DE3400513A1

DE3400513A1 - Vollastbegrenzung einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3400513A1
Application number: DE19843400513
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing.(FP) Grieshaber; Hermann Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Kull
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-01-10
Filing date: 1984-01-10
Publication date: 1985-07-18
Also published as: FR2557924A1; GB2152709A; GB8500563D0; GB2152709B; US4624230A; JPH0718374B2; DE3400513C2; FR2557924B1; JPS60147547A

Description

■α j 'Ί»| J i*Ka <f~j " '

16.12.1983 Sr/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine Stand der Technik

Es ist bekannt, die Kraftstoffzuiessung in eine Brennkraftmaschine dadurch zu begrenzen, daß mit Hilfe einer Kennlinie festgelegt wird, welche maximale Kraftstoff- . menge bei einer bestimmten Drehzahl in die Brennkraftmaschine eingespritzt werden darf. Diese sogenannte Volllastkennlinie wird dabei durch bestimmte Grenzwerte der Brennkraftmaschine erzeugt. So darf z.B. immer nur soviel Kraftstoff eingespritzt werden, daß die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert nicht übersteigt. Das gleiche gilt für die Drehzahl der Brennkraftmaschine. Auch hier darf immer nur soviel Kraftstoff eingespritzt werden, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert nicht übersteigt und die Brennkraftmaschine damit nicht geschädigt wird. Weitere solche Grenzen können z.B. gegeben sein durch Grenzwerte für die Schadstoffemission der Abgase der

s K-

i v

Brennkraftmaschine, durch Grenzwerte für den maximal zulässigen Druck im Brennraum der Brennkraftmaschine usv. Bei der Entwicklung einer Brennkraftmaschine wird diese Vollastkennlinie z.B. mit Hilfe von Versuchen ermittelt. In einer späteren Serienfertigung dieser Brennkraftmaschine wird dann an jedem einzelnen Exemplar gemäß der ermittelten Kennlinie für jede Drehzahl die maximal einzuspritzende Kraftstoffmenge fest eingestellt.

Dieses Verfahren zur Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine hat den Nachteil, daß die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge bei der Ermittlung der Vollastkennlinie nicht "berücksichtigt wird. Dies hat zur Folge, daß sich ändernder Luftdruck oder sich ändernde Lufttemperatur z.B. die Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine oder auch die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine stark verändern. Weiter werden durch die feste Zuordnung der bei einer bestimmten Drehzahl maximal einzuspritzenden Kraftstoffmenge die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigt. Dies hat zur Folge, daß die einzelnen Exemplare dann verschiedene Drehmomentverläufe aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der Hauptanspruche hat gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil, daß durch die Berücksichtigung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge und durch die Berücksichtigung der bei der Herstellung der Brennkraftmaschine auftretenden Fertigungstoleranzen eine optimale Anpassung der Vollastbegrenzung an alle auftretenden Betriebszu-

stände der Brennkraftmaschine, wie auch an die einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine erreicht wird.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen haben vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens zum Inhalt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 der Zeichnung zeigt ein Vollastkennfeld einer Brennkraftmaschine, die Figur 2 eine Vollastkennlinie bei einer bestimmten Drehzahl, und die Figur 3 ein schematisch.es Vollastkennfeld.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, die einen Lader für die zugeführte Luftmenge besitzt. Der Wert dieser der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge wird mittels Sensoren aus der Ladelufttemperatur, dem Ladeluftdruck und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Die Drehzahl der Brennkaftmaschine wird von einem Drehzahlmesser bestimmt. Die der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge wird von einem elektronischen Steuergerät berechnet. Dieses Steuergerät ist mit den entsprechenden Sensoren und der Kraftstoffzumeßeinrichtung der Brennkraftmaschine verbunden und besteht aus einem entsprechend programmierten Mikroprozessor .

i / 3"4oWi3

- h

In der Figur 1 der Zeichnung ist ein Vollastkennfeld einer Brennkraftmaschine abgebildet. Bei dieser Figur 1 handelt es sich um eine dreidimensionale Darstellung. Auf den drei Achsen des Achsenkreuzes der Figur 1 sind die Kraftstoffmenge QK, die Luftmenge QL und die Drehzahl N aufgetragen. Das Kennfeld der Figur 1 besteht aus vier Flächen, die verschiedene Lagen im Raum des Achsenkreuzes haben. Mit 20 ist die Fläche dargestellt, die die Rauchgrenze der Brennkraftmaschine darstellt. Ein Überschreiten dieser Grenze zu größerer, eingespritzter Kraftstoffmenge hin würde ein Überschreiten der zulässigen Schadstoffemissionen der Abgase der Brennkraftmaschine bedeuten. Die Bezugsziffer 21 bezeichnet die Grenzfläche, die durch die maximal zulässige Abgastemperatur vorgegeben ist. Ein Überschreiten dieser Grenze zu höheren Temperaturen durch Einspritzung von mehr Kraftstoff hätte eine thermische Gefährdung der Brennkraftmaschine zur Folge. Mit der Bezugsziffer 22 ist eine Fläche konstanten Drehmoments bei jeweils konstanter Drehzahl bezeichnet, auf die später noch näher eingegangen -werden soll. Mit 23 ist eine Grenzfläche bezeichnet, die durch den höchstzulässigen Verbrennungsdruck in den Brennräumen der Brennkraftmaschine gegeben ist. Wird durch die Einspritzung von mehr Kraftstoffmenge diese Fläche und damit auch der zulässige Höchstdruck überschritten, so kann dies größere Schaden an der Brennkraftmaschine zur Folge haben.

In dem dreidimensionalen Koordinatenkreuz der Figur 1 ist des weiteren noch eine Drehzahl UN aufgetragen, bei der die Luftmenge QLN vom Lader der Brennkraftmaschine zugeleitet und bei der dadurch die Kraftstoffmenge QKN der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Dieser Betriebs-

O 1 /. Ö

zustand der Brennkraftmaschine ist im dreidimensionalen Kennfeld der Figur 1 mit 25 bezeichnet. Das Drehmoment, das die Brennkraftmaschine in dem mit der Bezugsziffer bezeichneten Betriebszustand abgibt, wird auf der gesamten Verbindungslinie der mit 25 und 25' bezeichneten Betriebszustände abgegeben. Der jeweilige Betriebszustand hängt von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge QL .ab. Dies hat also zur Folge, daß bei konstanter Drehzahl NlI der Luftmengenbereich QLST - QLN¹ eine einzuspritzende Kraftstoffmenge aus dem Kraft stoffmengenbereich QKW - QKJI' hervorruft, die gerade so groß ist, daß in all diesen Betriebszuständen die Brennkraftmaschine immer dasselbe Drehmoment abgibt.

Die Figur 2 zeigt eine VOllastkennlinie einer Brennkraftmaschine bei einer bestimmten Drehzahl. Diese Vollastkennlinie ergibt sich aus dem Vollastkennfeld der Figur 1 durch die Beschränkung dieses Kennfelds auf eine bestimmte Drehzahl. Das dreidimensionale Kennfeld QK = f (QL, Uf) reduziert sich also auf die zweidimensionale Kennlinie QK = f (QL, N = M). Dadurch entspricht der mit der Bezugziffer 25 in der Figur 2 bezeichnete Punkt dem gleichnamigen Punkt der Figur 1 . Mit der Bezugsziffer 31 ist die Abgastemperaturgrenze der Brennkraftmaschine bei der Drehzahl NN bezeichnet, die Linie mit der Bezugsziffer 32 ist die Linie konstanten Drehmoments und die Grenzlinie des Verbrennungshöchstdruckes trägt das Bezugszeichen 33. Insgesamt ist mit der Bezugsziffer 37 die Vollastkennlinie der Brennkraftmaschine bezeichnet, während eine der Teillastkennlinien der Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 38 trägt.

14 8

-S-

Die in der Figur 1 dargestellten Grenzflächen, also die Rauchgrenze, die Abgastemperaturgrenze und die Verbrennungshöchstdruckgrenze, die auch in der Figur 2 als Grenzlinien bei der bestimmten Drehzahl NIT wieder auftreten, werden bei der Entwicklung der Brennkraftmaschine z.B. mit Hilfe von Versuchen ermittelt. Ss wäre nun möglich, die Vollastbegrenzung der Brennkraftmaschine nur durch diese drei genannten Grenzflächen festzulegen. Ss hat sich jedoch vor allem für die Einstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine .in der Serienfertigung als besonders -vorteilhaft erwiesen, zusätzlich zu den drei genannten Grenzflächen auch noch eine Fläche konstanten Drehmoments bei der Vollastbegrenzung der Brennkraftmaschine zu berücksichtigen. Durch die Einführung dieser Fläche konstanten Drehmoments wird erreicht, daß in bestimmten Bereichen der vom Lader der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge immer gerade soviel Kraftstoff eingespritzt wird, daß die Brennkraftmaschine bei jeweils konstanter Drehzahl ein konstantes Drehmoment liefert, das unabhängig ist von der Luftmenge. In der Figur 1 ist dieser Bereich durch die Grenzfläche 22 dargestellt. In der Figur 2 ist durch die Grenzlinie 32 immer die Kraftstoffmenge definiert, die bei einer bestimmten Drehzahl, z.B. der Drehzahl JTN, und bei einer bestimmten, gemessenen Luftmenge eingespritzt werden muß, um ein konstantes Drehmoment zu erhalten. In besonders vorteilhafter Weise ist es nun mit Hilfe dieser Grenzlinie konstanten Drehmoments möglich, bei der Sarienfertigung der Brennkraftmaschine alle Exemplare dieser Brennkraftmaschine durch Verschieben dieser Grenzlinie konstanten Drehmoments bei einer bestimmten, vorgebbaren Drehzahl z.B. der Drehzahl HN auf dasselbe Drehmoment einzustellen. Diese Verschiebung der Grenzlinie konstanten Drehmoments 32 ist in der Figur 2 mit der Bezugsziffer 35 bezeichnet.

■J » 4 i ί ι \J

Das Verschieben der Grenzlinie konstanten Drehmoments, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist, hat zur Folge, daß die gesamte Grenzfläche konstanten Drehmoments, wie sie in der Figur 1 dargestellt ist, ebenfalls verschoben wird. Dies bedeutet, daß sämtliche Exemplare der Brennkraftmaschine in der Serienfertigung nach der Einstellung in einem bestimmten Bereich der zugeführten Luftmenge über den gesamten^ Drehzahlbereich gerade soviel Kraftstoff eingespritzt bekommen, daß sie alle das gleiche Drehmoment liefern. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß bei .der Einstellung nur die Grenzfläche konstanten Drehmoments verschoben wird, und daß dadurch sämtliche anderen Grenzflächen, also die Rauchgrenze, die Abgastemperaturgrenze und die Verbrennungshöchstdruckgrenze, von der Verschiebung nicht beeinflußt werden. Dies bedeutet, daß diese Grenzen bei allen Exemplaren der Brennkraftmaschine in der Serienfertigung gleich sind. Dieser Zusammenhang ist in der 'Figur 3 der Zeichnung dargestellt. Diese Figur 3 zeigt ein schematisches Volllastkennfeld einer Brennkraftmaschine. Mit k^J\ ist dabei die Abgastemperaturgrenzfläche bezeichnet, die Verbrennungshöchstdruckgrenzflache trägt das Bezugszeichen ^3 und die Bezugsziffer k2 hat die Fläche konstanten Drehmoments zum Inhalt. Mit U 5 ist die Verschiebung der Bezugsfläche konstanten Drehmoments k2 bezeichnet.

Mit der Bezugsziffer hj ist in der Figur 3 die Vollastkennlinie eines Exemplars der Brennkraftmaschine bei der Drehzahl NIT bezeichnet. Vergleicht man die Volllastkennlinie 37 <ier Figur 2 mit dieser Vollastkennlinie U7, so ist zu erkennen, daß die Kennlinie ^7 sich gerade durch die Verschiebung U5 von der Kennlinie 37 unterscheidet. Die Kennlinie hj ist deshalb

- Sr- - M-

die Kennlinie eines speziellen Exemplars der Brennkraftmaschine, während die Kennlinie 37 die allgemeine Kennlinie der Brennkraftmaschine darstellt.

Anders ausgedrückt "bedeutet dies, daß es sich bei der Kennlinie 37 um eine "Sollkennlinie" handelt, die sämtliche Exemplare der Brennkraftmaschine "bei Drehmomentabgabe im Bereich konstanten Drehmoments haben sollten, jedoch aufgrund der Fertigungstoleranzen normalerweise nicht haben. Bei der Kennlinie hj hingegen handelt es sich um die " Istkennlinie" eines speziellen Exemplars der Brennkraftmaschine, bei der die auftretenden Fertigungstoleranzen durch die Verschiebung Up der Grenzfläche konstanten Drehmoments k2 ausgeglichen worden sind. Die Verschiebung wird dabei so vorgenommen, daß sämtliche Brennkraftmaschinen bei einer bestimmten Drehzahl dasselbe Drehmoment abgeben.

Der Kern der Erfindung besteht also' darin, daß zur Angleichung mehrerer Exemplare einer Brennkraftmaschine aneinander nur ein bestimmter Bereich des Vollastkennfelds beeinflußt wird. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zweck eine Fläche konstanten Drehmoments so verschoben, daß bei sämtlichen Exemplaren der Brennkraftmaschine dieses Drehmoment einen bestimmten Wert besitzt.

Im folgenden soll nun noch ausgeführt werden, wie das beschriebene Verfahren für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine beispielsweise angewandt werden kann. Zuerst muß zu diesem Zweck bei der Entwicklung einer Brennkraftmaschine durch Versuche, usw.

- AL·.

die für die Brennkraftmaschine optimalen Grenzflächen, also die Rauchgrenze, die Abgastemperaturgrenze und die Verbrennungshöchstdruckgrenze in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge gefunden werden. Dann wird die Grenzfläche konstanten Drehmoments z.B. nach Gesichtspunkten eines optimalen Drehmomentverlaufs der Brennkraftmaschine bestimmt. Damit ist das Vollastkennfeld der Brennkraftmaschine vollständig, und kann im elektronischen Steuergerät abgespeichert werden. Dieses Kennfeld berücksichtigt jetzt aber noch nicht die Fertigungstoleranzen, die bei der Herstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine auftreten. Diese Toleranzen werden nach der Herstellung eines Exemplars der Brennkraftmaschine ausgeglichen. Zu diesem Zweck wird jedes einzelne Exemplar der Brennkraftmaschine auf einem Motorprüfstand mit einer bestimmten Drehzahl betrieben. Mit Hilfe einer Einstelleinrichtung am elektronischen Steuergerät, z.B. eines Potentiometers, wird nun die Brenn-, kraftmaschine auf eine bestimmte, vorgebbare Drehmomentabgabe eingestellt. Diese Einstellung mittels der Einstelleinrichtung bewirkt eine Verschiebung der Grenzfläche konstanten Drehmoments (vgl. Figur 3). Nach der Einstellung der einzelnen Exemplare der Brennkraftmaschine besitzen daher sämtliche Exemplare bei der bestimmten Drehzahl dasselbe Drehmoment. Gleichzeitig besitzen aber auch sämtliche Exemplare die gleichen Grenzflächen bezüglich Abgastemperatur, Verbrennungshöchstdruck und Rauch. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird immer vom elektronischen Steuergerät der kleinste Kraftstoffmengenwert ausgewählt, der bei einer bestimmten Drehzahl und bei einer bestimmten zugehörigen Luftmenge von einer der Grenzflächen definiert wird. Es findet also bezüglich der Grenzflächen immer eine Minimalwertauswahl statt.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Grenzfläche konstanten Drehmoments immer nur verschoben, wobei die Größe dieser Verschiebung abhängig war von einem bestimmten, vorgegebenen Drehmomentwert. Unter bestimmten Bedingungen kann es nun besonders vorteilhaft sein, diese Grenzfläche konstanten Drehmoments nicht nur zu verschieben, sondern auch zu drehen. Zu diesem Zweck können dann noch ein oder mehrere Einstelleinrichtungen notwendig sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die Parameter des Vollastkennfelds die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge und die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Parameter des Ausführungsbeispiels beschränkt. Es kann sich 2.B. auch um die Luftmasse, die Kraftstoffmasse oder sonstige Parameter der Brennkraftmaschine handeln. Ebenfalls ist die Erfindung nicht nur bei Dieselbrennkraftmaschinen anwendbar, sondern bei sämtlichen Kraftmaschinen, die eine Vollastbegrenzung aufweisen. Dabei kann es möglich sein, daß die im Ausführungsbeispiel beschriebenen Parameter der Grenzflächen, also die Abgastemperatur, der Rauch usw., durch andere Parameter ersetzt werden. Zuletzt sei auch noch darauf hingewiesen, daß es sich bei der zu verschiebenden Grenzfläche nicht unbedingt, wie in diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt ist, um eine Grenzfläche konstanten Drehmoments handeln muß, sondern es kann sich auch bei dieser Grenzfläche, wie auch bei dem die Verschiebung bestimmenden Einstellkriterium um einen anderen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine handeln. Es ist auch möglich, daß als

Einstelleinrichtung zur Beeinflussung des Vollastkennfelds keine analoge Einrichtung, also z.B. ein Potentiometer verwendet wird, sondern daß z.B. ein Speicher, also eine digitale Einrichtung, mit dem entsprechenden Wert beaufschlagt wird. Wichtig ist nur, daß der entsprechende Wert von außen dem Steuergerät zugeführt werden kann.

Leerseite -

Claims

16.12.1983 Sr/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

λ) Verfahren für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine mit einem wenigstens zweidimensionalen vorgebbaren Vollastkennfeld, das die Abhängigkeit der der Brennkraftmaschine maximal zuzuführenden Kraftstoffmasse wenigstens von der Drehzahl der Brennkraftmaschine festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Angleichung mehrerer Exemplare einer Brennkraftmaschine aneinander nur ein bestimmter Bereich des Vollastkennfelds beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Vollastkennfeld die Abhängigkeit der der Brennkraftmaschine maximal zuzuführenden Kraftstoffmasse von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und von der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse festlegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgebbare Vollastkennfeld aus wenigstens einer vorgebbaren Ebene besteht.

h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zu beeinflussende bestimmte Bereich eine der vorgebbaren Ebenen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbaren Ebenen durch bestimmte Betriebszustände der Brennkraftmaschine festgelegt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine um die maximal zulässige Abgastemperatur, den maximal zulässigen Verhrennungshöchstdruck, bestimmte Zusammensetzungen der Abgase der Brennkraftmaschine, usw. handelt.

7· Verfahren nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß eine der vorgebbaren Ebenen durch eine konstante Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine definiert ist.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Bereich des Vollastkennfelds in vorgebbarer Weise gedreht wird.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

7. dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Bereich des Vollastkennfelds parallel verschoben wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellkriterium für die Brennkraftmaschine ein bestimmter, vorgebbarer Wert einer der vorgebbaren Ebenen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellkriterium für die Brennkraftmaschine ein bestimmtes, vorgebbares Drehmoment ist.

Ή £M /· ft

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 ."bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß immer die kleinste der
von einer der vorgebbaren Ebenen definierten Kraftstoffmassen der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für die Vollastbegrenzung einer Brennkraftmaschine nach wenigstens ein-em der Ansprüche 1 bis 12 j mit Sensoren für Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, mit einem elektronischen Steuergerät sowie mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des bestimmten Bereichs des Vollastkennfelds eine Einstelleinrichtung an das elektronische Steuergerät anschließbar ist.

Ik. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einstelleinrichtung um eine analoge Einrichtung, z.B. ein Potentiometer und/oder um eine
digitale Einrichtung z.B. einen Speicher, handelt.