DE3912416C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 37 04 837 A1 ist ein Kompensationsverfahren
für das Zylinderdrucksensor-Ausgangssignal bei einer
Brennkraftmaschine bekannt, bei dem das Auftreten eines
Nichtverbrennungszustandes des Brennkraftmaschinenbetriebs
bestimmt und der Motorzylinderdruck zu diesem
Zeitpunkt detektiert werden. Es wird ein Korrekturwert
dadurch ermittelt, daß der detektierte Motorzylinderdruck
mit einem Bezugswert verglichen wird. Das Sensorausgangssignal
wird dann während des Verbrennungsvorganges
mittels des Korrekturwertes korrigiert. Hierdurch
läßt sich eine Kompensation von Fehlern im Sensorausgangssignal,
die sowohl herstellungsbedingt als auch
durch Veränderungen im Betrieb begründet sein können, erreichen.
Der korrigierte Zylinderdruck dient zur Regelung
des Brennkraftmaschinenbetriebs.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung
für eine Verbrennungsmaschine zu schaffen, die
die Korrektur des Zylinderdruckprofils anhand fortlaufend
gemessener Werte durchführt, so daß eine optimale
Steuerung der Verbrennung auf der Basis dieses Druckprofils
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Steuervorrichtung für eine
Verbrennungsmaschine mit einer Druckmeßeinrichtung zur
Erfassung des Druckes in den Zylindern der Maschine,
einem Kurbelwinkelsensor zur Erfassung des Kurbelwinkels,
einer Abgleichvorrichtung zum Bestimmen von Korrekturwerten
für die Druckmeßeinrichtung zum Abgleichen des Ausgangssignals
der Druckmeßeinrichtung auf der Grundlage des
Korrekturwertes zur Wiedergabe des tatsächlichen Druckprofils
in den Zylindern und zum Bestimmen der Verbrennungsparameter
der Maschine auf der Grundlage des abgeglichenen
Druckprofils, und mit einer Steuervorrichtung zum Bestimmen
der Antriebssteuerparameter der Maschine auf der Grundlage
der Verbrennungsparameter und zum Steuern der Verbrennung
der Maschine auf der Grundlage der Antriebssteuerparameter,
erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Eine vorteilhafte
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ergibt
sich aus Anspruch 2.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Ansaugdrucksensor
zur Erfassung des Ansaugdruckes der Maschine
vorgesehen ist, daß die Abgleichvorrichtung den von der
Druckmeßeinrichtung zu jeder Zeit währenmd des Ansaugtaktes
gemessenen Druck in den Zylindern mit dem vom Ansaugdrucksensor
gemessenen Ansaugdruck vergleicht und weiterhin den
von der Druckmeßeinrichtung im oberen Totpunkt gemessenen
Druck im Zylinder mit dem Produkt aus dem Kompressionsverhältnis
der Maschine und dem vom Ansaugdrucksensor gemessenen
Ansaugdruck vergleicht, und daß die Steuervorrichtung der
Verbrennung normalerweise auf der Grundlage der jeweils bestimmten
Antriebssteuerparameter, jedoch bei vorbestimmten
Betriebszuständen der Maschine auf der Grundlage vorbestimmter
Parameter steuert.
Eine besondere Temperaturcharakteristik eines
Drucksensors ist bei der Korrektur des Zylinderdruckes
zweckmäßig zu berücksichtigen, so daß vorteilhaft ein
Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Druckmeßeinrichtung
vorgesehen ist, und das berechnete Produkt mit der
Temperaturcharakteristik der Druckmeßeinrichtung und jeder
durch den Temperatursensor festgestellten Temperaturänderung
der Druckmeßeinrichtung multipliziert wird.
Es wird üblicherweise ein piezoelektrisches Element als
Drucksensor verwendet. Ein piezoelektrisches Element hat
einen besonderen piezoelektrischen Modul und einen besonderen
Offset-Zustand, deren Einfluß in dem Ausgangssignal
des Elements eliminiert werden muß, um den tatsächlichen
Druck wiederzugeben. Da jedoch sowohl der
Modul als auch der Offset-Zustand sekulare Änderungen
machen und in Abhängigkeit von Temperaturänderungen des
Elements schwanken, ist es erforderlich zu wissen, wie
sie zum Zeitpunkt des Erfassens sind, um den tatsächlichen
Druck zu bestimmen, d. h. sie müssen auf einer geeigneten
Basis nachgeführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer
Steuervorrichtung,
Fig. 2 einen Teilschnitt mit einem
an einem Zylinder befestigten
Sensor, und
Fig. 3 ein Diagramm des Druckprofils
in einem Zylinder.
Eine Verbrennungsmaschine 1 mit vier Zylindern
ist gemäß Fig. 1 mit jeweils einem Druck
sensor 2 für jeden Zylinder ausgestattet.
Eine Schnittstellenschaltung 3 dient zur
Umwandlung der von den Drucksensoren 2
empfangenen Signale in Spannungssignale.
Ein Ansaugdrucksensor 4 erfaßt den Ansaug
druck der Maschine. Ein Temperatursensor 5
ist an der gleichen Stelle oder so nahe wie
möglich an den Drucksensoren 2 angeordnet.
Ein Kurbelwinkelsensor 6 dient zur Erfassung
des Kurbelwinkels der Maschine. Ein Analog-
Digital-Wandler 7 wandelt die Spannungs
signale von der Schnittstellenschaltung 3,
dem Ansaugdrucksensor 4 und dem Temperatur
sensor um in digitale Signale.
Eine Operationseinheit 8 bestimmt die Ver
brennungsparameter aus dem Druckprofil
in den Zylindern auf der Basis der Signale
aus dem A/D-Wandler 7 und dem Kurbelwinkel
sensor 6.
Eine Maschinensteuereinheit 9 berechnet die
Antriebssteuerparameter, wie den Zündzeit
punkt und das Luft/Brennstoff-Verhältnis,
auf der Grundlage von Ausgangssignalen
eines Luftdurchflußsensors 10 zur Erfassung
des Ansaugluftstroms, des Kurbelwinkelsensors
6, des Ansaugdrucksensors 4 und der Operations
einheit 8, und diese Parameter werden dann
als ein Zündsignal und ein Brennstoffeinspritz
signal zugeführt.
Ein Zünder 11 und eine Brennstoffeinspritz
vorrichtung 12 empfangen das Zündsignal
und das Brennstoffeinspritzsignal von der
Maschinensteuereinheit 9 und werden ent
sprechend betätigt, um die Maschinenzündung
und die Brennstoffeinspritzung durchzuführen.
Der Drucksensor 2 kann ein piezoelektrischer
Sensor beispielsweise in Form eines Ringes
sein, der, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zwischen
dem Zünder 102 und dem Zylinderkopf 101
an der Stelle, wo sich eine obere Wand des
Maschinenzylinders befindet, angeordnet ist.
Der Drucksensor 2 vom piezoelektrischen
Typ liefert eine elektrische Ladung in einer
der Größe des Drucks im Zylinder proportionalen
Menge. Die Schnittstellenschaltung 3 ist
daher geeignet, elektrische Ladungen in
Spannungssignale umzuwandeln, wenn sie in
Verbindung mit dem Drucksensor 2 vom piezo
elektrischen Typ verwendet wird.
Fig. 3 zeigt ein Druckprofil in einem Zylinder eines Satzes
von Zylindern, um die Funktion der Steuer
vorrichtung zu erläutern. Das Druckprofil
in einem Satz von Zylindern sollte unter
Berücksichtigung des Moduls und des Offset-
Zustands der Drucksensoren 2 bestimmt werden.
Wie zuvor erwähnt wurde, sind aus den ge
nannten Gründen der Modul und der Offset-
Zustand instabil und sollten erneuert werden,
um das tatsächliche Druckprofil in den
Zylindern wiederzugeben. Die vorliegende
Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung,
durch das der Modul und der Offset-Zustand
erneuert werden, wie im folgenden beschrieben
wird.
Während des Ansaugtaktes gemäß Fig. 3 sind
die Einlaßventile geöffnet und der Druck
in den Zylindern ist gleich dem in der Ansaug
leitung. Der Offset-Zustand der Sensoren 2
wird daher durch Vergleich des vom Druck
sensor 2 erfaßten Drucks mit dem vom Ansaug
drucksensor 4 erfaßten Druck PI zu jeder Zeit
während des Ansaugtaktes erhalten, zum Beispiel
in dem Zeitpunkt, in dem die Kurbelwelle sich
im unteren Totpunkt (BDC) während des Ansaug
taktes befindet, der vom Kurbelwinkelsensor 6
festgestellt wird. Diese Erneuerung des Offset-
Zustands des Drucksensors 2 kann während des
Betriebs der Maschine 1 erfolgen.
Das Verfahren zur Erneuerung des Moduls des
Drucksensors 2 wird nachfolgend beschrieben.
Für den Fall, daß keine Verbrennung in einem der
Zylinder stattfindet,
folgt das Druckprofil in den
Zylindern der gestrichelten Linie in Fig. 3,
bei der der Druck in den Zylindern den
Maximalwert PT im Zeitpunkt des oberen Tot
punkts (TDC) erreicht, da der durch Verbrennung zu erzeugende Druck nicht auftritt. Der Maximaldruck PT
in dem Fall, daß keine Verbrennung stattfindet,
wird als Produkt aus dem Druck in den Zylindern
während des Ansaugtaktes, d.h. dem Ansaugdruck
PI, und dem Kompressionsverhältnis ε der
Maschine, das zuvor bestimmt wurde (PT = ε × PI) ,
angesehen.
Die Maschinensteuereinheit 9 erfaßt den
Zustand der fehlenden Verbrennung, wie zur
Zeit des Anlassens der Maschine 1 beim
Starten oder bei einer Brennstoffunter
brechung während einer Abbremsung. Während
der Zeit, in der keine Verbrennung statt
findet, wird der Modul der Drucksensoren 2
auf der Grundlage der vorstehenden Berechnung
erneuert, die zur Zeit des vom Kurbelwinkel
sensor 6 festgestellten oberen Totpunktes
gemacht wurde.
Der Drucksensor 2 hat eine Temperaturcharakte
ristik, die seine Fähigkeit zur genauen
Erfassung des Druckes beeinträchtigen könnte,
wenn die Temperatur des Drucksensors 2
sich infolge von Änderungen des Zustands
der angetriebenen Maschine 1 ändert. Um
diesem Einfluß der Temperaturcharakteristik
auf das Ergebnis der Druckerfassung durch
den Drucksensor 2 zu eliminieren, nimmt die
Operationseinheit 8 eine Modifikation des
Ergebnisses der obigen Berechnung (PT = ε × PI)
vor durch Verwendung des Produkts aus dem
Ergebnis der Berechnung, der Temperatur
charakteristik (k) des Drucksensors 2, die
vorher bekannt ist, und einer vom Temperatur
sensor 5, der so nahe wie möglich am Druck
sensor 2 angeordnet ist, erfaßten Temperatur
änderung (Δ t) (PT = k × Δ t × ε PI).
Durch die Erneuerung des Moduls und des
Offset-Zustands des Drucksensors 2 auf einer
geeigneten Basis kann eine genaue Messung des
Drucks in den Zylindern während der Zeit, in der
eine Verbrennung im Zylinder stattfindet,
erreicht werden.
Ein Zustand ohne Verbrennung tritt bei
spielsweise auf während des Anlassens
beim Starten der Maschine 1, während der
Brennstoffunterbrechung beim Abbremsen oder
während einer Brennstoff- oder Zündunter
brechung zum Zwecke der Vermeidung einer
Überdrehzahl. Die Bestimmung der geeigneten
Antriebssteuerparameter könnte aufgrund der
auf der Basis des gemessenen Drucks in den
Zylindern bestimmten Verbrennungsparameter
versagen. Derartig ungenügende Antriebssteuer
parameter könnten dazu führen, daß der ge
eignete Bereich für die Steuerung der Antriebs
steuerparameter verlassen wird und hierdurch
ein vorübergehendes Versagen der Steuerung
der Maschine 1 nach Wiederherstellung der
Verbrennung auftritt.
Die Maschinensteuereinheit 9 unterbricht die
Steuerung auf der Grundlage der gemäß den
von der Operationseinheit 8 geliefertern
Verbrennungsparametern bestimmten Antriebs
steuerparameter, wenn keine Verbrennung
stattfindet. Statt dessen führt die Maschinen
steuereinheit 9 während dieser Zeit die
Steuerung der Maschine 1 auf der Grundlage
der vorbestimmten Parameter durch.
Wie erläutert wurde, kann eine optimale
Steuerung auf der Grundlage des erfaßten
Druckes in den Zylindern dadurch erzielt
werden, daß die Steuervorrichtung so ausgebildet
ist, daß der Modul und der Offset-Zustand
des Drucksensors auf einer geeigneten
Basis erneuert werden, und daß die Steuerung
auf der Basis der aufgrund der Verbrennungs
parameter bestimmten Antriebssteuer
parameter unterbrochen und statt dessen
anschließend auf der Basis der vorbestimmten
Parameter durchgeführt wird.
Claims (2)
1. Steuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine
mit einer Druckmeßeinrichtung zur Erfassung des
Druckes in den Zylindern der Maschine, einem
Kurbelwinkelsensor zur Erfassung des Kurbelwinkels,
einer Abgleichvorrichtung zum Bestimmen
von Korrekturwerten für die Druckmeßeinrichtung
zum Abgleichen des Ausgangssignals der Druckmeßeinrichtung
auf der Grundlage des Korrekturwertes
zur Wiedergabe des tatsächlichen Druckprofils
in den Zylindern und zum Bestimmen der Verbrennungsparameter
der Maschine auf der Grundlage
des abgeglichenen Druckprofils, und mit einer
Steuervorrichtung zum Bestimmen der Antriebssteuerparameter
der Maschine auf der Grundlage
der Verbrennungsparameter und zum Steuern der
Verbrennung der Maschine auf der Grundlage der
Antriebssteuerparameter,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ansaugdrucksensor (4) zur Erfassung des
Ansaugdruckes der Maschine vorgesehen ist, daß
die Abgleichvorrichtung (8) den von der Druckmeßeinrichtung
zu jeder Zeit während des Ansaugtaktes
gemessenen Druck in den Zylindern mit dem
vom Ansaugdrucksensor gemessenen Ansaugdruck
vergleicht und weiterhin den von der Druckmeßeinrichtung
(2) im oberen Totpunkt gemessenen
Druck im Zylinder, wenn keine Verbrennung stattfindet,
mit dem Produkt aus dem Kompressionsverhältnis
der Maschine (1) und dem vom Ansaugdrucksensor
(4) gemessenen Ansaugdruck ver
gleicht, und daß die Steuervorrichtung die Verbrennung
normalerweise auf der Grundlage der
jeweils bestimmten Antriebssteuerparameter, jedoch
bei vorbestimmten Betriebszuständen der
Maschine (1) auf der Grundlage vorbestimmter
Parameter steuert.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Temperatursensor (5) zur Erfassung der
Temperatur der Druckmeßeinrichtung (2) vorgesehen ist
und daß das berechnete Produkt mit der Temperaturcharakteristik
der Druckmeßeinrichtung (2) und jeder
durch den Temperatursensor (5) festgestellten Temperaturänderung
der Druckmeßeinrichtung (2) multipliziert
wird.
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