatur unter den Sollwert S um einen Wert K2 abfällt, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders um einen Wert Z2 nach früh verstellt wird mit
0 < K2 <= M2, 5 K <= M2 <= 20 K,
0° <= Z2 <= Zm und 10° <= Zm <= 20° .
Die Nachregelung des Zündzeitpunktes gilt auch im Falle der Abweichung der Brennraumtemperatur nach unten.
Wenn die Brennraumtemperatur in den Zylindern derart eingestellt wird, dass die Brennraumtemperaturen der verschiedenen Zylinder maximal um einen Wert dK abweichen mit 5 K <= dK <= 20 K, dann ist eine kritische Bauteilbelastung aufgrund verschiedener Verbrennungseigenschaften der Zylinder nahezu auszuschließen. Eine gleichmäßige Lastverteilung unter den Zylindern ist gewährleistet.
Die Einstellung des Wertes Kl bzw. K2 als Maß für die zulässige Abweichung vom Sollwert S erfolgt vorzugsweise auf dem Prüfstand, so dass der Wirkungsgrad optimiert wird.
Ergänzend kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass im Falle, in dem die Brennraumtemperatur eines Zylinders einen Grenzwert Gl über dem Sollwert S erreicht oder überschreitet, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders um einen Wert Z3 nach spät verstellt wird mit S + K3a <= Gl <= S + K3b, 5 K <= K3a <= 20 K - -
oder K3a = 1OK,
80 K <= K3b <= 200 K oder K3b = 120K und 10° <= Z3 <= 40°.
Alternativ oder ergänzend zu der einleitend beschriebenen Regelung der Brennraumtemperatur auf den gewünschten Sollwert ist eine Überwachung der Brennraumtemperatur dahin gehend vorgesehen, dass bei einem sprunghaften Anstieg der Brennraumtemperatur auf bzw. über den Grenzwert Gl eine entsprechende Änderung des Zündzeitpunktes erfolgt.
Dabei kann der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders sprungartig um den Wert Z3 nach spät verstellt werden oder die Zündung des jeweiligen Zylinders für einen oder mehrere Zyklen abgeschaltet werden und/oder die Kraftstoffzufuhr insgesamt abgestellt werden.
Glühzündungen und Vorentflammungen können somit abklingen. Wenn die Glühzündungen oder Vorentflammungen zu lange andauern, sollte die Zündung des Zylinders für einige Zyklen abgeschaltet werden, damit eine kritische Verbrennung und die damit einhergehenden Nachteile für die Bauteilbelastung und für den Wirkungsgrad verhindert werden. Im Falle des Dieselmotors würde die Kraftstoffeinspritzung des Zylinders unterbrochen werden. Sollten diese Mittel nicht greifen, wäre sowohl beim Ottomotor als auch beim Dieselmotor die Kraftstoffzufuhr insgesamt zu unterbrechen, was mit einem Stillstand des Motors einhergehen würde. Dies gilt es zu vermeiden .
Eine Verringerung der unkontrollierten Verbrennungszustände in einzelnen oder mehreren Zylindern, die nicht von der An- ti-Klopf-Regelung erkannt werden, und eine Verbesserung des Wirkungsgrades werden also dadurch erreicht, dass die mitt- - -
lere Brennraumtemperatur in jedem Zylinder mit einem Thermoelement gemessen und die Zündung nachfolgend zylinderindividuell geregelt wird. Bei einem spontanen Anstieg der Brennraumtemperatur einzelner oder mehrerer Zylinder über einen definierten Sollwert führt eine sprungartige Verstellung des Zündzeitpunktes bzw. Zündwinkels zu einer verringerten Bauteilbelastung und verhindert, dass der Motor abgestellt werden muss.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn der Zündzeitpunkt zylinderindividuell nach früh verstellt wird, die Zündung wieder zugeschaltet wird und/oder Kraftstoff wieder zugeführt wird, sobald die Brennraumtemperatur des jeweiligen Zylinders auf einen Aktivierungswert A abgesunken ist mit
Gl - 5 K >= A >= Gl - 200 K oder Gl - 10 K >= A >= Gl - 100 K oder Sl + 100 K >= A >= Sl.
Mit der Anwendung eines praktikablen Aktivierungswertes A, der nicht zwingend statisch ausgebildet sein muss, sondern während des Betriebs variiert werden kann, ist die Rückkehr zur normalen Regelung des Zündzeitpunktes nach dem Sollwert S wie oben beschrieben möglich. Der Aktivierungswert A kann auch in Abhängigkeit der die Verbrennung beeinflussenden Parameter wie einleitend ausgeführt variiert werden. Sobald die Brennraumtemperatur des oder der betroffenen Zylinder wieder unter einen definierten Grenzwert fällt bzw. den Aktivierungswert erreicht, wird die Zündung nachfolgend zylinderindividuell geregelt.
In diesem Zusammenhang kann es von Vorteil sein, dass im Falle, in dem die Brennraumtemperatur eines Zylinders einen Grenzwert G2 unter dem Sollwert S erreicht oder unter- schreitet, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders um einen Wert Z4 sprungartig oder schrittweise nach früh verstellt wird mit
S - K4a <= Gl <= S - K4b,
80 K <= K4a <= 120 K oder K4a = 100K,
5 K <= K4b <= 15 K oder K4b = 1OK und 5° <= Z4 <= 20°.
Somit wird eine entsprechende Regelung beim Absinken der Brennraumtemperatur gewährleistet .
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn als Sollwert S ein Mittelwert der Brennraumtemperaturen mehrerer oder aller Zylinder betrachtet wird, deren Temperatur erfasst wird. Der Sollwert S variiert in diesem Fall. Sollte die Brennraumtemperatur in allen Zylindern gleichermaßen ansteigen oder abfallen, so würde die Regelung nach dem Sollwert S, sofern er nicht vom NOx-Wert abhängig ist, nicht greifen, da der Sollwert als reiner Mittelwert ebenfalls ansteigen bzw. abfallen würde. Die Grenzwertregelung würde dann einen gewünschten Regeleingriff sicherstellen.
Der Einsatz der mittleren Brennraumtemperatur eines Zylinders, die während des Betriebes erfasst wird, als Brennraumtemperatur macht das Verfahren sehr einfach und nachvollziehbar. Das Thermoelement hat eine praktikable Position und erfasst die dort entstehenden Temperaturen. Aufgrund des zeitlichen Auflösungsverhaltens des Thermoelementes wird somit ein relativ gleichmäßiger Verlauf der Brennraumtemperatur ermittelt. - -
Dass in jedem Zylinder ein Thermoelement zur Erfassung der Brennraumtemperatur vorgesehen ist, gewährleistet eine Gleichstellung aller Zylinder.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Regelungsschema;
Figur 2 ein T/t-Diagramm des Temperaturverlaufs der Brennraumtemperaturen unter Einfluss der verschiedenen Regelungen des Zündzeitpunktes;
Figur 3 einen Hubkolbenmotor als Prinzipskizze.
Mittels eines in Fig. 1 dargestellten Regelkreises 2 wird der Regelalgorithmus für die erfindungsgemäße Regelung eines Zündzeitpunktes bzw. Zündwinkels ZW umgesetzt.
Eine mittlere Brennraumtemperatur $ BRT aller Zylinder 1 wird als Sollwert S abgeglichen mit einer tatsächlich im Zylinder 1 ermittelten, durchschnittlichen Brennraumtemperatur I3-BRΪ •
Die Einstellung des Zündwinkels ZW erfolgt durch Einsatz eines P-Reglers 4 unter Einfluss eines beim Abgleich ermittelten Temperaturunterschieds Δi3- unter Anwendung einer Proportionalitätskonstanten K sowie einer Stellgrößenbegrenzung 5, bestehend aus einem Steuerglied 3, bei der eine maximale (ΔZWmax) und eine minimale (ΔZWmin) Änderung ΔZW des Zündwinkels ZW berücksichtigt wird und welche letztlich die Änderung ΔZW des Zündwinkels ZW ausgibt. _ _
Nach Abgleich bzw. Anpassung des Zündwinkels ZW mit der Änderung ΔZW des Zündwinkels ZW erfolgt die veränderte zylinderindividuelle Verbrennung und die sich neu einstellende Brennraumtemperatur I3-BRT des jeweiligen Zylinders 1 wird erfasst .
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Brennraumtemperatur I3-BRT in Kelvin [K] über der Zeit t in Sekunden [s], eingeteilt in drei Phasen I, II und III, für die die verschiedenen Regelungsvarianten aufgezeigt sind.
Gemäß Phase I werden vier Brennraumtemperaturen Tl, T2, T3 und T4 erfasst. Alle Brennraumtemperaturen Tl - T4 sind unterschiedlich hoch und variieren etwas. Ein Sollwert S, als Mittelwert der vier Temperaturen, ist ebenfalls dargestellt. Er variiert auch über die Zeit [t] .
Gemäß Phase II werden Abweichungen der jeweiligen Brennraumtemperatur Tl, T2, T3 und T4 vom Sollwert S erfasst und durch Eingriff in den Zündzeitpunkt geregelt. Dabei darf die jeweilige Brennraumtemperatur den Sollwert S maximal um einen Temperaturabweichungswert Kl übersteigen und auf eine Maximaltemperatur Ml ansteigen oder unter den Sollwert S maximal um einen Wert K2 auf eine Minimaltemperatur M2 abfallen, bevor die Regelung eingreift. Die Temperaturenabweichungen Kl, K2 sind dabei auf den Sollwert S bezogen. Vorzugsweise liegt die Abweichung der Brennraumtemperaturen T1-T4 innerhalb eines Temperaturbereiches dK von 5 K bis 20 K.
Gemäß Phase III wird die jeweilige Brennraumtemperatur Tl- T4 auf ein Erreichen oder ein Überschreiten bzw. ein Unterschreiten eines Grenzwertes Gl bzw. G2 überwacht. Der Grenzwert Gl bzw. G2 ist dabei bezogen auf den Sollwert S _
abhängig von Temperaturabweichungen K3a, K3b, K4a, K4b. Der obere Grenzwert Gl bewegt sich zwischen dem maximalen Temperaturwert S + K3b und dem minimalen Temperaturwert S + K3a. Der untere Grenzwert G2 bewegt sich zwischen dem unteren minimalen Temperaturwert S - K4a und dem oberen Temperaturwert S - K4b. Sobald eine Brennraumtemperatur T2 den eingestellten Grenzwert Gl erreicht, erfolgt eine entsprechende und deutliche Regelung des Zündzeitpunktes nach spät oder eine Abschaltung der Zündung, sodass die Brennraumtemperatur T2 wieder absinkt. Sobald die Brennraumtemperatur T2 einen Aktivierungswert A erreicht, wird der Zündzeitpunkt wieder nach früh verstellt bzw. die Zündung wieder aktiviert. In einem nicht dargestellten Fall, in dem eine Brennraumtemperatur den eingestellten unteren Grenzwert G2 erreicht, erfolgt eine entsprechende Regelung des Zündzeitpunktes nach früh.
Der in Figur 3 skizzierte Hubkolbenmotor 10 weist zwölf Zylinder 1.1 - 1.12 auf, wobei jeder Zylinder 1.1 - 1.12 ein nicht weiterdargestelltes Thermoelement zur Erfassung der individuellen Brennraumtemperatur besitzt.
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Bezugs zeichenliste
1 Zylinder
1.1 - 1.12 Zylinder
2 Regelkreis
3 Steuerglied
4 P-Regler
5 Stellgrößenbegrenzung
10 Hubkolbenmotor
A Aktivierungswert der BRT dK Temperaturbereich
Gl Grenzwert
G2 Grenzwert
K Proportionalitätskonstante
Kl Temperaturabweichung
K2 Temperaturabweichung
K3a Temperaturabweichung
K3b Temperaturabweichung
K4a Temperaturabweichung
K4b Temperaturabweichung
Ml Maximaltemperatur
M2 Minimaltemperatur
S Sollwert der BRT
Tl Brennraumtemperatur, BRT
T2 Brennraumtemperatur, BRT
T3 Brennraumtemperatur, BRT
T4 Brennraumtemperatur, BRT
Zm maximale Zündwinkelverstellung
ZW Zündwinkel
$ BRT mittlere Brennraumtemperatur
■ÜBRT Brennraumtemperatur
Aθ Temperaturunterschied
ΔZW Änderunσ des Zündwinkels ZW _ _
ΔZWmax maximale Änderung des Zündwinkels ZW ΔZWmin minimale Änderung des Zündwinkels ZW

Claims

_Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung eines Hubkolbenmotors, bei dem eine Brennraumtemperatur (I3-BRT) in einem oder mehreren Zylindern (1) zur Verfügung gestellt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Brennraumtemperatur (I3-BRI) in dem jeweiligen Zylinder (1) gemessen wird und der Zündzeitpunkt in einem oder mehreren Zylindern (1) zylinderindividuell derart reguliert wird, dass die Brennraumtemperatur (I3-BRΪ) von einem vorgegebenen Sollwert S möglichst wenig nach oben und unten abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Fall, in dem die Brennraumtemperatur (I3-BRT) den Sollwert S um einen Wert Kl übersteigt, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders (1) um einen Wert Zl nach spät verstellt wird mit
0 < Kl <= Ml,
5 K <= Ml <= 20 K,
0° <= Zl <= Zm und 10° <= Zm <= 40° .
_
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Fall, in dem die Brennraumtemperatur (ΦBRT) unter den Sollwert S um einen Wert K2 abfällt, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders (1) um einen Wert Z2 nach früh verstellt wird mit
0 < K2 <= M2,
5 K <= M2 <= 20 K,
0° <= Z2 <= Zm und 10° <= Zm <= 20° .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Brennraumtemperatur (I3-BRI) in den Zylindern (1) derart eingestellt wird, dass die Brennraumtemperaturen (I3-BRI) der verschiedenen Zylinder (1) maximal in einem Temperaturbereich dK um den Sollwert S schwanken mit
5 K <= dK <= 20 K.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Falle, in dem die Brennraumtemperatur (I3-BRT) eines Zylinders (1) einen Grenzwert Gl über dem Sollwert S erreicht oder überschreitet, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders (1) um einen Wert Z3 nach spät verstellt wird mit
S + K3a <= Gl <= S + K3b,
5 K <= K3a <= 20 K oder K3a = 1OK
80 K <= K3b <= 200 K oder K3b = 120K und 10° <= Z3 <= 40°. - -
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders (1) um den Wert Z3 sprungartig nach spät verstellt wird oder die Zündung des jeweiligen Zylinders (1) für einen oder mehrere Zyklen abgeschaltet wird und/oder die Kraftstoffzufuhr abgestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zündzeitpunkt zylinderindividuell nach früh verstellt wird, die Zündung wieder zugeschaltet wird und/oder Kraftstoff wieder zugeführt wird, sobald die Brennraumtemperatur (I3-BRI) des jeweiligen Zylinders (1) auf einen Aktivierungswert A abgesunken ist mit Gl - 5 K >= A >= Gl - 200 K oder Gl - 10 K >= A >= Gl - 100 K oder Sl + 100 K >= A >= Sl.
8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Falle, in dem die Brennraumtemperatur (I3-BRT) eines Zylinders (1) einen Grenzwert G2 unter dem Sollwert S erreicht oder unterschreitet, der Zündzeitpunkt des jeweiligen Zylinders (1) um einen Wert Z4 nach früh verstellt wird mit
S - K4a <= Gl <= S - K4b,
80 K <= K4a <= 120 K oder K4a = 100K,
5 K <= K4b <= 15 K oder K4b = 1OK und 5° <= Z4 <= 20°. _
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Sollwert S ein Mittelwert ( ϋ- BRT) der Brennraumtemperaturen (I3-BRΪ) mehrerer oder aller Zylinder (1) betrachtet wird, deren Temperatur erfasst wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Brennraumtemperatur (I3-BRI) die mittlere Brennraumtemperatur eines Zylinders (1) während des Betriebes betrachtet wird.
11. Hubkolbenmotor (10), der nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gesteuert und/oder geregelt wird.
12. Hubkolbenmotor (10) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in jedem Zylinder (1) ein Thermoelement zur Erfassung der Brennraumtemperatur vorgesehen ist.
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