EP1203875B1 - Method for overpressure protection of internal combustion engine - Google Patents
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- EP1203875B1 EP1203875B1 EP20000123808 EP00123808A EP1203875B1 EP 1203875 B1 EP1203875 B1 EP 1203875B1 EP 20000123808 EP20000123808 EP 20000123808 EP 00123808 A EP00123808 A EP 00123808A EP 1203875 B1 EP1203875 B1 EP 1203875B1
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- JP 08 158 926 discloses a method for preventing a maximum gas pressure in the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein an injection timing signal is generated as a function of a pressure difference.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Verbrennungsmotors vor Überdruck, wobei der Druck in mindestens einem Zylinder des Verbrennungsmotors gemessen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for protecting an internal combustion engine against overpressure, wherein the pressure in at least one cylinder of the internal combustion engine is measured. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out such a method.
In den vergangenen Jahren haben die zunehmenden Forderungen nach verbesserter Leistungsfähigkeit und besserer Kraftstoffausnutzung dazu geführt, dass die spezifische Leistung von Verbrennungsmotoren immer weiter zugenommen hat. Die spezifische Leistung ist definiert als das Verhältnis zwischen der Leistung und dem Gewicht des Verbrennungsmotors. Als Konsequenz aus dieser Zunahme sind die Drücke in den Zylindern enorm gestiegen und erreichen Werte, bei denen die mechanische Belastung die Grenzen des Materials erreicht. Es ist daher wichtig, die Verbrennungsmotoren so auszulegen, dass auch der im ungünstigsten Fall auftretende Druck innerhalb eines Zylinders in sicheren Grenzen bleibt.In recent years, increasing demands for improved performance and better fuel economy have resulted in the specific performance of internal combustion engines steadily increasing. The specific power is defined as the ratio between the power and the weight of the internal combustion engine. As a consequence of this increase, the pressures in the cylinders have increased enormously and reach levels at which mechanical stress reaches the limits of the material. It is therefore important to design the internal combustion engines so that the worst-case pressure within a cylinder remains within safe limits.
Dies wird üblicherweise durch eine sorgfältige Kalibrierung der Strategie zur Kraftstoffversorgung erreicht. Solche herkömmlichen Steuerungsstrategien für den Spitzendruck müssen mit erheblichen Sicherheitsfaktoren angesetzt werden. Ein Grund hierfür liegt darin, dass die bei der Motorherstellung auftretenden Toleranzen zu erheblichen Streuungen führen, die zum Beispiel für Dieselmotoren einen Unterschied von 20 bar im maximalen Zylinderdruck bedeuten können. Typischerweise sind diese Variationen von Motor zu Motor das Ergebnis der folgenden Faktoren:
- einem Fehler im oberen Totpunkt aufgrund einer ungenauen Anbringung des Schwungrades;
- Kopfzwischenräume;
- Toleranzen des Injektionssystems.
- a top dead center error due to inaccurate flywheel mounting;
- Head gaps;
- Tolerances of the injection system.
Die Druckdifferenz von Motor zu Motor von bis zu 20 bar hat verschiedene negative Konsequenzen. Für den Motorkonstrukteur, der die gewünschte Leistungsfähigkeit erreichen muss, macht die erforderliche 20 bar Spitzendruck-Sicherheitsgrenze die Verwendung von mehr Materialmasse oder von teureren Materialien notwendig, was die Stückkosten des Motors erhöht. Für den Verbraucher kann die 20 bar Differenz in großen Leistungsvariationen von Motor zu Motor resultieren, so dass einige Verbraucher Fahrzeuge erhalten, die sich im Vergleich zu ähnlichen Motoren als leistungsschwach erweisen.The pressure difference from engine to engine of up to 20 bar has several negative consequences. For the engine designer, who needs to achieve the desired performance, the required 20 bar peak pressure safety limit necessitates the use of more material mass or more expensive materials, which increases the unit cost of the engine. For the consumer, the 20 bar difference in large power variations can result from engine to engine, so that some consumers receive vehicles that are inferior to similar engines.
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schutz eines Verbrennungsmotors vor Überdruck in den Zylindern bei verringerten Herstellungskosten sicherzustellen und gleichzeitig die Leistungsschwankungen zwischen gleichen Motoren zu verringern.Against this background, it was an object of the present invention to ensure the protection of an internal combustion engine against overpressure in the cylinders at reduced production costs and at the same time to reduce the power fluctuations between the same engines.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by a method having the features of
Verfahren, bei denen der Druck in einem Zylinder gemessen wird, sind für verschiedene Zwecke bekannt. So wird der gemessene Druck zum Beispiel bei der US 4 397 285, der US 4 549 513, der US 4 846 128, der US 4 063 238 und der US 5 676 113 dazu verwendet, den Zündzeitpunkt zu kontrollieren, um die Leistungsfähigkeit des Motors zu steigern. Aus der US 5 284 114, der US 4 706 628 und der US 4 732 126 ist es ferner bekannt, den Ort des Spitzendruckes innerhalb der Zylinder zu bestimmen, und in Abhängigkeit hiervon den Zündzeitpunkt und die Kraftstoffparameter zu regeln. Schließlich ist es aus der US 4 516 401 und der US 4 483 146 bekannt, über eine Rückkopplung des Zylinderdruckes den Kompressor von Turbolader-Motoren zu kontrollieren.Methods in which the pressure in a cylinder is measured are known for various purposes. For example, US Pat. No. 4,397,285, US Pat. No. 4,549,513, US Pat. No. 4,846,128, US Pat. No. 4,063,238 and US Pat. No. 5,676,113 use the measured pressure to control the ignition timing in order to determine the performance of the engine to increase. It is further known from US 5,284,114, US 4,706,628 and US 4,732,126 to determine the location of the peak pressure within the cylinders and, in response thereto, to control the ignition timing and the fuel parameters. Finally, it is known from US 4 516 401 and US 4 483 146 to control the compressor of turbocharger engines by feedback of the cylinder pressure.
Die DE 197 05 463 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem die Einspritzmenge solange reduziert wird, bis der maximale Brennraumdruck den Schwellwert erreicht.DE 197 05 463 A1 discloses a method and a device for controlling an internal combustion engine, in which the injection quantity is reduced until the maximum combustion chamber pressure reaches the threshold value.
Die JP 08 158 926 offenbart ein Verfahren zur Verhinderung eines maximalen Gasdrucks im Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei ein Einspritzzeitpunktsignal als Funktion einer Druckdifferenz erzeugt wird.JP 08 158 926 discloses a method for preventing a maximum gas pressure in the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein an injection timing signal is generated as a function of a pressure difference.
Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The solution of the above object is achieved according to the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Unter dem Spitzendruck wird nachfolgend der während eines Motortaktes auftretende größte Zylinderinnendruck verstanden.The peak pressure is understood below to mean the greatest in-cylinder pressure occurring during an engine cycle.
Durch das Verfahren wird sichergestellt, dass ein für den Verbrennungsmotor als Belastungsgrenze anzusehender Maximalwert des Zylinderdruckes nicht überschritten wird, indem der Spitzendruck in mindestens einem Zylinder ständig überwacht und bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes durch den Spitzendruck die von der Motorsteuerung vorgegebene Kraftstoffeinleitung und/oder Kraftstoffverbrennung in geeigneter Weise modifiziert wird. Der Schwellwert, ab dem das Verfahren aktiv wird, liegt 5 bis 20 %, vorzugsweise ca. 10% unter dem noch zulässigen Maximalwert des Zylinderinnendruckes.The method ensures that a maximum value of the cylinder pressure which is to be regarded as the load limit is not constantly monitored by monitoring the peak pressure in at least one cylinder and by exceeding the predetermined threshold value by the peak pressure the fuel introduction and / or fuel combustion predetermined by the engine control is suitably modified. The threshold value at which the process becomes active is 5 to 20%, preferably approximately 10%, below the still permissible maximum value of the internal cylinder pressure.
Die Kraftstoffeinleitung und/oder die Kraftstoffverbrennung können insbesondere dadurch modifiziert werden, dass die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge, der Zündzeitpunkt des Luft-Kraftstoff-Gemisches und/oder der Kraftstoffinjektionszeitpunkt modifiziert werden. Über die genannten Steuerungsgrößen kann gezielt Einfluss auf die Druckentwicklung im Zylinderraum genommen werden. So tritt zum Beispiel bei einer Verringerung der zugeführten Kraftstoffmenge eine entsprechende Minderung des Spitzendruckes im entsprechenden Zylinder ein.The fuel introduction and / or the fuel combustion can be modified in particular by modifying the quantity of fuel supplied to the internal combustion engine, the ignition time of the air-fuel mixture and / or the fuel injection time. The aforementioned control variables can be used to influence the pressure development in the cylinder chamber in a targeted manner. Thus, for example, a reduction in the amount of fuel supplied results in a corresponding reduction in the peak pressure in the corresponding cylinder.
Vorzugsweise besteht die Modifikation der Kraftstoffmenge nur aus einer Verringerung der von der Motorsteuerung berechneten, zuzuführenden Kraftstoffmenge. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Verfahren die "normalerweise" von der Motorsteuerung für die Zuführung vorgesehene Kraftstoffmenge allenfalls verringern, niemals jedoch erhöhen kann. Eine solche Verringerung der Kraftstoffmenge genügt dem angestrebten Zweck, den Überdruck im Zylinderraum zu begrenzen.Preferably, the modification of the amount of fuel consists only of a reduction in the amount of fuel calculated by the engine controller. That is, the method of the present invention can at best reduce, but never increase, the amount of fuel "normally" provided by the engine control for delivery. Such a reduction of the amount of fuel satisfies the intended purpose to limit the pressure in the cylinder chamber.
In der einfachsten Variante des Verfahrens wird der Druck in nur einem Zylinder eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors gemessen und als stellvertretend für alle Zylinder des Motors angenommen. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann jedoch auch der Druck in mehreren Zylindern, insbesondere in jeder Zylinderbank des Verbrennungsmotors und/oder in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors gemessen werden. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit und die Sicherheit des Schutzes vor Überdruck weiter erhöhen.In the simplest variant of the method, the pressure in only one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine is measured and assumed as representative of all cylinders of the engine. According to one embodiment of the method, however, the pressure in a plurality of cylinders, in particular in each cylinder bank of the internal combustion engine and / or in each cylinder of the internal combustion engine can be measured. This further increases the accuracy and safety of the overpressure protection.
Des weiteren kann das Verfahren auch hinsichtlich der Modifikation der Kraftstoffeinleitung und/oder der Kraftstoffverbrennung zwischen den Zylindern differenzieren. Im einfachsten Fall wird die Kraftstoffeinleitung und/oder die Kraftstoffverbrennung für alle Zylinder des Motors in gleicher Weise modifiziert. Vorzugsweise werden die genannten Größen jedoch für jede Zylinderbank und/oder für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors separat modifiziert. Auf diese Weise können auf bestimmte Zylinder begrenzte kritische Drükke gezielt in diesen Zylindern bekämpft werden ohne dass die Leistungsfähigkeit der nicht betroffenen Zylinder unnötigerweise beeinträchtigt würde.Furthermore, the method may also differentiate with respect to the modification of the fuel introduction and / or the fuel combustion between the cylinders. In the simplest case, the fuel introduction and / or the fuel combustion is modified in the same way for all cylinders of the engine. Preferably, however, the variables mentioned are modified separately for each cylinder bank and / or for each cylinder of the internal combustion engine. In this way, critical pressures limited to certain cylinders can be selectively controlled in these cylinders without unnecessarily impairing the performance of the unaffected cylinders.
Das erfindungsgemäße Verfahren greift grundsätzlich nur ein, wenn von der Motorsteuerung eine Kraftstoffeinleitung und/oder Kraftstoffverbrennung vorgegeben wird, welche im Motor zu einem Druck führt, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Mit Überschreiten des Schwellwertes wird das erfindungsgemäße Verfahren aktiv und beeinflusst die Kraftstoffeinleitung und/oder Kraftstoffverbrennung im Sinne einer Verminderung der Druckwerte. Um dabei dennoch den von der Motorsteuerung angestrebten Verhältnissen möglichst nahe zu kommen, wird vorteilhafterweise versucht, den Spitzendruck im Zylinder möglichst nahe an der maximal zulässigen Grenze des Maximalwertes zu halten. Sobald jedoch die Motorsteuerung eine Kraftstoffeinleitung und/oder Kraftverbrennung vorgibt, welche zu niedrigeren Druckwerten führen würde, werden sofort diese neuen Vorgaben ausgeführt.In principle, the method according to the invention intervenes only when a fuel introduction and / or fuel combustion is predetermined by the engine control, which leads to a pressure in the engine which exceeds a predetermined threshold value. When the threshold value is exceeded, the method according to the invention becomes active and influences the fuel introduction and / or fuel combustion in the sense of a reduction of the pressure values. In order nevertheless to come as close as possible to the conditions sought by the engine control, it is advantageously attempted to reduce the peak pressure in the engine Keep the cylinder as close as possible to the maximum permissible limit of the maximum value. However, as soon as the engine control system prescribes fuel introduction and / or combustion, which would lead to lower pressure values, these new specifications are executed immediately.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der oben erläuterten Art, welche einen Spitzendruckregler enthält, der eingangsseitig mit mindestens einem in einem Zylinder des Verbrennungsmotors angeordneten Drucksensor und ausgangsseitig mit einer Steuerungsvorrichtung für die Kraftstoffeinleitung und/oder Kraftstoffverbrennung verbunden ist. Der Spitzendruckregler ist weiterhin so eingerichtet, dass er die Kraftstoffeinleitung und/oder Kraftstoffverbrennung modifiziert, wenn der Spitzendruck im Zylinder einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei die Modifikation so erfolgt, dass der Spitzendruck im Zylinder unter einem Maximaldruck bleibt, wobei der Schwellwert 5 bis 20 % kleiner als der Mamimalwert ist und die Kraftstoffeinleitung und/oder die Kraftstoffverbrennung so modifiziert werden, dass der Spitzendruck im Zylinder möglichst nahe am Maximalwert (Pmax) liegt, solange nicht von der Motorsteuerung niedrigere Druckwerte angesteuert werden. Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich die oben erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielen.The invention also relates to a device for carrying out a method of the type described above, which includes a peak pressure regulator, which is connected on the input side with at least one arranged in a cylinder of the engine pressure sensor and the output side with a control device for fuel introduction and / or fuel combustion. The peak pressure regulator is further configured to modify fuel injection and / or fuel combustion when the peak pressure in the cylinder exceeds a predetermined threshold, the modification being such that the peak pressure in the cylinder remains below a maximum pressure, the threshold being 5 to 20%. is smaller than the Mamimalwert and the fuel injection and / or the fuel combustion are modified so that the peak pressure in the cylinder as close to the maximum value (P max ) is, as long as not lower pressure values are controlled by the engine control. With such a device, the above-explained advantages of the method according to the invention can be achieved.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch das erfindungsgemäße Verfahren an einem Vierzylindermotor;
- Fig. 2a-f
- sechs verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für Sensoren und Regeleinrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 3
- ein Flussdiagramm des Verfahrensablaufes;
- Fig. 4
- Kraftstofffluss und zugehörigen Druck im Zylinder beim Stand der Technik;
- Fig. 5
- Kraftstofffluss, zugehörigen Druck im Zylinder und Regelungsmodi bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Fig. 1
- schematically the inventive method on a four-cylinder engine;
- Fig. 2a-f
- six different possible arrangements for sensors and control devices for carrying out the method according to the invention;
- Fig. 3
- a flowchart of the process flow;
- Fig. 4
- Fuel flow and associated pressure in the cylinder in the prior art;
- Fig. 5
- Fuel flow, associated pressure in the cylinder and control modes in carrying out the method according to the invention.
In Figur 1 ist schematisch das erfindungsgemäße Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine dargestellt, bei der es sich sowohl um einen Ottomotor als auch einen Dieselmotor handeln kann. Insbesondere Dieselmotoren profitieren von dem erfindungsgemäßen Verfahren, da sie größeren Druckvariationen innerhalb des Zylinders ausgesetzt sind und die maximalen Spitzendrücke weit höher liegen als bei Benzinmotoren.In Figure 1, the control system according to the invention for an internal combustion engine is shown schematically, which may be both a gasoline engine and a diesel engine. In particular, diesel engines benefit from the method of the invention because they are subject to greater pressure variations within the cylinder and the maximum peak pressures are much higher than in gasoline engines.
Figur 1 zeigt vier in bekannter Weise hintereinander angeordnete Zylinder 1 eines Verbrennungsmotors. In jedem Zylinder 1 ist ein Drucksensor 3 angeordnet, über welchen der in dem Zylinder herrschende Druck gemessen und an einen Spitzendruckregler C gemeldet wird. Derartige Spitzendruckregler C, C', C'', C''' sind für alle Zylinder des Motors separat vorgesehen.FIG. 1 shows four
Der Ausgang des Reglers C wirkt auf Aktuatoren des Kraftstoffeinspritzsystems ein. Hierzu zählen die Injektoren 2 und gegebenenfalls auch die Kraftstoffpumpe. Die hauptsächlich geregelte Variable ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffes Fq für jeden Zylinder. Diese Variable kann für jeden Zylinder individuell oder für mehrere beziehungsweise für alle Zylinder gemeinsam geregelt werden. Alternativ kann auch die Zeitsteuerung der Injektion (Ftim für einen Dieselmotor) oder die Zündzeitpunktvorlaufsteuerung (für einen Ottomotor) anstelle oder zusammen mit der Menge des eingespritzten Kraftstoffes Fq gesteuert werden.The output of regulator C acts on actuators of the fuel injection system. These include the
Die von der Regeleinrichtung verwendeten Sensoren können jede Art von Sensor sein, welcher eine Anzeige des Druckes Pcyl innerhalb einiger oder aller Zylinder geben kann. Diese Sensoren werden daher nachfolgend als Zylinderinnendrucksensoren bezeichnet. Zu typischen Sensoren gehören direkte Zylinderinnendrucksensoren wie zum Beispiel piezoelektrische oder optische Sensoren, die direkt in der Verbrennungskammer angebracht sind, oder indirekte Zylinderinnendrucksensoren wie piezoelektrische Sensoren, die in einer Zünd- oder Glühkerze angebracht sind, oder Beschleunigungsmesser, die außerhalb der Verbrennungskammer angebracht sind. Die Ausgangssignale der Sensoren können in bekannter Weise nach entsprechender Vorverarbeitung und Kalibrierung in Drucksignale umgewandelt werden. Je größer die Genauigkeit dieser Drucksignale ist, um so besser kann die erfindungsgemäße Regelung ausgeführt werden, und um so höher ist der Nutzen der Erfindung.The sensors used by the controller may be any type of sensor that can give an indication of the pressure P cyl within some or all of the cylinders. These sensors are therefore referred to below as internal cylinder pressure sensors. Typical sensors include direct in-cylinder pressure sensors such as piezoelectric or optical sensors mounted directly in the combustion chamber, or indirect in-cylinder pressure sensors such as piezoelectric sensors mounted in an ignition or glow plug or accelerometers mounted outside the combustion chamber. The output signals of the sensors can be converted in a known manner after appropriate preprocessing and calibration in pressure signals. The greater the accuracy of these pressure signals, the better the regulation according to the invention can be carried out, and the higher the benefit of the invention.
Während in Figur 1 ein System gezeigt ist, bei dem ein Zylinderinnendrucksensor 3 pro Zylinder und ein Spitzendruckregler C, C', C'', C''' pro Sensor vorhanden ist, kann die Erfindung auch auf Motoren angewendet werden, bei denen nicht alle Zylinder mit Sensoren ausgestattet sind. Zum Beispiel kann nur ein Zylinder pro Motor oder ein Zylinder pro Zylinderbank bei V-Motoren mit einem Sensor ausgestattet sein. Die verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten sind in Figur 2 dargestellt und umfassen folgende Varianten:
- a) ein Sensor pro Zylinder 1, ein Regler pro Zylinder;
- b) ein Sensor pro Zylinder, ein Regler pro Zylinderbank;
- c) ein Sensor pro Zylinder, ein Regler pro Motor;
- d) ein Sensor pro Bank, ein Regler pro Bank;
- e) ein Sensor pro Bank, ein Regler pro Motor;
- f) ein Sensor pro Motor, ein Regler pro Motor.
- a) one sensor per
cylinder 1, one controller per cylinder; - b) one sensor per cylinder, one controller per cylinder bank;
- c) one sensor per cylinder, one controller per motor;
- d) one sensor per bank, one regulator per bank;
- e) one sensor per bank, one regulator per motor;
- f) one sensor per motor, one controller per motor.
Dabei wird eine bessere Leistung erreicht, wenn ein Sensor in jedem Zylinder angebracht ist. Tabelle 1 zeigt, welche Produktionstoleranzen in Abhängigkeit von der gewählten Sensorkonfiguration kompensiert werden können.
...
...
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines möglichen Regelalgorithmus. In Block 17 wird von der Motorsteuerung aufgrund der vom Fahrer vorgegebenen Gaspedalstellung 11 sowie anderer Sensorsignale 10 eine übliche Kraftstoffzuführungsstrategie berechnet. Ergebnis dieser Berechnung ist die in den Zylinder zu injizierende Kraftstoffmenge Fq d.FIG. 3 shows a flow chart of a possible control algorithm. In
Parallel hierzu wird von einem Spitzendruckdetektor 13, welcher die Daten 12 des Zylinderinnendrucks Pcyl erhält, der Spitzendruck Ppeak detektiert. Dieser Spitzendruck Ppeak ist als maximaler Druck während eines Motortaktes definiert. Die Bestimmung geschieht einmal pro Motorzyklus. Der Wert Ppeak wird in einem Puffer 14 solange zwischengespeichert, bis ein neuer Wert ihn überschreibt. Dies kann einmal pro Zyklus, einmal pro Takt oder mit jeder anderen geeigneten Schrittfolge in Abhängigkeit von der Konfiguration der Drucksensoren und der Anzahl der Spitzendruckregler erfolgen.In parallel, the peak pressure P peak is detected by a
In einem ersten Zweig des Algorithmus wird der Spitzendruck Ppeak dann an einen Summierer geleitet, in welchem er von dem in Block 15 gespeicherten Wert des maximal zulässigen Drucks Pmax im Zylinder subtrahiert wird. Die so gebildete Differenz wird einem Pmax-Folgeregler 16 zugeleitet. Die Aufgabe dieses Reglers besteht darin, die zu injizierende Kraftstoffmenge derart zu berechnen, dass der Spitzendruck Ppeak auf den maximal zulässigen Druck Pmax geregelt wird. Typischerweise handelt es sich bei diesem Regler um einen Proportional/Integral (PI) oder Proportional/Integral/Differential (PID) Regler mit einer "Anti-Windup"-Eigenschaft, um einen sprunglosen Übergang von beziehungsweise zu der ursprünglichen Kraftstoffversorgungsstrategie (Blöcke 18 und 19) zu gewährleisten. Der Regler sollte so kalibriert sein, dass er jeglichen Drucküberschuss vermeidet. Die Ausgabe des Reglers 16 besteht aus einem Wert Fq c für die Kraftstoffeinleitung.In a first branch of the algorithm, the peak pressure P peak is then passed to a summer in which it is subtracted from the value of the maximum permissible pressure P max stored in
Im Block 18 wird der Spitzendruck Ppeak mit einem vorgegebenen Schwelldruck Pth verglichen, welcher einige bar unterhalb des Maximaldruckes Pmax gewählt wird. Wenn der Spitzendruck unter dem Schwelldruck bleibt, wird die ursprüngliche Motorsteuerungsstrategie nicht verändert. Das heißt, dass gemäß Block 20 die Kraftstoffmenge F gleich der von der Motorsteuerung vorgegebenen Kraftstoffmenge Fq d gesetzt wird. Der Motor arbeitet dabei sicher weit unterhalb des Maximaldruckes Pmax, so dass der Druckbegrenzer deaktiviert bleiben kann.In
Wenn der Spitzendruck Ppeak den vorgegebenen Schwelldruck Pth in Block 18 dagegen überschreitet, nähert sich der Motor dem Maximaldruck Pmax an. Gemäß Block 19 können daraufhin verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Der Grund, warum Ppeak mit Pth und nicht direkt mit Pmax verglichen wird, besteht darin, dass dem Spitzendruckregler erlaubt werden soll, seine Regelungsaktionen voraus zu planen und dementsprechend die Drucküberschüsse zu unterdrücken, welche andernfalls bei den großen Zeitverzögerungen in dem System unvermeidbar sein würden.If the peak pressure P peak exceeds the predetermined threshold pressure P th in
Im bereits erwähnten Block 19 wird die Größe des von der Motorsteuerung vorgegebenen Kraftstoffflusses Fq d mit dem vom Folgeregler 16 vorgegebenen Kraftstofffluss Fq c verglichen. Wenn Ppeak in die Nähe von Pmax kommt (das heißt Ppeak > Pth) und Fq d > Fq c ist, ist ein Schutz vor einem Überdruck notwendig, und der Motor wird gemäß Block 21 mit einer Kraftstoffmenge F betrieben, die gleich der vom Pmax-Folgeregler berechneten Menge Fq c ist. Falls der Fahrer jedoch bremst, fällt Fq d unterhalb von Fq c ab, und der Fahrer erlangt die volle Kontrolle zurück (Block 20: F = Fq d). Hierbei handelt es sich um ein Sicherheitskriterium, da die Menge des injizierten Kraftstoffes niemals die Kraftstoffmenge der ursprünglichen Kraftstoffzuführungsstrategie überschreiten kann. Mit anderen Worten hat der Fahrer immer die Kontrolle über die maximale Kraftstoffzufuhr.In the already mentioned
In Block 19 könnte die Verzweigungsbedingung auch mit jeder anderen verfügbaren und mit dem Drehmoment in Beziehung stehenden Größe anstelle der Kraftstoffmenge ausgewertet werden.In
Die in Figur 3 dargestellte Regelungsstrategie für den Spitzendruck im Zylinderinnenraum wurde an einem herkömmlichen Vierzylinder 2.0-Liter Dieselmotor getestet. Der Maximaldruck Pmax wurde im Regler auf 120 bar und der Schwelldruck Pth auf 10 bar unterhalb des Maximaldruckes (das heißt auf 110 bar) gesetzt. Zu Vergleichszwecken wurde der Motor zunächst bei ausgeschaltetem Spitzendruckregler betrieben.The control strategy for the peak pressure in the cylinder interior shown in Figure 3 has been on a conventional Four-cylinder 2.0-liter diesel engine tested. The maximum pressure P max was set to 120 bar in the regulator and the threshold pressure P th to 10 bar below the maximum pressure (that is, to 110 bar). For comparison purposes, the engine was initially operated with the peak pressure regulator switched off.
Figur 4 zeigt die Ergebnisse dieses Vergleiches, wobei der Spitzendruck Ppeak mehrere Male um mehr als 10 bar den Grenzwert Pmax von 120 bar übersteigt. Im oberen Diagramm von Figur 4 sind der Spitzendruck im Zylinderinnenraum auf der vertikalen Achse und die Zeitdauer des Versuches auf der horizontalen Achse eingetragen. Im unteren Diagramm ist im Vergleich hierzu auf derselben Zeitachse die Kraftstoffmenge, die an die Zylinder abgegeben wird, eingetragen.Figure 4 shows the results of this comparison, wherein the peak pressure P peak several times by more than 10 bar exceeds the limit P max of 120 bar. In the upper diagram of Figure 4, the peak pressure in the cylinder interior on the vertical axis and the duration of the experiment on the horizontal axis are entered. In the lower diagram, the amount of fuel that is delivered to the cylinders is entered on the same time axis in comparison with this.
In Figur 5 sind die Ergebnisse dargestellt, wenn der Spitzendruckregler eingeschaltet ist und dasselbe Fahrverhalten (dieselben Gaspedalpositionen) auf den Motor angewendet wird. Der im obersten Diagramm dargestellte Spitzendruck Ppeak des Zylinderinnendrucks überschreitet zu keinem Zeitpunkt den Grenzwert Pmax von 120 bar.In Figure 5, the results are shown when the peak pressure regulator is turned on and the same drivability (same accelerator pedal positions) is applied to the engine. The peak pressure P peak of the cylinder internal pressure shown in the top diagram does not exceed the limit value P max of 120 bar at any time.
Die durch den Spitzendruckregler vorgenommene Begrenzung der Kraftstoffeinleitung gegenüber der von der Motorsteuerung verfolgten Strategie (vgl. Figur 4 unten) ist aus dem mittleren Diagramm von Figur 5 erkennbar. Ferner ist erkennbar, dass der Spitzendruckregler deaktiviert wird, sobald die Kraftstoffanforderung des Fahrers der vom Spitzendruckregler vorgegebenen Kraftstoffmenge gleich wird. Aufgrund der "Anti-Windup" Eigenschaft wird der vom Spitzendruckregler vorgegebene Kraftstoffmengenwert niemals kleiner als die ursprünglich vorgeschlagene Kraftstoffmenge. Das unterste Diagramm von Figur 5 zeigt auf derselben Zeitachse wie die beiden oberen Diagramme den Modus (0 = ursprüngliche Motorsteuerung oder 1 = Spitzendruckregelung), in welchem die Kraftstoffversorgung gerade betrieben wird.The limitation of the fuel introduction made by the peak pressure regulator with respect to the strategy pursued by the engine control (see FIG. 4 below) can be seen from the middle diagram of FIG. It can also be seen that the peak pressure regulator is deactivated as soon as the fuel demand of the driver becomes equal to the fuel quantity predetermined by the peak pressure regulator. Due to the "anti-windup" characteristic, the fuel quantity specified by the peak pressure regulator never becomes smaller than the originally proposed fuel quantity. The bottom diagram of Figure 5 shows on the same time axis as the top two Diagrams the mode (0 = original engine control or 1 = peak pressure control) in which the fuel supply is currently being operated.
Claims (6)
- Method for protecting against overpressure an internal combustion engine, the pressure (Pcyl) in at least one cylinder (1) of the internal combustion engine being measured, the introduction and/or combustion of fuel being modified, if the peak pressure (Ppeak) in the cylinder interior exceeds a predefined threshold value (Pth), in such a way that the peak pressure subsequently remains below a maximum value (Pmax), characterized in that the threshold value is 5 to 20 % less than the maximum value and the introduction and/or combustion of fuel are modified in such a way that the peak pressure in the cylinder (1) is as close as possible to the maximum value (Pmax) for as long as no lower pressure values are set by the engine controller.
- Method according to Claim 1,
characterized in that the supplied quantity of fuel, the ignition time and/or the fuel injection time are modified. - Method according to one of Claims 1 or 2,
characterized in that the modification of the supplied quantity of fuel comprises only a reduction in the fuel quantity to be supplied (Fq d) as calculated by the engine controller. - Method according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the pressure in each cylinder bank and/or in each cylinder (1) of the internal combustion engine is measured.
- Method according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that the introduction and/or combustion of fuel in each cylinder bank and/or in each cylinder of the internal combustion engine is modified separately.
- Device for carrying out the method according to one of Claims 1 to 5, comprising a peak pressure regulator (C, C', C" , C"') which is connected at the input side to at least one pressure sensor (3) arranged in a cylinder (1) of the internal combustion engine, and at the output side to a control device (2) for the introduction and/or combustion of fuel, and is set up in such a way that, if the peak pressure (Ppeak) in the cylinder interior exceeds a predefined threshold value (Pth), it modifies the introduction and/or combustion of fuel so that the peak pressure remains below a maximum value (Pmax), the threshold value being 5 to 20 % less than the maximum value and the introduction and/or combustion of fuel being modified in such a way that the peak pressure in the cylinder (1) is as close as possible to the maximum value (Pmax) for as long as no lower pressure values are set by the engine controller.
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