DE19717631A1 - Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung während des Startvorgangs einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kraft­ stoffeinspritzung während des Startvorganges einer Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritz­ anlagen für Brennkraftmaschinen so aus zulegen, daß die Dauer der Einspritzimpulse, die den der Brennkraftmaschine zugeord­ neten Kraftstoffinjektoren zugeführt werden, im wesentlichen aus einem Lastparameter (Luftmenge, Luftmasse, Saugrohrdruck oder Drosselklappenstellung) und der vorliegenden Drehzahl bestimmt werden. Die dadurch erhaltene Basiseinspritzzeit wird abhängig von weiteren Betriebsparametern, wie beispiels­ weise Druck und Temperatur der Ansaugluft, Temperatur des Kühlmittels usw. korrigiert. Insbesondere spielt die Tempera­ tur der Brennkraftmaschine während des Startvorganges eine für den Anspringvorgang nicht unerhebliche Rolle. Um u. a. ei­ ne Kompensation des sich an den kalten Wänden des Saugrohres niederschlagenden Kraftstoffes zu erreichen, ist es bekannt, beim Kaltstart der Brennkraftmaschine das Kraftstoff-/Luft­ gemisch anzureichern und zeitlich gesehen vor der Auslösung der Haupteinspritzung einen Vorabeinspritzimpuls auszulösen.

Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie z. B. bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder einer schwachen Starterbatterie kann es durch Unterspannungsresets oder durch Synchronisationsverlust zur Auslösung mehrfacher Vorabein­ spritzimpulse durch die elektronische Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine kommen. Das Problem besteht dabei dar­ in, daß die unter ungünstigen Bedingungen gestartete Brenn­ kraftmaschine nicht zusätzlich durch eine Überfüllung mit ei­ ner nicht mehr von der Zündkerze entflammbaren Menge Kraft­ stoff während des Startvorganges belastet wird. Dies führt in vielen Fällen dazu, daß die Brennkraftmaschine nicht an­ springt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung während des Startvorganges einer Brennkraftmaschine anzugeben, das ein gutes Anspring­ verhalten der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfin­ dung liegt darin, daß das unerwünschte Auftreten von mehreren Vorabeinspritzern beim Startvorgang der Brennkraftmaschine auf einfache Weise unterdrückt werden kann. Durch Setzen ei­ ner Kennung, beispielsweise einer Byte-Kombination in einem Speicher der elektronischen Steuerungseinrichtung, die nach einem Reset nicht gelöscht wird und die eine bereits erfolgte Vorabeinspritzung repräsentiert, kann bei einem erneuten Hochlauf der Zentraleinheit der Steuerungseinrichtung erkannt werden, ob bereits eine Vorabeinspritzung für diesen Start­ vorgang stattgefunden hat. Damit kann eine Überfettung des Kraftstoff-/Luftgemisches beim Start vermieden und das Tief­ temperaturstartverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildun­ gen und Ausgestaltungen der im folgenden anhand der Zeichnun­ gen erläuterten Erfindung. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit der zugehörigen Steuerungseinrichtung,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Steuerung des Einspritzvor­ ganges während des Starts der Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 und 4 Impulsdiagramme zur Steuerung des Einspritzvor­ ganges während des Starts der Brennkraftmaschine bei einem Verfahren nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist anhand eines Blockschaltbildes das technische Umfeld dargestellt, in dem die Erfindung eingesetzt wird. Der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Ansaugkanal 11 ein Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt und die Abgase werden über einen Abgaskanal 12 ausgestoßen. Im Ansaugkanal 11 sind in Strömungsrichtung der angesaugten Luft gesehen ein Luftmen­ genmesser oder Luftmassenmesser, beispielsweise ein Heiß­ filmluftmassenmesser 13, ein Drosselklappenblock 14 mit einer Drosselklappe 15 und einem nicht näher dargestellten Sensor zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 15 und entsprechend der Zylinderanzahl ein Satz Einspritzventile EV1-EV4 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 10 vier Zylinder Z1-Z4 auf, denen je­ weils ein Einspritzventil zugeordnet ist. Diese Zylinder kön­ nen auch zu Gruppen, meist als Zylinderbänke bezeichnet, zusammengefaßt sein, beispielsweise die Zylinder Z1 und Z3 zu einer Zylinderbank ZB1 und die Zylinder Z2 und Z4 zu einer Zylinderbank ZB2, wobei dann die Einspritzung bankweise er­ folgt. Im Abgaskanal 12 ist in Strömungsrichtung des Abgases gesehen eine Abgassonde 17 in Form einer Lambda-Sonde und ein zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile dienender Dreiwegekatalysator 18 vorgesehen. An der Brennkraftmaschine 10 sind ein Drehzahlsensor 19, ein Temperatursensor 20 und ein Nockenwellensensor 16 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine 10 entsprechend der Zylinder Z1 bis Z4 vier Zündkerzen 21 zur Zündung des Luft/Kraftstoffgemisches in den einzelnen Zylindern. Die Ausgangssignale ML des Luft­ massenmessers 13, α des Drosselklappensensors zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 15, UL der Abgassonde 17, n des Drehzahlsensors 19, NW des Nockenwellensensors 16 und TKW des Temperatursensors 20 werden einer zentralen, elektronischen Steuerungseinrichtung 22 über entsprechende Verbindungsleitungen zugeführt. Die Steuerungseinrichtung 22 wertet die Sensorsignale aus und steuert unter anderem über weitere Verbindungsleitungen die Einspritzventile und die Zündkerzen an. Weitere Ein- bzw. Ausgangssignale zur Steue­ rung der Brennkraftmaschine 10, wie beispielsweise Umgebungs­ druck, Umgebungstemperatur und Kurbelwellenstellung sind mit einem Pfeilsymbol dargestellt und allgemein mit dem Bezugs­ zeichen ES bzw. AS gekennzeichnet. Weiterhin ist mit dem Be­ zugszeichen 23 eine Fahrzeugbatterie bezeichnet, deren Plus­ pol zu einer Klemme KL30 eines Zündstartschalters 24 geführt ist, während der Minuspol mit der Fahrzeugkarosserie verbun­ den ist. Die Klemme KL50 des Zündstartschalters 24 ist über eine nicht näher bezeichnete Leitung mit der Steuerungsein­ richtung 22 verbunden. Der weitere Ausgang des Zündstart­ schalters 24 ist mit Klemme KL15 (geschaltetes Plus nach Fahrzeugbatterie) bezeichnet und führt nur Spannung, wenn die Zündung eingeschaltet ist, d. h. der Zündstartschalters 24 in der mit 1 bezeichneten Stellung ist.

Die elektronische Steuerungseinrichtung 22 weist einen Mikro­ computer 25, entsprechende Schnittstellen für Signalaufberei­ tungsschaltungen 26 und 27, sowie eine Ein- und Ausgabeein­ heit (E/A) 32 auf. In der Signalaufbereitungsschaltung 26, die beispielsweise Analog/Digitalwandler und Impulsformerstu­ fen aufweist, werden die Eingangssignale zur weiteren Verar­ beitung im Mikrocomputer 25 aufbereitet. Die Signalaufberei­ tungsschaltung 27 weist Endstufen für die Elektrokraftstoff­ pumpe, die Zündung und die Einspritzventile auf. Der Mikro­ computer 25 umfaßt eine Zentraleinheit (CPU) 28, welche die arithmetischen und logischen Operationen mit den eingespei­ sten Daten durchführt. Die dazu notwendigen Programme und Solldaten liefert ein Festwertspeicher (ROM) 29, in dem alle Programmroutinen und alle Kenndaten, Kennlinien, Sollwerte usw. unverlierbar gespeichert sind. Ein Betriebsdatenspeicher (RAM) 30 dient u. a. dazu, die von den Sensoren gelieferten Daten zu speichern, bis sie vom Mikrocomputer 25 abgerufen oder durch aktuellere Daten ersetzt, d. h. überschrieben wer­ den. Von einem Bus 31 werden alle genannten Einheiten mit Da­ ten, Speicheradressen und Kontrollsignalen versorgt. Der Mi­ krocomputer 25 steuert auch den Einspritzvorgang mit der Aus­ führung von Vorabeinspritzern, wie er anhand der nachfolgen­ den Fig. 2 bis 4 beschrieben wird. Den Figuren ist gemein­ sam, daß es sich bei der Steuerung der Vorabeinspritzung um eine gruppenselektive Vorabeinspritzung handelt, d. h. die Zy­ linder Z1, Z3 der Zylinderbank ZB1 und die Zylinder Z2, Z4 der Zylinderbank ZB2 werden jeweils parallel mit der Vorab­ einspritzung versorgt. Die sich an die Vorabeinspritzung an­ schließende Einspritzung erfolgt sequentiell für die einzel­ nen Zylinder. Die Startdrehzahl der Brennkraftmaschine be­ trägt in allen Fällen 120 U/min.

In Fig. 2 ist ein Impulsdiagramm dargestellt, das die Steue­ rung des Einspritzvorganges nach dem Stand der Technik zeigt.

Auf der Abszisse ist dabei der Kurbelwinkel °KW, auf der Or­ dinate von oben nach unten das Signal vom Nockenwellensensor NW, die Ansteuersignale für die Einspritzventile EV1, EV3, EV2 und EV4 entsprechend der Zündfolge 1-3-4-2, ein Resetsi­ gnal RESOUT und ein Signal aufgetragen, das die Spannung an der Klemme KL15 repräsentiert. Das Signal des Nockenwellen­ sensors dient u. a. zur Zylinderbankerkennung beim Vorabein­ spritzer und zur Synchronisation.

Zum Zeitpunkt t0 wechselt der Pegel des Signals an der Klemme KL15. Nach der Erkennung "Motor dreht" mittels des Signals NW des Nockenwellensensors 16 wird zum Zeitpunkt tB1 die Vorab­ einspritzung für die Zylinderbank ZB1 (Zylinder Z1 und Z3) ausgelöst. Beim nächsten Flankenwechsel des Signals NW wird die Vorabeinspritzung für die Zylinderbank ZB2 (Zylinder Z2 und Z4) ausgelöst (Zeitpunkt tB2). Fällt die Betriebsspannung der Steuerungseinrichtung unter einen bestimmten Mindestwert, beispielsweise durch Zuschalten eines, eine hohe Leistung be­ nötigenden Verbrauchers bei schon schwacher Fahrzeugbatterie, so kann dies zu einem Unterspannungsreset führen, wie es in der Fig. 2 zum Zeitpunkt tR1 dargestellt ist. Es wird also ein definierter Ausgangszustand hergestellt, in flüchtigen Speichern der Steuerungseinrichtung werden Daten gelöscht.

Da nun mehr keinerlei Informationen über die Vorgeschichte des Einspritzvorganges vorliegen, wird zum Zeitpunkt tB12, nach dem die erneute Initialisierung der Zentraleinheit (CPU) abgeschlossen ist (Zeitpunkt tR2), eine erneute Vorabein­ spritzung für die Zylinderbank ZB1 und zum Zeitpunkt tB22 ei­ ne erneute Vorabeinspritzung für die Zylinderbank ZB2 ausge­ löst. Das Auftreten eines Resets nach erfolgter Vorabein­ spritzung hat also nach der Neusynchronisation eine wieder­ holte Vorabeinspritzung zur Folge. Diese zweite, ungewünschte Vorabeinspritzung für jede Zylinderbank führt zu einem fetten Luft/Kraftstoffgemisch, das unter Umständen von der Zündkerze nicht mehr gezündet werden kann und damit ist kein sofortiges Starten der Brennkraftmaschine möglich.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Impulsdiagramme, welche die Steue­ rung des Einspritzvorganges nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren verdeutlichen. Auf den Abszissen der beiden Diagramme ist jeweils wieder der Kurbelwinkel °KW dargestellt und auf den Ordinaten sind dieselben Größen aufgetragen wie in der Fig. 2.

Bei dem Beispiel nach Fig. 3 tritt analog dem Beispiel nach Fig. 2 nach Ausführung der Vorabeinspritzer ein Reset auf. Die auf der Abszisse eingetragenen Zeitpunkte t0 bis tR2 ent­ sprechen ebenfalls den Bezeichnungen in Fig. 2. Um eine er­ neute Vorabeinspritzung nach Neusynchronisation zu vermeiden, wird nach Beendigung der Vorabeinspritzung für die jeweilige Bank ZB1, ZB2 in einer nichtlöschbaren RAM-Zelle des Be­ triebsdatenspeichers 30 der elektronischen Steuerungseinrich­ tung 27 der Brennkraftmaschine eine Kennung, z. B. ein Merker oder ein Flag gesetzt. Somit gilt die Vorabeinspritzung die­ ser Gruppe als abgeschlossen. Diese Kennung wird erst wieder durch einen "Klemme KL15-aus-Reset" gelöscht, z. B. wenn die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird.

Nachdem die erneute Initialisierung der Zentraleinheit (CPU) zum Zeitpunkt tR2 abgeschlossen ist, wird nun durch Auslesen des Inhalts der RAM-Zelle für jede Bank überprüft, ob bereits eine Vorabeinspritzung stattgefunden hat. Ist dies für beide Bänke der Fall, also beide Merker gesetzt, so wird die regu­ läre sequentielle Einspritzung aktiviert. Für den Zylinder Z1 geschieht dies durch Ansteuern des Einspritzventiles EV1 zum Zeitpunkt t1. Die Zeitpunkte für den Beginn der Einspritzun­ gen für die restlichen in Zündreihenfolge liegenden Zylinder Z3, Z4 und Z2 sind entsprechend mit t3, t4 und t2 bezeichnet. Sind die beiden Merker nicht gesetzt, erfolgt die Vorabein­ spritzung.

Bei dem Beispiel nach Fig. 4 tritt zwischen den beiden Vor­ abeinspritzvorgängen ein Reset auf. Zum Zeitpunkt tB1 wird die Vorabeinspritzung für die Zylinderbank ZB1 (Zylinder Z1, Z3) ausgelöst und auch vollständig ausgeführt. Für diese Zy­ linderbank ZB1 wird deshalb wieder ein Merker in der RAM- Zelle gesetzt. Bevor aber die Vorabeinspritzung für die zwei­ te Zylinderbank ZB2 ausgelöst werden kann, tritt zum Zeit­ punkt tR1 ein Reset auf. Für diese Bank wird also kein Merker gesetzt. Nachdem die erneute Initialisierung der Zentralein­ heit (CPU) zum Zeitpunkt tR2 und die Neusynchronisation abge­ schlossen ist, wird nun durch Auslesen des Inhalts der RAM- Zelle für jede Bank überprüft, ob bereits eine Vorabeinsprit­ zung stattgefunden hat. Für die Bank ZB1 ist dies der Fall, nicht aber für die Bank ZB2. Deshalb wird nur die Vorabein­ spritzung für die Bank ZB2 ausgelöst (Zeitpunkt tB2). Darauf folgt in Abhängigkeit des Nockenwellensignals die reguläre Einspritzung.

Die Erfindung wurde anhand einer Brennkraftmaschine mit 4 Zy­ lindern beschrieben, wobei jeweils 2 Zylinder zu einer Gruppe (Zylinderbank) zusammengefaßt sind und die Vorabeinspritzung gruppenselektiv erfolgt. Die der jeweiligen Zylinderbank zu­ geordneten Zylinder werden demnach gleichzeitig mit der Vora­ beinspritzung versorgt. Deshalb werden auch die Kennungen, ob eine Vorabeinspritzung stattgefunden hat oder nicht, nur für eine Gruppe eingetragen. Das Verfahren ist aber für alle Ar­ ten der Vorabeinspritz-Strategien anwendbar. Erfolgt bei­ spielsweise die Vorabeinspritzung zylinderselektiv, so ist für jeden Zylinder eine solche Kennung vorgesehen. Werden al­ le Zylinder gleichzeitig mit Vorabeinspritzern versorgt, so ist nur einzige Kennung erforderlich.

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung während des Startvorganges einer Brennkraftmaschine, mit einer elek­ tronischen Steuerungseinrichtung, die abhängig von Betriebs­ parametern der Brennkraftmaschine Einspritzimpulse für minde­ stens einen, den Kraftstoff zumessenden Injektor erzeugt und die einzuspritzende Kraftstoffmenge aufgeteilt in einen Vorabeinspritzvorgang und in einen Haupteinspritzvorgang ein­ gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

• - nach Beendigung des Vorabeinspritzvorganges ein Eintrag über die erfolgte Vorabeinspritzung in ein Speichermedium (30) der Steuerungseinrichtung (27) erfolgt,
• - bei erneutem Auslösen des Vorabeinspritzvorganges während die­ ses Startvorganges der Inhalt des Speichermediums (30) über­ prüft wird und
• - bei Vorhandensein des Eintrags ein wiederholter Vorabein­ spritzvorgang unterbunden und der Haupteinspritzvorgang frei­ gegeben wird, andernfalls die Vorabeinspritzung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Brennkraftmaschine (10) mehrere Zylinder (Z1-Z4) auf­ weist, denen jeweils ein Injektor (EV1-EV4) zugeordnet ist,
• - die Vorabeinspritzungen zylinderselektiv ausgeführt und
• - die Einträge in das Speichermedium (30) getrennt für jeden Zy­ linder (Z1-Z4) erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Brennkraftmaschine (10) mehrere Zylinder (Z1-Z4) auf­ weist, denen jeweils ein Injektor (EV1-EV4) zugeordnet ist,
• - mehrere Injektoren jeweils zu einer Gruppe (ZB1, ZB2) zusammen­ gefaßt sind,
• - die Vorabeinspritzungen gruppenweise ausgeführt und
• - die Einträge in das Speichermedium (30) getrennt für jede Gruppe (ZB1, ZB2) erfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Brennkraftmaschine (10) mehrere Zylinder (Z1-Z4) auf­ weist, denen jeweils ein Injektor (EV1-EV4) zugeordnet ist,
• - die Vorabeinspritzungen für alle Injektoren gleichzeitig aus­ geführt werden und
• - nur ein einziger Eintrag in das Speichermedium (30) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium (30) ein Betriebsdaten­ speicher dient, dessen Einträge nur gelöscht werden, wenn die Brennkraftmaschine (10) abgestellt wird.