DE3106579C2

DE3106579C2 -

Info

Publication number: DE3106579C2
Application number: DE3106579A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl.-Ing. 7130 Muehlacker De Bonitz; Robert Ing.(Grad.) 7141 Benningen De Entenmann; Rochus 7014 Kornwestheim De Knab; Bernhard 7000 Stuttgart De Miller; Siegfried Dr.-Ing. 7141 Schwieberdingen De Rohde; Herbert Dr.-Ing. 7000 Stuttgart De Schramm; Walter Dipl.-Ing. 7132 Illingen De Viess
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-02-21
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1991-04-18
Also published as: DE3106579A1; JPS57153968A; JPH0333918B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Aufladung einer Brennkraftmaschine dient dazu, die Füllung der Zylinder zu verbessern und die spezifische Leistung eines Motors anzuheben. Allerdings stößt die Aufladung beim Otto-Motor schnell an Grenzen, da mit der Aufladung die Klopfneigung zunimmt. Klopfen bedeutet das Auftreten von unkontrollierten Verbrennungen im Zylinder. Als Folge davon kann es zu thermischer und mechanischer Überbelastung kommen, was für leistungsstarke und empfindliche Brennkraftmaschinen kritisch werden kann.

Angesichts dieser Gefahr für die Brennkraftmaschine gehört es bereits zum Stand der Technik, den Ladedruck in Abhängigkeit von der Klopfgrenze der Brennkraftmaschine über einen elektronischen Regler und ein Elektromagnetventil ständig dem Grenzwert des Motors anzupassen. Dies bedeutet, daß nach Auftreten von Klopfen das Magnetventil zur Ladedruckabsenkung geöffnet wird und dies wiederum dem Klopfen entgegenwirkt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein grobes Übersichtsschaubild einer aufgeladenen Brennkraftmaschine und eine Einrichtung zum Bestimmen der Steuergrößen,

Fig. 2 Diagramme zum Erläutern der Erfindung und

Fig. 3 und 4 je ein Blockschaltbild zweier Steuergeräte zur Steuerung des Zündwinkels und des Ladedrucks bzw. der Regelung dieses Ladedrucks. Über den Ladedruck wird der Liefergrad des Motors beeinflußt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in grobschematischer Darstellung eine mit Aufladung betriebene Brennkraftmaschine zusammen mit einem Steuergerät für die wesentlichsten Steuergrößen. Mit 10 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, mit 11 ihr Luftansaugrohr und mit 12 ihre Abgasleitung. Bezugsziffer 13 markiert einen Abgasturbolader, dessen Turbinenstufe im Abgas- und dessen Ladestufe im Ansaugluftstrom liegen. Ein Bypaßventil 14 schafft eine steuerbare Verbindung im Abgasstrang parallel zur Turbinenstufe. Es ist elektromagnetisch erregbar und erhält seine Ansteuersignale aus einem Steuergerät 15. Eingangsgrößen für dieses Steuergerät 15 sind Signale von einem Drehzahlsensor 16, einem Fahrpedalstellungsgeber 17, einem Bezugsmarkengeber 18, einem Ladedrucksensor 19 sowie wenigstens einem Klopfsensor 20. Das Steuergerät 15 verarbeitet die verschiedenen Eingangsgrößen und liefert ausgangsseitig zusätzlich zum Ansteuersignal für das Abblaseventil 14 Einspritz- und Zündsignale an Ausgängen 21 und 22.

Die in Fig. 1 gezeigte prinzipielle Anordnung ist hinlänglich bekannt. Auch für das Steuergerät sind bereits verschiedene Lösungsmöglichkeiten mit analoger und digitaler Signalverarbeitung bekanntgeworden. Wesentlich bei diesem Gegenstand nach Fig. 1 ist das Zusammenspiel der Ausgangssignale für das Abblaseventil 14 und die Zündung nach dem Erkennen von Klopfen.

Der diesbezüglichen Erläuterung dienen die einzelnen in Fig. 2 dargestellten Kurvenzüge.

In Fig. 2a ist das Ausgangssignal einer Klopfsignalerkennungsstufe über der Zeit aufgetragen. Eine Klopfsignalerkennungsstufe ist deshalb erforderlich, weil aus den verschiedenen Erschütterungen, die eine Brennkraftmaschine erfährt, diejenigen herausgefiltert werden müssen, die ihren Urprung in den eingangs erwähnten unkontrollierten Verbrennungen haben. In der Regel geschieht dies mittels Kopplung der Signale vom Bezugsmarkengeber 18 und dem Klopfsensor 20, da die Klopfsignale in der Regel nur in einem bestimmten Zeit- bzw. Winkelbereich, bezogen auf den oberen Totpunkt eines Kolbens, auftreten. Klopfsignalerkennungsstufen gehören ebenfalls zum Stand der Technik und bestehen im wesentlichen aus einem Schwellwertschalter, so daß hier nicht näher auf ihren Aufbau im einzelnen eingegangen zu werden braucht.

Der Einfachheit halber wird nach der Darstellung von Fig. 2a davon ausgegangen, daß Klopfen nur in einem scharf begrenzten Bereich auftritt.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, unmittelbar nach dem Auftreten von Klopfen das Abblaseventil 14 der Anordnung von Fig. 1 zu öffnen und gleichzeitig die Zündung zurückzunehmen. Dargestellt ist dies in den Fig. 2b und 2c. Dabei ist in Fig. 2b das Ansteuersignal für das Abblaseventil 14 gestrichelt gezeichnet, während der Druckverlauf ausgezogen verzögert folgt. Erkennbar ist der relativ langsame Druckabfall im Vergleich zum abrupten Schalten des Abblaseventils.

Nach Fig. 2c wird gleichzeitig mit Auftreten von Klopfen der Zündwinkel für etwa 15 Verbrennungsvorgänge um etwa 3° nach Spät verstellt, was ebenfalls in bekannter Weise dem Klopfen einer Brennkraftmaschine entgegenwirkt. Diese kleine ZZP-Verschiebung reicht aber oft nicht aus, aus dem gefährdeten Betriebsbereich herauszukommen. Eine größere ZZP-Verschiebung führt unter Umständen durch eine zu hohe Abgastemperatur zur thermischen Überlastung des Laders. In Verbindung mit der Ladedruckabsenkung und damit einer Verminderung des Füllungsgrades läßt sich diese thermische Belastung während der Spätverstellung jedoch in Grenzen halten.

Bei einem bestimmten Brennkraftmaschinentyp hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Spätverstellung für mindestens 15 Verbrennungsvorgänge aufrechtzuerhalten und dann stufenweise wieder auf den alten Wert zurückzufahren, sofern Klopfen nicht mehr auftritt. Den Ladedruck läßt man nach der Darstellung von Fig. 2b vorzugsweise mit einer größeren Zeitkonstanten auf den Ausgangswert zurückkehren. Dies deshalb, weil Änderungen des Ladedrucks in gleicher Weise Änderungen des abgegebenen Drehmoments bewirken und somit schnelle Änderungen zu Verschlechterungen des Fahrverhaltens führen. Durch die Erfindung ist es möglich, über die schnelle Verstellung des Zündzeitpunktes dem Klopfen sehr schnell entgegenzuwirken und über die langsamere Absenkung des Ladedrucks einerseits das dynamische Verhalten des Motors nicht spürbar zu verschlechtern, andererseits aber eine thermische Überlastung der Turbinenstufe zu vermeiden.

In der Regel werden Zündzeitpunkt und Ladedruck betriebskenngrößenabhängig gewählt, und die einzelnen Werte sind in Kennfeldern, wie z. B. in Fig. 2d, abgelegt. Diese gespeicherten Werte werden jeweils nach Ende des Klopfens wieder mit entsprechenden Zeitkonstanten angefahren.

Gegebenenfalls können diese Werte rechnergesteuert korrigiert werden. Diese lernenden Regelungssysteme gehören ebenfalls zum Stand der Technik. Ihr Hauptkriterium ist, daß die einzelnen Kennfeldwerte während des Betriebes fortlaufend mit einem neuen, für den jeweiligen Betriebsfall optimalen Wert überschrieben werden, so daß immer neueste Werte für die Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.

Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zum Bestimmen der Steuergrößen Zündwinkel und Abblaseventil- Ansteuersignal, ausgehend von den einzelnen Eingangsgrößen. Mit 25 ist ein Rechner bezeichnet, der wenigstens zwei Kennfelder 26 für den Zündwinkel und den Ladedruck mitumfaßt. Eingangsgrößen sind die Ausgangssignale des Drehzahlsensors 16, des Fahrpedalstellungsgebers 17 sowie des Bezugsmarkengebers 18. Die Klopfsignale zweier Klopfsensoren gelangen über Eingänge 27 und 28 zusammen mit einem Zylindererkennungssignal über einen Eingang 29 zu einer Auswerteschaltung 30 für die Klopfsignale. Zusätzlich erhält diese Auswerteschaltung 30 vom Rechner 25 ein sogenanntes Meßfenstersignal über einen Eingang 31, das der Erfassung der Signale von den Klopfsensoren nur zu bestimmten Kurbelwellenwinkeln dient, um in der Erkennung des Klopfens sicher zu sein. An einem Ausgang 32 gibt die Auswerteschaltung 30 ein Signal ab, welches dem Kurvenzug von Fig. 2a entspricht. Ausgangsseitig ist dem Rechner 25 noch für das Ansteuersignal des Abblaseventils 14 eine Endstufe 34 zugeordnet. Die entsprechenden Signale sind in der Regel Impulslängen moduliert und erlauben auf diese Weise eine kontinuierliche Steuerung des Druckes im Luftansaugrohr.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Steuerung des Ladedrucks vorgesehen, d. h., daß eine Rückmeldung des Ladedrucks nicht stattfindet. Infolgedessen können beim Gegenstand nach Fig. 3 die bekanntlich bei einer Steuerung auftretenden Nachteile eintreten. Es ist eine Frage des jeweiligen Kosten- Nutzen-Verhältnisses bzw. der Notwendigkeit, ob bei einem bestimmten Brennkraftmaschinentyp diese Steuerung ausreicht.

Wird eine höhere Genauigkeit verlangt, dann empfiehlt es sich, den Ladeluftdruck zu regeln. Dargestellt ist die Grundanordnung in Fig. 4. Dort weist im Vergleich zur Darstellung von Fig. 3 der Rechner 25 lediglich noch einen weiteren Eingang für ein Drucksignal vom Ladedrucksensor 19 des Gegenstandes von Fig. 1 auf. Im übrigen ist die Anordnung identisch mit derjenigen von Fig. 3.

Wesentlich ist bei der oben beschriebenen Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine, daß beim Auftreten von Klopfen das Abblaseventil im Luftansaugrohr offengesteuert und gleichzeitig der Zündzeitpunkt zurückgenommen wird. Dies ermöglicht den Betrieb der Brennkraftmaschine in Grenzbereichen des Klopfens, da eine äußerst schnelle Raktion im Anschluß an das Auftreten des Klopfens sichergestellt ist.

Besonders bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen hat sich diese Regelungsart als nicht optimal erwiesen, weil der Ladedruck nicht trägheitslos dem Regelungseingriff folgt und somit das Klopfen nicht sofort nach Klopferkennung unterbunden werden kann. Bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen können somit noch für einige Umdrehungen Klopferscheinungen auftreten, was unter Umständen gerade bei empfindlichen Maschinen die Grenzbelastung überschreiten läßt. Aus der Druckschrift Buick's Turbocharged V-6 Powertrain For 1978, 27. Februar bis 3. März 1978, ist bekanntgeworden, das Auftreten von Klopfen bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader dadurch zu verhindern, daß der Zündzeitpunkt beim Auftreten von Klopfen zurückgenommen wird, um so eine Zerstörung des Motors zu verhindern. Insbesondere bei starkem Klopfen ist es jedoch erforderlich, daß der Zündzeitpunkt sehr weit zurückgenommen werden muß, was dazu führt, daß nun das zündende Gas andersartig verbrannt wird, was unter Umständen zu erhöhten giftigen Rückständen bei der Verbrennung führt.

Aus der DE-OS 29 06 243 ist es bekannt, die Zündung adaptiv beim Auftreten von Klopfen zu verstellen. Tritt bei einem bestimmten Drehzahlbereich unter einer bestimmten Last Klopfen auf, so wird der Zündwinkel so verstellt, daß das Klopfen verschwindet. Hinweise auf die Klopfregelung von Brennkraftmaschinen mit Turbolader sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen. Schließlich zeigt die DE-OS 29 25 770 eine Steuervorrichtung für den Zündzeitpunkt einer Brennkraftmaschine, bei der mittels eines einzigen Klopfsensors eine zylinderindividuelle Zündzeitpunktverstellung möglich ist.

Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, bei Brennkraftmaschinen mit Turbolader ein auftretendes Klopfen schnell und ohne Verzögerungen zu verhindern und dabei eine weitgehende Verstellung des Zündzeitpunktes zu vermeiden.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine wird auf das Klopfen sehr schnell reagiert, da einerseits die schnell wirkende Zündzeitpunktverstellung mit der etwas langsamer reagierenden Ladedruckverstellung zusammenarbeitet. Durch die schnelle Reaktion auf das Auftreten des Klopfens wird erreicht, daß auch hochempfindliche Maschinen an der Grenzbelastung ohne Sicherheitsabstand betrieben werden können, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Weiterhin wird erreicht, daß nach dem Greifen der Ladedruckreduktion eine weitere Zurücknahme des Zündzeitpunktes nicht erforderlich ist, da dann durch die Reduktion des Ladedrucks bereits eine hinreichende Verhinderung von Klopfen gegeben wird. Da nunmehr der Zündzeitpunkt recht schnell auf seinen Normalwert zurückgeführt werden kann, wird verhindert, daß unsauber verbrannte Abgase in erhöhtem Maß in die Umwelt gelangen, so daß die entsprechend ausgestatteten Fahrzeuge besonders umweltfreundlich zu betreiben sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Claims

1. Einrichtung zum Bestimmen von Steuergrößen einer mit Aufladung betriebenen Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Klopfsensor und einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Zündwinkels, wobei im Anschluß an das Auftreten von Klopfsignalen der Zündwinkel zurückgenommen wird und nach Ende des Klopfens die Zündwinkelwerte wieder auf ihren Sollwert einstellbar sind, und mit einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Ladedrucks, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Zurücknahme des Zündwinkels der Ladedruck zurückgenommen wird und daß der Zündzeitpunkt mit einer kürzeren Zeitkonstante auf den Normalwert zurückgeführt wird als der Ladedruck.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung jeder der beiden Größen abhängig von Betriebsbereichen des Motors erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündzeitpunkt vorzugsweise für etwa 15 Zündvorgänge um etwa 3° zurückgenommen und anschließend kontinuierlich oder stufenförmig zum Normalwert geführt wird.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klopferkennung zylinderweise erfolgt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Normalwerte für Zündwinkel und Ladedruck betriebskenngrößenabhängig aus Speichern abrufbar sind.