DE4223955A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zugeführten KraftstoffmengeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung
der einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge gemäß dem
Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren ist aus der
DE-OS 30 32 381 (US-A 4 762 107) bekannt. Dort wird eine elektroni
sche Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
beschrieben, die eine Einspritzdüse und eine sich darin bewegende
Düsennadel umfaßt. Ein Geber tastet die Position oder die Bewegung
der Düsennadel in der Einspritzdüse ab und erzeugt ein entsprechen
des Abtastsignal. Eine Auswerteschaltung bestimmt ausgehend von dem
Abtastsignal ein die Dauer der Kraftstoffeinspritzung in die Brenn
kraftmaschine angebendes Spritzdauersignal, mit welchem die Kraft
stoffmenge bestimmbar ist. Diese Kraftstoffmenge wird als Lastsignal
für eine betriebsparameterabhängige Vorgabe des Einspritzbeginns
und/oder der Abgasrückführrate verwendet.
Aufgrund von Veränderungen bzw. von Streuungen gibt dieses Signal
die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge nicht exakt wieder.
Diese Ungenauigkeit der Kraftstoffmenge bewirkt wiederum eine erhöh
te Abgasemissionen aufgrund der ungenauen Steuerung der Abgasrück
führung bzw. des Einspritzbeginns.
Aus der DE-OS 31 18 425 (US-A 4 426 981) ist eine weitere Vorrich
tung zum Erfassen der, den Brennräumen eines Dieselmotors zugeführ
ten, Kraftstoffmenge bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt einen Druck
sensor, der den Druck im Pumpenelement erfaßt, sowie eine Schal
tungsanordnung, die ausgehend von dem Signal des Drucksensors die
Kraftstoffmenge bestimmt.
Aufgrund von Veränderungen bzw. Streuungen des Düsenöffnungsdrucks
bzw. des Schließdrucks des Einspritzventils ergibt sich auch bei
dieser Einrichtung nur eine unzureichende Genauigkeit der Kraft
stoffmenge. Insbesondere treten bei solchen Kraftstoffzumeßsystemen
Drifterscheinungen auf, aufgrund derer sich die Zuordnung zwischen
erfaßtem Signal und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge
im Laufe des Betriebes der Brennkraftmaschine verändert.
Aus der DE-OS 30 11 595 (US-A 4 426 980) ist eine Vorrichtung be
kannt, mit der sich solche Drifterscheinungen kompensieren lassen.
Mittels dieser Einrichtung wird die Zuordnung zwischen dem Signal
bezüglich der Position der Regelstange und der Kraftstoffmenge kom
pensiert. Streuungen zwischen einzelnen Pumpenexemplaren können mit
dieser Einrichtung nicht kompensiert werden. Auch eignet sich diese
Einrichtung nicht für magnetventilgesteuerte Kraftstoffzumeßsysteme,
da diese keine Regelstange aufweisen.
Bei magnetventilgesteuerten Systemen wird als Kraftstoffmenge die
Magnetventilschließdauer verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und
Vorrichtung zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zugeführten
Kraftstoffmenge der eingangs genannten Art eine Möglichkeit aufzu
zeigen, mit dem eine driftfreie sehr genaue Kraftstoffmenge bestimm
bar ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung und dem erfindungsgemäßen
Verfahren kann eine driftfreie Kraftstoffmenge bereitgestellt werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsform erläutert.
Eine Brennkraftmaschine 100 bekommt von einer Kraftstoffpumpe 110
über eine Kraftstoffleitung Kraftstoff zugemessen. Ein Steller 120
bestimmt abhängig von einem Ansteuersignal Ti die der Brennkraft
maschine 100 zugeführte Kraftstoffmenge. Eine Steuereinrichtung 130
stellt das Ansteuersignal Ti bereit. Die Steuereinrichtung 130
verarbeitet Signale verschiedener Sensoren 150. Diese Sensoren 150
stellen wenigstens ein Drehzahl- sowie ein Kraftstofftemperatur
signal zur Verfügung. Des weiteren werden der Steuereinrichtung 130
die Ausgangssignale von Sensoren 160, 164 und 168 zugeführt.
Die Ausgangssignale dieser Sensoren gelangen zu einer Mittelwertbil
dung 134 und von dort zu einer Mengenberechnung 136. Diese Mengenbe
rechnung 136 verarbeitet des weiteren die Ausgangssignale der Senso
ren 150. Die Ansteuerschaltung 132 berechnet ausgehend von den Sen
sorsignalen die Ansteuersignale Ti. Das Ausgangssignal der Mengen
berechnung 136 steht für weitere Steuereinrichtungen 140 zur Verfü
gung.
Diese weiteren Steuereinrichtungen 140 beeinflussen z. B. die Abgas
rückführrate, den Spritzbeginn bzw. die höchstzulässige einzu
spritzende Kraftstoffmenge.
Die Sensoren 160, 164 und 168 liefern Signale, ausgehend von denen
die eingespritzte Kraftstoffmenge berechnet werden kann. Bei Vertei
ler- und Reihenpumpe handelt es sich bei dem Sensor 160 um einen Ge
ber, der ein Signal RW bezüglich der Position des Regelschiebers
bzw. der Regelstange liefert. Dieses Signal wird üblicherweise als
Schieberweg oder Regelweg RW bezeichnet. Dieses Signal dient dazu,
um mittels eines Stellreglers, die Regelstange bzw. den Regelschie
ber auf eine vorgegebene Position einzuregeln. Ausgehend von diesem
Signal, das der Position der Regelstange bzw. des Regelschiebers
entspricht ergibt sich eine erstes die Kraftstoffmenge angebendes
Signal QRW.
Des weiteren kann ein Sensor 164 vorgesehen sein, der den Druck im
Elementraum der Pumpe erfaßt. Die Zeitspanne, in der der Druck im
Elementraum größer als ein Schwellwert ist, wird üblicherweise als
Elementraumdruckdauer ED bezeichnet. Die Elementraumdruckdauer ED
ist ebenfalls ein Maß für die tatsächlich eingespritzte Kraftstoff
menge. Ausgehend von der Elementraumdruckdauer ED sowie eventuell
weiteren Betriebskenngrößen und Konstanten ergibt sich ein zweites
die Kraftstoffmenge angebendes Signal QED. Sensoren und die entspre
chende Signalverarbeitung zur Bestimmung der Elementraumdruckdauer
ED und des zweiten Signals QED werden z. B. in der DE-OS 31 18 425
(US-A 4 426 981) beschrieben.
Bei dem Sensor 168 handelt es sich um einen Sensor zur Erfassung des
tatsächlichen Einspritzbeginns und des tatsächlichen Einspritzendes.
Dieser Sensor erfaßt die Öffnungsdauer eines Einspritzventils. Die
Öffnungsdauer wird üblicherweise auch als Spritzdauer SD bezeichnet.
Ausgehend von der Spritzdauer SD sowie eventuell weiteren Betriebs
kenngrößen und Konstanten ergibt sich ein drittes die Kraftstoffmen
ge angebendes Signal QSD. Sensoren und die entsprechende Signalver
arbeitung zur Bestimmung der Spritzdauer SD und des dritten Signals
QSD werden z. B. in der DE-OS 30 32 381 (US-A 4 762 107) beschrieben.
Die beschriebenen Sensoren sind üblicherweise bei Reihen- und Ver
teilerpumpen vorhanden. Bei magnetventilgesteuerten Pumpen entfällt
die Regelstange bzw. der Regelschieber und an seine Stelle tritt ein
Magnetventil. Mittels dieses Magnetventils lassen sich der Ein
spritzbeginn und das Einspritzende steuern. Üblicherweise sind diese
Magnetventile so angeordnet, daß mit dem Schließen des Magnetventils
der Einspritzbeginn und mit dem Öffnen des Magnetventils das Ein
spritzende festgelegt wird. Ausgehend von dem genauen Zeitpunkt, bei
dem das Magnetventil öffnet und schließt, ergibt sich die Magnetven
tilschließdauer MD. Dieses Signal bzgl. der Magnetventilschließdauer
MD ersetzt das Signal RW. Ausgehend von dieser Magnetventilschließ
dauer MD ergibt sich ein viertes die Kraftstoffmenge angebendes
Signal QMD.
Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Kraftstoffmenge aus
gehend von dem Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Magnetventils sind
bekannt. Bei einem Verfahren sind Sensoren vorgesehen, die die Bewe
gung der Magnetventilnadel erfassen. Des weiteren existieren Verfah
ren, die ausgehend von dem zeitlichen Verlauf des Stroms durch das
Magnetventil, bzw. der an dem Magnetventil anliegenden Spannung den
genauen Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Magnetventils erkennen.
Die von diesen Sensoren bereitgestellten die Kraftstoffmenge ange
benden Signale sind nur von einer beschränkten Genauigkeit. Wird die
so gewonnene Kraftstoffmenge zur Steuerung von weiteren Größen ver
wendet, so ergeben sich erhebliche Fehler bei einer solchen
Steuerung.
Üblicherweise wird die Abgasrückführrate abhängig von der einge
spritzten Kraftstoffmenge eingestellt. Ist die Kraftstoffmenge unge
nau, so ergibt sich ebenfalls eine ungenaue Abgasrückführung, was
wiederum eine erhöhte Abgasemissionen bewirkt. Die Kraftstoffmenge
QK wird ferner für die Einstellung des Einspritzbeginns sowie zur
Festlegung der höchstzulässigen Kraftstoffmenge benötigt. Es ist
also erforderlich, daß dieses Signal mit möglichst hoher Genauigkeit
ermittelt wird.
Im Laufe der Betriebszeit des Kraftstoffzumeßsystems verändert sich
zudem die Zuordnung zwischen dem Ausgangssignal der verschiedenen
Sensoren und der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge. Diese
Erscheinung wird üblicherweise als Drift bezeichnet. Diese Unge
nauigkeiten bzw. die Drift beruhen zum einen auf der Veränderung
bzw. der Streuung der Förderkolbenlage relativ zur Regelschie
ber- bzw. zur Regelstangenposition. Des weiteren verändert sich der
Düsenöffnungsdruck bzw. der Schließdruck des Einspritzventils.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß die unterschiedlichen, die Kraft
stoffmenge angebenden, Signale ein unterschiedliches Driftverhalten
aufweisen. So beeinflußt eine Änderung des Düsenöffnungsdrucks die
verschiedenen Kraftstoffmengen der verschiedenen Sensoren unter
schiedlich. Bei konstantem Regelschieberweg RW, Regelweg RW, Ele
mentdruck ED bzw. Magnetventilansteuerzeit MD steigt die Kraftstoff
menge QK bei fallendem Düsenöffnungs-(Schließ)Druck. Bei konstanter
Einspritzdauer SD fällt die Kraftstoffmenge QK bei fallendem Düsen
öffnungs-(Schließ) Druck.
Erfindungsgemäß wird deshalb anstelle eines Signals der Mittelwert
von wenigstens zwei Signalen verarbeitet. Die Mittelwertbildung bil
det den Mittelwert aus wenigstens zwei Signalen, die von den Senso
ren 160, 164 und 168 bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird der
Mittelwert aus dem dritten Signal QSD, das sich aus der Spritzdauer
SD ergibt, und einem der anderen Signale gebildet. In der einfach
sten Ausführungsform wird das arithmetische Mittel gemäß einer der
folgenden Formeln gebildet:
QK = (QSD + QMD) / 2
QK = (QSD + QRW) / 2
QK = (QSD + QED) / 2.
QK = (QSD + QMD) / 2
QK = (QSD + QRW) / 2
QK = (QSD + QED) / 2.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine ge
wichtete Mittelwertbildung. Hierbei ergibt sich die Kraftstoffmenge
QK beispielsweise gemäß der Formel:
QK = (A*QSD + B*QMD) / 2.
QK = (A*QSD + B*QMD) / 2.
A und B sind Konstanten, die so gewählt werden, daß gilt A + B = 2.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen
sein, daß ein Mittelwert aus drei oder mehreren Signalen berechnet
wird.
Durch Bildung des Mittelwerts aus wenigstens zwei die Kraftstoffmen
ge angebenden Signalen, die unterschiedliches Driftverhalten aufwei
sen, kompensieren sich die Fehler der einzelnen Signale. Das gemit
telte Signal ist genauer als die einzelnen Signale, dabei ist der
Gewinn an Genauigkeit größer, als er sich üblicherweise durch eine
Mittelwertbildung ergibt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zugeführten
Kraftstoffmenge (QK), insbesondere für eine selbstzündende Brenn
kraftmaschine, bei dem ein erstes Signal (QSD), das die Kraftstoff
menge angibt, ausgehend von einem Signal bzgl. einer Einspritzdauer
(SD) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein wei
teres die Kraftstoffmenge angebendes Signal erfaßt wird und zur Be
stimmung des Kraftstoffmengensignals (QK) ein Mittelwert aus dem er
sten Signal (QSD) und dem weiteren Signal (QRW, QED, QMD) gebildet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mit
telwert aus zwei Signalen, die die Kraftstoffmenge angeben, gebildet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mit
telwert aus drei Signalen, die die Kraftstoffmenge angeben, gebildet
wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das weitere Signal (QRW) ausgehend von einem Re
gelschieberweg oder Regelweg (RW) vorgebbar ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das weitere Signal (QED) ausgehend von einer Ele
mentraumdruckdauer (ED) vorgebbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das weitere Signal (QMD) ausgehend von einer
Magnetventilschließdauer (MD) vorgebbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine gewichtete Mittelwertbildung erfolgt.
8. Vorrichtung zur Ermittlung der einer Brennkraftmaschine zugeführ
ten Kraftstoffmenge (QK) insbesondere für eine selbstzündende
Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die ein erstes Signal (QSD), das
die Kraftstoffmenge angibt, ausgehend von einem Signal bzgl. einer
Einspritzdauer (SD) bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
zum Erfassen wenigstens ein weiteres die Kraftstoffmenge angebendes
Signal vorgesehen sind und mit Mitteln, die zur Bestimmung des
Kraftstoffmengensignals (QK) ein Mittelwert aus dem ersten Signal
(QSD) und dem weiteren Signal (QRW, QED, QMD) bilden.
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