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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine
Brennkraftmaschine.
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Aus der
DE 44 44 751 A1 ist ein
System zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem
ausgehend von einem erfolgenden Interrupt verschiedene Berechnungen
von Größen ausgelöst werden.
Dabei wird bei jeder Einspritzung ein Interrupt ausgelöst und alle
Daten für
diese Einspritzung im Anschluss an diesen Interrupt bestimmt. Einen Hinweis
dahingehend, dass die Daten für
die Vor- und die Haupteinspritzung zu unterschiedlichen Zeitpunkten
berechnet werden und oder dass die Daten für die Haupteinspritzung und
Voreinspritzung bei unterschiedlichen Einspritzungen verwendet werden, kann
dieser Schrift der Fachmann nicht entnehmen.
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Aus der
DE 198 09 001 A1 ist ein
Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, bekannt, bei
der die Einspritzung in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung
aufgeteilt ist.
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Die
DE 42 04 091 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung
eines magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumesssystems. Die Magnetventile
werden zur Steuerung des Beginns und des Endes der Einspritzung verwendet.
Dort wird ein Korrekturwinkel, der die Abweichung zwischen einem
interpolierten und einem extrapolierten Wert charakterisiert, bei
der nächsten Einspritzung
verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung
die Berechnung der Größen zur
Steuerung der Einspritzung dergestalt auszuführen, dass die Größen rechtzeitig
vor der Einspritzung vorliegen, dass die berechneten Größen möglichst
aktuell sind und dass frühere
Größen nicht durch
eine spätere
Berechnung beeinflusst werden. Diese Aufgabe wird durch die in den
unabhängigen Ansprüchen genannten
Merkmale gelöst.
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Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es
zeigen 1 ein Blockdiagramm
einer Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung, 2 verschiedene über Zeit
aufgetragene Signale und 3 ein
Flußdiagramm
zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 sind
die wesentlichen Elemente eines Systems zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in
eine Brennkraftmaschine dargestellt. Die Steuerung ist mit 100 bezeichnet.
Sie beaufschlagt einen Steller 110 mit Ansteuersignalen
A. Desweiteren ist ein Impulsrad 125 vorgesehen, daß auf der
Kurbel und/oder der Nockenwelle angeordnet ist, und von einem Sensor 120 abgetastet
wird, der mit der Steuerung 100 verbunden ist. Ferner sind
weitere Sensoren 130 vorgesehen, die Signale erzeugen,
die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine sowie Umgebungsbedingungen
charakterisieren.
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Der Sensor 120 liefert Impulse,
die in bestimmten Winkelstellungen der Kurbel und/oder Nockenwelle
auftreten. Vorzugsweise sind die Markierungen auf dem Impulsrad 125 derart
angeordnet, daß jeweils
beim oberen Totpunkt eines Zylinders der Brennkraftmaschine ein
Impuls auftritt. Die weiteren Sensoren 130 umfassen unter
anderem einen Sensor, der ein Signal liefert, das den Fahrerwunsch
charakterisiert.
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Ausgehend von den verschiedenen Betriebskenngrößen berechnet
die Steuerung 100 Ansteuersignale A zur Beaufschlagung
des Stellers 110. Ausgehend von dem Fahrerwunsch und der Drehzahl
der Brennkraftmaschine bestimmt die Steuerung 100 eine
Größe QK, die
die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt. Ferner wird ausgehend von
verschiedenen Größen, wie
beispielswiese der einzuspritzenden Kraftstoffmenge QK eine Größe bestimmt,
die den Einspritzbeginn festlegt. Neben dem Fahrerwunsch und der
Drehzahl können
noch weitere Größen, die
den Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder der Brennkraftmaschine
kennzeichnen, berücksichtigt
werden. Ausgehend von Größen, die
den Einspritzbeginn und die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren
berechnet die Steuerung 100 die Ansteuersignale A zur Beaufschlagung
des Stellers 100.
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Bei dem Steller 110 handelt
es sich vorzugsweise um ein Magnetventil oder um einen sogenannten
Piezosteller. Abhängig
vom Ansteuersignal A nimmt der Steller 110 eine solche
Position ein, daß eine
Einspritzung erfolgt bzw. nicht erfolgt. Vorzugsweise wird ein Signal
ausgegeben, das den Ansteuerbeginn festlegt, und ein Signal, das
das Ansteuerende festlegt, ausgegeben.
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Die eigentliche Einspritzung ist
häufig
in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt. Vorzugsweise wird pro
Verbrennungszyklus in einen Zylinder eine kleine Voreinspritzmenge
und eine größere Haupteinspritzung
durchgeführt.
Neben einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung können noch
weitere Teileinspritzungen vorgesehen sein. So kann beispielsweise
noch eine Nacheinspritzung vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, daß die Voreinspritzung,
die Haupteinspritzung und/oder die Nacheinspritzung jeweils in mehrere
Voreinspritzungen, Haupteinspritzungen und/oder die Nacheinspritzungen
aufgeteilt werden.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise
am Beispiel der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
kann aber auch auf andere Teileinspritzungen angewendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist anwendbar, wenn eine erste und eine zweite Teileinspritzung durchgeführt wird.
Im Folgenden wird die erste Teileinspritzung als Voreinspritzung
und die zweite Teileinspritzung als Haupteinspritzung bezeichnet.
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Um eine optimale Verbrennung erzielen
zu können,
müssen
die Teileinspritzungen eine bestimmte Lage zum oberen Totpunkt des
jeweiligen Zylinders aufweisen. Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen
muß der
Ansteuerbeginn sowohl der Voreinspritzung als auch der Haupteinspritzung
exakt vorgegeben werden. Die Voreinspritzung wird in dem Bereich
von ca. 95° vor
dem oberen Totpunkt und die Haupteinspritzung 25° vor dem oberen Totpunkt ausgelöst.
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In die Berechnung den Ansteuerbeginn
sowohl für
die Vorals auch für
die Haupteinspritzung sind die Einspritzmenge QK und die mittlere
Motordrehzahl N erforderlich. Die Berechnung der Ansteuerdauer sowohl
der Vor- als auch der Haupteinspritzung erfordert die Einspritzmenge
QK und den aktuellen Einspritzdruck P.
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Die Motordrehzahl N bleibt in dem
Zeitraum zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung
im wesentlichen konstant. Die Einspritzmenge QK kann sich innerhalb
dieser Zeit deutlich ändern. Insbesondere
bei sogenannten Common-Rail-Systemen,
bei der der Kraftstoffdruck dem Druck in dem sogenannten Rail entspricht,
besitzt der Kraftstoffdruck P eine sehr hohe Dynamik. Es muß daher
von einer beträchtlichen Änderung
dieser Größe zwischen
der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung ausgegangen werden.
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Aus diesem Grund ist es erforderlich,
daß die Voreinspritzung
und die Haupteinspritzung an unterschiedlichen Zeitpunkten berechnet
werden. Es sind winkelsynchrone Interrupts vorgesehen, die jeweils bei
einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle und/oder der Nockenwelle
auftreten. Der Interrupt, der die Berechnung der Größen für die Voreinspritzung
auslöst,
erfolgt vorzugsweise 168° vor
dem oberen Totpunkt und der Interrupt, der die Berechnung der Größen für die Haupteinspritzung
auslöst, erfolgt
78° vor
dem oberen Totpunkt.
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Die verbrennungstechnische Bedeutung
der Voreinspritzung liegt darin, den Brennraum für die nachfolgende Haupteinspritzung
vorzukonditionieren. Es ist daher nicht so sehr die absolute Lage
bezogen auf die Stellung der Kurbel- und/oder Nockenwelle, sondern
vielmehr die relative Lage der Voreinspritzung in Bezug auf die
Haupteinspritzung von Bedeutung. Dieser Forderung wird dadurch Rechnung getragen,
daß der
Abstand zwischen dem Ansteuerbeginn der Voreinspritzung und dem
Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung aus einem Kennfeld ausgelesen
wird. D.h. der Ansteuerbeginn ABVE der Voreinspritzung ergibt sich
gemäß der folgenden
Formel.
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ABVE = ABVR +
ABHE
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Dabei entspricht die Größe ABHE
dem Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung und die Größe ABVR
dem Abstand zwischen dem Ansteuerbeginn für die Vor- und die Haupteinspritzung.
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Problematisch ist, daß bei der
Berechnung der Voreinspritzung für
einen Einspritzvorgang der Ansteuerbeginn ABHE für diese Haupteinspritzung noch
nicht berechnet ist. Wird anschließend mit neuen Betriebsbedingungen
der Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung berechnet, so kann dieser
neuberechnete Wert für
den Beginn der Haupteinspritzung ABHE deutlich von dem vorangegangen
Wert, der zur Berechnung der Voreinspritzung verwendet wurde, abweichen.
Dies kann unter ungünstigen
Bedingungen dazu führen,
daß Haupteinspritzung
und Voreinspritzung einen zu großen oder einen deutlich zu kleinen
Abstand besitzen.
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In 2 sind
verschiedene Größen der
Zeit t aufgetragen. In der obersten Zeile sind mit nach unten weisenden
Pfeilen die Zeitpunkte markiert, bei denen die Impulse des Sensors 120 auftreten.
Mit OT(K-1) ist der obere Totpunkt des K-1 ten und mit OT(K) der
obere Totpunkt des K-ten Zylinders bezeichnet.
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Darunter sind mit nach oben weisenden
Pfeilen die Zeitpunkte gekennzeichnet, bei denen die Interrupts
auftreten, die jeweils die Berechnung der Größen für die Vor- und die Haupteinspritzung
auslösen.
In der Zeile darunter sind die Zeiträume markiert, in denen die
Voreinspritzungen in den ersten Zylinder und in den zweiten Zylinder
auftreten können.
Mit VE(K-1) ist der mögliche
Zeitraum für
die Voreinspritzung in den K-1 ten und mit VE2 in den k ten Zylinder
bezeichnet.
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In der darunter liegenden Zeile sind
entsprechend der mögliche
Zeitraum für
die Haupteinspritzung HE(K-1) des K-1 ten und der Zeitraum für die Haupteinspritzung
HE(K) für
den K ten Zylinder gekennzeichnet. In der untersten Zeile sind die
Bereiche angegeben, in denen die Größen zur Steuerung der Einspritzung
berechnet werden.
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Die zeitliche Trennung der beiden
Berechnungen ist nicht möglich,
da insbesondere die Ansteuerdauer möglichst aktuell berechnet werden
soll. Desweiteren liegt zu Beginn der Berechnung für die K-
te Haupteinspritzung HE(K) der Ansteuerbeginn ABVE(K) für die k
-te Voreinspritzung VE(K) bereits fest, bzw. das Ansteuersignal
wurde schon an den Steller abgegeben.
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Damit unter diesen gegebenen Randbedingungen
auch noch der Abstand zwischen der Voreinspritzung K und der Haupteinspritzung
K dem gewünschten
Wert entspricht, darf der Ansteuerbeginn ABHE(K) für die nachfolgend
berechnete Haupteinspritzung HE(K) nicht mehr gegenüber dem
zugrunde gelegten Wert ABHE(K-1) der Haupteinspritzung HE(K-1) verändert werden.
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Um die Beeinflussung des Abstandes
ABVER zwischen der Vor- und
Haupteinspritzung durch die Berechnung der Haupteinspritzung zu
beseitigen, wird wie im folgenden beschrieben, vorgegangen. In einem
ersten Schritt 300 der 3 wird überprüft, ob ein
oberer Totpunkt OT vorliegt. Erkennt die Abfrage 300, daß ein solcher
vorliegt; wird im Schritt 310 ein Zähler K um 1 erhöht. Die
anschließende
Abfrage 320 überprüft, ob ein
erster Interrupt IR1(K) vorliegt.
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Liegt dieser Interrupt IR1(K) vor,
so erfolgt in Schritt 330 die Berechnung der Größen für die Voreinspritzung. Dabei
wird die Dauer DVE(K) der Voreinspritzung abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge
QK und dem Kraftstoffdruck P vorgegeben. Der Abstand ABVER(K) wird
als Funktion f1 von wenigstens der Drehzahl N und weiterer Größen wie
der eingespritzten Kraftstoffmenge QK vorgegeben. Vorzugsweise wird
dieser Wert aus einem mit entsprechenden Kennfeld und/oder Kennfeldern ausgelesen.
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Der Ansteuerbeginn ABVE(K) für die nächstfolgende
Voreinspritzung wird dann ausgehend von dem Abstand ABVER(K) und
der Größe ABHEW(K-1)
berechnet. Bei der Größe ABHEW(K-1)
handelt es sich um den bei der vorangehenden Einspritzung berechneten
Ansteuerbeginn für
die Haupteinspritzung.
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Die anschließende Abfrage 340 überprüft, ob der
Interrupt IR2(K) aufgetreten ist. Ist dies der Fall, so werden im
Schritt 350 die Größen für die Haupteinspritzung
berechnet. Die Dauer DHE(K) der Haupteinspritzung wird abhängig von
der eingespritzten Kraftstoffmenge QK und dem Kraftstoffdruck P
vorgegeben. Anschließend
wird der neue Wert ABHEW(K) für
den gewünschten
Ansteuerbeginn als Funktion f2 von wenigstens der eingespritzten
Kraftstoffmenge QK und der Drehzahl N berechnet: Diese Größe gibt
den gewünschten
Ansteuerbeginn für
die Haupteinspritzung, bei der die Haupteinspritzung für diese
Betriebszustände
optimal wäre, an.
Anschließend
erfolgt die Berechnung der Größe ABHEK(K);
diese Größe wird
gleich dem Wert ABHEW(K-1) gesetzt. Die Größe ABHEK(K) entspricht der
Größe, mit
dem der Steller angesteuert wird, um den Beginn der Haupteinspritzung
auszulösen.
Bei Ansteuerbeginn der Haupteinspritzung wird der bei der vorhergehenden
Einspritzung berechnete Wert für
den Ansteuerbeginn der vorhergehenden Haupteinspritzung verwendet.
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Erfindungsgemäß wird mit zwei unterschiedlichen
Ansteuerbeginnen für
die Haupteinspritzung gearbeitet. Der erste Wert ABHEK entspricht
dem tatsächlich
verwendeten Ansteuersignal und berücksichtigt den geforderten
Abstand zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung. Der zweite
Wert ABHEW berücksichtigt
die geänderten
Betriebsbedingungen zu diesem Zeitpunkt. Dieser Wert wird aber erst
bei der nächsten
Einspritzung als Ansteuerwert verwendet.
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Eine erste Winkelstellung der Kurbelwelle bewirkt
einen ersten Interrupt IR1, der die Bestimmung erster Größen auslöst. Die
ersten Größen ABVE,
DVE bestimmen den Beginn und/oder die Dauer der Voreinspritzung.
Die Größe DVE,
die die Dauer der Voreinspritzung bestimmt, wird bei der nächsten Voreinspritzung,
die auf den Interrupt IR1 folgt, verwendet. Die Größe ABVE,
die zur Steuerung des Beginns der Voreinspritzung dient, wird zur
Steuerung der nächsten
Voreinspritzung nach dem Interrupt verwendet.
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Eine zweite Winkelstellung der Kurbelwelle bewirkt
einen zweiten Interrupt IR2, der die Bestimmung zweiter Größen auslöst. Die
zweiten Größen ABHE,
DHE bestimmen den Beginn und/oder die Dauer der Haupteinspritzung.
Die Größe DHE,
die die Dauer der Haupteinspritzung bestimmt, wird bei der nächsten Haupteinspritzung,
die auf den Interrupt IR2 folgt, verwendet. Die Größe ABHE,
die zur Steuerung des Beginns der Haupteinspritzung dient, wird erst
zur Steuerung der übernächsten Haupteinspritzung
nach dem Interrupt verwendet.
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Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß bei den
Größen DVE
und DHE, die die Dauer der Voreinspritzung und/oder der Haupteinspritzung
bestimmen, jeweils die aktuellsten Betriebskenngrößen verwendet
werden. Desweiteren ist gewährleistet, daß der Abstand
zwischen der Vor- und der Haupteinspritzung dem gewünschten
Wert entspricht.