DE19950682A1 - Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, das in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine veränderbar ist, wobei mittels eines Klopfsensors ein zu hohes Verdichtungsverhältnis ermittelt wird, um daraufhin das Verdichtungsverhältnis unter die Klopfgrenze zu verringern, und wobei das Verdichtungsverhältnis anschließend wieder erhöht werden kann. Es ist vorgesehen, daß das Verdichtungsverhältnis (V) bei Überschreiten oder Erreichen der Klopfgrenze (L) um einen von dem Betriebszustand abhängigen vorgebbaren ersten Betrag (V1) über einen vorgebbaren ersten Zeitraum (t¶1¶-t¶0¶) verringert wird und daß anschließend das Verdichtungsverhältnis (V) um einen vorgebbaren zweiten Betrag (V2) über einen vorgebbaren zweiten Zeitraum (t¶2¶-t¶1¶) bis zum Erreichen oder Überschreiten der Klopfgrenze (L) erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 41 08 454 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, mit der der Schließzeitpunkt des Einlaßventils einer Brennkraftmaschine variiert werden kann, um das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine verändern zu können. Um ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu ermitteln, ist ein Klopfsensor vorgesehen, der bei der bekannten Brennkraftmaschine am Motorgehäuse angeordnet ist. Spricht der Klopfsensor an, liegt also ein zu hohes Verdichtungsverhältnis vor, wird mittels eines Verstellmechanismus' der Schließzeitpunkt für das Einlaßventil verändert. Wechselt der Betriebszustand wieder derart, daß ein höheres Verdichtungsverhältnis gefahren werden könnte, ist bei der bekannten Brennkraftmaschine vorgesehen, die Temperatur der Wand des Verbrennungsraums zu erfassen. Ist diese Temperatur unter einem vorgebbaren Wert, kann der Schließzeitpunkt des Einlaßventils verändert werden, wodurch das Kompressionsverhältnis wieder erhöht wird. Nachteilig bei dieser Brennkraftmaschine ist, daß die Steuerung beziehungsweise Regelung insbesondere zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses relativ träge arbeitet, da die Temperatur der Wand der Brennkammer sich relativ langsam ändert beziehungsweise die Temperaturerfassung relativ träge ist.
Aus der DE 198 04 988 C1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines im Viertakt arbeitenden Verbrennungsmotors bekannt. Das Verdichtungsverhältnis wird durch Veränderung des Öffnungs- und/oder Schließzeitpunktes des Einlaß- und/oder Auslaßventils variiert. Um das Verdichtungsverhältnis optimal einstellen zu können, sind verschiedene Sensoren vorgesehen, die die Verbrennung überwachen. So ist beispielsweise innerhalb des Brennraumes ein Ionenstromsensor vorgesehen. Außerdem wird ein als Körperschallsensor ausgebildeter Klopfsensor am Motorgehäuse angebracht. Es zeigt sich, daß aufgrund der Vielzahl von Sensoren, insbesondere bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen, ein hoher Informationsgehalt von den Sensoren bearbeitet beziehungsweise verarbeitet werden muß. Die Auswerteelektronik beziehungsweise Steuereinrichtung ist somit relativ aufwendig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine anzugeben, das die vorstehend erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine, das die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Diese Brennkraftmaschine weist ein variables Verdichtungsverhältnis auf, das in Abhängigkeit des Betriebszustand der Brennkraftmaschine veränderbar ist, wobei mittels eines Klopfsensors ein zu hohes Verdichtungsverhältnis ermittelt wird, um daraufhin das Verdichtungsverhältnis unter die Klopfgrenze zu verringern. Anschließend ist vorgesehen, das Verdichtungsverhältnis wieder zu erhöhen. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß das Verdichtungsverhältnis bei Überschreiten oder Erreichen der Klopfgrenze um einen von dem Betriebszustand abhängigen vorgebbaren ersten Betrag über einen vorgebbaren ersten Zeitraum verringert wird und daß anschließend das Verdichtungsverhältnis um einen vorgebbaren zweiten Betrag über einen vorgebbaren zweiten Zeitraum bis zum Erreichen oder Überschreiten der Klopfgrenze erhöht wird. Vorzugsweise erfolgt die Verdichtungsrücknahme um den ersten Betrag und/oder die Verdichtungsanhebung um den zweiten Betrag konstant fallend. Als grafische Darstellung in einem zweiachsigen orthogonalen Koordinatensystem, bei dem das Verdichtungsverhältnis über der Zeit aufgetragen ist, ergibt sich der Graph des Verdichtungsverhältnisses also mit sägezahnartigem Verlauf. Das Verdichtungsverhältnis wird zeitabhängig in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine um bestimmte vorgebbare Beträge abgesenkt und wieder angehoben. Das Verdichtungsverhältnis "pendelt" also ständig um die Klopfgrenze beziehungsweise liegt darunter. Dadurch, daß das Verdichtungsverhältnis also ständig im Bereich der Klopfgrenze abgesenkt und angehoben wird, ergibt sich in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine das maximal mögliche Verdichtungsverhältnis. Vorteilhaft ist bei dem Verfahren, daß lediglich die Meßwerte des Klopfsensors ausgewertet werden müssen, also aufwendige Verbrennungsüberwachungssensoren innerhalb des Brennraums nicht notwendig sind. Darüber hinaus vereinfacht sich auch der Steuerungs- beziehungsweise Regelaufwand, da lediglich das Signal des Klopfsensors verarbeitet werden muß.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß der erste Betrag und/oder der erste Zeitraum in Abhängigkeit von der Lastanforderung der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Je nachdem, in welchem Lastbereich die Brennkraftmaschine betrieben wird, ändert sich der erste Betrag und/oder der erste Zeitraum, so daß insgesamt steilere oder weniger steilere Kurvenabschnitte - betrachtet im Koordinatensystem - des sägezahnartigen Verlaufs des Verdichtungsverhältnisses vorliegen.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß der zweite Betrag und/oder der zweite Zeitraum in Abhängigkeit der Lastanforderung der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Ist also erkennbar, daß das Verdichtungsverhältnis im dynamischen Betrieb, also mit Lastwechselvorgängen, als Folge einer plötzlichen hohen Lastanforderung schnell zurückgenommen werden muß, müssen der erste Betrag und/oder der erste Zeitraum und/oder der zweite Betrag und/oder der zweite Zeitraum verändert werden, um der Forderung nach schneller Verdichtungsrücknahme folgen zu können. Es kann also vorgesehen sein, daß der erste Betrag erhöht wird und/oder der erste Zeitraum verkürzt wird, um eine schnelle Verdichtungsrücknahme mit nachfolgender Verdichtungsanhebung zu erzielen. Wird beispielsweise innerhalb, insbesondere am Ende, des ersten Zeitraums erneut ein Ansprechen des Klopfsensors beobachtet, wird der erste Betrag der Verdichtungsrücknahme erhöht, und zwar so oft, bis innerhalb des ersten Zeitraums der Klopfsensor nicht mehr anspricht. Danach wird der erste Betrag wieder auf seinen von dem Betriebszustand abhängigen Grundbetrag zurückgesetzt.
Soll das Verdichtungsverhältnis im dynamischen Betrieb als Folge einer plötzlichen niedrigeren Lastanforderung schnell angehoben werden, reicht die Verdichtungsanhebung um den zweiten Betrag innerhalb des zweiten Zeitraums möglicherweise nicht aus, um der Forderung nach schneller Verdichtungsanhebung folgen zu können. Wird also innerhalb, insbesondere am Ende, des zweiten Zeitraums kein Ansprechen des Klopfsensors beobachtet, erfolgt die Verdichtungsanhebung so oft mit einem höheren zweiten Betrag, bis der Klopfsensor beim Erhöhen des Versichtungsverhältnisses wieder anspricht. Dies wiederum führt zur Rücknahme des zweiten Betrags der Verdichtungsanhebung auf den dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeordneten Grundbetrag.
Es ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß bei Bestimmung des ersten Betrages, des ersten Zeitraums, des zweiten Betrages und/oder des zweiten Zeitraums Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Hierzu zählen beispielsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Kraftstoff-Einspritzmenge, Stellung des Pedalwertgebers, Luft-, Kühlmittel- und/oder Öltemperatur, Abgas- und/oder Katalysatortemperaturen, Umgebungsluftdruck, Ladedruck, Saugluftmassenstrom, Fahrgeschwindigkeit und/oder der Zündzeitpunkt.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einem zweiachsigen orthogonalen Koordinatensystem das Verdichtungsverhältnis über der Zeit.
In der Figur ist das Verdichtungsverhältnis V über der Zeit t wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß der zeitliche Verlauf des Verdichtungsverhältnisses V mit der Kurve K sägezahnartig verläuft, das heißt es gibt Kurvenabschnitte mit, vorzugsweise konstanter, positiver und, vorzugsweise konstanter, negativer Steigung. Die einzelnen Kurvenabschnitte der Kurve K können also durch Geraden gebildet sein.
Im in der Figur dargestellten Diagramm ist noch eine punktierte Linie L wiedergegeben, die als Kurve die vom Betriebszustand abhängige Klopfgrenze der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine wiedergibt. Die Linie L gibt also die Klopfgrenze wieder, bei der der hier nicht dargestellte Klopfsensor anspricht.
Beginnend bei einem beliebigen Startwert t0 wird über den Klopfsensor ermittelt, daß das Verdichtungsverhältnis V unterhalb der Klopfgrenze liegt, also eine gute Verbrennung vorliegt. Daher wird in einem ersten Zeitraum t1-t0 das Verdichtungsverhältnis V um einen betriebspunktabhängigen Betrag V1 erhöht, so daß sich ein Abschnitt der Kurve K mit konstanter positiver Steigung ergibt. Wird innerhalb des Zeitraumes t1-t0 die Klopfgrenze erreicht, überschreitet also das Verdichtungsverhältnis V die Klopfgrenze L, wird das Verdichtungsverhältnis V im nachfolgenden zweiten Zeitraum t2-t1 um einen zweiten Betrag V2 verringert, so daß sich also ein Abschnitt der Kurve K mit konstant negativer Steigung einstellt. An den zweiten Zeitraum t2-t1 schließt sich wieder ein erster Zeitraum t3 -t2 an, bei dem das Verdichtungsverhältnis V wieder um einen Betriebspunkt abhängigen Betrag erhöht wird, wie dies auch während des Zeitraums t1-t0 erfolgt.
Aus dem Diagramm in der Figur ist ersichtlich, daß sich an den Zeitpunkt t3 erste und zweite Zeiträume alternierend anschließen, wobei Kurvenabschnitte vorliegen, bei denen die Steigung, also der Quotient aus ΔV und Δt unterschiedlich ist, insbesondere abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine verändert wird.
Rein beispielhaft ist für den Verlauf des Verdichtungsverhältnisses V angenommen, daß im Zeitraum tA-t0 eine mittlere Last von der Brennkraftmaschine abgefordert wird. Im Zeitraum tB-tA wird die Brennkraftmaschine mit hoher Lastanforderung betrieben. Im tiefsten Kurvenpunkt liegt der Vollastbereich. Im Zeitraum tC-tB ist die Brennkraftmaschine im niedrigen Lastbereich in Betrieb.
Während des ersten Zeitraumes tn+1-tn wird das Verdichtungsverhältnis V um einen ersten Betrag V1' angehoben. Es ist ersichtlich, daß zum Zeitpunkt tn+1 die Klopfgrenze L noch nicht erreicht ist. Daraufhin wird im Zeitraum tn+2-tn+1 der Betrag, um den das Verdichtungsverhältnis V erhöht wird, auf den Wert V1" gesteigert; außerdem ist der Zeitraum tn+2-tn+1 kürzer als der erste Zeitraum tn+1-tn. Die Steigung in diesem Kurvenabschnitt ist also erhöht. Am Ende dieses Kurvenabschnittes zum Zeitpunkt tn+2 erreicht das Verdichtungsverhältnis V gerade die Klopfgrenze. Daraufhin erfolgt wieder eine Verdichtungsrücknahme um einen betriebspunktabhängigen zweiten Betrag während eines zweiten Zeitraumes.
Um das Verdichtungsverhältnis V anzupassen beziehungsweise zu verändern, ist vorgesehen, daß der Zeitpunkt, bei dem das Einlaßventil des Brennraums der Brennkraftmaschine schließt, verändert wird. Soll eine Verdichtungsrücknahme erfolgen, wird dieser Zeitpunkt - ausgehend von einem Basiszeitpunkt - in Richtung "Spät" verschoben. Für die Verdichtungsanhebung ist vorgesehen, daß der Zeitpunkt für das Schließen des Einlaßventils in Richtung "Früh" verstellt wird. Das heißt, daß der Schließzeitpunkt des Einlaßventils in Abhängigkeit von dem Ansprechen des Klopfsensors verändert wird. Damit ist es möglich, insbesondere im oberen, klopfgefährdeten Lastbereich der Brennkraftmaschine stets ein möglichst hohes Verdichtungsverhältnis zu erzielen, damit der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine günstig beeinflußt ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer zumindest einen Arbeitskolben aufweisenden Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, das in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine veränderbar ist, wobei mittels eines Klopfsensors ein zu hohes Verdichtungsverhältnis ermittelt wird, um daraufhin das Verdichtungsverhältnis unter die Klopfgrenze zu verringern, und wobei das Verdichtungsverhältnis anschließend wieder erhöht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichtungsverhältnis (V) bei Überschreiten oder Erreichen der Klopfgrenze (L) um einen von dem Betriebszustand abhängigen vorgebbaren ersten Betrag (V1) über einen vorgebbaren ersten Zeitraum (t1-t0) verringert wird und daß anschließend das Verdichtungsverhältnis (V) um einen vorgebbaren zweiten Betrag (V2) über einen vorgebbaren zweiten Zeitraum (t2-t1) bis zum Erreichen oder Überschreiten der Klopfgrenze (L) erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Betrag (V1) und/oder der erste Zeitraum (t1-t0) in Abhängigkeit der Lastanforderung der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Betrag (V2) und/oder der zweite Zeitraum (t2-t1) in Abhängigkeit der Lastanforderung der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des ersten Betrags, des ersten Zeitraums, des zweiten Betrags und/oder des zweiten Zeitraums Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - wenn innerhalb, vorzugsweise am Ende, des vorgebbaren zweiten Zeitraums die Klopfgrenze (L) überschritten oder erreicht ist - das Verdichtungsverhältnis (V) um einen erhöhten zweiten Betrag verringert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - wenn innerhalb, vorzugsweise am Ende, des vorgebbaren ersten Zeitraums die Klopfgrenze unterschritten oder erreicht ist - das Verdichtungsverhältnis (V) um einen erhöhten ersten Betrag (V1") vergrößert wird.
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