DE19612179C1

DE19612179C1 - Verfahren zum Regeln des Verbrennungsvorganges einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19612179C1
Application number: DE19612179A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Wenzlawski; Arno Friedrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2016-03-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Verbren nungsvorganges einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine durch Auswerten des Verbrennungsgeräusches mittels eines Körper schallsensors.

Der Beitrag der einzelnen Zylinder einer mehrzylindrigen Die sel-Brennkraftmaschine zu dem an der Kurbelwelle angreifenden Drehmoment ist immer unterschiedlich. Dies hat ihre Ursache in Toleranzunterschieden sowohl in der Konstruktion bzw. in der Fertigung der Brennkraftmaschine selbst, als auch in den Komponenten der Einspritzeinrichtung. Auch Verschleißerschei nungen führen zu einer ungleichmäßigen Leistungsabgabe der einzelnen Zylinder.

Eine Regelung des Brennbeginns, - wobei damit der Zeitpunkt, an dem ein merklicher Druckanstieg im Brennraum des Zylinders festgestellt werden kann, definiert ist -, wird aus Kosten gründen üblicherweise nur über alle Zylinder der Brennkraft maschine gleichzeitig durchgeführt. Dazu werden spezielle Einspritzdüsenhalter verwendet, so daß man hierbei von einer Einspritzbeginnregelung der gesamten Brennkraftmaschine spre chen kann.

Aus der EP 0 492 467 A2 ist eine Klopfregelschaltung für eine Ottobrennkraftmaschine bekannt, bei der das Klopfen der Brennkraftmaschine mittels eines Mikroprozessors detektiert und die Klopfsignale einem weiteren Rechner zur Klopfregelung übertragen werden. Zur sicheren Erkennung bei Übertragungs fehlern, z. B. bei Leitungsbruch der Verbindungsleitungen zwischen den beiden Rechnern wird eine Zwischenspeicherung der anfallenen Klopfsignale und eine Überprüfung aufeinander folgender Signale auf Plausibilität vorgesehen. Bei unplau siblem Ergebnis des Vergleiches erfolgt eine Verschiebung des Zündwinkels um einen vorgegebenen Sicherheitsabstand in Rich tung spät, um in allen Fällen einen Schaden der Brennkraftma schine durch Klopfen die Verbrennung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln des Verbrennungsvorganges einer mehrzylindrigen Brenn kraftmaschine anzugeben, mit dessen Hilfe die unterschiedli chen Drehmomentabgaben der einzelnen Zylinder der Brennkraft maschine auf einfache Weise angeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch Auswerten des Verbrennungsgeräusches in den Brennräumen der einzelnen Zylinder mit Hilfe einer Körperschallanalyse ist eine zylinderindividuelle Steuerung bzw. Regelung des Brennbeginns einer Diesel- Brennkraftmaschine möglich. Insbe sondere kann dadurch eine schnelle und gezielte Anpassung des Brennbeginns bei Laständerungen erfolgen. Neben einer Laufru heverbesserung und einer Verbesserung des transienten Ge räuschverhaltens kann auch eine gezielte Beeinflussung der Abgasemissionen erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die qualitativen Verläufe des Druckes und des Ver brennungsgeräusches innerhalb eines Zylinders in Ab hängigkeit vom Kurbelwinkel und

Fig. 2 ein Meßdiagramm für die Zylinderdrücke und die ent sprechenden Signale des Klopfsensors bei einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine.

Die qualitative Darstellung nach Fig. 1 zeigt den typischen Verlauf des Druckes P_Zyl in einem Zylinder einer Diesel-Brennkraftmaschine abhängig vom Kurbelwinkel. Der obere Tot punkt ist dabei mit OT bezeichnet. Als weitere Kurve ist der zugehörige Verlauf des Verbrennungsgeräusches VS in diesem Zylinder eingezeichnet. Das Auftreten dieses Verbrennungsge räusches wird zur Regelung des Verbrennungsvorganges genutzt. Hierzu ist an dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine an ge eigneter Stelle ein Körperschallsensor befestigt, der die charakteristischen Klopfschwingungen in den Brennkammern der einzelnen Zylinder erfaßt. Der Sensor wandelt diese Schwin gungen in elektrische Signale um, die zur weiteren Verarbei tung einer elektronischen Motorsteuerungseinrichtung zuge führt werden. Als Körperschallsensor kann dabei in vorteil hafter Weise ein Klopfsensor, d. h. ein nach dem piezoelektri schen Prinzip arbeitender Beschleunigungssensor eingesetzt werden.

Ein solcher Klopfsensor ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 87 06 781.1 bekannt. Wird nur ein einziger Klopfsensor verwendet, so ist dessen Anbringungsort möglichst zentral am Motorgehäuse zu wählen. Um bei Brennkraftmaschinen mit 6, 8 oder 12 Zylindern die Genauigkeit der Auswertung der Klopfsignale der einzelnen Zylindern zu erhöhen, können 2 oder mehrere Klopfsensoren verwendet werden, die an entspre chenden Stellen des Motorgehäuses angeordnet sind, wobei eine bestimmte Zuordnung zwischen den Sensoren und den Zylindern festgelegt ist.

Das Verbrennungsgeräusch und das davon abgeleitete Klopfsi gnal wird innerhalb eines vorgegebenen Meßfensters MF, bei spielsweise innerhalb des Bereiches von 45° Kurbelwinkel vor OT bis 15° Kurbelwinkel nach OT, gemessen und ausgewertet. Wegen der Laufzeit des Verbrennungsgeräusches vom Entste hungsort in dem jeweiligen Zylinder bis zum Ort der Detektion durch den Sensor werden die Meßfenster in zylinderindividuel den Kennfeldern innerhalb eines Speichers der Motorsteue rungseinrichtung abgelegt.

Die Signale des Klopfsensors werden gleichgerichtet und zy linderindividuell verstärkt, so daß unter allen Betriebsbe dingungen der Brennkraftmaschine ein auswertbarer Signalver lauf innerhalb eines vorgegebenen Bereiches vorliegt.

Die zylinderindividuellen Körperschallsignale werden mit ein stellbaren Schwellenwerten SW verglichen (Fig. 1). Über schreitet das vom Klopfsensor erfaßte Signal KS den Schwel lenwert SW, so wird dies als Brennbeginn in dem jeweiligen Zylinder gewertet. Durch gezielte Steuermaßnahmen, wie Vor- oder Spätverlegung der Einspritzmenge kann dann der Brennbe ginn ausgewählter Zylinder verändert werden, so daß eine un terschiedliche Drehmomentabgabe der einzelnen Zylinder ange glichen werden kann.

In Fig. 2 ist ein durch Messungen an einer Brennkraftmaschi ne mit 4 Zylindern Zyl_{1 . . . 4} bei 1500 l/min erhaltenes Dia gramm gezeigt. Entsprechend der Zündfolge 1-3-4-2 sind die Verläufe der Zylinderdrücke P_{Zyl1 . . . 4} und die zugehörigen Si gnale KS_{1 . . . 4} des Klopfsensors dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei einer Brennkraft maschine anwendbar, bei der die Einspritzung des Kraftstoffes durch eine Pilot- und eine Haupteinspritzung erfolgt. In die sem Fall wird zwischen dem Brennbeginn der Pilot- und dem Brennbeginn der Haupteinspritzung unterschieden. Hierzu wer den zylinderindividuell unterschiedliche Schwellenwerte und verschiedene Meßfenster festgelegt.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Verbrennungsvorganges einer mehr zylindrigen Diesel-Brennkraftmaschine, wobei die Verbren nungsgeräusche zylinderindividuell mit Hilfe mindestens ei nes Körperschallsensors erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- die zylinderindividuellen Körperschallsignale (KS_{1 . . . z}) je weils innerhalb eines zylinderindividuellen Meßfensters (MF_{1 . . . z}) erfaßt und mit einzelnen, den Zylindern (Zyl_{1 . . . z}) der Brennkraftmaschine zugeordneten Schwellen werten (SW_{1 . . . z}) verglichen werden,
- bei Überschreiten eines Schwellenwertes (SW_{1 . . . z}) auf den Brennbeginn in dem jeweiligen Zylinder (Zyl_{1 . . . z}) geschlos sen wird und
- der Brennbeginn in einzelnen Zylindern (Zyl_{1 . . . z}) durch steuernde Maßnahmen derart verändert wird, daß eine unter schiedliche Drehmomentabgabe der einzelnen Zylinder (Zyl_{1 . . . z}) angeglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Körperschallsensor ein nach dem piezoelektrischen Prinzip ar beitender Beschleunigungssensor eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfenster (MF_{1 . . . z}) einen vorgebbaren Bereich vor dem Oberen Totpunkt bis nach dem Oberen Totpunkt umfassen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfenster (MF_{1 . . . z}) in zylinderindividuellen Kennfeldern ei nes Speichers einer elektronischen Motorsteuerungseinrichtung abgelegt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Körperschallsensoren vorgesehen sind, wobei jeweils einem Sensor eine bestimmte Anzahl von Zylindern (Zyl_{1 . . . z}) der Brennkraftmaschine zugeordnet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale (KS_{1 . . . z}) des Körperschallsensors vor der Weiterver arbeitung in der Motorsteuerungseinrichtung gleichgerichtet und zylinderindividuell verstärkt werden, so daß unter allen Betriebsbedingungen ein auswertbarer Signalverlauf vorliegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Angleichung der unterschiedlichen Drehmomentabgaben durch ei ne Vor- oder Spätverlegung der Einspritzmenge erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzvorgang der Brennkraftma schine in eine Pilot- und eine Haupteinspritzung unterteilt wird, deren Charakteristik durch die Lage der Schwellenwerte (SW) des zugehörigen Brennbeginns zylinderindividuell erkannt und daraufhin verändert werden kann.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerte (SW) für die Unterscheidung einer Pilot- von einer Haupteinspritzung unterschiedlich gewählt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfenster (MF_{1 . . . z}) für eine Pilot- und eine Hauptein spritzung individuell unterteilt sind.