DE4341796A1

DE4341796A1 - Verfahren zur Regelung der Verbrennung im Brennraum einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4341796A1
Application number: DE4341796A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Herden; Matthias Dipl Ing Kuesell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-09-14
Also published as: WO1995016196A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung der Verbren nung im Brennraum einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 37 36 430 ist schon ein Verfahren zur Regelung des Zündwinkels zur Einstellung einer gewünschten Verbren nungslage bei einer Brennkraftmaschine auf der Grundlage der erfaß ten Verbrennungslage bekannt. Die Lage der Verbrennung ist dabei durch den Zeitpunkt gekennzeichnet, bei dem 50% der Energie der Zylinderladung umgesetzt sind. Die Verbrennungslage wird aus dem Brennraumdruck errechnet, wobei diese Berechnung jedoch sehr auf wendig ist. Zur Erfassung der Verbrennungslage wird bei dem bekann ten Verfahren einerseits der Druck im Brennraum mittels eines Druck sensors erfaßt und andererseits wird laufend der jeweilige Kompres sionsdruck bei bestimmten Kurbelwellenpositionen bestimmt. Zur Be stimmung des Kompressionsdrucks wird hierbei der Druckverlauf im Brennraum der Brennkraftmaschine bis zu einem vorgegebenen Kurbel wellenwinkel erfaßt und anschließend der so erfaßte und gespeicherte Kurvenverlauf an einer durch den Kurbelwinkel bestimmten Achse ge spiegelt. Eine anschließende Differenzbildung des Kompressionsdrucks vom gemessenen Brennraumdruck läßt eine Bestimmung des Verbrennungs drucks zu, wobei die Bildung des Differenzdruckmaximums die Größe für die Regelung der Verbrennungslage ist. Die Kurve des Differenz drucks wird bei verschleppten Verbrennungen im Leerlauf einen sehr flachen Verlauf haben. Kleinste Störungen durch Beschleunigungen, elektromagnetischer Einkopplungen oder Zündspannungseinkopplungen können eine stark veränderte Lage des Differenzdruckmaximums bewir ken. Weiterhin kann es zur Erkennung mehrere gleicher Maxima an ver schiedenen Stützstellen kommen. Da jedoch nur eine Stützstelle die wahre Lage der Verbrennung angeben kann, ist eine eindeutige Beein flussung der Verbrennungslage durch eine entsprechende Verschiebung des Zündwinkels nicht immer ausreichend.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß über die Bildung des Differenzdruckintegrals der Flächenschwerpunkt berechnet wird, der sehr gut mit der wahren Lage der Verbrennung korreliert und an hand dieser Lage des Flächenschwerpunktes eine Regelung der Zündung in Abhängigkeit von gewünschter wahrer Lage der Verbrennung und tat sachlicher wahrer Lage der Verbrennung möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Integrationsgrenzen frei wählbar unter bestimmten Randbedingungen des Motorbetriebs angepaßt werden können. Weiterhin ist dieses Ver fahren unempfindlich gegenüber Störungen wie sie beispielsweise bei Beschleunigungen auftreten können ist. Letztendlich ist dieses Ver fahren über den gesamten Betriebsbereich einer Brennkraftmaschine einsetzbar und liefert auch im Leerlaufbetrieb sehr gute Ergebnisse.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 den Prinzipaufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Diagramm über den Druck verlauf während eines Verbrennungszyklusses und Fig. 3 ein Flußdia gramm zur Durchführung des Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, wobei vier Brennraumdrucksensoren 31 bis 34 vorgesehen sind, die jeweils den Brennraumdruck in den ein zelnen nicht dargestellten Zylindern erfassen. Das den Brennraum druck repräsentierende Signal U_P wird nun jeweils an eine Auswer teeinheit 35 weitergeleitet. Der Auswerteeinrichtung 35 wird weiter hin noch ein Kurbelwellensignal KW, und ein Zylinderidentifikations signal beispielweise ein Signal für den oberen Totpunkt OT oder ein Phasensignal PS zugeführt. In der Auswerteeinrichtung 35 wird nun mittels eines Algorithmus, welcher noch zu Fig. 3 genauer erläutert werden wird, die Lage der Verbrennung bestimmt. Die Auswerteeinrich tung 35 kann aufgrund der ermittelten Lage der Verbrennung und der vorgebbaren Sollage der Verbrennung Stellgrößen 36 ausgeben, die dann an ein Steuergerät 37 zur Steuerung des Betriebs der Brenn kraftmaschine beispielsweise der Zündung geleitet werden.

In Fig. 2 sind die Druckverläufe schematisch dargestellt. Dabei ist der Druckverlauf p in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels darge stellt. Die Kurve 40 gibt dabei den Druckverlauf im Brennraum bei Verbrennung an. Darunter ist die Kurve 41 dargestellt, welche den Kompressionsdruckverlauf zeigt.

Diese Kurve ist jedoch nicht über die gesamte Kurbelwellenumdrehung meßbar, sondern muß ermittelt werden. Hierzu wird die Kurve des Ver brennungsdruckes bis zum Zeitpunkt oberer Totpunkt erfaßt und an schließend einfach an der Achse durch den oberen Totpunkt gespie gelt. Denkbar ist auch ein vom oberen Totpunkt abweichender Kurbel winkel, bis zu welchem der Druckverlauf erfaßt, abgespeichert und anschließend an einer Gerade durch diesen vorgebbaren Kurbelwinkel gespiegelt wird. Man geht davon aus, daß der Druck, der sich im Kompressionshub aufbaut, sich bei einer entsprechenden Expansion analog abbaut. Die Kurve 42 zeigt nun die Differenz der Kurve 40 minus der Kurve 41, also die Differenz von Brennraumdruck und Kom pressionsdruck. Diese Kurve 42 wird nun abgetastet und digitali siert. Denkbar ist auch eine berechnete Differenzkurve 42′, wobei hierbei vom Kurvenverlauf des Verbrennungsdrucks 40 der an der gera de durch den oberen Totpunkt OT gespiegelte Verbrennungsdruck 40, welcher durch die Kurve 40′ dargestellt ist, abgezogen wird. Damit kann der Differenzdruck z. B. aus 40-41 oder aus 40-40′ bestimmt wer den. Das geschieht beispielsweise so, daß eine kurbelwellenwinkelab hängige Taktung erfolgt, zu der die Kurve abgetastet wird. Denkbar wäre beispielsweise ein Δ α von 3° Kurbelwellenwinkel. Aus diesen ermittelten Druckwerten p[i] wird nun der Flächenschwerpunkt ermit telt. Dieser Flächenschwerpunkt ist mit α_Vist angegeben. Im Idealfall sollte der bestimmte Flächenschwerpunkt mit einem vorge gebenen Flächenschwerpunkt identisch sein. Für den Fall einer Abwei chung wird aufgrund der Abweichung eine entsprechende Stellgröße 36 festgelegt, die dann verschiedene Steuervorgänge wie beispielweise Zündung, Lambdafestlegung oder Abgasrückführung beeinflußt, wie noch zu Fig. 3 ausgeführt wird.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei wird von einem Brennraumdrucksensor (31-34) der Druck p(t) im Brennraum erfaßt. Der Signalverlauf U(t), welches den Druckver lauf widerspiegelt, wird an einen A/D-Wandler 10 geführt. Hier wird das analoge Signale zeitlich abgetastet, so daß in einen Arbeits schritt 11 eine Vielzahl von Druckwerten p[i] zur Verfügung stehen. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Druckwerte p[i], die über einen kompletten Verbrennungszyklus von -a bis +a, also über 720° Kurbelwinkel erfaßt werden, ist dabei durch den Winkel zwischen zwei Abtastungen bestimmt.

Bei der weiteren Verarbeitung wird nun jeder erfaßte Druckwert p[i] nacheinander untersucht. So wird in einer nachfolgenden Abfrage 12 kontrolliert, ob sich der erfaßte Druckwert mit dem Index i in einem vorgebbaren Intervall beispielsweise von -x bis +x (z. B. -90° bis +90°) befindet. Dies ist eine Art Meßfenster, in welchem der Druck verlauf ausgewertet werden soll. Für den Fall, daß der erfaßte Druckwert p[i] in diesem Zeitfenster liegt, wird nun in einer Abfra ge 13 kontrolliert, ob dieser erfaßte Druckwert in einem kleineren Zeitabschnitt und zwar im Intervall von -x bis zum oberen Totpunkt OT liegt. Ist dies der Fall, dann erfolgt die Spiegelung der Druck werte an der Achse durch den oberen Totpunkt im Arbeitsschritt 14. Da der gemessene und weiter verarbeitete Druckwert p[i] noch vor dem oberen Totpunkt liegt, ist noch keine Auswertung möglich. Deshalb wird in einem Arbeitsschritt 15 der Summenwert S1, der Summenwert S2 und eine Statusvariable R auf Null gesetzt. Nun wird im Arbeits schritt 11 erneut ein Druckwert p[i] ausgewählt und wiederum an die Abfrage 12 weitergegeben. Danach wird wiederum in der Abfrage 13 kontrolliert, ob der gemessene Druckwert im Intervall -x bis oberer Totpunkt liegt. Ist dies nicht der Fall, werden nun in einem Ar beitsschritt 16 der Summenwert S1 und der Summenwert S2 gebildet, indem zu dem bisherigen Summenwert S1 der Wert p[i]-p_G[i]) und zu dem bisherigen Summenwert S2 der Wert (p[i]-p_G[i])xi hinzuaddiert wird. Dieser hinzuzuaddierenden Wert ist einmal die Summe der Dif ferenzen und einmal die Summe der Differenzen multipliziert mit dem Indix i. Anschließend wird zurückgegangen in den Arbeitsschritt 11 und der nächste Druckwert p[i] ausgewählt. Wurde die Abfrage 12 mit nein beantwortet, d. h. der gemessene Wert ist nicht in dem Intervall vom -x bis +x, so wird in einer Abfrage 17 kontrolliert, ob die Statusvariable R den Wert Null hat. Ist dies nicht der Fall, wird wiederum im Arbeitsschritt 11 der nächste Druckwert ausgewählt. Wur de die Abfrage 17 mit ja beantwortet, d. h. der untersuchte Druckwert ist nicht im Intervall -x bis +x und die Statusvariable R ist Null, so wird in einem Arbeitsschritt 18 die Lage der aktuellen Verbren nung ermittelt, indem der Quotient aus Summe S2 und Summe S1 gebil det wird und mit der Breite eines Inkrements multipliziert wird. Die Breite eines Inkrementes Δ α ist hierbei der Winkelabstand zwischen zwei Abtastungen der analogen Kurve, welche vom Brennraumdrucksensor geliefert wird. Damit hat man die Lage der wahren Verbrennung α_Vist ermittelt. Im Arbeitsschritt 19 wird nun die Statusvariable R auf eins gesetzt, um weitere Berechnungen der Lage der Verbrennung α_Vist im aktuellen Verbrennungszyklus zu vermeiden. Anschließend wird im Arbeitsschritt 20 der gleitende Mittelwert α_Vist aus mehreren Zyklen berechnet. Im Arbeitsschritt 21 wird aus dem be stimmten Wert für die tatsächliche Lage der Verbrennung und einem Sollwert, welcher aus einem Kennfeld entnommen wird, das Δ α_ABW der Abweichung bestimmt. Dieses Δ α_ABW ist eine Stellgröße 36, die von der Auswerteeinheit an das Steuergerät zur Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine geleitet wird. Im Steuergerät 37 wird die ermittelte Stellgröße z. B. auf den Kennfeldzündwinkel α_ZK auf geschlagen und der so bestimmte Zündwinkel an die Zündendstufe aus gegeben. Außerdem wird über eine Verbindung 22 zurückgesprungen an den Anfang des Algorithmus, um die nächste Verbrennung auszuwerten.

Das soeben beschriebe Ausführungsbeispiel bezieht sich jeweils darauf, daß der Flächenschwerpunkt der Lage von 50% Differenzdruck integral entspricht, was nichts anderes heißt, als daß zum ermittel ten Kurbelwinkel des Flächenschwerpunktes 50% der Ladung der Energie einer Zylinderladung umgesetzt bzw. 50% des Differenzdruckintegrals entstanden sind. Die Festlegung einzelner Stellgrößen kann aber auch von einem Kurbelwinkel ausgehen, bei dem ein anderer Prozentsatz der Energie umgesetzt ist, bzw. ein anderer Prozentsatz (20 . . . . . 30%) des Differenzdruckintegrals erreicht ist.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Verbrennung im Brennraum einer Brenn kraftmaschine, wobei in vorgebbaren Zeitabschnitten der Druck (p(t)) im Brennraum erfaßt wird, wobei die Druckwerte während des Kompres sionshubes bis zum Erreichen eines vorgebbaren Kurbelwinkels gespei chert werden und nach dem Passieren des vorgebbaren Kurbelwinkels spielgelbildlich in gleichen Zeitabschnitten wieder ausgegeben wer den, wobei die Differenz zwischen den weiterhin erfaßten Druckwerten während der Verbrennung und den ausgegebenen Druckwerten während des Kompressionshubes gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Integral der ermittelten Differenz (42) gebildet wird, daß ein vor gebbaren Flächenanteils des Integrals bestimmt und der zugehörige Kurbelwinkel (α_Vist) an dem der vorgebbare Flächenanteil erreicht ist, ermittelt wird, daß die Abweichung des ermittelten Kurbelwin kels von einem vorgebbaren Soll-Kurbelwinkel bestimmt wird und die ermittelte Abweichung eine Stellgröße (36) darstellt, die einem Steuergerät zur Regelung der Verbrennung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Soll-Kurbelwinkel aus einem Kennfeld entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stell größe in die Zündungsregelung eingerechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stell größe in die Lambdaregelung eingerechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stell größe in die Abgasrückführung eingerechnet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, der mindestens ein den Brennraumdruck repräsentierendes Signal, ein Kurbelwellen-Signal (KW) und ein Zylinderidentifikationssignal (OT) zugeführt ist und die eine Stellgröße (36) an ein Steuergerät (37) abgibt.