DE3202614C2

DE3202614C2 -

Info

Publication number: DE3202614C2
Application number: DE3202614A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl.-Ing. 7030 Boeblingen De Sieber; Joachim 7000 Stuttgart De Wawretzko
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-01-27
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1993-01-21
Also published as: US4589391A; JPH076432B2; DE3202614A1; JPS58133444A

Description

Stand der Technik

Der Regelung des Spritzbeginns bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen kommt die gleiche Bedeutung zu wie die Regelung des Zündzeitpunktes bei Otto-Motoren. Diese Größen haben maßgeblichen Einfluß auf Leistung, Fahrverhalten und Abgaszusammensetzung. Die Prinzipien und Auswirkungen der Spritzbeginnregelung sind seit langem bekannt. Im Hinblick auf steigende Energie preise und schärfer werdende Abgasgesetzgebung geht es jedoch darum, die Regelung des Spritzbeginns zu ver feinern und zu optimieren.

Bekannt ist aus der DE-OS 26 53 046 (US-SN 8 53 669) eine Spritzbeginnregeleinrichtung, bei der ein be triebskenngrößenabhängiger Sollwert gebildet, dieser Sollwert mit einem gemessenen Istwert vergleicht wird und die Differenz zwischen beiden Werten einem Regelungsvorgang unterworfen wird. Wesentliches Merk mal dieser bekannten Spritzbeginnregeleinrichtung ist eine Referenzmarke auf der Kurbelwelle vor dem frü hest möglichen Spritzbeginn. Bezüglich dieser Referenz marke werden dann die Kurbelwelleninkrenente zum Spritz beginn Ist- und Sollwert gezählt und regelungstechnisch verarbeitet.

Die bekannte Einrichtung erfordert je einen Sensor für Referenzmarke und Winkelinkremente. Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Serienfertigung hat sich dieser Doppel-Sensor als zu aufwendig erwiesen und es ist eine der Aufgaben der Erfindung, eine Spritzbeginn regelung mit einem möglichst einfachen Sensor zu schaf fen. Darüber hinaus geht es darum, möglicherweise auf tretende Probleme sicher in Griff zu bekommen.

Desweiteren ist aus der DE-OS 28 24 981 eine Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen Vorgängen in Brennkraftmaschinen be kannt. Hierzu wird vorgeschlagen, anstelle eines Drehzahlgebers mit zahlreichen Impulsen einen Drehzahlgeber mit nur einem Impuls zu verwenden. Dabei wird zur Drehzahlberechnung der Abstand zwischen zwei Impulsen des gleichen Gebers ausgezählt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Regeleinrichtung für den Spritzbeginn eine möglichst einfache Sensorkonfiguration zu schaffen. Darüberhinaus soll eine möglichst genaue Signalverarbei tung ermöglicht werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs zeichnet sich durch eine einfache Sen sorkonfiguration aus, die dadurch nicht nur kostengünstig, sondern auch wenig störanfällig ist. Weitere Vorteile der Erfindung sowie zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfol genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Impulsdiagramm der Regeleinrichtung, Fig. 2 ihre im Rahmen der Erfindung wesentlichsten Komponenten, Fig. 3 ein grobes Block schaltbild einer rechnergesteuerten Lösung zur software mäßigen Realisierung der Erfindung und Fig. 4 ein grobes Flußdiagramm zur Arbeitsweise des Gegenstandes von Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Regeleinrichtung für den Spritzbeginn bei einer mit Selbstzündung arbei tenden Brennkraftmaschine. Bei einer 4-Zylinder-Brennkraft maschine ergeben sich die in Fig. 1 dargestellten Signal verhältnisse. Dort zeigt Fig. 1a ein Referenzmarkensig nal, das alle 90 Grad Kurbelwellenwinkel auftritt und z. B. mit dem oberen Totpunkt der Zylinder sychronisiert ist.

Fig. 1b zeigt das Spritzbeginnsignal bezüglich einer Einspritzdüse bei der 4-Zylinder-Brennkraftmaschine, wobei speziell das Signal des Spritzbeginns des ersten Zylinders gezeichnet ist. Dieses Signal tritt naturgemäß alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle auf, die Winkel differenz beträgt somit 720 Grad.

Fig. 1c zeigt ein aus Fig. 1b abgeleitetes Signal und es währt von Spritzbeginn bis zum oberen Totpunkt des betreffenden Zylinders. Es ist ein Zeit- oder Win kelsignal mit dem festen Zusammenhang

α [°KW] = t [msec] · n [1/min] · 6 · 10^-3

mit α als dem überstrichenen Winkel, t der Zeitdauer und n der Zahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit.

Entsprechend der Erfindung wird die Zeitdauer zwischen dem Auftreten des Spritzbeginnsignals und der nachfolgenden Referenzmarke gezählt und mit dem entsprechenden Zählergebnis bezüglich des Soll-Spritzbeginns verglichen. Um fehlerhafte Zählungen z. B. aufgrund von Störimpulsen zu vermeiden, wird nun entsprechend der Darstellung von Fig. 1d ein zulässiger Zählbereich definiert, der so gewählt ist, daß er das ganze Spektrum der auftretenden Spritzbeginnsignale abdeckt und bis zum Auftreten der nächsten Referenzmarke dauert. Beim Ausführungsbeispiel umfaßt dieser Bereich den Zeitraum bzw. das Winkelintervall zwischen zwei Re ferenzmarken.

In Fig. 2 sind diejenigen Elemente in einem Block schaltbild der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für den Spritzbeginn dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.

Mit 10 und 11 sind Sensoren für die Referenzmarke sowie für den Spritzbeginn bezeichnet. Sie geben ihr Aus gangssignal an einen Zähler 12 weiter, wobei der Refer enzmarkensensor 10 mit dem Stopp-Eingang und der Spritz beginnsensor mit dem Start-Eingang des Zählers 12 ver bunden ist. Ein Steuereingang für die Zählfrequenz des Zählers 12 ist mit 13 bezeichnet. An ihm liegt beispiels weise ein temperatur- oder startsignalabhängiges Fre quenzsignal an. Ausgangsseitig ist der Zähler 12 mit einer Umrechnungsstufe 1b verbunden, in der mit Hilfe eines über einen Drehzahleingang 15 eingespeisten Dreh zahlsignals (z. B. ermittelt über die Häufigkeit des Auf treten der Referenzmarke) ein Winkelsignal bezüglich der Kurbelwelle ermittelt wird. Es folgt ein Vergleichs punkt 16, ein PI-Regler 17, eine Schaltstufe 18 und schließlich eine Ansteuerstufe 19 für einen nicht dar gestellten Spritzversteller. Der Soll-Wert für den Spritzbeginn wird über ein Grundkennfeld 20 drehzahl- und lastabhängig ermittelt, dessen Ausgangswert mit tels eines Korrekturkennfelds 21 drehzahl- und z. B. motortemperaturabhängig korrigierbar ist. Das endgül tige Spritzbeginnsollsignal gelangt dann ebenfalls wie das Istsignal zum Vergleichspunkt 16 und die Signalab weichung von Ist- zu Sollwert wird dann im Regler 17 verarbeitet und letztlich der Steuerstufe 19 für den Spritzversteller zugeführt.

Der in seiner Normallage gezeichnete Wechselschalter 18 erhält an seinem zweiten Eingang ein Signal vom Steuerkennfeld 23 für den Spritzbeginn, dessen Werte drehzahl- und lastabhängig ausgelesen werden. Es tritt im Fehlerfalle in Aktion, was durch die ge strichelten Leitungen von den einzelnen Sensoren und Stufen zum Wechselschalter 18 verdeutlicht ist. Die Leitung 25 markiert einen Spritzbeginn-Sensoraus fall, Leitung 26 einen zu geringen Zählbereich im Zähler 12 z. B. bei fehlerhaftem Zählsignal und Lei tung 27 einen Fehler in der Umrechnungsstufe 1, der vielfältiger Natur sein kann. Alle drei Leitungen 25 bis 27 und gegebenenfalls noch eine weitere Feh lersignalleitung 28 gelangen zu einem Oder-Gatter 29, dessen Ausgangssignal wiederum die Schaltstellung des Wechselschalters 18 bestimmt.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Regel einrichtung für den Spritzbeginn ist nun wie folgt:

Tritt ein Spritzbeginnsignal nach Fig. 1b auf, dann startet der Zähler 12 seinen bis zum Auftreten der Re ferenzmarke dauernden Zählvorgang mit einer über den Eingang 13 steuerbaren Frequenz. Das Zahlergebnis, das letztlich der in Fig. 1c dargestellten Signaldauer entspricht, wird nachfolgend in ein Kurbelwellenwinkel signal umgewandelt. Es gibt die Winkelstellung des Spritzbeginns an und diese Winkelstellung wird nun mit dem über die Kennfelder 20 und 21 gebildeten Sollwert verglichen. Die beiden Kennfelder 20 und 21 sind deshalb getrennt und nicht als einzelnes ausgeführt, weil rein technisch gesehen mehr-dimen sionale Kennfelder aufwendiger herzustellen sind als dreidimensionale, deren Ausgangswerte kombinier bar sind.

Im nachfolgenden PI-Regler 17 wird die Regelabweichung nach Möglichkeit auf Null reduziert und das entsprech ende Ansteuersignal für den Spritzversteller über den Wechselschalter 18 bereitgestellt.

Um im Fehlerfalle einen Notbetrieb aufrecht erhalten zu können, werden im Steuerkennfeld 23 mögliche, wenn auch nicht optimale Spritzbeginnsteuerwerte bereitgestellt. Nach Fig. 2 tritt im Fehlerfall auch eine Kraftstoff mengenbegrenzung in Aktion, die mittels einer Begren zungsstufe 30 realisierbar ist. Sie erhält ein Kraft stoffmengensteuersignal QK und reduziert dieses Men gensignal im Fehlerfall auf 70% des ursprünglich er forderlichen Wertes, um einen Notfahrbetrieb zu gewähr leisten.

Im Hinblick auf die aus Flexibilitätsgründen immer mehr angestrebten Rechnerlösungen ist im folgenden eine der artige Realisierungsmöglichkeit der Erfindung angegeben.

Fig. 3 zeigt grobschematisch eine Rechnerstruktur mit einer Rechnereinheit 35, einem Speicher 36, einem Ein gabezähler 37, einem Ausgabezähler 38 sowie einem Daten- Adress-Bus 39. Den Start- Stopp-Eingängen 40 und 41 des Eingabe-Zählers 37 sind Impulsformstufen 42 und 43 vor geschaltet, die auf die Ausgangssignale der Sensoren für den Spritzbeginn und die Referenzmarke ansprechen. Zum Rechner 35 führt außer dem Daten-Adress-Bus 39 auch eine Signalleitung 44 von der Impulsformerstufe 43 und schließlich verdeutlicht ein einzelner Eingang 45 die vielfältige zusätzliche Steuerung der Rechner einheit 35. Dem Ausgang des Ausgabe-Zählers 38 folgt eine Endstufe 46, die ihrerseits wieder mit dem steuer baren Spritzversteller 47 gekoppelt ist.

Das Flußdiagramm zur Spritzbeginnregelung zeigt Fig. 1a. Einem Interrupt 50 folgt der Befehl "Drehzahl ein lesen" 51. Anschließend wird ein Sicherheitszähler de krementiert (52) und wenn dessen Zählerstand Null ist (53), dann wird dieser Zähler mit der doppelten Zylinder zahl gesetzt. Dies entspricht der Anzahl der Referenz marken im Kurbelwellenwinkel von 720 Grad oder zwischen dem Auftreten zweier Spritzbeginnimpulse (54). An schließend wird der Eingabezähler für den Spritzbeginn eingelesen (55) und im folgenden auf Inhalt Null abge fragt (56). Dieser Fall tritt dann auf, wenn kein Spritz beginnimpuls vorhanden gewesen ist, was auf Schubbe trieb oder Ausfall des Spritzbeginnsensors schließen läßt. Infolgedessen wird eine Schubflagge gesetzt (57). Anderenfalls erfolgt die Umrechnung der Spritzbeginnzeit in einen Winkel (58) entsprechend der Umrechnungsstufe 1b von Fig. 2. Ist das Umrechnungsergebnis ein Winkel unterhalb eines bestimmten Wertes, dann wird der Winkel abgespeichert (60). Im anderen Fall wird ebenfalls eine Schubflagge gesetzt (61). Ausgangsseitig stehen die Blöcke "Schubflagge setzen" und "Winkel abspeichern" mit einer Startabfrage 62 in Verbindung. Liegt Startfall vor, dann wird mit einer Auszählfrequenz (in Zähler 12 von Fig. 2) von beispielsweise 50 kHz gearbeitet, während außerhalb des Startfalles eine Zählfrequenz von beispielsweise 200 kHz zum Tragen kommt. Es folgt ein Return-Sprung 65 ins normale Ablaufprogramm.

Unterschiedliche Zählfrequenzen für Startfall und nor malen Betrieb sind deshalb gewählt, um den Zählbereich aufgrund der hohen Drehzahlunterschiede nicht allzu groß wählen zu müssen und um diesbezüglich flexibel zu sein.

Fig. 4b verdeutlicht das Arbeiten der Begrenzerstufe 30 beim Gegenstand von Fig. 2. Einem "Reset" 70 und einer Initialisierung 71 folgt die Berechnung im Rah men der Spritzbeginnregelung 72 und nachfolgend die Signalausgabe an den Spritzversteller 73. Im Anschluß daran wird die erforderliche Einspritzmenge QK berechnet (74) und abgefragt (75), ob die Schubflagge (57, 61) gesetzt ist (Bedeutet Schub oder Fehler). Ist dies der Fall, dann wird die Kraftstoffmenge auf 70% ihres je weiligen Wertes begrenzt (76) und diese oder bei nicht gesetzter Schubflagge die gesamte Menge QK ausgegeben (77). Die Vorgänge der Berechnung für den Spritzbeginn und die Einspritzmenge wiederholen sich fortlaufend.

Wie bereits eingangs erwähnt, zeichnet sich die erfin dungsgemäße Regeleinrichtung für den Spritzbeginn durch eine einfache Sensorkonfiguration aus. Aufgrund der ge wählten Start- Stopp-Steuerung des Zählers 12 von Fig. 2 ist auch sichergestellt, daß eingestreute Störimpulse kaum zum Tragen kommen.

Wenn auch der Gegenstand von Fig. 2 einen Vergleich von Winkelwerten an einer Vergleichsstelle 16 vorsieht, so kann prinzipiell doch auch ein reiner Zeitvergleich stattfinden, bei dem dann die Umrechnungsstufe 14 ent fallen kann. Die Wahl der Vergleichswerte richtet sich nach unterschiedlichen Zweckmäßigkeitskriterien und sie ist auf den Einzelfall abzustellen.

Claims

1. Regeleinrichtung für den Spritzbeginn bei einer mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschine mit Sensoren zur Erfassung eines Spritzbeginn-Istwerts, einer Referenzmarke, eines Lastsignals, mit Mitteln (20, 21) zur Vorgabe eines Spritbeginn-Sollwerts, einem Ver gleichsmittel (16) das ein Differenzsignal ausgibt, sowie einem Reg ler (17) der das Differenzsignal verarbeitet, dadurch gekennzeich net, daß ein Zählmittel (12) die Zeitdauer zwischen dem Spritzbe ginn-Istwert und der Referenzmarke mittels eines frequenzkonstanten Signals auszählt, eine Umrechnungsstufe (14) das Ausgangssignal des Zählmittels (12) in ein Winkelsignal wandelt, und das Vergleichsmit tel (16) dieses Winkelsignal mit einem Sollsignal vergleicht und der Regler (17) abhängig von diesem Vergleich eine Ansteuerstufe (19) ansteuert.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz vorzugsweise in Stufen betriebskenngrößenabhängig ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz temperaturabhängig ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz startsignalabhängig ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz drehzahlabhängig ist.

6. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählfrequenz zwischen 50 und 200 kHz liegt.

7. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Fehlerfall die Regelung auf Steuerung umschaltbar ist.

8. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzbeginnsollwert über einen Spritzbeginngrund und -korrekturwert ermittelt wird.

9. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählvorgang lediglich in einem bestimmten Winkelbereich der Kurbelwelle stattfinden kann.

10. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 im Zusammenhang mit einer Einrichtung zum Bestimmen der erforderlichen Einspritzmenge (QK), dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlendem Spritzbeginn-Signal (gleichbedeutend mit Schubbetrieb) eine Mengenbegrenzung auf z. B. 70% vorgesehen ist.