DE3912416C2 - - Google Patents

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.