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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
eines magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumeßsystems, insbesondere für eine Dieselbrennkraftmaschine,
gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche.
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Ein
solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE-41
20 463 A1 (
US 5,195,492
A ) bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung eines magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumeßsystems
für eine
Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Ansteuerimpulse legen den
Beginn und das Ende der Kraftstoffzumessung fest. Ausgehend von
einem gewünschten
Winkelwert, bei dem der Ansteuerimpuls ausgelöst werden soll, wird eine Anzahl
von Inkrementen und ein Restwinkel bestimmt. Dieser Restwinkel wird
mittels eines momentanen Drehzahlwerts in eine Restzeit umgerechnet.
Nach Ablauf der Restzeit wird der Ansteuerimpuls ausgelöst.
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Desweiteren
ist aus der DE-44 44 751 A1 ein System zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
mit einer sogenannten Winkel uhr bekannt, bei dem die Inkremente
eines Inkrementzählers
gezählt
werden. Erreicht der Zählerstand
einen vorgegebenen Wert, wird ein Ansteuerimpuls ausgelöst. Um eine
möglichst
genaue Kraftstoffzumessung erzielen zu können, wird der Zeitabstand
zwischen zwei Inkrementimpulsen in eine Vielzahl von Teilinkrementen
aufgeteilt.
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Ein
Verfahren zur Aufteilung des Abstandes zwischen den Inkrementen
in Teilinkremente ist beispielsweise aus der
DE 42 22 247 A1 bekannt.
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In
der
US 5,297,048 A wird
die nichtlineare Extrapolation von Teilinkrementen anhand der gemessenen
Periodendauer zwischen zwei vorhergehenden Inkrementen eines Kurbelwellengebers
unter Berücksichtigung
von Drehzahländerungen
beschrieben. Die genaue Winkelposition, die auch zur Einspritzsteuerung
verwendet werden kann, ergibt sich aus der Summe von tatsächlich gezählten Inkrementen
(„coarse
grain position")
und den ermittelten Teilinkrementen („fine grain position)".
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Aus
der
DE 40 04 110 A1 ist
ein Verfahren zur Steuerung einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem
magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumesssystem bekannt. Über wenigstens
ein Magnetventil kann der Einspritzbeginn und das Einspritzende
festgelegt werden. Abhängig
von einer auf einer Welle angeordneten Markierung bestimmt ein Steuergerät die Ansteuersignale
für die
Magnetventile. Die Kraftstoffzumessung erfolgt über den Förderwinkel WD, der zwischen
dem Förderbeginn
WB und dem Förderende
WE liegt. Es wird eine Aufteilung der Winkel WB in die ganzzahligen
Winkelanteile sowie einen Restwinkel vorgenommen.
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Die
DE 42 04 091 A1 zeigt
ebenfalls ein Verfahren zur Steuerung eines magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumesssystems.
Diese Schrift beschreibt die Bestimmung einer Winkelgröße ausgehend
von einer Zeitgröße. Um möglichst
früh eine
genaue Winkelgröße zur Verfügung zu
haben, wird wie folgt vorgegangen. Ausgehend von der Drehzahl in
einem Inkrement wird die erste Winkelgröße extrapoliert. Zu dieser
extrapolierten Winkelgröße wird
dann ein Korrekturwinkel hinzuaddiert. Ist die momentane Drehzahl
im Inkrement bekannt, so wird der Korrekturwinkel für die nächste Zumessung
berechnet. Der Korrekturwinkel für
die nächste
Zumessung stellt die Summe aus dem aktuellen Korrekturwinkel und
dem Differenzwinkel zwischen der interpolierten und der extrapolierten
Winkelgröße dar.
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Problematisch
bei einem System mit einer sogenannten Winkeluhr ist es, dass der
Zähler
der Winkeluhr nur bis zu einem bestimmten Zählerstand zählt. Treten nun Beschleunigungen
oder Verzögerungen
auf, so kann der Fall eintreten, dass der Abstand zwischen zwei
Inkrementen größer oder
kleiner ist, als der Bereich, der vom Zähler überstrichen wird. Dies führt dazu,
dass zum einen der Zählerstand,
bei dem die Aktion ausgelöst
wird, nicht erreicht wird oder dass der Zählerstand zu einem falschen
Zeitpunkt erreicht wird. Dies führt
zu einer ungenauen Kraftstoffzumessung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer
Vorrichtung zur Steuerung eines magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumeßsystems
der eingangs genannten Art die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann
die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung bei magnetventilgesteuerten
Kraftstoffzumeßsystemen verbessert
werden.
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Vorteilhafte
und zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert. Es
zeigt 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente
des Kraftstoffzumeßsystems, 2 ein
Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 3 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale
und 4 ein Flußdiagramm
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
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Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
als Blockdiagramm wesentliche Elemente einer Vorrichtung zur Steuerung
eines magnetventilgesteuerten Kraftstoffzumeßsystems. Die Steuerung der
Kraftstoffzumessung, insbesondere des Einspritzbeginns und des Einspritzendes
bei einer selbstzündenden
Brennkraftmaschine, erfolgt mittels eines Magnetventils 100.
Das Magnetventil 100 wird von einer Steuerung 110 mit
Ansteuersignalen AS beaufschlagt. Hierzu wertet die Steuerung 110 verschiedene
Signale verschiedener Sensoren 112 aus. Hierbei handelt
es sich beispielsweise um ein Signal N, das die Drehzahl der Brennkraftmaschine
angibt.
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Ferner
kann eine Motorsteuerung 115 vorgesehen sein, die abhängig von
den Betriebsdaten der Brennkraftmaschine Signale abgibt, ausgehend
von denen die Steuerung 110 die Ansteuersignale AS vorgibt.
Hierbei handelt es sich beispielsweise um ein Signal FB, das den
Förderbeginn
oder den Einspritzbeginn kennzeichnet oder um ein Signal FM, das
die einzuspritzende Kraftstoffmenge oder die Fördermenge charakterisiert.
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Desweiteren
wird der Steuerung 110 ein Signal INK eines Sensors 125 und
Ausgangssignal INKF einer Vervielfacherschaltung 120 zugeleitet.
Die Vervielfacherschaltung 120 wird mit dem Ausgangssignal
INK des Sensors 125 beaufschlagt. Der Sensor 125 tastet
die Markierungen auf einem Inkrementrad 130 ab und erzeugt
bei jedem Vorbeilauf einer Markierung des Inkrementrades einen Inkrementimpuls INK.
Der Abstand zwischen zwei Inkrementimpulsen INK wird üblicherweise
als Inkrement bezeichnet.
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Die
Vervielfacherschaltung
120 erzeugt eine Anzahl von Teilinkrementen
INKF, die alle den gleichen Abstand besitzen und jeweils ein Inkrement
in eine Vielzahl von gleichen Teilinkrementen aufteilt. Eine solche
Vervielfacherschaltung ist beispielsweise aus der
DE 42 22 247 A1 bekannt.
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Üblicherweise
teilt die Vervielfacherschaltung 120 den Abstand zwischen
zwei Inkrementimpulsen abhängig
von der Länge
eines vorhergehenden Inkrements in eine vorgegebene feste Anzahl von
Teilinkrementen INKF auf. In dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
nimmt die Anzahl den Wert 8 an. In der Regel ist diese Zahl wesentlich
höher,
eine häufig
verwendet Anzahl ist der Wert 256.
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Die
Steuerung 110 bestimmt ausgehend von dem gewünschten
Förderbeginn
FB und der gewünschten
Fördermenge
FM Ansteuersignale AS, die den Förderbeginn
und das Förderende
durch Ansteuern des Magnetventils 100 festlegen. Hierzu
wird ausgehend von verschiedenen Signalen der Winkel W der Nockenwelle
oder der Kurbelwelle bestimmt, bei dem das Ansteuersignal AS jeweils
auszugeben ist.
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Ausgehend
von diesem Winkelwert W berechnet die Steuerung 110 eine
Anzahl von Inkrementen, die zwischen einer Referenzmarke R und dem
Auslösen
des Ansteuersignals AS auftreten müssen. Desweiteren wird ein
Restwinkel RW berechnet, der den Abstand zwischen dem letzten Inkrementimpuls
und dem tatsächlichen
Auslösen
des Ansteuersignals AS angibt. Bei Erreichen dieses Zeitpunktes
wird das Ansteuersignal AS für
das Magnetventil 100 ausgegeben. Dies wird dadurch reali siert,
dass der Restwinkel in eine entsprechende Zahl von Teilinkrementen
umgerechnet wird. Ein Zähler zählt die
Teilinkremente und bei Erreichen der entsprechenden Zahl von Teilinkrementen
wird das Ansteuersignal ausgelöst.
Beim Stand der Technik ist der Zähler
so ausgebildet, dass er nur bis zu der vorgebenen festen Anzahl
von Teilinkrementen zählt. Dies
sind in den oben angegebenen Beispielen die Werte 8 bzw. 256.
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Die
Bestimmung des Ansteuersignals AS ist in 2 detaillierter
dargestellt. Ausgehend von verschiedenen Signalen berechnet die
Winkelvorgabe 200 den Winkel W, bei dem das Ansteuersignal
AS auszugeben ist. Mit diesem Winkelsignal W wird ein inkrementales
Zeitsystem (IWZ) 210 beaufschlagt. Das IWZ bestimmt ein
Signal INKW, das die Anzahl der Inkremente ausgehend von einer Referenzmarke bis
zur Auslösung
des Ansteuersignals AS angibt. Mit diesem Signal wird ein Inkrementzähler 220 gesetzt.
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Desweiteren
liefert das IWZ 210 einen Restwinkel RW an eine Umrechnung 230,
die abhängig von
einem in einem Speicher 235 abgelegten Wert eine Anzahl
INKFW von Teilinkrementen bestimmt, mit dem ein Teilinkrementzähler 240 beaufschlagt wird.
Mit dem Ausgang des Inkrementzählers 220 wird
der Teilinkrementzähler 240 bzw.
die Umrechnung 230 beaufschlagt. Der Teilinkrementzähler 240 beaufschlagt
das Magnetventil mit dem Ansteuersignal AS.
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In 3 sind die verschiedenen Signale über der
Zeit aufgetragen. In Teilfigur 3a sind
die Inkrementimpulse INK aufgetragen. Die Inkrementimpulse treten
bei konstanter Drehzahl mit gleichem Abstand auf. Zur Definition
einer Referenzmarke R ist eine Lücke
vorgesehen. Dies bedeutet, auf dem Inkrementrad ist jeweils eine
Markierung pro Zylinder weggelassen. Diese Referenzmarke R dient
als Bezugsgröße, ausgehend
von der die verschiedenen Größen angegeben
werden.
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Die
Inkrementimpulse nach der Referenzmarke R sind in dem dargestellten
Beispiel von 1 bis 6 durchnumeriert. Der Winkel W, bei dem das Ansteuersignal
auszulösen
ist, ist mit einem mit W bezeichneten Pfeil markiert. Das Ansteuersignal
soll in diesem Beispiel zwischen dem vierten und fünften Inkrement
ausgelöst
werden.
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Zur
genauen Ansteuerung wird der Winkel W in zwei Komponenten aufgeteilt.
Dies ist zum einen die Komponente INKW, die der Anzahl der Inkremente,
in diesem Beispiel 4 entspricht, und dem Restwinkel RW, der dem
Abstand zwischen dem Ende des letzten gezählten Inkrements und der Auslösung des Signals
angibt.
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In
Teilfigur 3b ist der Abstand zwischen den
mit 3 und 5 bezeichneten Inkrementen vergrößert dargestellt. In der dargestellten
Ausführungsform
wird der Abstand zwischen zwei Inkrementimpulsen INK in acht Teilinkremente
INKF aufgeteilt. In der Regel wird diese Aufteilung noch wesentlich
feiner sein, um eine sehr genaue Zumessung zu ermöglichen.
Die Zahl 8 wurde lediglich der Übersicht
halber gewählt.
Beim Stand der Technik ist der Zähler, der
die Teilinkremente zählt,
so ausgebildet, dass der Zähler
nur bis zu einem Wert zählt,
der der Anzahl der Teilinkremente entspricht.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel soll
der Ansteuerimpuls genau in der Mitte zwischen dem vierten und fünften Inkrementimpuls
ausgelöst werden.
Fällt nun
die Drehzahl zwischen dem vierten und fünften Inkrementimpuls stark
ab und wird der Abstand der Teilinkrementimpulse INKF abhängig von
einem vorangehenden Inkrement gewählt, so treten zwischen dem
vierten und fünften
Inkrement mehr Teilinkremente INKF auf als zwischen dem Inkrement
3 und 4.
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Ferner
sind neben den Inkrementimpulsen 3, 4 und 5 die Teilinkremtimpulse
INKF und deren beispielhafte Numerierung aufgetragen.
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Wird
nun der Restwinkel ausgehend von dem vorhergehenden Inkrement zwischen
den Inkrementimpulsen 3 und 4 berechnet, so wird das Signal AS beim
vierten Teilinkrement ausgelöst.
Da zwischen dem vierten und fünften
Inkrement aber 10 Teilinkremente auftreten, sollte die Auslösung des
Ansteuersignals AS beim fünften
Teilinkrement erfolgen. Der ausgehend vom vorangehenden Inkrement berechnete
Wert ist mit RW* und der exakte Wert für die korrekte Zumessung ist
mit RW und einem senkrechten Pfeil markiert.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass der Zähler, der
die Teilinkremente zählt,
so ausgelegt ist, dass er über
den erwarteten Endwert hinaus zählt.
Der erwartete Endwert entspricht der Anzahl der Teilinkremente,
in die ein Inkrement bei nahezu konstanter Drehzahl aufgeteilt wird.
Dies bedeutet in diesem Beispiel, dass der Zähhler über 8 hinaus zählt. Denn es
kann der Fall eintreten, dass die Berechnung der Teilinkremente
INKF ergibt, dass das Ansteuersignal erst beim 9 Teilinkrement ausgelöst werden
muß.
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Die
verbesserte Berechnung des Wertes RW für die Teilinkremente INKF erfolgt
mit der in 2 dargestellten Vorrichtung
und der anhand des Flußdiagrammes
der 4 verdeutlichten Vorgehensweise.
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In
einem ersten Schritt berechnet die Winkelvorgabe 200 den
Winkel W, bei dem das Ansteuersignal AS auszugeben ist. Im sich
anschließenden Schritt 410 berechnet
das IWZ 210 die Anzahl der Inkremente INKW und den Restwinkel
RW ausgehend von der Winkelgröße W und
einem Drehzahlwert.
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Anschließend wird
in Schritt 420 der Wert INKZ des Inkrementzählers 220 auf
Null gesetzt. Bei jedem auftretenden Inkrementimpuls INK wird in Schritt 430 der
Wert INKZ des Inkrementzählers 220 um
Eins erhöht.
Die sich anschließende
Abfrage 440 überprüft, ob der
Wert des Inkrementzählers
INKZ gleich oder größer als
der Wert INKW ist. Ist dies nicht der Fall, so wird beim nächsten Inkrementimpuls
im Schritt 430 der Wert des Zählers erhöht.
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Ist
der Wert INKZ des Inkrementzählers
größer oder
gleich dem Wert INKW, so folgt Schritt 450. In diesem Schritt
wird ein Wert A als Funktion des Inkrementes INKW, in dem das Ansteuersignal
ausgelöst
werden soll, ausgelesen. Dieser Wert A entspricht der Anzahl der
Teilinkremente, die das entsprechende Inkrement, in dem das Signal
AS auszulösen
ist, voraussichtlich aufweist. Dieser Wert berücksichtigt die Drehzahländerung
zwischen dem Inkrement, bei dem das Ansteuersignal auszulösen ist, und
dem Inkrement ausgehend von dem die Aufteilung in die Teilinkremente
erfolgte. Dieser Wert A ist abhängig
von einem bestimmten Inkrement in dem Speicher 235 abgelegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser Wert abhängig von
dem Inkrement INKW abgelegt ist in dem die Ausgabe des Signals AS
erfolgt. Es ist aber auch möglich
den Wert A abhängig
von einem anderen, insbesondere dem vorhergehenden Inkrement, in
dem dargestellten Beispiel dem Inkrement 3 bis 4, oder dem Inkrement, ausgehend
von dem die Aufteilung in Teilinkremente erfolgt, abzulegen.
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Ausgehend
von diesem Wert A berechnet die Umrechnung 230 im Schritt 460 den
Wert INKFW, als Funktion des Restwinkels RW und dem Winkel WINK,
der die Breite eines Inkrements angibt, gemäß der folgenden Formel. Üblicherweise
nimmt der Winkel WINK den Wert 3° an.
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Im
sich anschließenden
Schritt 470 wird der Wert INKFZ des Teilinkrementzählers 240 auf
Null gesetzt.
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Der
Teilinkrementzähler 240 ist
so ausgebildet, dass er über
die Anzahl von Teilinkrementen hinaus zählen kann. In dem in 3 dargestellten Beispiel bedeutet dies,
dass der Teilinkrementzähler 240 über den
Wert 8 hinauszählen
kann.
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Bei
jedem Auftreten eines Teilinkrementimpulses wird in Schritt 480 der
Teilinkrementzähler
INKFZ um Eins erhöht.
Die sich anschließende
Abfrage 490 überprüft, ob der
Wert INKFZ des Teilinkrementzählers 240 größer oder
gleich dem Wert INKFW ist. Ist dies nicht der Fall, so wird beim
nächsten
Teilinkrementimpuls der Schritt 480 wiederholt.
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Ist
der Wert INKFW erreicht, so wird in Schritt 495 das Ansteuersignal
AS ausgegeben.
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Erfindungsgemäß wird die
Anzahl der Teilinkremente, des Inkrements abgeschätzt, in
dem das Ansteuersignal auszugeben ist. Ausgehend von dieser Anzahl
und der Breite eines Inkrements und dem Restwinkel RW wird die Anzahl
INKFW der Teilinkremente, die dem Restwinkel entsprechen bestimmt. Bei
Erreichen des entsprechenden Teilinkrements wird das Signal AS ausgelöst.
