DE4337022A1

DE4337022A1 - Verfahren zur zylinderspezifischen Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4337022A1
Application number: DE19934337022
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Denz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1995-05-04

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur zylinderspezifischen Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit elektronisch geregelter Einspritzung wird im Steuergerät berechnet, wann und wieviel Kraftstoff pro Zylinder eingespritzt werden soll. Damit diese Berechnungen in korrekter Weise durchgeführt werden können, benötigt das Steuergerät genaue Informationen bezüglich der Stellung der Brennkraftmaschine. Da sich bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine die Kurbelwelle je Arbeitsspiel zweimal dreht und also einen Winkel von 7200 Grad KW überstreicht, bevor ein bestimmter Zylinder wieder in dieselbe Arbeitsstellung gelangt, benötigt das Steuergerät auch Informationen, ob sich die Brennkraftmaschine gerade in der ersten oder in der zweiten Hälfte des Arbeitsspieles, entsprechend der ersten oder zweiten Kurbelwellenumdrehung befindet.

Damit eine korrekte Einspritzregelung möglich ist, werden üblicherweise Geberanordnungen eingesetzt, die mit der Kurbel- und der Nockenwelle verbundene Scheiben mit charakteristischer Oberfläche abtasten und Signale abliefern, die es gestatten, die Positionen der Kurbel- bzw. Nockenwelle eindeutig bestimmen.

Eine solche Geberanordnung ist beispielsweise aus der DE-P 41 41 713 bekannt. Dieses Gebersystem umfaßt einen ersten Aufnehmer, der eine mit der Kurbelwelle verbundene Scheibe abtastet, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken sowie eine Bezugsmarke aufweist, die durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet wird. Mit der Nockenwelle ist eine zweite Scheibe verbunden, die an ihrer Oberfläche unterschiedliche lange Marken sowie unterschiedlich lange Zwischenräume zwischen den Marken aufweist, wobei die Anordnung so erfolgt, daß in einem zweiten Aufnehmer, der die Scheibe abtastet, eine Pulsfolge erzeugt wird, die während der ersten Kurbelwellenumdrehung eindeutig unterscheidbar ist von der Pulsfolge, die während der zweiten Kurbelwellenumdrehung auftritt.

Da unmittelbar nach dem Start dem Steuergerät noch keine Informationen über die Stellung der Brennkraftmaschine vorliegen, müssen sich die beiden von den Aufnehmern abzutastenden Scheiben zunächst um einen bestimmten Winkel drehen, bis das Steuergerät aus der Pulsabfolge der Ausgangssignale der beiden Aufnehmer eine eindeutige Stellungserkennung durchführen kann. Die dabei verstreichende Zeit verzögert den Beginn der Einspritzung und verlängert daher die Startphase.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur zylinderspezifischen Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruch hat demgegenüber den Vorteil, daß gleich nach dem Start der Brennkraftmaschine mit den Berechnungen der zylinderspezifischen Einspritzpulse begonnen werden kann. Es kann dann für die Zylinder eine Einspritzung erfolgen, bei denen das Einlaßventil in einer geeigneten Position ist.

Die Berechnung der Einspritzpulse erfolgt besonders vorteilhaft unter Berücksichtigung der mittleren erfaßten Momentandrehzahl im zugehörigen Winkelsegment sowie gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Parameter. Die Momentandrehzahl wird aus einem Mittelwert der zeitlichen Abstände der vom Kurbelwellenaufnehmer gelieferten Impulse gebildet.

Besonders vorteilhaft ist, daß sich eine allgemein gültige Formel aufstellen läßt, anhand derer die zylinderspezifischen Einspritzpulse vom Steuergerät berechnet werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen erzielt.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine grobe Übersicht der erfindungsgemäßen Geberanordnung. In den Fig. 2, 3 und 4 sind verschiedene Impulsdiagramme angegeben, die für unterschiedliche Synchronisationswinkellagen gültig sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 sind in einer groben Übersicht die wesentlichsten Elemente angegeben, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine benötigt werden. Die Anordnung nach Fig. 1 ist im übrigen bereits in der deutschen Patentanmeldung DE-P 41 41 713 enthalten und wird dort in Verbindung mit einer Zylindererkennung näher beschrieben.

In Fig. 1 bezeichnet 10 eine Geberscheibe, die starr mit der Kurbelwelle 11 einer Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Eine Bezugsmarke 13 wird durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet.

Eine zweite Geberscheibe 14 ist mit der Nockenwelle 15 der Brennkraftmaschine verbunden und weist an ihrem Umfang unterschiedlich lange Winkelmarken auf, wobei die kürzeren mit 17 und die längeren mit 16 bezeichnet sind und die Anzahl dieser Winkelmarken so gewählt ist, daß sie gerade der Zylinderzahl n der Brennkraftmaschine entspricht. Zwischen den Winkelmarken sind Zwischenräume, wobei die kürzeren jeweils mit 19 und die längeren mit 18 bezeichnet sind.

Die beiden Geberscheiben 10, 14 werden von Aufnehmern 20, 21 abgetastet, die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken in den Aufnehmern erzeugten Signale werden dem Steuergerät 22 zugeführt und dort weiterverarbeitet. Die Geberscheibe 10 und der Aufnehmer 20 werden im folgenden als Nockenwellengeber, die Geberscheibe 14 und der Aufnehmer 21 als Kurbelwellengeber bezeichnet.

Das Steuergerät 22 erhält über Eingange 23, 24, 25 weitere, für die Steuerung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen, als Beispiel seien erwähnt ein Temperatursignal über den Eingang 25, ein Lastsignal über den Eingang 24 und ein "Zündung ein" Signal über den Eingang 23, mit 26 ist zugehörige Zündschalter bezeichnet. Ausgangsseitig stellt das Steuergerät 22 Signale für die Zündung und Einspritzung für nicht näher bezeichnete entsprechende Komponenten der Brennkraftmaschine zur Verfügung die Ausgänge des Steuergerates sind mit 27 und 28 bezeichnet.

In den Fig. 2 bis 4 sind die von den Aufnehmern 20 und 21 gelieferten, bereits aufbereiteten Signale, die im Steuergerät ausgewertet werden über den Kurbelwellenwinkel W bzw. der Zeit t aufgetragen. Im einzelnen ist in a) angegeben, welcher Zylinder sich im oberen Totpunkt befindet, es ist weiterhin noch die Winkellage 5° KW vor OT eingetragen.

In b) ist das Signal des Nockenwellengebers angegeben und die Lage der Bezugsmarke eingetragen, beispielsweise 90° KW vor OT. In c) sind die Synchronisationspunkte angegeben und in d) die sogenannte TR-Marke.

Im unteren Teil der Fig. 2 bis 4 sind verschiedene Zustände der Einspritzventile EV1 bis EV4, die den Zylindern 1, 3, 4, 2 zugeordnet sind, angegeben. Dabei beschreibt X die Öffnungsdauer des Einlaßventils. Die Pfeile entsprechen Zündsignalen und die Winkelbezeichnungen W1 bis W6 stellen für das Verständnis der Erfindung bedeutsame Winkelbereiche dar. Zusätzlich sind einige weitere Winkelbereiche in ° KW eingetragen.

Der Drehbeginn soll in den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Beispielen an der Stelle X1 oder X2 oder X3 beginnen. Der Winkel, bei dem die Synchronisation durch Auswertung der Kurbelwellen- und Nockenwellensignale abgeschlossen ist, ist der Synchronisationswinkel W3 und wird jeweils auf die Stelle X0, die der Bezugsmarke von Zylinder 1 entspricht, bezogen.

Die Bedeutung der einzelnen Winkel ist wie folgt festgelegt:
W1: Einspritzende für den Start
W2: Winkellange für die Starteinspritzzeit
W3: Synchronisationswinkel
W4: spätestes Einspritzende für den Start
W5: Segmentwinkel (= 720° KW/Zylinderzahl)
W6: Winkel, bei dem die Einspritzung gegebenenfalls abgebrochen wird.

Die Bezeichnung Segment für den Winkelbereich eines Zündabstandes ist bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen üblich.

Funktionsweise der Berechnung der zylinderspezifischen Einspritzung

Es erfolgt eine Berechnung der Einspritzimpulse, die simultan für die Zylinder abgesetzt werden können, bei denen das Einspritzende noch vor dem spätesten Einspritzendewinkel für den Start W4, bezogen auf die sogenannte tR-Marke des jeweiligen Einspritzventils, abgeschlossen ist. W4 kann dabei im offenen Einlaß oder vor "Einlaß öffnet" liegen. Die Einspritzung wird jedoch nicht abgesetzt bzw. erfolgt nicht für die Zylinder, bei denen sie noch in den offenen Einlaß des vorherigen Zyklus gelangen kann. Ebenso unterbleibt eine sofortige Einspritzung, wenn das Einspritzende (ti-Ende) vor dem gewünschten Einspritzende für den Start W1 liegen würde (Fig. 2).

Zur Berechnung wird während des für die Synchronisation benötigten Drehwinkels W3 die Momentandrehzahl n aus den einzelnen Abständen der Inkremente des Kurbelwellenwinkelgebers, auch Zahnperioden genannt, gebildet. Mit der mittleren erfaßten Momentandrehzahl n_m in diesem Winkelsegment und anderen Parametern wird die Starteinspritzdauer tiSt berechnet. Aus der Starteinspritzdauer tiSt und der höchsten erfaßten Momentandrehzahl n im Synchronisationswinkelsegment wird die Winkellänge für die Starteinspritzzeit W2 berechnet.

Mit den Winkeln W1, W2, W3, W4 und dem Segmentwinkel W5 kann berechnet werden, welche Einspritzventile EV1 bis EV4 sofort simultan angesteuert werden. Es werden dazu die im folgenden angegebenen Entscheidungstabellen ausgewertet. Ab dem nächstfolgenden Einspritzventil in der Ansteuerfolge beginnt dann die normale sequentielle Einspritzung (SEFI).

Wird durch Drehzahlerhöhung eine begonnene Einspritzzeit ti länger als ein Winkel W6, wie es in Fig. 2 für das Einspritzventil EV3 angedeutet ist, wird die Einspritzzeit bei diesem Winkel W6 abgebrochen, es entfällt dann der schraffierte Bereich B.

In den Fig. 3 und 4 ist derselbe Sachverhalt wie in Fig. 2 dargestellt, jedoch für andere Synchronisationswinkellagen. Die einzelnen Bezeichnungen bzw. Winkel gelten entsprechend.

Mit dem Synchronisationswinkel W3 kann für alle Synchronisationswinkellagen die zugehörige Segmentnummer (SNr) ermittelt werden, wobei gilt: SNr = Integer (W3/720°).

Im nullten Segment (SNr = 0) ergibt sich dann folgende Entscheidungstabelle:

Tabelle 1

Im Segment der entsprechenden Segmentnummer (SNr) gilt analog:

Tabelle 2

Durch Einführen weiterer Indizes kann eine allgemein gültige Formel abgeleitet werden. Es gilt dann die Berechnungsregel:

Bedingung
Index des anzusteuernden EVi
W1 < (720°-(Zyl-j+1-SNr) _* W5-W3-W2) < W4
k = 1+SNr = j+SNr (5)
W1 < (720°-(Zyl-j+1-SNr) _* W5-W3-W2) < W4	k = 4+SNr = j+SNr
W1 < (720°-(Zyl-j+1-SNr) _* W5-W3-W2) < W4	k = 3+SNr = j+SNr
W1 < (720°-(Zyl-j+1-SNr) _* W5-W3-W2) < W4	k = 2+SNr = j+SNr

mit:

i = k für k Zyl
i = k-Zyl für k < Zyl
j = 2 bis Zyl+1
m = j für j < Zyl
m = 1 für j = Zyl+1

Als Berechnungsregel ergibt sich dann:
Für j = 2 . . . (Zyl+1) ist zu berechnen:
W1 < (720°-(Zyl-j+1-SNr) _* W5-W3-W2) < W4
Für die j, bei denen dies erfüllt ist, wird berechnet:
k = j+SNr.

Die anzusteuernde Einspritzventile EVi ergeben sich dann aus der Bedingung:
i = k für k < Zyl
i = k-Zyl für k < Zyl

Mit dieser allgemein gültigen Formel lassen sich jeweils unmittelbar nach dem Start eindeutig die Einspritzungen bestimmen, die vor einem spätesten vorgegebenen Winkel des jeweiligen Ansaugtaktes beendet sein werden. Nach dieser ausgewählten Zahl von simultan angesteuerten Einspritzventilen wird mit der normalen SEFI (sequentiellen Kraftstoffeinspritzung) fortgefahren.

Claims

1. Verfahren zur zylinderspezifischen Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine mit Gebern zur Bestimmung der Kurbelwellen- und der Nockenwellenposition, mit Mitteln zur Berechnung von Steuergrößen abhängig von Betriebskenngrößen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ablauf der Gebersignale während eines ersten Drehwinkels (W3) eine Synchronisation durchgeführt wird, daß während der Synchronisation eine Momentandrehzahl n ermittelt wird und in Abhängigkeit von der Drehzahl (n) eine Starteinspritzzeit (tiSt) ermittelt wird und aus dieser und der im Synchronisationswinkelsegment erfaßten Drehzahl die Winkellänge für die Starteinspritzzeit (W2) ermittelt wird und weiterhin bestimmt wird, für welche Einspritzventile eine Einspritzung ausgelost werden soll, damit die Einspritzung bei vorgegebenen Kurbelwellenwinkeln des jeweiligen Zylinders beendet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehzahl für die Ermittlung der Starteinspritzzeit (tiSt) die über eine vorgebbare Winkelmarkenzahl gemittelte Momentandrehzahl (n_m) verwendet wird, die aus einer Anzahl von erfaßten Zeitdauern zwischen jeweils zwei Winkelmarken berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehzahl für die Berechnung der Winkellänge (W2) der Starteinspritzzeit (tiSt) ebenfalls die über eine Winkelmarkenzahl gemittelte Momentandrehzahl (n_m) oder die höchste Momentandrehzahl aus den erfaßten Zeitdauern zwischen jeweils zwei Winkelmarken verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Einspritzmaschine in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und/oder Bedingungen erfolgt, unter denen die Brennkraftmaschine betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Einspritzventile, die angesteuert werden sollen, in Abhängigkeit vom Synchronisationswinkel (W3), von der Winkellänge (W2) die für die Einspritzdauer im Start maßgeblich ist, vom gewünschten Einspritzende für den Start (W1) und vom spätesten Einspritzende für den Start (W4) sowie vom Segmentwinkel (W5) gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei ansteigender Drehzahl die begonnene Einspritzung abgebrochen wird, wenn während der Einspritzung ein Winkelsegment (W6) überschritten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dieser ausgewählten Zahl von simultan angesteuerten Einspritzventilen mit der normalen sequentiellen Kraftstoffeinspritzung (SEFI) begonnen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anzusteuernden Einspritzventile (EVi) bestimmt werden nach der Formel: k=j+SNrunter der Bedingung, daß gilt:i=k für k < Zyl
i=k-Zyl für k < Zyl,wobei mit Zyl die Zylindernummer bezeichnet ist.