DE3032381C2

DE3032381C2 - Elektronische Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung

Info

Publication number: DE3032381C2
Application number: DE3032381A
Authority: DE
Inventors: Günter Schöneck; Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Stumpp; Wolf Ing.(grad.) 7141 Oberriexingen Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-08-28
Filing date: 1980-08-28
Publication date: 1986-07-24
Also published as: GB2083246B; FR2489417B1; JPH0152570B2; GB2083246A; FR2489417A1; US4762107A; JPS5776246A; DE3032381A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Steuereinrichtung nach dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Während früher die Dieseleinspritzung eine Domäne des reinen Maschinenbaus war, faßt dort zunehmend die Elektronik Fuß. Bekannt ist z. B, die Regelstange einer Einspritzstange mittels eines Elektromagnetsystems zu steuern, das wiederum seine Eingangsimpulse aus einer elektronischen Regeleinrichtung erhält Aufgrund der Elektronik sind die Einsatzmöglichkeiten kaum beschränkt, so daß eigentlich alle bei einer Brennkraftmaschine vorkommenden Parameter bei der Steuerung bzw. Regelung berücksichtigt werden können.

Eine wesentliche Betriebskenngröße bei der Regelung einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung ist die eingespritzte Kraftstoff menge. Aus der DE-OS 31 25 466 ist eine Brennstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der einem Signalgeber Signale eines Sensors zugeführt werden, der die Stellung der Ventilnadel eines Einspritzventiles detektiert In einer Recheneinheit wird aus dem Ausgangssignal des Signalgebers die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge berechnet In einer Vergleichseinrichtung wird die für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine optimale Brennstoff-Einspritzmenge mit der tatsächlich eingespritzten Brennstoffmenge verglichen. Eine Stelleinrichtung wird von der Steuereinrichtung so angesteuert daß eine auf einen Sollwert geregelte Brennstoffmenge bereitgestellt wird.

Aufgabe der eigenen Erfindung ist es, nicht nur die

Einspritzmenge optimal zu bestimmen, sondern auch die übrigen mit der Kraftstoffzumessung zusammenhängenden Größen. Insbesondere gilt es, für den Spritzbeginn und die Abgasrückführung ein einfach zu bekommendes, genaues Lastsignal zu erfassen und zu verarbeiten. Diese Aufgabe wird srfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Ha^ptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der elektronischen Steuereinrichtung nach Anspruch 1.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektronische Steuereinrichtung für Stellgrößen bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung besim gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, der gestellten Aufgabe in vollem Umso fang gerecht zu werden, wodurch eine allen Erfordernissen der Brennkraftmaschine optimal angepaßte Regelung des Spritzbeginns und der Abgasrückführung möglich ist. Ein weiterer aus den Unteransprüchen hervorgehender Vorteil ist darin zu sehen, daß das Spritzdauersignal aus dem wenigstens einmal differenzierten Signal eines Nadelhubgebers abgeleitet wird. Damit lassen sich Spritzbeginn und Spritzende exakt definieren.

Ein weiterer Vorteil ist in der Tatsache zu sehen, daß das Signal des Nadelhubgebers auch zur Gewinnung eines Drehzahlsignals herangezogen werden kann, wodurch ein eigener Drehzahlsensor eingespart werden kann.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben und erläutert. Es zeiet

F i g. 1 ein Übersichtsschaubild einer elektronischen Steuereinrichtung für Stellgrößen bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung,

F i g. 2 das Ausgangssignal eines Nadelhubgebers als Spritzbeginn- und Spritzendesensor sowie Diagramme zur weiteren Signalverarbeitung,

Fig.3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spritzdauerbestimmungsstufe und

F i g. 4 eine zweite Ausführungsform einer Spritzdauerbestimmungsstufe mit geändertem Eingang.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

F i g. 1 zeigt in grober Obersichtsdarstellung eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung zusammen mit der elektronischen Steuereinrichtung für Stellgrößen und seinen Gebern. Mit 10 ist die Brennkraftmaschine selbst bezeichnet, mit 11 das Einspritzsteuersystem mit zwei Eingängen 12 und 13 für die Kraftstoffmenge und den Spritzbeginn. 14 kennzeichnet eine Kraftstoffpumpe, die aus einem Tank 15 Kraftstoff zur Einspritzeinrichtung 11 fördert Mit 16 ist eine Ansaugleitung bezeichnet, mit 17 eine Abgasleitung und mit 18 ein Abgasrückführungskanal. Mittels einer Mischklappe 19 im Ansaugrohr kann der Anteil von Frischluft zu Abgas bestimmt werden.

Ein Fahrpedalstellungsgeber ist mit 20 bezeichnet, ein Drehzahlgeber mit 21 und ein Nadelhubgeber in einer Einspritzdüse oder mehreren mit 22. Das eigentliche Steuergerät gliedert sich in drei Einheiten und zwar für die Kraftstoffmenge 24, für den Spritzbeginn 25 und für die Abgasrückführrate 26. Dabei steht die Einheit für die Kraftstoffmenge 24 mit dem Eingang 12 und die Einheit

25 für den Spritzbeginn mit dem Eingang 13 der Einspritzeinrichtung 11 in Verbindung. Die entsprechende Einheit für die Abgasrückführung 26 steuert die Mischklappe 19 an.

Die einzelnen Einheiten 24, 25 und 26 des Steuergeräts sind als solche bekannt und gehören seit längerem zum Stand der Technik. Sie erhalten Eingangssignale von den einzelnen Gebern und darüber hinaus auch z. B. von Temperatur-Sensoren zur Bildung eines Korrektursignals. Im einzelnen bekommt die Steuereinheit für die Kraftstoffmenge Eingangssignale vom Fahrpedal 20, vom Drehzahlgeber 21 und im Hinblick auf die Mengenregelung ein Kraftstoffmengen-Iste'gnal; die Spritzbeginnsteuereinheit 25 erhält entsprechenderweise Drehzahl- und Kraftstoffmengen-Istwerte sowie einen Spritzbeginn-istwert zugeführt. Zusätzlich kann ein Signal vom Fahrpedalstei'ungsgeber eine gewisse Vorsteuerung bewirken.

Wenigstens Kraftstoff-Istmenge und die Drehzahl bestimmen das Ausgangssignal der Steuereinheit für die Abgasrückführung 26.

Mit 30 ist ein besonderer Block bezeichnet, dem eingangsseitig ein Signal vom Nadelhubgeber 22 ausgeführt wird und der drei Ausgänge 31,32 und 33 für den Spritzbeginn und den Kraftstoffmengen-Istwert sowie den Drehzahlwert aufweist.

Wesentlich am Gegenstand von F i g. 1 ist, daß ausgehend von einem Spritzbeginn- und Spritzendesignal die Spritzdauer bestimmt und dieses Spritzdauersignal als Lastsignal für die einzelnen im Steuergerät vorkommenden Einheiten — in diesem Fall die Einheiten 24 bis

26 — verwendet wird.

Die Problematik der Lastsignalgewinnung aus Signalen bezüglich des Spriibeginns und des Spritzendes liegt darin, daß diese sehr oft nicht eindeutig vorliegen, störungsbehaftet sind und z. B. Prellvorgänge in der Düse selbst den Beginn und das Ende des Einspritzens nicht genau festlegen lassen.

Aus Fig.2 geht hervor, wie gemäß der Erfindung diese Problematik überwunden wird.

Fig.2 zeigt in vereinfachter Darstellung das Ausgangssignal des Hubgebers 23 von Fi g. 1. Im geschlossenen Zustand der Einspritzdüse liegt dieses Signal auf sehr tiefem Niveau und es steigt an, wenn das Einspritzventil öffnet. Bei der nachfolgenden Schließbewegung sinkt das Potential wieder ab. F i g. 2b zeigt das differenzierte Signal nach a. (= Nadelgeschwindigkeit). Erkennbar ist eine positive Signalspitze bei der Anzugsbewegung des Ventils und eine negative Spitze bei der Schließbewegung. Die sehr steile »Abfallflanke« des differenzierten Signals am Spritzende rührt daher, daß die Ventilnadel beim Übergang in ihrem Ruhezustand beim Aufschlagen auf den Anschlag sehr schnell abgebremst wird und eine sehr hohe Geschwindigkeitsänderung eintritt Dies wird vor allem in Fig.2c deutlich, wo die Beschleunigung des Positionssigna:. nach Fig.2a aufgetragen ist Die sehr hohe Impulsspitca am Ende des Schließvorgangs des Magnetventils läßt sich mittels eines Vergleichers abfragen und daraus ein zuverlässiges Spritzendesignal ermitteln.

F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Auswerteschaltung 30 für das Signal vom Nadelhubgeber 22. Dieser Geberanordnung 22 selbst folgt eine Differenzierstufe 35, deren Ausgang auf einen Verzweigungspunkt 36 geschaltet ist. Von dort aus führt eine erste Leitung 37 zu einem ersten Vergleicher 38 zur Bestimmung des Spritzbeginns und eine zweite Leitung 39 zu einem weiteren Differenzierglied. Dabei entspricht das Ausgangssignal der ersten Differenzierstufe 35 dem Signal nach Fig.2b und entsprechend das Ausgangssignal der Differenzierstufe 40 dem von Fig.2c. Der ersten Vergleichsstufe 38 folgt eine monostabiie Kippstufe 41 zur sogenannten Nachspritzaustastung, die dafür sorgt, daß eventuell auftretende Nachspritzer unterdrückt v/erden.

Die Einschaltflanke des Impulses dieser monostabilen Kippstufe am Ausgangsanschlußpunkt 31 des Blocks 30 nach F i g. 1 liefert das Signal bezüglich des Spritzbeginns. Es wird zusätzlich zum S-Eingang eines 5A-FHpflops 42 geführt, dessem Ä-Eingang ein Komparator 43 für das Ausgangssignal der zweiten Dif^ferenzierstufe 40 vorgeschaltet ist Diese Vergleichsstufe 43 erfaßt die aus F i g. 2c ersichtliche sehr hohe Spitze bei Spritzende des Ventils.

Da bei einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung die einzelnen Eincpritzvorgänge in einem festen Verhältnis zur Drehzahl stehen, läßt sich aus den Signalen Spritzbeginn und Spritzende auch ein Drehzahbignal entnehmen. Im Hinblick auf die geringere Störanfälligkeit wird dabei das Spritzende im Sinne eines Drehzahlsignals ausgewertet, da nach F i y. 2c dieses Signal einen sehr hohen Wert erreicht. Aus diesem Grund ist der Ausgang der Vergleichsstufe 43 noch zum Anschlußpunkt 33 des Blocks 30 von F i g. 1 geführt Soll dieses Drehzahlrgnal der Steuereinrichtung mit den Einheiten 24 bis 26 zugeführt werden, dann ist der diese Wahlmöglichkeit andeutende Wechselsehalter 45 in seine andere Stellung als der gezeichneten umzulegen, wobei dann zusätzlich der Drehzahlmesser 21 eingespart werden kann.

Prinzipiell läßt sich die Drehzahlinformation jedoch auch aus Spritzbeginn oder Spritzdauer entnehmen. Am Ausgang des SÄ-FIipflops 42 der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 erscheint ein Spritzdauersignal, das bei

Spritzbeginn beginnt und entsprechend bei Spritzende endet. Mittels eines nachfolgenden Kennfeldes 46 kann dieses Spritzdauersignal in ein Einspritzmengensignal umgewandelt werden, das dann am Ausgang 32 zur Verfügung steht. Die Verwendung des Kennfeldes 46 ist deshalb zweckmäßig, weil in der Regel die Einspritzmenge nicht unmittelbar proportional zur Spritzdauer ist, z. B. aus Gründen eines nicht konstanten Druckes über der gesamten Einspritzphase.

Beim Beispiel nach Fig.3 wird als Sensor für den Spritzverlauf der Einspritzdüse ein Nadelhubgeber mit zwei änderbaren Induktivitäten verwendet. Das Ausgangssignal dieses Gebers entspricht einem Positionssignal bezüglich der Düsennadel.

Es sind nun auch andere induktive Geber bekannt, die die Änderungsgeschwindigkeit eines Induktivitätswerts erfassen. Ein solches Beispiel ist prinzipiell in Fig.4 dargestellt und es umfaßt eine Konstantstromquelle in Reihe zur veränderbaren !nuukiiviiäi 49, wobei in diesem Fall zwischen der Verbindungsstelle von Stromquelle 48 und Induktivität 49 und dem Verzweigungspunkt 36 lediglich eine Umkehrstufe 50 angeordnet ist. Auf die erste Differenzierstufe 35 des Gegenstandes nach Fig.3 kann bei Verwendung des Geschwindigkeitsgebers deshalb verzichtet werden, weil hier bereits entsprechend der Bezeichnung die Geschwindigkeit der Induktivitätsänderung erfaßt wird. Im übrigen entspricht die Anordnung derjenigen von Fig.3, mit Ausnahme der Signalgewinnung für das Spritzende. Grundgedanke ist hier, das Spritzende für den Fall festzulegen, daß die Nadelposition unterhalb einer bestimmten groben Schwelle und die Verzögerung oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, um Nadelverzögerungssignale beim Anschlag am oberen Nadelhublimit auszublenden. Falls das Nadelhubsignal nicht direkt vorliegt, sondem nur das Nadelgeschwindigkeitssignal (wie beim Gegenstand von F i g. 4), kann daraus durch integration in der Stufe 51 die Nadelposition bestimmt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronische Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung mit einer Einspritzdüse und einer darin sich bewegenden Düsennadel, mit einem Geber, der die Position oder die Bewegung der Düsennadel in der Einspritzdüse abtastet und ein entsprechendes Abtastsignal erzeugt, mit einer Auswerteschaltung, die aus dem Abtastsignal ein Spritzbeginn- und ein Spritzendesignal und aus den Spritzbeginn- und dem Spritzendesignal wiederum ein die Dauer der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine angebendes Spritzdauersignal gewinnt, mit welchem die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spirtzdauersignal als Lastsignal bei der mittels einer Steuerschaltung (25, 26) vorgenommenen betriebspararreterabhängigen Bestimmung des erforderlichen Einspritzbeginns und/oder der erforderlichen Abgasrückführrate verwendet wird.

2. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (22) eine veränderbare Induktivität aufweist

3. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das das Abtastsignal darstellende Ausgangssignal des die Position der Düsennadel abtastenden Gebers (22) wenigstens einer ersten Differenzierstufe (35) zuführbar ist.

4. Elektronische Steuereinrichtung nach wenigstens einem der vorhe.-gehenüen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzbeginn ausgehend von der Ventilnadel-C eschwindigkeit und das Spritzende vorzugsweise ausgehend von der Ventilnadel-Verzögerung ermittelt wird.

5. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Geber (22) ein sogenannter Nadelhubgeber dient

6. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das das Abtastsignal darstellende Ausgangssignal des Gebers (22) über die erste Differenzierstufe (35) sowohl einer ersten Vergleichsstufe (38) zum Bestimmen des Spritzbeginns als auch einer weiteren Differenzierstufe (45) und einer nachfolgenden, zweiten Vergleichsstufe (43) zur Bestimmung des Spritzendes zugeleitet wird.

7. Elektronische Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Vergleichsstufe (38) für den Spritzbeginn eine monostabile Kippstufe (41) nachgeschaltet ist.

8. Elektronische Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Spritzbeginn-, Spritzendeoder Spritzdauersignal ein Drehzahlsignal gewinnbar und weiter verarbeitbar ist.

9. Elektronische Steuereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein tiefes Düsennadel-Positionssignal und ein hoher Verzögerungswert dieses Signal als Spritzende ausgewertet wird.

Stand der Technik