DE60119450T2

DE60119450T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Verbrennung einer Brennkraftmaschine mit Variabelturbulenzgenerator

Info

Publication number: DE60119450T2
Application number: DE60119450T
Authority: DE
Inventors: Jacky Guezet; Jean Van Frank
Original assignee: Renault SA
Current assignee: Renault SA
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: DE60119450D1; FR2812691A1; ES2259014T3; EP1178190B1; EP1178190A1; FR2812691B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verbrennungsmotoren und noch genauer die Steuerung der Verbrennung.
Im Hinblick auf eine fortwährend gesteigerte Verringerung des Verbrauchs und der Schadstoffe in den Motoren ist der Betrieb in magerer Mischung eine der am meisten Erfolg versprechenden Lösungen. Um einen optimalen Betrieb über den gesamten Betriebsbereich dieser Art von Motor zu erhalten, ist es notwendig, Systeme hinzuzufügen, welche variable Turbulenzen hervorrufen. Da die Turbulenz eine beträchtliche Wirkung auf die Geschwindigkeit der Verbrennung hat, erfolgt die Optimierung des Betriebs des Motors durch die Einstellung des Turbulenzniveaus, um eine gute Verbrennungsqualität zu erhalten.
Es wurden schon verschiedene Systeme mit dem Ziel entwickelt, die Turbulenzrate während dem Betrieb eines thermischen Motors variieren zu lassen. Diesbezüglich kann man die amerikanischen Patente Nr. 5 913 298 und Nr. 5 787 851 sowie die europäische Patentanmeldung Nr. 0 676 533 nennen. Gemäß diesem Stand der Technik wird die Regelung dieser variablen Turbulenzgeneratoren ausgehend von Tabellen von kalibrierten Sollwerten für verschiedene Betriebspunkte des Motors ausgeführt.
Nichtsdestotrotz ist der Einfluss des variablen Turbulenzgenerators auf die Qualität der Verbrennung bei derartigen Systemen nicht optimiert.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Lösung für dieses Problem zu liefern.
Die Erfindung schlägt somit ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennung eines Verbrennungsmotors vor, welcher mit einem variablen Turbulenzgenerator aus gestattet ist, wobei dieser Generator ausgehend von Steuersollwerten gesteuert wird, welche für verschiedene Betriebspunkte des Motors kalibriert sind. Gemäß einem allgemeinen Merkmal der Erfindung steuert man die Verbrennung durch ein Korrigieren der kalibrierten Steuersollwerte ausgehend von einer Messung des Ionisierungsstroms der Verbrennungsgase und durch ein Steuern des variablen Turbulenzgenerators mit diesen korrigierten Steuersollwerten.
Die Erfindung erlaubt es somit, wie auch immer der Betriebspunkt des Motors (Drehzahl, Einlasskrümmerdruck) sein mag, die für eine optimale Verbrennung günstigste innere Aerodynamik zu erhalten.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Steuerungen von variablen Turbulenzgeneratoren, welche vorherbestimmte (oder kalibrierte) Regelungstabellen verwenden, korrigiert die Erfindung diese kalibrierten Steuerwerte des variablen Turbulenzgenerators, um einen optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten.
Ein anderes interessantes Merkmal der Erfindung liegt in der Tatsache, dass man die Messung des Ionisierungsstroms der Verbrennungsgase verwendet, um den Einfluss des variablen Turbulenzgenerators auf die Qualität der Verbrennung einer mageren Mischung zu optimieren.
Die Ionisierungssensoren sind gewiss bekannt, und es bestehen vielzählige Entwicklungen von mehreren Kraftfahrzeugkonstrukteuren und insbesondere von der Anmelderin. Man kann zu diesem Zweck die französischen Patentanmeldungen Nr. 96 10 342 und Nr. 97 15 967 nennen. Bis heute jedoch erlauben es die Ionisierungssensoren, verschiedene charakteristische Größen der Verbrennung zu erreichen, wie z.B. den Winkel des maximalen Drucks (schwedische Patentanmeldung Nr. 504 197 oder internationale Patentanmeldung Nr. 96/05427), und werden in vielzähligen Systemen zur Steuerung der Verbrennung in den Verbrennungsmotoren verwendet, z.B. um das Klopfen (internationale Patentanmeldung Nr. 89/11087), die Verbrennungsfehler (amerikanisches Patent Nr. 5 701 876) oder auch die Reichhaltigkeit bzw. den Gehalt (internationale Patentanmeldung Nr. 98/37322 oder Nr. 96/22458) zu detektieren. Die Messung des Ionisierungsstroms von Verbrennungsgasen wurde dagegen jedoch niemals zum Optimieren des Einflusses eines variablen Turbulenzgenerators auf die Qualität der Verbrennung einer mageren Mischung verwendet.
Die Tatsache eines Verwendens dieses Ionisierungsstroms zum Bestimmen des Winkels eines maximalen Drucks erlaubt es, ein zuverlässiges Bild der Qualität der Verbrennung zu erhalten.
Gemäß einer Umsetzungsart des Verfahrens gemäß der Erfindung arbeitet man eine erste Tabelle aus, welche für verschiedene Betriebspunkte des Motors verschiedene kalibrierte Kurbelwellenwinkelwerte enthält, wobei jeder einem maximalen Druck in der Brennkammer entspricht, wobei diese verschiedenen kalibrierten Winkelwerte eines maximalen Drucks derart ausgearbeitet sind, um den optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten.
Man arbeitet eine zweite Tabelle aus, welche für diese gleichen verschiedenen Betriebspunkte die kalibrierten Steuersollwerte des variablen Turbulenzgenerators definiert, welche den kalibrierten Winkelwerten eines maximalen Drucks entsprechen.
Für jeden Betriebspunkt des Motors entnimmt man den entsprechenden kalibrierten Steuersollwert, man misst den Ionisierungsstrom der Verbrennungsgase und man leitet daraus einen gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks ab. Sodann korrigiert man den entnommenen kalibrierten Steuersollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem kalibrierten Winkelwert eines maximalen Drucks und dem gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks.
Man steuert den variablen Turbulenzgenerator mit dem so korrigierten Sollwert.
Die Erfindung hat ebenso eine Vorrichtung zur Steuerung der Verbrennung eines Verbrennungsmotors zum Gegenstand, welcher mit einem variablen Turbulenzgenerator ausgestattet ist, welcher Steuermittel aufweist, die fähig sind, den Generator ausgehend von Steuersollwerten zu steuern, die für verschiedene Betriebspunkte des Motors kalibriert sind.
Gemäß einem allgemeinen Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung des Weiteren eine Ionisierungssonde auf, die fähig ist, den Ionisierungsstrom von Verbrennungsgasen zu messen. Die Steuermittel sind darüber hinaus fähig, die kalibrierten Steuersollwerte ausgehend von Angaben zu korrigieren, welche durch die Ionisierungssonde geliefert werden, und den variablen Turbulenzgenerator mit diesen korrigierten Steuersollwerten zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Steuermittel auf:

– einen Speicher, der fähig ist, eine erste Tabelle, welche für verschiedene Betriebspunkte des Motors verschiedene kalibrierte Kurbelwellenwinkelwerte enthält, wobei jeder einem maximalen Druck in der Brennkammer entspricht, wobei diese verschiedenen kalibrierten Winkelwerte eines maximalen Drucks derart ausgearbeitet sind, um den optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten, und eine zweite Tabelle, welche für diese gleichen verschiedenen Punkte kalibrierte Steuersollwerte des variablen Turbulenzgenerators definiert, welche den kalibrierten Winkelwerten eines maximalen Drucks entsprechen, zu speichern,
– einen Einspritzrechner, der fähig ist, für jeden Betriebspunkt des Motors aus dem Speicher den entsprechenden kalibrierten Steuersollwert zu entnehmen, ausgehend von der Messung des Ionisierungsstroms der Verbrennungsgase, welche durch die Ionisierungssonde ausgeführt wird. einen gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks abzuleiten und den entnommenen kalibrierten Steuersollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem kalibrierten Winkelwert eines maximalen Drucks und dem gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks zu korrigieren, und
– ein Steuerungsmodul des variablen Turbulenzgenerators, das fähig ist, den korrigierten Steuersollwert zu empfangen und den Generator entsprechend zu steuern.

Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden beim Studium der detaillierten Beschreibung von keineswegs beschränkenden Umsetzungsformen und Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnung offenbar werden, in welcher die einzige Figur schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, welche ein Umsetzen des Verfahrens gemäß der Erfindung erlaubt.
In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen PS einen Kolben eines Verbrennungsmotors, der mit dem Zylinder, in welchem er gleitet, eine Brennkammer 7 definiert, in welcher eine Ionisierungssonde 6 mündet, die in einer Zündkerze 5 montiert ist.
Der Fachmann weiß, dass bei einem Motor der Kurbelwellenwinkel, welcher dem maximalen Druck der Brennkammer entspricht, ein guter Indikator für die Qualität der Verbrennung und folglich für den Wirkungsgrad des Motors ist.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet des Weiteren einen herkömmlichen Sensor, der es erlaubt, den momentanen Wert des Kurbelwellenwinkels zu erfassen. Aus Gründen der Vereinfachung der Figur hat man die Kurbelwelle nicht dargestellt, sondern lediglich die Kolbenstange 9, mit welcher sie verbunden ist.
Ein anderes wesentliches Element, welches es erlaubt, die Verbrennung des Verbrennungsmotors zu steuern, ist ein variabler Turbulenzgenerator, welchen man in dieser Figur auf vereinfachte Art und Weise durch seine Klappe 1 darge stellt hat, deren Stellung in dem Einlassrohr 8 regulierbar ist. Die Stellung der Klappe wird durch einen Steuerkasten 2 gesteuert.
Das Bezugszeichen 3 bezeichnet außerdem einen Einspritzrechner, mit welchem der Steuerkasten 2 des variablen Turbulenzgenerators sowie der Sensor 4 zur Messung des Kurbelwellenwinkels verbunden sind.
Die Ionisierungssonde 6 ist ebenso mit dem Einspritzrechner verbunden.
Dieser ist außerdem einem Speicher MM hinzugefügt, welcher eine erste Tabelle speichert, die für verschiedene Betriebspunkte des Motors (Drehzahl, Druck, Einlasskrümmer) verschiedene kalibrierte Kurbelwellenwinkelwerte enthält, wobei jeder einem maximalen Druck in der Brennkammer entspricht. Diese erste Tabelle wird auf herkömmliche Art und Weise realisiert, um den optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten.
Der Speicher MM speichert ebenso eine zweite Tabelle, welche für diese gleichen verschiedenen Betriebspunkte die kalibrierten Steuersollwerte des variablen Turbulenzgenerators definiert, welche den genannten kalibrierten Winkelwerten eines maximalen Drucks entsprechen. Diese zweite Tabelle ist folglich ebenso derart kalibriert, um einen optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten.
Die Ionisierungssonde 6, welche in der Zündkerze 5 montiert ist, ist z.B. diejenige, welche in der französischen Patentanmeldung Nr. 97 16128 beschrieben ist. Die Entwicklung des Ionisierungsstroms in der Brennkammer, welcher durch die Ionisierungssonde 6 geliefert wird, die zu dem momentanen Kurbelwellenwinkelwert gehört, der durch den Sensor 4 geliefert wird, erlaubt dem Einspritzrechner, einen gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks festzulegen unter Verwenden eines dem Fachmann wohlbekannten Berechnungsalgorithmus, da der Wert des Ionisierungsstroms proportional zum Druck in der Brennkammer ist.
Die Stellung der Klappe 1 des Turbulenzgenerators ist schwierig auf präzise Art und Weise zu regeln, um die gewünschte Turbulenzrate zu erhalten. Um dieses Problem zu lösen und den optimalen Wirkungsgrad des Motors über den gesamten Betriebsbereich zu erhalten, wird der Einspritzrechner für jeden in Betracht gezogenen Betriebspunkt eine Korrektur auf den kalibrierten Steuerungssollwert anwenden, der in der zweiten Tabelle vorhanden ist, wobei diese Korrektur proportional zur Differenz zwischen dem Winkelwert eines maximalen Drucks, der durch die Ionisierungssonde 6 gemessen wird, und demjenigen, welcher in der ersten kalibrierten Tabelle gespeichert wird, ist. Somit erlaubt es die Erfindung, sich so nahe wie möglich dem kalibrierten Winkelwert eines maximalen Drucks anzunähern durch ein Erhöhen oder Verringern der Turbulenzrate über den variablen Turbulenzgenerator, und zwar dies, bis der gemessene Winkelwert eines maximalen Drucks nahe zu (z.B. bei ± 1° Kurbelwelle) dem kalibrierten Wert ist, welcher dem in Betracht gezogenen Betriebspunkt entspricht.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Verbrennung eines Verbrennungsmotors, welcher mit einem variablen Turbulenzgenerator ausgestattet ist, wobei dieser Generator (1, 2) ausgehend von Steuersollwerten gesteuert wird, die für verschiedene Betriebspunkte des Motors kalibriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verbrennung unter einem Korrigieren der kalibrierten Steuersollwerte ausgehend von einer Messung des Ionisierungsstroms der Verbrennungsgase (6) und unter einem Steuern des variablen Turbulenzgenerators mit diesen korrigierten Steuersollwerten steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine erste Tabelle ausarbeitet, welche für verschiedene Betriebspunkte des Motors verschiedene kalibrierte Kurbelwellenwinkelwerte enthält, wobei jeder einem maximalen Druck in der Brennkammer entspricht, wobei diese verschiedenen kalibrierten Winkelwerte eines maximalen Drucks derart ausgearbeitet sind, um den optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten, und man eine zweite Tabelle ausarbeitet, welche für diese gleichen verschiedenen Betriebspunkte die kalibrierten Steuersollwerte des variablen Turbulenzgenerators definiert, welche den kalibrierten Winkelwerten eines maximalen Drucks entsprechen, dadurch, dass man für jeden Betriebspunkt des Motors den entsprechenden kalibrierten Steuersollwert entnimmt, man den Ionisierungsstrom der Verbrennungsgase misst (6) und man daraus einen gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks ableitet und man den entnommenen kalibrierten Steuersollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem kalibrierten Winkelwert eines maximalen Drucks und dem gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks korrigiert, und dadurch, dass man den variablen Turbulenzgenerator mit dem korrigierten Sollwert steuert (2).
Vorrichtung zur Steuerung der Verbrennung eines Verbrennungsmotors, welcher mit einem variablen Turbulenzgenerator ausgestattet ist, welcher Steuermittel aufweist, die fähig sind, den Generator ausgehend von Steuersollwerten zu steuern, die für verschiedene Betriebspunkte des Motors kalibriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren eine Ionisierungssonde (6) aufweist, die fähig ist, den Ionisierungsstrom von Verbrennungsgasen zu messen, und dadurch, dass die Steuermittel fähig sind, die kalibrierten Steuersollwerte ausgehend von Angaben zu korrigieren, welche durch die Ionisierungssonde geliefert werden, und den variablen Turbulenzgenerator (1, 2) mit diesen korrigierten Steuersollwerten zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel aufweisen: einen Speicher (MM), der fähig ist, eine erste Tabelle, welche für verschiedene Betriebspunkte des Motors verschiedene kalibrierte Kurbelwellenwinkelwerte enthält, wobei jeder einem maximalen Druck in der Brennkammer entspricht, wobei diese verschiedenen kalibrierten Winkelwerte eines maximalen Drucks derart ausgearbeitet sind, um den optimalen Wirkungsgrad des Motors zu erhalten, und eine zweite Tabelle, welche für diese gleichen verschiedenen Betriebspunkte kalibrierte Steuersollwerte des variablen Turbulenzgenerators definiert, welche den kalibrierten Winkelwerten eines maximalen Drucks entsprechen, zu speichern, einen Einspritzrechner (3), der fähig ist, für jeden Betriebspunkt des Motors aus dem Speicher den entsprechenden kalibrierten Steuersollwert zu entnehmen, ausgehend von der Messung des Ionisierungsstroms der Verbrennungsgase, welche durch die Ionisierungssonde ausgeführt wird, einen gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks abzuleiten und den entnommenen kalibrierten Steuersollwert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem kalibrierten Winkelwert eines maximalen Drucks und dem gemessenen Winkelwert eines maximalen Drucks zu korrigieren, und ein Steuerungsmodul (2) des variablen Turbulenzgenerators, das fähig ist, den korrigierten Steuersollwert zu empfangen und den Generator entsprechend zu steuern.