DE3212669C2

DE3212669C2 -

Info

Publication number: DE3212669C2
Application number: DE3212669A
Authority: DE
Inventors: Bernward Dr.-Ing. Boening; Rainer 7143 Vaihingen De Bone; Rudolf 7144 Asperg De Nagel; Franz 7141 Schwieberdingen De Sellmaier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1982-04-05
Publication date: 1991-06-06
Also published as: DE3212669A1; JPH0353461B2; JPS58183845A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, zum Regeln von Brennkraftmaschinen Brenn raumsensoren zu verwenden, die den Brennraumdruck, das Brennraumlicht, einen Ionenstrom oder dgl. erfassen. Es ist weiter bekannt, in Abhängigkeit von dem in dieser Weise erzeugten Brennraumsignal ein Stellorgan der Brenn kraftmaschine einzustellen, beispielsweise eine Kraft stoffzufuhr, eine Zündung, eine Abgasrückführung oder einen Turbolader.

Aus der DE-OS 29 35 725 ist eine Vorrichtung zur Einstel lung einer Zündanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei der das Signal eines Ionen stromsensors im Brennraum der Brennkraftmaschine ausge wertet wird. Aus dem Ionenstromsignal wird der zeitliche Verlauf des Verbrennungsvorganges ermittelt, zum einen Bezugssignal in Bezug gesetzt und schließlich ein Korrektursignal zum Einstellen einer Frühzündung erzeugt.

Die bekannte Einrichtung gestattet jedoch nur eine grobe Korrektur durch Verstellung des Zündzeitpunktes, insbesondere werden Grenzzu stände an der Laufgrenze der Brennkraftmaschine nicht oder nur unvoll kommen erfaßt.

Aus der DE-OS 24 49 836 ist eine Einrichtung zur Regelung des Be triebsverhaltens einer Brennkraftmaschine bekannt, mit deren Hilfe die Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebszustand, beispielsweise an ihrer mageren Laufgrenze betrieben werden kann. Dazu wird über Sen soren der Zustand im Brennraum ermittelt, beispielsweise wird der Druck im Brennraum gemessen oder die Flammenlaufzeit. Da bekannt ist, daß die von den Sensoren ermittelten Zustände im Brennraum bei Annähe rung an die magere Laufgrenze stärker schwanken als im übrigen Be trieb, wird aus der Höhe dieser Schwankungen das Erreichen der mageren Laufgrenze erkannt und bei der Regelung berücksichtigt.

In der DE-OS 26 01 871 wird schließlich ein Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsablaufes eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors be schrieben, bei dem die im Motor ablaufenden Verbrennungsvorgänge ana lysiert werden. Dazu wird eine Ionisierungssonde im Brennraum des Ver brennungsmotors an einer von der Zündkerze möglichst weit entfernten Stelle angebracht und es wird gezählt, wie oft die Flammenfront wäh rend einer ersten Zeitspanne den Ionisierungssensor erreicht und wie oft die Flammenfront die Ionenisierungssonde innerhalb einer zweiten Zeitspanne erreichen. Die Zählergebnisse werden zueinander ins Ver hältnis gesetzt und zur Festlegung eines Verbrennungs-Qualitäts-Ver hältnisses verwendet.

Diese Vorgehensweise läßt schnelle und langsame Verbrennungen erkennen und ermöglicht, den Verbrennungsmotor im abgemagerten Bereich zu betreiben ohne daß eine Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens des Verbrennungsmotors auftritt. Weiterhin ist es auch möglich, Verbren nungsaussetzer zu erkennen.

Da beim bekannten Verfahren innerhalb von zwei Zeitintervallen mehrere Verbrennungsvorgänge analysiert und aufgezählt werden müssen, ist die Erkennung der vorliegenden Verbrennungen zu langsam.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Regeln einer Betriebsgröße einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die normale Verbrennungen, langsame Verbrennungen und Verbrennungsaus setzer zuverlässig und schnell erkennt und bei der Regelung der Be triebsgröße berücksichtigt, so daß die Brennkraftmaschine gefahrlos an der Laufgrenze betrieben werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, daß normale Verbrennungen, langsame Verbrennungen und Verbrennungsaussetzer defi niert erkannt werden und damit ein gezielter Eingriff in die Regelung der Brennkraftmaschine an deren Laufgrenze möglich ist. Damit kann die Brennkraftmaschine in einer Weise geregelt werden, bei der ein optima ler Kompromiß bezüglich Verbrauch, Abgas und Fahrkomfort zustande kommt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil hafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

So wird in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ein Ionenstrom-Sen sor verwendet, der in einer Serienzündkerze der Brennkraftmaschine in tegriert ist. Dabei kann auf erprobte Schaltungskonzepte zurückgegrif fen werden und es sind keine zusätzlichen Geber im Brennraum der Brennkraftmaschine erforderlich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine einfache logische Verknüpfung der in verschiedenen Zeitintervallen erzeugten Signale vorgenommen, so daß eine einfache Meß wertaufbereitung in einem Mikrocomputer möglich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Meßsignal eines Brennraumsensors bei normaler Verbrennung;

Fig. 2 ein Meßsignal bei langsamer Verbrennung;

Fig. 3 ein Meßsignal bei einem Verbrennungsaussetzer;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine Variante zu dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 bis 3 sind Meßsignale 10, 11, 12 über dem Kurbelwellenwinkel α dargestellt, wobei als Null punkt der Abzisse der obere Totpunkt OT gewählt ist. In Fig. 1 bis 3 ist als Beispiel eines derartigen Meß signales der Ionenstrom I eines Ionenstromsensors aufge tragen. Es versteht sich jedoch, daß auch andere, im Stand der Technik an sich bekannte Signale, wie Brenn raumdruck, Brennraumlicht, Brennraumtemperatur oder dgl. verwendet werden können.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, steigt das Ionenstromsignal I nach dem Zündzeitpunkt ZZp an, durchläuft vor dem oberen Totpunkt ein erstes Maximum, nach dem oberen Totpunkt ein zweites Maximum und fällt schließlich gegen Null ab. Er findungsgemäß werden nun zwei Zeitintervalle A, B definiert, wobei das erste Zeitintervall A mit dem wesentlichen Zeit raum der normalen Verbrennung zusammenfällt und das Zeit intervall B sich daran anschließt. Im zweiten Zeitinter vall B ist das Meßsignal 10 einer normalen Verbrennung näherungsweise gleich Null. Definiert man für das erste Zeitintervall A einen Schwellwert I₁ und für das zweite Zeitintervall B einen Schwellwert I₂, erkennt man leicht, daß der Schwellwert im Zeitintervall A überschritten und im Zeitintervall B nicht überschritten wird, sofern ein Meßsignal 10 einer normalen Verbrennung vorliegt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Meßsignal 11 einer lang samen Verbrennung tritt insbesondere im Zeitintervall B ein weiteres Maximum auf, so daß in diesem Zeitintervall B der Schwellwert I₂ überschritten wird.

Bei dem in Fig. 3 schließlich noch dargestellten Meß signal 12 eines Verbrennungsaussetzers ist weder im Zeit intervall A noch im Zeitintervall B ein Meßsignal vor handen, so daß keiner der Schwellwerte I₁, I₂ überschrit ten wird.

Erfindungsgemäß wird daher zum Unterscheiden der Meß signale einer normalen Verbrennung 10, einer langsamen Verbrennung 11 oder eines Verbrennungsaussetzers 12 eine logische Verknüpfung von Signalen vorgenommen, die dem Erreichen der Schwellwerte I₁, I₂ in den Zeitinter vallen A, B entsprechen.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bezeich net 20 den Brennraumsensor, vorzugsweise einen Ionen stromsensor in einer Serienzündkerze. Der Brennraumsen sor 20 ist in einer Brennraumwandung 21 angeordnet. Das Signal I wird einer Auswerteschaltung 22 zugeführt, die an einen Umschalter 23 angeschlossen ist. Eine Bezugs marke 24 steht mit einem Bezugsmarken-Sensor 25 in Wirkungsverbindung, der ein Bezugsmarkensignal BM er zeugt. Das Signal BM wird einer Auswerteschaltung 26, die eine Zeitsteuerung darstellt, zugeführt. Die Aus werteschaltung 26 bewirkt eine Zeitsteuerung des Umschal ters 23 in der Weise, daß im Zeitintervall A der Umschal ter 23 in der eingezeichneten Stellung und im Zeitin tervall B in der nicht eingezeichneten Stellung ist. In der eingezeichneten Stellung erzeugt der Umschalter 23 eine Verbindung zu einem ersten Komparator 27, dessen Vergleichseingang mit dem Schwellwert I₁ beschaltet ist. In der nicht eingezeichneten Stellung beschaltet er in entsprechender Weise einen zweiten Komparator 28, dem noch der Schwellwert I₂ zugeführt wird. Die Kompara toren 27, 28 sind auf Verzögerungsglieder 29, 30 geführt, in denen die Ausgangssignale der Komparatoren 27, 28 festgehalten werden, bis die Auswertung eines Brennraum zyklus abgeschlossen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird die logische Verknüpfung einmal durch ein NOR-Gatter 31 vollzogen, an dessen Eingänge die Ver zögerungsglieder 29, 30 angeschlossen sind, wobei das NOR-Gatter 31 an einen ersten Schalter 32 angeschlossen ist und das Verzögerungsglied 30 weiter an einen zweiten Schalter 33 angeschlossen ist. Die Schalter 32, 33 dienen zum Überbrücken von Widerständen 34, 35, die zusammen it einem Widerstand 36 einen Spannungsteiler bilden, n den ein Regelstrom I_R gelegt ist. Der Spannungsabfall n den Widerständen 34 bis 36 ist schließlich auf ein Stellorgan der Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Kraftstoffzufuhr 37 oder eine Zündung 38 geführt.

Die Wirkungsweise der in Fig. 4 dargestellten Vorrich tung ist wie folgt: Die Zeitsteuerung der Auswerteschaltung 26 bewirkt, daß das Signal I im Zeitintervall A im Komparator 27 mit dem Schwellwert I₁ und im Zeitintervall B im Komparator 28 mit dem Schwellwert I₂ verglichen wird. Bei normaler Verbrennung, entsprechend Fig. 1, wird der Schwellwert I₁ immer und der Schwellwert I₂ nie erreicht. Entsprechend liegt der Ausgang des Komparators 27 auf logisch 1 und der des Komparators 28 auf logisch 0. Damit ist das NOR-Gatter 31 gesperrt und beide Schalter 32, 33 sind in der eingezeichneten Stellung. Damit sind die Wider stände 34, 35 überbrückt und der vom Regelstrom I_R er zeugte Spannungsabfall am Widerstand 36 erzeugt das Regel signal, beispielsweise für die Kraftstoffzufuhr 37.

Erreicht nun die Brennkraftmaschine ihre Laufgrenze, werden zunächst langsame Verbrennungen einsetzen, dies drückt sich entsprechend Fig. 2 darin aus, daß der Schwellwert I₁ zwar noch erreicht wird, nunmehr aber auch der Schwellwert I₂. Damit bleibt das NOR-Gatter 31 weiter gesperrt und der Schalter 32 geschlossen, es öff net nun aber der Schalter 33, da der Komparator 28 von logisch 0 auf logisch 1 geht. Damit wird dem Widerstand 36 ein weiterer Widerstand 35 hinzuaddiert und das Regel signal für die Kraftstoffzufuhr 37 erhöht sich ent sprechend, so daß die Kraftstoffzufuhr erhöht wird.

Treten nun Verbrennungsaussetzer auf, gehen beide Kompa ratoren 27, 28 auf logisch 0, so daß nunmehr das NOR- Gatter 31 durchgesteuert und der Schalter 32 geöffnet wird. Der Widerstand 34 ist beispielsweise größer be messen als der Widerstand 35, so daß sich nun ein noch größerer Gesamtwiderstand ergibt, der zu einer weiteren Anhebung der Kraftstoffzufuhr führt.

Es versteht sich, daß die Anordnung der Widerstände 34, 35, 36 nur beispielhaft aufgeführt ist, um die Erhöhung der Kraftstoffzufuhr bei sich änderndem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu illustrieren. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch weitere Änderungen der Kennlinie des Stellorgans der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Erreichen der vorstehend beschriebenen Betriebszu stände möglich.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante der Vorrich tung gemäß Fig. 4 werden beim Erreichen der Betriebs zustände "langsame Verbrennung" und "Verbrennungsaus setzer" zwei Speicher, beispielsweise Flipflop 39, 40 gesetzt, die zyklisch von einem Mikrocomputer 41 abge fragt werden, dem das Bezugsmarkensignal BM zugeführt wird. Der Mikrocomputer 41 überprüft den Zustand der Flipflops 39, 40 zu Zeitpunkten, die vom Signal BM ab geleitet werden und den Zeitintervallen A, B entsprechen und stellt das jeweilige Stellorgan 37, 38 entsprechend nach.

Schließlich wird bei dem in Fig. 6 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch der Vergleich mit den Schwellwerten I₁, I₂ im Mikro computer 41 vorgenommen. Hierzu wird das Signal in einer für Mikrocomputer geeigneten Weise aufbereitet und zwar zweckmäßigerweise in einem Analog/Digital-Wandler 42. Am Ausgang des Wandlers 42 liegt nunmehr in digitaler Form das Augenblickssignal I an. Der Mikrocomputer 41 überprüft in Abhängigkeit vom Signal BM zyklisch das Signal des Wandlers 42 und überprüft zu Zeiten, die den Intervallen A, B entsprechen, diesen Augenblickswert und vergleicht ihn mit in einem Speicher vorgegebenen Schwellwert I₁, I₂. In Abhängigkeit vom Erreichen dieser Schwellwerte I₁, I₂ wird dann in der oben erläuterten Weise eines der Stellorgane 37, 38 beeinflußt.

In den vorstehend geschilderten Ausführungsbeispielen wurde beispielhaft eine Logik beschrieben, bei der späte Verbrennungen durch ein positives Signal im Intervall B und Verbrennungsaussetzer durch 0-Signale in beiden Intervallen A, B erkannt wurden. Es ist selbstverständ lich auch möglich, bei langsamen Verbrennungen ein 0-Signal im Intervall A und ein positives Signal im Intervall B zu erkennen oder sich bei der Erkennung von Verbrennungsaussetzern auf ein 0-Signal im Intervall A zu beschränken.

Es versteht sich weiter, daß für die nur beispielsweise angeführten Stellorgane 37, 38 verschiedene an sich bekannte Regler verwendet werden können, in bevorzug ter Ausgestaltung der Erfindung ein I-Regler. Weiterhin ist auch eine gemeinsame Beeinflussung der Stellorgane 37, 38 möglich, so daß gleichzeitig der Zündzeitpunkt und die Kraftstoffzufuhr und damit die Abgaszusammen setzung geregelt werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Regeln einer Betriebsgröße - z. B. Kraftstoffzufuhr menge, Zündzeitpunkt, Abgasrückführmenge - einer Brennkraftmaschine mit einem Brennraumsensor (20), der Meßsignale (10, 11, 12) entspre chend dem Verlauf des Verbrennungsvorgangs im Brennraum für die Ein stellung eines Stellorgans (37, 38) für die Betriebsgröße der Brenn kraftmaschine liefert, wobei zwei Zeitintervalle (A, B) definiert wer den und die Meßsignale (10, 11, 12) in den Zeitintervallen (A, B) zum Erkennen von langsamen Verbrennungen und Verbrennungsaussetzern ver wendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugsmarkensensor (25) vorgesehen ist, der ein einer bestimmten Kurbelwellenstellung entspre chendes Signal (BM) erzeugt, daß jeweils ausgehend von dem der be stimmten Kurbelwellenstellung entsprechenden Signal (BM) die zwei Zeitintervalle (A, B) definiert werden, die einen Zeitraum (A) ent sprechend einer normalen Verbrennung und einen zeitlich nachfolgenden Zeitraum (B) umfassen, daß die Meßsignale (10, 11, 12) in den Zeit intervallen (A, B) mit Schwellenwerten (I₁, I₂) verglichen werden und daß in Abhängigkeit vom Erreichen oder Nichterreichen der Schwel lenwerte (I₁, I₂) das Stellorgan (37, 38) verstellt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenn raumsensor (20) ein Ionenstromsensor, vorzugsweise in einer Zündkerze der Brennkraftmaschine ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen des Schwellenwertes (I₂) im zweiten Zeitintervall (B) eine langsame Verbrennung und bei Nichterreichen der Schwellenwerte (I₁, I₂) in beiden Zeitintervallen (A, B) ein Verbrennungsaussetzer er kannt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Erkennen einer langsamen Verbrennung die Kraft stoffzufuhr (37) um einen ersten Betrag und bei Erkennen eines Ver brennungsaussetzers die Kraftstoffzufuhr (37) um einen zweiten, größe ren Betrag erhöht wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß ein in Abhängigkeit vom Signal (BM) des Bezugsmar ken-Sensors (25) gesteuerter Umschalter (23) vorgesehen ist, über den die Meßsignale (10, 11, 12) einem ersten oder einem zweiten Komparator (27, 28) zuführbar sind und daß die Komparatoren (27, 28) über eine logische Verknüpfungsschaltung (31) mit dem Stellorgan (37, 38) ver bunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komparatoren (27, 28) auf Signalspeicher (29, 30, 39, 40) geführt sind, die zyklisch von einem Mikrocomputer (41) abgefragt werden, der das Stellorgan (37, 38) steuert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß die Meßsignale (10, 11, 12) über einen Analog/Digital-Wandler (42) direkt einem Mikrocomputer (41) zugeführt werden, der zyklisch die Meßsignale (10, 11, 12) zu vom Signal (BM) des Bezugsmarken-Sen sors (25) abgeleiteten und den Zeitintervallen (A, B) entsprechenden Zeitpunkten mit den vorgegebenen Schwellenwerten (I₁, E₂) ver gleicht.