DE3920966A1

DE3920966A1 - Verfahren zum betrieb einer fremdgezuendeten fahrzeug-brennkraftmaschine und nach diesem verfahren betriebene fremdgezuendete fahrzeug-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3920966A1
Application number: DE3920966A
Authority: DE
Inventors: Van Richard Basshuysen; Guenter Dipl Ing Kroemer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1991-01-10
Also published as: JPH0343671A; US5033417A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Be trieb einer mit einem Abgaskatalysator versehenen fremdgezündeten Fahrzeug-Brennkraftmaschine sowie auf eine nach diesem Verfahren arbeitende Brennkraft maschine.

Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen, die zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges dienen, kann es insbesondere dann, wenn ein Kraftstoff mit zu niedriger Oktanzahl verwendet wurde, zu einer klopfen den Verbrennung kommen, welche die Brennkraftmaschine ernsthaft gefährden kann. Um eine derartige Gefährdung zu vermeiden, sind sogenannte Klopfregelungen bekannt geworden, bei denen ein Sensor eine klopfende Ver brennung erfaßt. Wenn eine bestimmte Anzahl von klopfenden Verbrennungen auftritt, wird der Zündwinkel zurückgenommen, d.h., der Zündzeitpunkt in Richtung auf Spätzündung verstellt, wodurch die Klopfneigung ver ringert wird. Treten wieder klopfende Verbrennungen auf, wird wieder der Zündwinkel verstellt. Wenn ein be stimmtes Maß an Verstellung überschritten wurde, dann wird nicht nur der Zündwinkel verstellt, sondern es wird auch das Kennfeld für die Grundeinstellung des Zündwinkels verstellt (Kennfeldanpassung). Dadurch läßt sich eine erwünschte hohe Verdichtung verwirklichen, die insbesondere im Teillastgebiet einen günstigen Kraftstoffverbrauch und gute Abgaswerte zur Folge hat, da die bei Vollast und hohen Drehzahlen auftretende Klopfneigung durch Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung auf Spätzündung verringert wird. Probleme ent stehen jedoch, wenn die Möglichkeit berücksichtigt werden muß, daß eine Brennkraftmaschine, die beispiels weise für einen Kraftstoff mit ROZ 98 ausgelegt ist, versehentlich oder in Ermangelung eines hochoktanigen Kraftstoffes mit einem Kraftstoff mit wesentlich ge ringerer Oktanzahl, beispielsweise ROZ 91 betrieben wird. Diese große Spanne läßt sich nicht mehr zu friedenstellend mit einer Verlegung des Zündzeitpunktes auf Spätzündung überbrücken, da eine einen bestimmten Wert überschreitende Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung auf Spätzündung einen starken Anstieg der Ab gastemperatur zur Folge hat, die den Katalysator ge fährdet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Brennkraftmaschine mit Kraft stoffen stark unterschiedlicher Oktanzahl ohne die Ge fahr eines Klopfens und ohne Gefährdung der Auspuffan lage betrieben werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeich net, daß nach Erreichen eines vorgegebenen Maximal wertes der Spätverstellung bei weiterem Klopfen im unteren Drehzahlbereich die Saugrohrlänge verkürzt und im oberen Drehzahlbereich die Saugrohrlänge vergrößert wird.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht, daß eine klopfende Verbrennung auch dann vermieden wird, wenn der Zündzeitpunkt nicht mehr weiter in Richtung auf Spätzündung verstellt werden kann, ohne die Abgasanlage und insbesondere den Abgaskatalysator thermisch zu gefährden, denn durch die Veränderung der Saugrohrlänge (Verkürzung im unteren Drehzahlbereich, Vergrößerung im oberen Drehzahlbereich) wird die Füllung und damit der Verdichtungsenddruck verringert. Es ist zwar bekannt, daß mit Verringerung der Füllung die Klopfneigung verringert wird, jedoch wird durch den erfindungsgemäßen Vorschlag bei einer Brennkraft maschine, die eine Saugrohranlage mit veränderlicher Saugrohrlänge hat, auf sehr einfache Weise und mit ge ringem zusätzlichen Aufwand diese Füllungsveränderung ermöglicht.

Aufgrund des Zusammenhanges zwischen Zündzeitpunkt und Abgastemperatur ist es möglich, die zulässige Abgas temperatur, bei der die Saugrohrlänge verändert werden soll, durch einen vorgegebenen Maximalwert der Spätver stellung zu definieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gemisch verdichtenden, fremdgezündeten Brennkraft maschine mit einer Saugrohranlage mit veränder licher Schwingrohrlänge, und

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem der Mitteldruck in Ab hängigkeit von der Drehzahl für zwei Schwing rohrlängen dargestellt ist.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine fremdgezündete, gemischverdichtende Brennkraftmaschine dargestellt ist, von der nur ein Zylinder 1 gezeigt ist, in welchem ein Kolben 2 verschiebbar ist, der mit einem Zylinderkopf 3 einen Arbeitsraum 4 mit veränder lichem Volumen begrenzt. Im Zylinderkopf 3 sind für jeden Zylinder ein von einem Einlaßventil 5 beherrsch ter Einlaßkanal 6, ein von einem Auslaßventil 7 be herrschter Auslaßkanal 8, eine Zündkerze 9 und ein Kraftstoff-Einspritzventil 15 angeordnet. An den Ein laßkanal 6 ist eine Saugrohranlage 10 angeschlossen, die ein Sammelsaugrohr 11 enthält, von dem für jeden Zylinder 1 ein langes Saugrohr 12 ausgeht, das in dessen Einlaßkanal 6 mündet. Das Sammelsaugrohr 11 ist an eine nicht gezeigte Ansaugleitung mit Luftfilter und Drosselklappe angeschlossen.

Die Schwingrohrlänge l₁ des langen Saugrohrs 12 ist so ausgelegt, daß im unteren bis mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein hohes Drehmoment erreicht wird. Um bei hohen Drehzahlen einen hohen Mitteldruck zu erreichen, wofür eine kürzere Schwingrohrlänge be nötigt wird, ist das Sammelsaugrohr 11 mit dem langen Saugrohr 12 an einer näher am Zylinder 1 liegenden Stelle durch eine Bypassöffnung 13 verbunden, die von einer Umschaltklappe 14 beherrscht ist. Die Umschalt klappe 14 ist im unteren bis mittleren Drehzahlbereich geschlossen, so daß die lange Schwingrohrlänge l₁ zur Wirkung kommt. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl Wird die Umschaltklappe 14 durch eine Stellvorrichtung 19 geöffnet, so daß nun die kurze Schwingrohrlänge l₂ wirksam ist. Diese Stellung der Umschaltklappe ist ge strichelt eingezeichnet.

An der Brennkraftmaschine ist an geeigneter Stelle ein Klopfsensor 16 angebracht, der beim Auftreten einer klopfenden Verbrennung im Arbeitsraum 4 Signale an eine Steuervorrichtung 17 zur Verstellung des Zündzeit punktes der Zündkerze 9 weiterleitet. In der Steuer vorrichtung 17 ist in üblicher Weise ein Zündwinkel- Kennfeld abgespeichert, das in Abhängigkeit der Dreh zahl n, dem Saugrohrdruck p, dem Anstellwinkel α der Drosselklappe und/oder anderen Parametern einen opti malen Zündwinkel einstellt, der möglichst nahe an der Klopfgrenze ist. Stellt der Klopfsensor 16 eine klopfende Verbrennung bestimmter Intensität fest, so wird durch die Steuervorrichtung 17 der Zündwinkel stufenweise in Richtung auf Spätzündung verstellt, bis die klopfende Verbrennung aufhört. Wenn ein bestimmtes Maß an Verstellung überschritten wird, dann wird nicht nur der Zündwinkel verstellt, sondern es wird auch das Kennfeld für die Grundeinstellung des Zündwinkels ver stellt (Kennfeldanpassung). Da durch die Verstellung des Zündwinkels in Richtung auf Spätzündung die Abgas temperatur ansteigt, kann die Zurücknahme des Zünd winkels nur bis zu einem bestimmten Wert erfolgen, ohne eine thermische Gefährdung der Auspuffanlage und ins besondere des in dieser angeordneten Abgaskatalysators 18 hervorzurufen. Wenn nun die Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff betrieben wird, dessen Oktanzahl er heblich unter dem Wert liegt, für den die Brennkraft maschine ausgelegt ist, so kann der Fall eintreten, daß bei Erreichen dieses Grenzwertes der Spätverstellung die klopfende Verbrennung nicht aufhört. Tritt dieser Fall im oberen Drehzahlbereich auf, in dem die Um schaltklappe 14 durch die Schaltvorrichtung 19 ge öffnet ist, so erhält die Schaltvorrichtung 19 von der Steuervorrichtung 17 ein Signal zum Schließen der Um schaltklappe 14. Es ist dann die Schwingrohrlänge l₁ wirksam, wodurch in diesem Drehzahlbereich der Mittel druck und entsprechend die Füllung und der Verdich tungsenddruck verringert und die klopfende Verbrennung beseitigt wird. Die Steuervorrichtung 17 kann nunmehr den Zündzeitpunkt stufenweise in die Richtung auf Früh zündung verstellen und nahe an der Klopfgrenze halten, womit die Brennkraftmaschine optimal mit der langen Schwingrohrlänge l₁, jedoch unter Inkaufnahme einer gewissen Leistungseinbuße, betrieben wird. Kann im unteren Drehzahlbereich die klopfende Verbrennung auch durch die vorher beschriebene Kennfeldanpassung nicht unterbunden werden, so wird die in diesem Drehzahlbe reich normalerweise geschlossene Umschaltklappe 14 ge öffnet, so daß die Schwingrohrlänge l₂ wirksam wird, wodurch wiederum der Mitteldruck und damit die Füllung und der Verdichtungsenddruck verringert wird, wie dies aus dem Diagramm von Fig. 2 hervorgeht.

Da sich die Klopfneigung der Brennkraftmaschine erst dann verringert, wenn höheroktaniger Kraftstoff getankt wird, bleibt die Umschaltklappe 14 bis zu diesem Zeit punkt geschlossen bzw. geöffnet. Da jeder Tankvorgang zwangsläufig ein Abstellen der Brennkraftmaschine er fordert, wird die Anordnung so getroffen, daß beim Wiederstarten der Mechanismus der Schaltvorrichtung 19, der auf das Signal der Steuervorrichtung 17 anspricht, deaktiviert wird, so daß die Umschaltklappe 14 ent sprechend dem Normalbetrieb bei Erreichen einer be stimmten Motordrehzahl geöffnet wird. Wenn dann trotz Erreichens des Grenzwerts der Spätverstellung eine klopfende Verbrennung auftritt, so ist dies ein Zeichen dafür, daß nach wie vor mit niedrigoktanigem Kraftstoff gefahren wird, und es wird in der vorher beschriebenen Weise die Umschaltklappe 14 betätigt.

Es sei nun auf das Diagramm von Fig. 2 Bezug genommen, in welcher der Mitteldruck in Abhängigkeit von der Drehzahl bei der umschaltbaren Saugrohranlage 10 dar gestellt ist. Dabei gibt die gestrichelte Linie den Mitteldruckverlauf mit der langen Schwingrohrlänge l₁ und die strichpunktierte Linie den Mitteldruckverlauf bei geöffneter Umschaltklappe 14, also mit der kurzen Schwingrohrlänge l₂, wieder. Bei einer Umschaltdrehzahl U von beispielsweise 3500 u/min ergibt sich somit der voll ausgezogene Mitteldruckverlauf A. Tritt beim Be trieb mit niedrigoktanigem Kraftstoff trotz größtmög licher Zurücknahme des Zündwinkels eine klopfende Ver brennung im unteren Drehzahlbereich auf, so wird die in diesem Drehzahlbereich normalerweise geschlossene Um schaltklappe 14 geöffnet, und der Mitteldruck sinkt auf den Wert der strichpunktierten Linie l₂. Tritt das Klopfen im oberen Drehzahlbereich auf, so wird durch Schließen der in diesem Drehzahlbereich normalerweise geöffenten Umschaltklappe 14 der Mitteldruck auf den Wert der gestrichelten Linie l₁ gesenkt. In beiden Fällen wird die Füllung und damit die Klopfneigung verringert.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer mit einem Abgaskatalysator versehenen fremdgezündeten Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffen mit stark unterschiedlicher Oktan zahl (ROZ), bei dem der Zündzeitpunkt beim Auftreten einer klopfenden Verbrennung in Richtung spät ver stellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen eines vorgegebenen Maximalwertes der Spätverstellung bei weiterem Klopfen im unteren Drehzahlbereich die Saugrohrlänge verkürzt und im oberen Drehzahlbereich die Saugrohrlänge vergrößert wird.

2. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 betriebene fremd gezündete Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einer Zünd einrichtung, einer Steuervorrichtung zur Verstellung des Zündzeitpunktes in Richtung spät durch Signale eines auf eine klopfende Verbrennung ansprechenden Klopfsensors, und einer einen Katalysator aufweisende Abgasanlage, gekennzeichnet durch

a) eine Saugrohranlage (10) mit veränderlicher Schwingrohrlänge, und
b) eine Stellvorrichtung (14, 19), welche einerseits die Schwingrohrlänge in Abhängigkeit von Betriebs parametern verändert und andererseits nach Er reichen eines bestimmten Maximalwertes der Spät verstellung im unteren Drehzahlbereich im Sinne einer Verkürzung der Schwingrohrlänge und im oberen Drehzahlbereich im Sinne einer Vergrößerung der Schwingrohrlänge betätigt wird.

3. Fremdgezündete Fahrzeug-Brennkraftmaschine nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugrohr anlage (10) einen längeren Saugrohrabschnitt (l₁) und einen bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl durch Öffnen einer Umschaltklappe (14) einschaltbaren kürzeren Saugrohrabschnitt (l₂) aufweist und die Stellvorrichtung (19) mit der Steuervorrichtung (17) für die Verstellung des Zündzeitpunktes derart ver bunden ist, daß sie nach Erreichen des Maximalwertes der Spätverstellung bei weiterem Klopfen im unteren Drehzahlbereich die Umschaltklappe (14) öffnet und im oberen Drehzahlbereich die Umschaltklappe (14) schließt.