DE4028443A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Um einen effizienten und möglichst schadstofffreien Be­ trieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraft­ fahrzeugen, zu ermöglichen, wird deren Steuerungsaufwand ständig erhöht. So werden u. a. die Zündungssteuerung und Brennstoffzumessung ständig diffiziler und die An­ saugsysteme verbessert. Zur Erzielung einer gleichmäßi­ geren Füllung der Brennräume über den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine werden Ansaugverteiler einge­ setzt, bei denen im unteren Drehzahl- und Lastbereich lange Saugrohre (Resonanzaufladung) und im oberen Dreh­ zahlbereich kurze Saugrohre bei vergrößertem Ansaugvolu­ men zur Wirkung kommen. Dabei sind zwei- oder mehrstufi­ ge Ausführungen möglich, deren Umschaltung meist dreh­ zahlabhängig und ggf. lastabhängig erfolgt. Von ent­ scheidender Bedeutung dieser Maßnahmen zur Verbesserung der Leistung und des Wirkungsgrades bei günstigen Schad­ stoffwerten ist aber deren störungsfreies Zusammenwir­ ken.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren auf­ zuzeigen, mit dem Störungen im Ansaugsystem mit einfa­ chen Mitteln erkennbar und ggf. zumindest teilweise kompensierbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf­ te Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Pa­ tentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Umschalt­ funktion des Ansaugverteilers zu überwachen und bei einer Fehlstellung der Schaltmittel Maßnahmen einzulei­ ten. Die Maßnahmen können im einfachsten Falle das An­ steuern einer Warnanzeige sein, die die Bedienungsperson darauf hinweist, daß kein regulärer und ordnungsgemäßer Betrieb der Brennkraftmaschine vorliegt. Die Maßnahmen können bevorzugt jedoch das Ansteuern eines Fehlerspei­ chers sein, aus dem beispielsweise in einer Servicesta­ tion durch Auslesen des Fehlerspeichers die Art der Störung und ggf. deren Dauer erfaßbar sind. Alternativ oder zusätzlich dazu können im Steuerungsablauf der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch Zündungsein­ griff (Verschiebung des Zündzeitpunktes), durch Eingriff in die Brennstoffzumessung oder in die Abgasrückführung, Maßnahmen eingeleitet werden, die die durch die Fehl­ stellung der Schaltmittel entstehenden nachteiligen Auswirkungen auf den Maschinenbetrieb und/oder die Ab­ gasemissionen kompensieren.
Gemäß Anspruch 2 können an den Schaltmitteln des Ansaug­ verteilers elektrische (Potentiometer) oder elektrome­ chanische Stellungsgeber angeordnet werden, die bei einer Fehlstellung der Schaltmittel ein Störungssignal abgeben.
Bevorzugt wird jedoch gemäß den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 6 vorgeschlagen, den Verbrennungsluftdurchsatz bzw. die Füllung der Brennkraftmaschine als Überwa­ chungsparameter zu verwenden. Dabei ist zu berücksichti­ gen, daß beispielsweise für die Brennstoffzumessung oh­ nehin die Füllung der Brennkraftmaschine berechnet wird, so daß der dafür erforderliche Steuerungsaufwand in der Regel bereits vorhanden ist.
Durch Vergleichen dieser bei regulärem Maschinenbetrieb vorliegenden Sollwerte für den Verbrennungsdurchsatz bzw. die Füllung mit den Istwerten kann somit bei bau­ lich relativ geringem Aufwand ermittelt werden, ob eine Fehlstellung der Schaltmittel im Ansaugverteiler vor­ liegt, weil dann die Istwerte jedenfalls unter den Soll­ werten liegen. Dabei kann es angezeigt sein, auch den absoluten Luftdruck mit zu berücksichtigen, um bei gro­ ßen Luftdruckschwankungen unzutreffende Fehlermeldungen auszuschließen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schemati­ sche Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftma­ schine mit einem Ansaugverteiler mit kur­ zen und langen Saugrohren und Schaltmit­ teln zum Umschalten,
Fig. 2 einen weiteren Ansaugverteiler im wesent­ lichen gleicher Bauart mit einem Steuer­ gerät zum Überwachen der Schaltmittel ab­ hängig von der Füllung der Brennkraftma­ schine, und
Fig. 3 eine Füllungskurve des Saugrohres nach Fig. 2 über der Drehzahl der Brennkraft­ maschine.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Zylinderkopf 10 einer Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit je Zylin­ der zwei Auslaßventilen 12 und zwei Einlaßventilen 14. Die Einlaßventile 14 steuern je Zylinder einen Einlaßka­ nal 16, wobei an die Einlaßkanäle 16 in bekannter Weise ein Ansaugverteiler 18 angeschlossen ist.
Der Ansaugverteiler 18 setzt sich im wesentlichen aus einem ersten Sammelrohr 20, einem zweiten Sammelrohr 22, je Zylinder der Brennkraftmaschine einem kurzen Einzel­ rohr 24 und einem langen Einzelrohr 26 zusammen. Die Einzelrohre 24 münden dabei in das Sammelrohr 22, wäh­ rend die Einzelrohre 26 in das Sammelrohr 20 einlaufen. Vor dem Anschluß an die Einlaßkanäle 16 sind die Einzel­ rohre 24, 26 jeweils zu einem gemeinsamen Einzelrohr vereint. Die Sammelrohre 20, 22 sind über ein Verbin­ dungsrohr 28 miteinander verbunden.
Im Sammelrohr 20 ist in dessen Einlaßstutzen 32 eine willkürlich steuerbare Drosselklappe 30 angeordnet, die in nicht dargestellter Weise mit dem Gaspedal des Kraft­ fahrzeuges verbunden ist und die zur Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine dient. Ferner sind in den kurzen Einzelrohren 24 Klappen 34 vorgesehen, die in ihrer einen Stellung (wie gezeichnet) die kurzen Einzelrohre 24 schließen, während sie in der anderen Endstellung diese voll öffnen.
Die Klappen 34 werden über ein nur teilweise dargestell­ tes Gestänge 36 und einen Elektromotor 38 betätigt. Der Elektromotor 38 weist dabei einen zweiarmigen Hebel 40 auf, an dessen einem Ende die Stellstange 36 angreift, während das andere Ende mit zwei Stellungsgebern 42, 44 zusammenwirkt.
Der Elektromotor 38 wird über ein Steuergerät 46 ange­ steuert, welches u. a. ein Drehzahlsignal n der Brenn­ kraftmaschine verarbeitet. Die Steuerung der Klappen 34 ist dabei so, daß diese bei einer Drehzahl n < 3000 min-1 geschlossen sind und bei der Schaltdrehzahl ns von 3000 min-1 durch ein entsprechendes Signal an den Elektromotor 38 in ihre offene Stellung geschwenkt wer­ den. In der offenen oder in der geschlossenen Stellung der Klappen 34 liegt der freie Arm des Hebels 40 entwe­ der an dem Stellungsgeber 42 oder an dem Stellungsgeber 44 an, so daß über diese Geber dem Steuergerät 46 die tatsächliche Stellung der Klappen 34 angezeigt ist.
Liegt eine Fehlstellung der Klappen vor, d. h. daß bei­ spielsweise bei Ausfall des Elektromotors 38 bei einer Drehzahl von < 3000 min-1 die Klappen 34 noch geschlos­ sen sind, so wird über das Steuergerät 46 die Störung erkannt und eine Fehlermeldung an eine Warnanzeige 48 ausgegeben. Fehlstellungen können auch durch nur teil­ weise geschlossene Klappen 34 (Stellungsgeber 42 und 44 nicht betätigt) vorliegen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein weiteres Ausführungsbei­ spiel, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Anstelle der Stellungsgeber 42, 44 wird die Stellung der Klappen 34 in den kurzen Einzelrohren 24 abhängig von der Füllung der Brennkraftmaschine überwacht. Dazu ist ein Zentralrechner 50 (Handelsbezeichnung z. B. Motro­ nic) vorgesehen, mittels dem zunächst in bekannter Weise die Zündungssteuerung und die Brennstoffzumessung zu den Einspritzventilen 52 errechnet wird. U. a. werden dem Zentralrechner 50 dabei die folgenden Werte zugeführt:
PA = absoluter Luftdruck
P = Druck im Ansaugverteiler 18
m = Luftmasse/-menge (ermittelt z. B. mittels eines Hitzedrahtes oder einer ausschwenkbaren Klappe im Ansaugbereich)
n = Maschinendrehzahl
α = Lastzustand (z. B. durch die Öffnung der Drosselklappe 32)
T = Temperatur der Brennkraftmaschine.
Die Füllung λa errechnet sich dabei nach
wobei K eine Konstante ist. λa ist die Basis der Ein­ spritzmengenberechnung pro Arbeitsspiel der Brennkraft­ maschine.
Bei dem gezeichneten Ansaugverteiler 18 mit einer Um­ schaltung ns der Klappen 34 bei z. B. 3000 min-1 ergibt sich in der Vollaststellung (Drosselklappe 30 voll ge­ öffnet) eine Füllungskurve, wie in der Fig. 3 in ausge­ zogenen Linien dargestellt. Bei regulärer Umschaltung der Klappen 34 geht der Kurvenabschnitt λaL (unterhalb der Drehzahl ns) bei ns in den wieder ansteigenden Kur­ venabschnitt λaK über, während bei einer Fehlstellung der Klappen 34 die darunterliegenden, ausgezogenen Kur­ venabschnitte relevant wären.
In dem Zentralrechner 50 ist in einem Kennfeld der in Fig. 3 gezeigte Kurvenverlauf (für regulären Betrieb) neben weiteren Kurvenverläufen für andere Lastzustände als Sollwerte gespeichert und wird ständig mit den Ist­ werten im Maschinenbetrieb verglichen. Unterschreiten die Istwerte einen definierten Schwellwert (gestrichelte Linie) wird eine Fehlstellung der Klappen 34 erkannt und eine Fehlermeldung an einen auslesbaren Fehlerspeicher 54 abgegeben.
Zusätzlich mit der Fehlermeldung wird im Zentralrechner 50 ein Hilfsprogramm mit veränderten Zündungs- und Brennstoffzumeßwerten gestartet.
Um bei größeren Luftdruckschwankungen unzutreffende Feh­ lermeldungen zu vermeiden, wird im Zentralrechner 50 zu­ sätzlich der absolute Luftdruck Pabs mit verarbeitet und im Kennfeld bei abnehmendem Luftdruck die Sollwertkurve bzw. die Schwellwertkurve nach unten verschoben (z. B. wie mit der strichpunktierten Linie angedeutet). Es kön­ nen jedoch auch die Istwerte mit einem luftdruckabhängi­ gen Korrekturfaktor modifiziert werden.
Abweichend von dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbei­ spiel kann auch der Durchsatz an Verbrennungsluft im An­ saugverteiler 18 zur Beurteilung der Funktion der Klap­ pen 34 herangezogen werden, beispielsweise durch ent­ sprechende Druckgeber oder durch von der Luftströmung ausschwenkbare Klappen innerhalb des Ansaugverteilers 18.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem die Brennräume mit Verbrennungsluft versorgenden Ansaug­ verteiler, in dem zur Resonanz- oder Schwingungsauf­ ladung unterschiedliche Saugrohrlängen und/oder -vo­ lumina schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfunktion des Ansaugverteilers (18) über­ wacht und bei einer Fehlstellung Maßnahmen eingelei­ tet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schaltmitteln (38) des Ansaugverteilers (18) Stellungsgeber (42, 44) angeordnet werden, die bei einer Fehlstellung ein Störungssignal abgeben.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsluftdurchsatz im Ansaugverteiler (18) ermittelt wird und daß bei einem unter dem regu­ lären Durchsatz liegenden Wert eine Fehlstellung an­ gezeigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 an einer Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, bei der die Füllung be­ rechnet wird nach wobeiλa = Füllung
K = eine Konstante
m = Luftmasse/-menge
n = Motordrehzahldadurch gekennzeichnet, daß bei einem unterhalb der regulären Füllung liegenden Wert eine Fehlstellung gemeldet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Füllungskurve (Vollast) des An­ saugverteilers (18) über der Maschinendrehzahl n in einem Kennfeld abgelegt wird und daß die Soll-Fül­ lungswerte mit den Ist-Füllungswerten verglichen und bei unterhalb eines Schwellwertes liegenden Istwerten die Fehlstellung gemeldet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kennfeld der absolute Luftdruck Pabs be­ rücksichtigt und die Soll- und/oder Istwerte entspre­ chend verschoben werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehl­ stellung der Schaltmittel des Ansaugverteilers eine Warnanzeige (48) ausgelöst wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehl­ stellung der Schaltmittel des Ansaugverteilers (18) eine entsprechende Fehlermeldung in einen auslesbaren Fehlerspeicher eingegeben wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlstellung der Schaltmittel der Zündzeitpunkt und/oder die Brennstoffzumessung und/oder andere, die Abgasemission beeinflussende Parameter der Maschinen­ steuerung verändert werden.
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