DE3425378C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Diesel-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine ist wegen der Verdich­ tungszündung das Verdichtungsverhältnis zwei- bis dreimal so groß wie bei einer Otto-Brennkraftmaschine mit Funken­ zündung. Somit ist die während des Verdichtungshubes ge­ leistete Arbeit sehr groß. Dies führt bei niedrigen Ma­ schinendrehzahlen und niedriger Maschinenlast - etwa wäh­ rend des Leerlaufbetriebs - zu beträchtlichen Drehmoment- und/oder Drehzahlschwankungen und damit zu einer Zunahme der Motorvibration (vgl. Sankaido: "AUTOMOBILE ENGINEERING COMPLETION" Band 5 ("DIESEL ENGINES").

Da Diesel-Brennkraftmaschinen normalerweise keine Drossel­ klappe im Ansaugrohr aufweisen, werden die bei der Luft­ zufuhr entstehenden Geräusche ungedämpft an die Umgebung abgegeben. Dies führt insbesondere im Leerlaufbetrieb, wenn der Geräuschpegel im übrigen verhältnismäßig niedrig ist, zu einer als sehr unangenehm empfundenen Geräusch­ bildung. Zur Überwindung dieses Problems ist es bekannt, im Ansaugrohr der Diesel-Brennkraftmaschine ein oder mehrere Drosselklappen anzuordnen, mit denen bei niedriger Maschinendrehzahl und -last die Luftzufuhr gedrosselt wird, so daß das effektive Verdichtungsverhältnis und damit die vibrationsfördernden Kräfte verringert werden. Eine derartige Vorrichtung wird in der ungeprüften, ver­ öffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 56-76 156 sowie in einer Veröffentlichung der TOYOTA MOTOR CORPORATION "TOYOTA GIJUTSU" Band 32, Nr. 2, Seite 256 beschrieben.

Bei diesen herkömmlichen Vorrichtungen ergeben sich jedoch in Folge der Drosselung der Luftzufuhr und der damit verbundenen Verringerung des Verdichtungsverhält­ nisses Probleme hinsichtlich des Zündungs- und Verbren­ nungsverhaltens der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, daß der Verbrennungsvorgang in den einzelnen Verbrennungszyklen der Brennkraftmaschine sehr unter­ schiedlich abläuft. Dieser ungleichmäßige Verbrennungs­ ablauf und die Beeinträchtigung der Zündung führt häufig zu unerwünschten Motorvibrationen und/oder Drehmoment­ schwankungen. Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Vorrichtungen besteht darin, daß sich durch die Drosselung der Luftzufuhr ein fetteres Luft-Brennstoff-Verhältnis ergibt. Dies führt zu einem erhöhten Ausstoß von Stick­ oxiden.

Zur Behebung von Zündschwierigkeiten bei Diesel-Brennkraft­ maschinen ist es grundsätzlich bekannt, die Ansaugluft zusätzlich zu erwärmen. Gemäß der US-PS 26 33 698 wird die Ansaugluft während der Anlaßphase durch Aufladung, Abgasrückführung oder durch zusätzliche Heizaggregate erwärmt. In der DE-OS 27 43 788 ist es bekannt, die Temperatur der Maschine zu überwachen und die Glühkerzen auch während des Betriebs einzuschalten, wenn die Motor­ temperatur zu weit absinkt.

In der DE-OS 31 28 783 wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift wird im gedrosselten Zustand der Brennkraftmaschine bei niedriger Last eine Abgas­ rückführung vorgenommen. Hierdurch wird zwar eine gewisse Verbesserung des Laufverhaltens der Maschine erreicht, doch kann es in bestimmten Betriebszuständen dennoch zu einem ungleichmäßigen Verbrennungsablauf und somit zu Motorvibrationen kommen.

Aus GB-2 051 227A ist es bekannt, bei einer Diesel-Brennkraftmaschine im Leerlauf die Luftzufuhr zu drosseln und die Glühkerzen einzuschalten, um die Laufruhe des Motors zu verbessern und die Geräuschbildung zu verringern. Die Glühkerzen und die Drosselklappe werden hier in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Last sowie in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur und in Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur gesteuert. Eine Abgasrückführung ist bei dieser Brennkraftmaschine nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Diesel-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der speziell in dem Zustand, in dem das Gaspedal unbelastet ist und sich das Getriebe in der Neutral-Stellung befindet, eine einwandfreie Zündung und ein gleichmäßiger Verbrennungsablauf gewährleistet sind, so daß geringere Motorvibrationen auftreten, ohne daß in diesem Zustand die Gefahr einer Überhitzung der Glühkerzen besteht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Diesel-Brennkraft­ maschine mit einer Vorrichtung zur Schwin­ gungsdämpfung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 1B ist ein vergrößerter Schnitt durch wesentliche Teile der Dämpfungsvorrichtung aus Fig. 1A;

Fig. 2 zeigt eine Skizze einer Schaltung zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 ist eine Skizze ähnlich Fig. 2 und zeigt eine Steuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er­ findung.

Eine in Fig. 1A und 1B gezeigte Diesel-Brennkraftma­ schine 1 umfaßt einen Kolben 2, ein Luft-Einlaßventil 3, eine Vor-Brennkammer 4 und einen Luft-Einlaßkanal (Ansaugkrümmer) 5.

In der Vor-Brennkammer 4 sind eine Kraftstoff-Einspritz­ düse 6, eine Glühkerze 7 und ein Temperaturfühler 8 an­ geordnet, der die Temperatur der Luft in der Umgebung der Glühkerze 7 abtastet. Mit Hilfe der Glühkerze 7 wird die Ansaugluft innerhalb der Vor-Brennkammer 4 aufgeheizt.

In dem Ansaugkanal 5 ist eine Ansaug-Drosselklappe 9 vor­ gesehen. Ein Abgas-Rückführungskanal 10 ist mit seinem stromaufwärtigen Ende an einen Abgaskanal (Auspuffkrümmer, nicht gezeigt) und mit seinem stromabwärtigen Ende an den Ansaugkanal 5 angeschlossen. Die Mündung 23 des Rück­ führungskanals 10 in den Ansaugkanal 5 befindet sich strom­ abwärts der Drosselklappe 9. In dem Rückführungskanal 10 ist ein als Membranventil ausgebildetes Abgas-Rückführungs­ ventil 11 angeordnet, das die Mündung 23 des Rückführungs­ kanals unter der Kraft einer Feder 11B normalerweise ge­ schlossen hält und bei einem geeigneten Unterdruck in einer Ventilkammer 11A öffnet. Wenn der Ventilkörper 13A eines Magnetventils 13 sich in seiner oberen Extremstel­ lung in Fig. 1A, 1B befindet, so ist das Abgas-Rückfüh­ rungsventil 11 über eine Vakuumleitung 12 mit einem Ab­ schnitt des Ansaugrohres 5 stromabwärts der Drosselklappe 9 verbunden, da in diesem Fall die Einmündung 24 des Vakuumkanals 12 in das Magnetventil 13 elektrisch erregt ist und der Ventilkörper 13A nach oben bewegt wird, so wird die Drosselklappe 9 durch die Wirkung einer Ver­ bindungsstange 14A geschlossen. Wenn die Stromversor­ gung des Magnetventils 13 unterbrochen ist, wird die Drosselklappe 9 in der geöffneten Stellung gehalten durch die Wirkung einer Feder 13B, die den Ventilkör­ per 13A des Magnetventils nach unten vorspannt. In dieser Stellung des Magnetventils wird die Einmündung 24 des Vakuumkanals 12 durch den Ventilkörper 13A ge­ schlossen.

Die Glühkerze 7, der Temperaturfühler 8 und das Magnet­ ventil 13 sind Teil einer in Fig. 2 gezeigten Schaltung. Ein Neutral-Schalter 15 und ein Last-Schalter 16 zur Ab­ tastung einer niedrigen Maschinendrehzahl und einer nie­ drigen Maschinenlast sind in Reihe zwischen das Magnet­ ventil 13 und eine Batterie 14 geschaltet. Der Neutral- Schalter 15 und der Last-Schalter 16 sind geschlossen, wenn ein nicht gezeigter Getriebeschalthebel sich in der Neutral-Stellung befindet und wenn ein nicht gezeig­ tes Gaspedal sich in der vollständig unbetätigten Stel­ lung befindet. Eine Spule 17A eines Glüh-Relais 17 ist parallel zu der Spule des Magnetventils 13 geschal­ tet. Ein Stromzweig, der durch eine Serienschaltung des Temperaturfühlers 8 mit der Spule 18A eines Temperatur- Relais gebildet wird, ist parallel zu dem Magnetventil 13 geschaltet. Wenn die Temperatur der Glühkerze 7 einen vorgegebenen Wert überschreitet, schließt der Temperatur­ fühler 8 den Stromkreis, so daß ein elektrischer Strom durch die Spule 18A fließt, die daraufhin einen normaler­ weise geschlossenen Kontakt 18B öffnet. Die Glühkerze 7 ist über den normalerweise geschlossenen Kontakt 18B des Temperatur-Relais 18 und einen normalerweise offenen Kontakt 17B des Glühkerzen-Relais 17 mit der Batterie 14 verbunden.

Wenn der Getriebeschalthebel in die Neutral-Stellung bewegt und das Gaspedal freigegeben wird, so daß die Brennkraftmaschine im Leerlauf läuft, so sind der Neu­ tral-Schalter 15 und der Last-Schalter 16 geschlossen, und es fließt ein elektrischer Strom von der Batterie 14 durch die Spule des Magnetventils 13 und die Spule 17A des Glühkerzen-Relais. Somit wird das Magnetventil 13 erregt, und die Drosselklappe 9 wird mit Hilfe der Verbindungsstange 14A in die geschlossene Stellung bewegt. Zugleich wird der Vakuumkanal 12 an der Einmündung 24 geöffnet, so daß der durch das Schließen der Drossel­ klappe 9 stromabwärts derselben erzeugte Unterdruck an das Abgas-Rückführungsventil 11 gelangt. Auf diese Weise wird das Rückführungsventil 11 geöffnet. Der nor­ malerweise offene Kontakt 17B des Glühkerzen-Relais 17 ist geschlossen, so daß ein elektrischer Strom durch die Glühkerze 7 fließt, während der normalerweise geschlossene Kontakt 18B des Temperatur-Relais 18 in der geschlossenen Stellung verbleibt. Unter diesen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wird die Ansaugluftmenge durch die Drosselklappe 9 begrenzt, so daß der Verdichtungs­ druck wirksam gesenkt und Vibrationen vermieden werden. Da das Abgas-Rückführungsventil 11 die Mündung 23 des Rückführungskanals 10 freigibt, strömt Abgas aus dem Abgaskanal in den Ansaugkanal 5. Auf diese Weise wird die Emission unverbrannter Kraftstoffdämpfe vermieden und die Emission von Stickoxyden (NO_x) gesenkt. Eine Abnahme der Emission von Stickoxyden wird dadurch erreicht, daß durch die Zumischung von Abgas zu der Ansaugluft die maximale Verbrennungstemperatur gesenkt wird. Die stromdurchflossene Glühkerze 7 heizt die Ansaugluft in der Vor-Brennkammer 4 auf, so daß Unregelmäßigkeiten der Zündung vermieden werden, die andernfalls infolge der Drosselung der Ansaugluft auftreten könnten. Der Tempera­ turfühler 8 überwacht die Temperatur der Glühkerze 7 und läßt einen Strom durch die Spule 18A des Temperatur- Relais 18 fließen, wenn die abgetastete Temperatur der Glühkerzen einen vorgegebenen Wert überschreitet. Auf diese Weise wird der normalerweise geschlossene Kontakt 18B geöffnet und die Zufuhr elektrischer Leistung zu der Glühkerze 7 unterbrochen. Durch diese Maßnahme wird ein Durchschmelzen oder eine sonstige Beschädigung der Glühkerze 7 durch Überhitzung vermieden.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zusätz­ lich zu der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ein Stromzweig vorgesehen, der die Glühkerze 7 über einen Anlaßschalter 20 und eine Diode 21 mit der Batterie 14 verbindet. Der Anlaßschalter 20 steuert die Stromzufuhr zu einem Anlas­ ser 19. Bei dieser Schaltung wird somit der Glühkerze 7 während des Anlaßvorgangs ein elektrischer Strom zugeführt. Hierdurch wird das Anlaßverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Diesel-Brennkraftmaschine (1), mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung eines Betriebszustands, bei dem die Brennkraftmaschine mit niedriger Drehzahl und Last läuft, und zur Erzeugung eines entsprechenden Zustandssignals, einer auf das Zustandssignal ansprechenden Drosseleinrichtung mit einer Drosselklappe (9) zur Drosselung des Luftdurchsatzes im Ansaugkanal (5) der Brennkraftmaschine, einer auf das Zustandssignal ansprechenden Abgas-Rückführungseinrichtung (10, 11) zur Rückleitung eines Teils der Abgase der Brennkraftmachine in den Ansaugkanal (5) stromabwärts der Drosselklappe, einer Glühkerze (7) für jeden Zyinder der Brennkraftmachine und einem Anlaßschalter (20) zum Einschalten der Glühkerzen während des Anlassens der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung einen Neutral-Schalter (15), der geschlossen ist, wenn sich ein Getriebeschalthebel in der Neutral- Stellung befindet, und einen Last-Schalter (16) aufweist, der bei vollständig entlastetem Gaspedal geschlossen ist, wobei das Zustandssignal bei geschlossenem Neutral-Schalter und geschlossenem Last-Schalter erzeugt wird, und daß eine Glühkerzen-Steuereinrichtung für jede Glühkerze (7) einen in der Nähe derselben angeordneten Temperaturfühler (8) zur Überwachung der Temperatur der Glühkerze aufweist und unabhängig vom Zustand des Anlaßschalters (20) die Glühkerze eingeschaltet hält, solange das Zustandssignal vorliegt und die von dem Temperaturfühler (8) gemessene Temperatur einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerzen (7) und die Temperaturfühler (8) jeweils in einer Vor-Brennkammer (4) der Brennkraftmaschine angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühkerzen- Steuereinrichtung einen in Reihe mit den Glühkerzen (7) geschalteten, normalerweise geschlossenen Kontakt (18B) und eine Relaisspule (18A) umfaßt, die erregt wird und den normalerweise geschlossenen Kontakt (18B) öffnet, wenn der Temperaturfühler (8) eine oberhalb des vorgegebenen Wertes liegende Temperatur abtastet.