DE3604200C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Einspritzzeit­ punkts, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der JP-OS 57-1 63 130 ist ein Verfahren dieser Art bekanntgeworden. Hierbei wird die Drehzahl einer Brennkraftmaschine erfaßt, ebenso die Lage der Regelstange der Einspritzpumpe, welche Lage ein für den Last- Wert der Brennkraftmaschine kennzeichnender Parameter ist, z. B. als Para­ meter, der kennzeichnend für die Einspritzmenge ist. Dann wird, ausgehend von der erfaßten Drehzahl und der erfaßten Lage der Regelstange, in einem elektronischen Steuergerät ein Sollwert für den Einspritzzeitpunkt er­ rechnet, und ein Spritzversteller wird entsprechend diesem Sollwert beauf­ schlagt, um so die Spritzverstellung der Brennkraftmaschine zu steuern.

Die Erfassung der Lage der Regelstange als für den Last-Wert der Brenn­ kraftmaschine kennzeichnender Parameter gemäß diesem bekannten Verfahren eignet sich jedoch nicht für eine genaue Steuerung des Einspritzzeitpunkts:
Zum einen ist der gesamte Verstellweg der Regelstange im allgemeinen recht klein, und deshalb muß die Lage der Regelstange in diesem kleinen Bereich erfaßt werden, welcher begrenzt ist durch den kleinen Verstellweg (Hub) der Regelstange. Infolgedessen kann schon ein kleiner Erfassungsfehler eines zur Erfassung der Regelstangenstellung dienenden Sensors zu einer stark reduzierten Präzision der Erfassung des Last-Werts des Dieselmotors führen. Deshalb ist es nicht wünschenswert, den Last-Wert des Dieselmotors, also z. B. seine Kraftstoffeinspritzmenge, dadurch zu erfassen, daß man die Lage der Regelstange erfaßt, wie das bei diesem bekannten Verfahren der Fall ist.

Zum anderen kann durch Alterungsvorgänge, z. B. Abnutzung von Bestandteilen der Einspritzpumpe, und durch Änderungen des Öffnungsdrucks der Einspritz­ düsen, die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge leicht von ge­ wünschten vorgegebenen Werten abweichen, die man zuvor als den jeweiligen Lagen der Regelstange entsprechend festgelegt hatte, wodurch es unmöglich gemacht wird, den Last-Wert des Dieselmotors in der richtigen Weise dadurch zu erfassen, daß die Lage der Regel­ stange erfaßt wird. Dies führt dann dazu, daß der Einspritzzeitpunkt auf Werte verstellt wird, welche nicht an die tatsächlichen Last­ bedingungen des Dieselmotors angepaßt sind. - Deshalb hat sich ein derartiges Verfahren in der Praxis nicht bewährt.

Ferner kennt man aus der US-PS 43 97 285 ein System und ein Ver­ fahren zu Einstellung des Einspritzzeitpunkts bei Dieselmotoren.

Hierzu hat dieses bekannte System ein Steuergerät, welches einen Rechner enthält, der aus Drehzahl und Last und einem Kennlinienfeld einen Zeitpunkt Z bestimmt, an dem der maximale Druck im Zylinder auftreten soll. Diesem Rechner wird über einen Drehzahlsensor die Motordrehzahl und über einen die Stellung der Regelstange der Ein­ spritzpumpe erfassenden Lastsensor ein Lastsignal zugeführt, und da­ raus errechnet der Rechner diesen optimalen Zeitpunkt Z für das Auftreten des Spitzendrucks im betreffenden Zylinder, entsprechend einem Kennlinienfeld im Speicher des Rechners, welches Kennlinien­ feld für Drehzahl- und Lastwerte die entsprechenden optimalen Zeiten Z bzw. die entsprechenden Kurbelwinkel enthält. Diese Größe Z aus dem Kennlinienfeld ist also der Sollwert für den Regelvorgang. Der Ist­ wert wird gemessen ab der OT-Stellung des betreffenden Zylinders bis zum Auftreten des maximalen Druckes in ihm, und dazu dient eine Markierung an der Kurbelwelle, die von einem Sensor abgefühlt wird.

Wird nun der Einspritzbeginn durch einen Regelvorgang so hingeschoben - und das kann je nach Cetanzahl höchst unterschiedliche Werte für den Spritzbeginn bedeuten - daß der Sollwert für den Zeitpunkt Z und der entsprechende Istwert übereinstimmen, also der maximale Druck im Zylinder zu einem für Last und Drehzahl optimierten Zeit­ punkt auftritt, so erhält man einen Verbrennungsvorgang mit optimalem Wirkungsgrad.

Unterscheiden sich Soll- und Istwert voneinander, so gibt ein Ver­ gleicher ein Signal für eine Regelabweichung ab, und dieses Signal wird einem Regler für die Spritzverstellung zugeführt, der auch von einem Sensor ein Signal enthält, welches Signal die augenblickliche Stellung des Spritzverstellers anzeigt.

Ein Regler erzeugt dementsprechend ein Korrektursignal, um die Spannung an einem piezoelektrischen Stapel zu erhöhen oder zu senken. Dadurch wird der Spritzbeginn - über hydraulische Stellglieder - ent­ sprechend verstellt. Der Spritzbeginn selbst wird bei dieser Art der Regelung nicht auf irgendwelche vorgegebenen Werte geregelt, weil das bei einem Mehrstoffmotor entsprechend dieser US-PS nicht zweckmäßig wäre.

Bei diesem bekannten Verfahren wird also ebenfalls zur Erfassung der Last ein Sensor verwendet, welcher die Stellung der Regelstange der Einspritzpumpe erfaßt. Ausgehend von diesem Last-Wert und der Drehzahl der Brennkraftmaschine wird dann ein Sollwert für den Kurbel­ winkel errechnet, bei dem der maximale Druck im Zylinder auftritt, und erst wenn dieser Sollwert vom Istwert abweicht, wird der Spritz­ versteller betätigt, um wieder Koinzidenz herzustellen. Durch die Erfassung der Regelstangenstellung ergeben sich dieselben Nachteile, wie sie eingangs bei der JP-OS 57-1 63 130 bereits erläutert wurden.

Ferner kennt man aus der JP-OS 60-6050 ein System und ein Ver­ fahren zur Steuerung der Einspritzmenge für das Kraftstoffeinspritz­ system einer Brennkraftmaschine.

Dieses bekannte System enthält einen Magerbetriebssensor vom Stromstärkenbegrenzungstyp. Bei ihm ändert sich die Stromstärke eines zwischen einer äußeren und einer inneren Elektrode fließenden Stroms als Funktion der Sauerstoffkonzentration atmosphärischer Gase.

Der Magerbetriebssensor ist in einem Auspuffrohr der Brennkraftmaschine so angeordnet, daß sein Sensorabschnitt im Abgasstrom liegt. Deshalb wird in ihm ein elektrischer Strom erzeugt, dessen Stärke eine Funktion der Sauerstoffkonzentration (bzw. der Luftzahl L) im Auspuffgasstrom ist.

Aus diesem Ausgangssignal des Magerbetriebssensors wird eine Spannung VL erzeugt, welche eine Funktion der Luftzahl L ist. Diese Spannung wird in einem A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt, und letzteres wird einem Prozessor zugeführt.

Bei diesem bekannten Verfahren wird in einem Schritt P2 die Motordrehzahl und bei einem Schritt P3 die Gaspedalstellung ermittelt. Bei einem Schritt P4 wird eine Grund-Einspritzmenge QBASE aus der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung ermittelt. Bei einem Schritt P7 wird die ermittelte Grund-Einspritzmenge QBASE mit einem Wassertemperatur-Korrekturfaktor K multipliziert, um eine Soll-Einspritzmenge Q zu erhalten. Bei einem Schritt P8 wird die Luftzahl L berechnet, und zwar ausgehend vom Signal des Magerbetriebssensors, das über den A/D-Wandler zugeführt wird.

Bei einem Schritt P9 wird die errechnete Luftzahl L verglichen mit einer Soll-Luftzahl L1. Ist die errechnete Luftzahl L größer als oder gleich dem Sollwert L1, d. h. wenn genügend Luft für eine vollständige Verbrennung im Zylinder vorhanden ist, so wird die beim Schritt P7 er­ mittelte Soll-Einspritzmenge verglichen mit der endgültigen Kraftstoff­ einspritzmenge QFIN, die in einer vorhergehenden Schleife in einem Schritt P10 ermittelt worden ist. Schließlich wird bei einem Schritt P12 die abschließende Einspritzmenge berechnet.

Bei diesem bekannten Verfahren wird also die Gaspedalstellung als für die Last charakteristischer Wert verwendet, und aus ihr und der Motordrehzahl wird die Grund-Einspritzmenge QBASE errechnet, die an­ schließend anhand von Korrekturwerten, z. B. für die Kühlwassertemperatur, modifiziert wird. Ein Korrekturwert vom Magerbetriebssensor wird über­ haupt nur verwendet, wenn die von diesem ermittelte Luftzahl kleiner als die Soll-Luftzahl ist. Ist dies der Fall, d. h. das Gemisch ist zu fett, so wird die Einspritzmenge durch Subtraktion eines Korrektur­ werts modifiziert. Ansonsten ist der Magerbetriebssensor ohne Einfluß auf die Einspritzmenge, und diese wird anhand anderer Motorparameter bestimmt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung des Einspritzzeitpunkts bei Dieselmotoren anzugeben, welches genauer als bisher die Größe des Last-Werts des Dieselmotors erfassen kann, um dadurch den jeweiligen Einspritzzeitpunkt des Dieselmotors genau einstellen zu können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die im Anspruch 1 an­ gegebenen Maßnahmen. Durch die Verwendung eines Sauerstoffkonzentrations­ sensors zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration im Abgas des Diesel­ motors erhält man einen recht genauen Wert für den Istwert der jeweiligen Kraftstoffeinspritzmenge und kann dadurch den Spritzbeginn recht genau und ohne großen Aufwand festlegen und einstellen. Hierbei geht man in bevorzugter Weise so vor, daß das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors im wesentlichen eine lineare Funktion der Einspritzmenge ist.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu ver­ stehenden Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung, welche schematisch eine Ausführungs­ form einer Einrichtung zur Verstellung des Einspritz­ zeitpunkts eines Dieselmotors zeigt, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches eine bevorzugte Ausführungsform für die Ausführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zeigt,

Fig. 3 ein Schaubild, welches den Zusammenhang zwischen der Sauerstoffkonzentration in den von einem Dieselmotor abgegebenen Abgasen einerseits und der Einspritzmenge Q andererseits zeigt; hierbei können die Abgase diejenigen des Diesel­ motors der Fig. 1 sein,

Fig. 4 ein Schaubild, welches den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal eines Sauerstoffkonzentrations­ sensors, z. B. des Sensors 4 der Fig. 1, einer­ seits und der Sauerstoffkonzentration anderers­ seits zeigt, und

Fig. 5 ein Schaubild, welches den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrations­ sensors einerseits und der Kraftstoffeinspritz­ menge Q andererseits darstellt.

Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung einer Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunkts für einen Dieselmotor, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Fig. 1 zeigt einen Dieselmotor 1, der mit einem Drehzahl­ sensor 2 für die Erfassung der Motordrehzahl Ne versehen ist. Ferner ist der Dieselmotor 1 mit einem Sauerstoff­ konzentrationssensor (O₂-Sensor) 4 versehen, der in einem Abgasrohr 3 dieses Motors angeordnet ist und dazu dient, die Sauerstoffkonzentration in den vom Dieselmotor 1 ab­ gegebenen Abgasen zu erfassen. Als ein O₂-Sensor 4, der sich für das erfindungsgemäße Verfahren eignet, kann ein O₂-Sensor vom Pumptyp verwendet werden, wie er in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 60-14 161 offenbart ist.

Wie Fig. 4 zeigt, ist das Ausgangssignal des O₂-Sensors 4 eine im wesentlichen lineare Funktion der Sauerstoffkonzentration.

Ein dem Dieselmotor 1 zugeordneter Spritzversteller 6 ist mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe 5 verbunden. Er ist mit einem Drehstellungssensor 7 zur Erfassung der treibenden Welle des Spritzverstellers 6 versehen, und mit einem weiteren Drehstellungssensor 8 zur Erfassung der Drehstellung der angetriebenen Welle des Spritzverstellers 6. Die in Fig. 1 dargestellte Einspritzmenge 5 ist eine Reiheneinspritzpumpe, könnte aber genausogut eine Verteiler­ einspritzpumpe sein.

Alle elektrischen Signale, wie sie vom Drehzahlsensor 2, dem O₂-Sensor 4, dem Drehstellungssensor 7 an der treibenden Welle und dem Drehstellungssensor 8 an der getriebenen Welle abgegeben werden, werden einem elektronischen Steuer­ gerät 9 zugeführt, das auch als ECU bezeichnet wird. Das Steuergerät 9 hat ein Eingabe-Interface (I/O) 10 zur Umwandlung der von den obengenannten Sensoren abgegebenen elektrischen Signale in vorgegebene Datensignale. Ferner enthält das Steuergerät 9 einen Speicher 11 zum Speichern verschiedener Daten, z. B. von Kraftstoffeinspritzmengen Q zur Berechnung des Sollwerts für den Einspritzzeitpunkt, sowie verschiedene Programme. Das Steuergerät 9 enthält ferner einen zentralen Prozessor 12, der nachfolgend auch als CPU bezeichnet wird und der dazu dient, Daten aus dem Speicher 11 auszulesen, den Sollwert für den Einspritz­ zeitpunkt Ta gemäß einem vorgegebenen Programm zu errechnen, und das sich ergebende Steuersignal abzugeben. Ferner ist ein Ausgabe-Interface (I/O) 13 zur Umwandlung des Steuer­ signals von der CPU 12 in ein entsprechendes Treiber­ signal vorgesehen.

Der Spritzversteller 6 ist mit einem Magnetventil 14 ver­ sehen, das aus einem Öl-Vorratsbehälter 15 über eine Pumpe 16 mit unter Druck stehendem Öl versehen wird und das durch das Treibersignal vom Ausgabe-Interface 13 beaufschlagt wird, um den Spritzversteller 6 entsprechend einzustellen.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzen­ tration in dem von dem Dieselmotor 1 abgegebenen Abgas einerseits und der Kraftstoffeinspritzmenge Q anderer­ seits, welche dem Dieselmotor 1 zugeführt wird. Hierbei ist, wie man ohne weiteres sieht, die Sauerstoffkonzentration umgekehrt porportional zur Einspritzmenge Q. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des O₂-Sensors 4 und der Sauerstoffkonzentration. Diese beiden Werte sind zueinander im wesentlichen direkt proportional. Deshalb besteht zwischen dem Ausgangssignal des O₂-Sensors 4 und der Kraftstoffeinspritzmenge Q die in Fig. 5 dargestellte Beziehung, wobei das Ausgangssignal des O₂-Sensors umge­ kehrt proportional ist zur Kraftstoffeinspritzmenge Q. Anders gesagt bedeutet dies, daß die Ausgangsspannung des Sensors 4 linear abnimmt, wenn die Kraftstoffeinspritz­ menge Q entsprechend zunimmt. Da die Kraftstoffeinspritzmenge Q ein für die Größe des Last-Werts am Dieselmotor 1 kenn­ zeichnender Parameter ist, kann die Größe dieses Last- Werts am Ausgangssignal des O₂-Sensors 4 - welches eigentlich für die Sauerstoffkonzentration kennzeichnend ist - ab­ gelesen werden, und dies ist in Fig. 5 dargestellt.

Ein Speicher 11 im Steuergerät 9 speichert ein Kennfeld für die Kraftstoffeinspritzmenge Q als Funktion des Aus­ gangssignals des O₂-Sensors. Aus diesem Kennfeld liest die CPU 12 einen Wert Q ab, welcher einem bestimmten Aus­ gangssignal des O₂-Sensors 4 entspricht, um einen Sollwert Ta für den Einspritzzeitpunkt zu errechnen ausgehend von dem abgelesenen Kraftstoffeinspritzwert Q (der kennzeichnend ist für die Größe des Last-Werts des Dieselmotors) und dem Signalwert Ne, welches kennzeichnend ist für die Dreh­ zahl des Dieselmotors und vom Drehzahlsensor 2 abge­ geben wird. Ferner bestimmt die CPU 12 einen Istwert Tb des Einspritzzeitpunkts, und zwar aus den Ausgangswerten der Drehstellungssensoren 7 und 8. Dies geschieht durch Ermittlung der Winkel- oder Phasendifferenz zwischen der treibenden Welle und der getriebenen Welle des Spritzver­ stellers 6 anhand der Ausgangssignale der Sensoren 7 und 8.

Die CPU 12 liefert ein dem errechneten Sollwert Ta ent­ sprechendes Steuersignal an das Magnetventil 14 des Spritz­ verstellers 6, und zwar über das Ausgangs-Interface 13.

Das Magnetventil 14 arbeitet mit einem Tastverhältnis entsprechend dem Treibersignal vom Ausgabe-Interface 13, um den Druck des unter Druck stehenden, vom Vorratsbehälter 15 über die Pumpe 16 zugeführten Öls zu steuern, so daß der Spritzversteller 6 verstellt wird und den Einspritz­ zeitpunkt des Dieselmotors 1 abhängig von der Einstellung des Öldrucks einstellt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Fig. 2 beschrieben werden, welche ein in der CPU 12 ausge­ führtes Steuerprogramm zeigt.

Nach dem Start des Dieselmotors wird im Schritt 1 die Dreh­ zahl Ne des Dieselmotors 1 und im Schritt 2 die Sauerstoff­ konzentration von der CPU an den Sensoren 2 bzw. 4 abge­ lesen. Anschließend berechnet im Schritt 3 die CPU einen Sollwert Ta für den Einspritzzeitpunkt, und zwar ausgehend von den erfaßten Werten für die Drehzahl Ne und die Sauerstoff­ konzentration im Abgas. Im Schritt 4 wird das Magnetventil 14 entsprechend dem errechneten Sollwert Ta beaufschlagt, so daß der Spritzversteller 6 tätig wird und abhängig von dem vom Ventil 14 geregelten Öldruck den Einspritzzeitpunkt verstellt. Im Schritt 5 erfaßt anschließend die CPU 12 einen Istwert Tb des Einspritzzeitpunkts, und zwar anhand der Ausgangssignale der Drehstellungssensoren 7 und 8 für die angetriebene bzw. die getriebene Welle. Daraufhin wird dann Schritt 6 ausgeführt, um festzustellen, ob der Sollwert Ta und der Istwert Tb für den Einspritzzeitpunkt einander gleich sind.

Ergibt der Schritt 6 eine negative Antwort, d. h. die Werte Ta und Tb sind einander nicht gleich, so wird der Schritt 4 erneut augeführt, um das Magnetventil 14 abhängig von der ermittelten Differenz zwischen Ta und Tb zu beaufschlagen, und die Schritte 4 bis 6 werden wiederholt ausgeführt, bis festgestellt wurde, daß der Istwert Tb beim Schritt 6 gleich groß geworden ist wie der Sollwert Ta. Ist andererseits die Antwort auf Schritt 6 zustimmend, d. h. der Istwert Tb ist gleich dem Sollwert Ta, so wie die Ausführung des Programms beendet und es wird in der nächsten Schleife wieder bei Schritt 1 begonnen.

Wie bereits beschrieben, wird erfindunsgemäß die Kraft­ stoffeinspritzmenge Q als ein für den Last-Wert der Brenn­ kraftmaschine kennzeichnender Parameter mittels des Aus­ gangssignals des Sauerstoffkonzentrationssensors 4 erfaßt, welches Signal kennzeichnend ist für die Sauerstoff­ konzentration in den Abgasen des Dieselmotors 1, und dies ermöglicht eine präzise Erfassung der Kraftstoffeinspritz­ menge Q, verglichen mit der Erfassung dieses Werts anhand der Regelstangenstellung, wie das bei dem bisher bekannten Verfahren gemacht wird.

Ferner tritt bei der erfindungsgemäßen Verstellung des Einspritzzeitpunkts keine Abweichung des Istwerts vom Soll­ wert für den Einspritzzeitpunkt infolge von Alterungs­ phänomenen, z. B. Abnutzung der Teile der Einspritzpumpe und Variation des Öffnungsdrucks der Einspritzdüsen, auf. Solche Abweichungen ergaben sich bei dem bekannten Ver­ fahren, bei dem die Lage der Regelstange als Parameter verwendet wurde, der kennzeichnend ist für die Kraftstoff­ einspritzmenge. So werden durch die Erfindung Wirkungen ausgeschaltet, die durch Variationen im Gesamtsystem auf­ treten können, und es wird eine genaue Steuerung bzw. Regelung des Einspritzzeitpunkts entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten ermöglicht.

Claims (2)

1. Verfahren zum Einstellen des Einspritzzeitpunkts bei einem mit einer Ein­ spritzpumpe (5) versehenen Dieselmotor (6), wobei der Einspritzpumpe eine Einrichtung (6) zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes zugeordnet ist, und mit einem elektronischen Steuergerät (9), mit folgenden Verfahrens­ schritten:

• a) die Drehzahl (Ne) des Dieselmotors (1) wird erfaßt;
• b) die diesem Dieselmotor (1) zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge (Q) wird als für die Last kennzeichnender Parameterwert erfaßt;
• c) in dem elektronischen Steuergerät (9) wird, ausgehend von dem erfaßten Drehzahlwert (Ne) und der so ermittelten Kraftstoffeinspritzmenge (Q) ein Sollwert (Ta) für den Einspritzzeitpunkt errechnet;
• d) die Einrichtung (6) zur Verstellung des Einspritzzeitpunkts wird durch das elektronische Steuergerät (9) entsprechend dem so errechneten Soll­ wert (Ta) für den Einspritzzeitpunkt angesteuert, um durch einen Regel­ vorgang die Differenz zwischen dem Sollwert (Ta) und dem Istwert (Tb) für den Einspritzzeitpunkt auf einen niedrigeren Wert und vorzugsweise auf den Wert Null zu bringen;
• e) bei Schritt b) wird die Kraftstoffeinspritzmenge (Q) nur aus dem Aus­ gangssignal eines im vom Dieselmotor (1) abgegebenen Abgasstrom ange­ ordneten Sauerstoffsensors (4) ermittelt, der zur Ermittlung der Sauer­ stoffkonzentration im Abgasstrom ausgebildet ist
• f) und dessen Ausgangssignal sich bei Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge (Q) ändert,
  wobei die Merkmale e) und f) den kennzeichnenden Teil und die übrigen Merkmale den Oberbegriff bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors (4) im wesentlichen eine lineare Funktion der Einspritz­ menge (Q) ist (Fig. 5).