DE19741966C2 - Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den hier in Rede stehenden Brennkraftmaschinen folgt auf den Startvorgang, bei dem die Zylinder mit Vorabspritzern versorgt werden, im Normalbetrieb ein sequentielles Ein­ spritzen in die Zylinder. Bei dem sequentiellen Einspritz­ verfahren, im folgenden SEFI-Verfahren (SEFI = Sequential Fuel Injection) genannt, wird der Kurbelwellenwinkel gemessen und jedes Einspritzventil jeweils zu einem gewünschten Zeitpunkt innerhalb eines Arbeitszyklusses der Brennkraft­ maschine angesteuert. Dies geschieht durch Abtasten von Marken an einem Geberrad, das sich synchron mit der Kur­ belwelle dreht und pro Umdrehung einen Synchronisationspunkt aufweist. Ein Arbeitszyklus erstreckt sich über 720°, also über zwei Kurbelwellenumdrehungen. Dies hat zur Folge, daß ein mit Hilfe des Geberrades gemessener Kurbelwellenwinkel ohne ein zusätzliches Signal nicht eindeutig dem ersten oder zweiten Teil des Arbeitszyklusses zugeordnet werden kann. Das zusätzliche Signal wird von einem Nockenwellensensor ge­ liefert, der eine Marke auf der Nockenwelle abtastet, die sich bekanntlich nur einmal pro zwei Kurbelwellenumdrehungen oder einmal pro Arbeitszyklus dreht. Das Nockenwellensignal hat zwei Pegel, die jeweils einer Umdrehung der Kurbelwelle zugeordnet sind. Bevor eindeutige Synchronisierung, d. h. Durchlauf des Synchronisationspunktes am Kurbelwellengeberrad hergestellt ist, ist der Kurbelwellenwinkel nicht eindeutig bekannt und es ist nicht möglich, die Einspritzventile zum eigentlich gewünschten Zeitpunkt anzusteuern. Mit der Kraft­ stoffzuteilung nach einem SEFI-Verfahren kann somit erst verspätet nach Start der Brennkraftmaschine begonnen werden.

Beim Start der Brennkraftmaschine muß jedem Zylinder einmal eine erhöhte Kraftstoffmenge in Form eines Vorabspritzers eingespritzt werden. Diese, gegenüber der normalen sequen­ tiellen Einspritzung erhöhte Kraftstoffmenge soll u. a. das Einspritzsystem konditionieren, insbesondere Oberflächen im Ansaugsystem benetzen. Hierbei ist es bekannt (DE 39 23 478 A1), beim Start alle Einspritzventile zum Abgeben jeweils eines Vorabspritzers simultan anzusteuern. Wird direkt danach zur sequentiellen Einspritzung mit regulärer Kraftstoffzumessung übergegangen, kann das in verschiedenen Zylindern zu Zündaus­ setzern wegen Gemischüberfettung führen. Zur Überwindung die­ ses Nachteils ist es z. B. aus EP 0058561 A2 bekannt, nach den Vorabspritzern mindestens einen Kurbelwellendrehwinkel von 720° abzuwarten, bevor mit der Kraftstoffzuteilung nach dem SEFI-Verfahren begonnen wird. Dabei muß der Nachteil in Kauf genommen werden, daß in der Zeitspanne zwischen dem Ende des Vorabspritzers und dem Beginn der regulären Kraftstoffzutei­ lung verschiedene Zylinder keinen Kraftstoff erhalten. DE 39 23 478 A1 beschreibt ein Startverfahren, bei dem das Ein­ spritzende der Vorabspritzer mit dem Schließen der Einlaßven­ tile verglichen wird und dafür gesorgt wird, daß bei dem Zylinder, bei dem das ermittelte Einspritzende erst nach dem ermittelten Einlaßende liegt, nicht mit dem SEFI-Verfahren begonnen wird. Dies hat zur Folge, daß dieser Zylinder erst einen Arbeitszyklus später mit der normalen Kraftstoffein­ spritzung versorgt wird.

Aus US 4,998,522, von der im Oberbegriff ausgegangen wurde, ist es bekannt, beim Start die Zylinder der Brennkraft­ maschine in zwei Gruppen einzuteilen; diese Einteilung erfolgt abhängig vom Nockenwellensignal. Die Einteilung erfolgt so, daß die Einlaßventile aller Zylinder der ersten Gruppe dabei überwiegend geschlossen sind, und die zweite Zylindergruppe aus den Zylindern besteht, deren Einlaßventile überwiegend geöffnet sind. Beim Start der Brennkraftmaschine wird an alle Zylinder der ersten Gruppe gleichzeitig eine Vorabspritzung durchgeführt. Diesen gegenüber werden die Vorabspritzer in die Zylinder der zweiten Zylindergruppe in Richtung auf die Reihenfolge der sequentiellen Einspritzung hin verzögert. Da jedoch zum Start der Brennkraftmaschine die genaue Stellung der Kolben in den Zylindern der jeweiligen Zylindergruppen immer dann nicht bekannt ist, wenn noch keine Synchronisation vorliegt - was beim Start üblicherweise der Fall ist -, kann es vorkommen, daß die Vorabspritzung noch andauert, wenn das Einlaßventil eines Zylinders bereits schließt oder geschlossen ist. Die im nächsten Arbeitsspiel dann folgende sequentielle Einspritzung hat dann eine Überfettung in diesem Zylinder zur Folge.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Kraft­ stoffeinspritzverfahren der beschriebenen Art mit Vorab­ spritzern so fortzubilden, daß nach dessen Start möglichst schnell mit der sequentiellen Kraftstoffzuteilung begonnen werden kann, ohne daß es zu Überfettung kommt.

Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren teilt die Zylinder zur Abgabe der Vorabspritzer in zwei Gruppen ein: Eine erste Gruppe, vorzugsweise diejenigen Zylinder, die sich mindestens 180° vor dem oberen Totpunkt befinden, erhält die Vorabspritzer sofort mit Start der Brennkraftmaschine. Die Vorabspritzer der zweiten Gruppe werden zeitlich verzögert, so daß die Vor­ abspritzer in die einzelnen Zylinder der folgenden sequenti­ ellen Einspritzung angenähert werden. Dabei wird jedoch dafür Sorge getragen, daß ein Vorabspritzer beendet ist, wenn das Einlaßventil schließt.

Durch dieses Vorgehen kann schnellstmöglich zur normalen se­ quentiellen Einspritzung übergegangen werden, wobei sicherge­ stellt ist, daß jeder Zylinder genau einen Vorabspritzer er­ hält.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Zeitpunkt zur Abgabe der Vorabspritzer in die Zylinder der zweiten Gruppe wie folgt bestimmt:
Beim Start der Brennkraftmaschine wird der frühestmögliche Kurbelwellenwinkel, der mit dem Nockenwellensignal vereinbar ist, angenommen. Basierend auf dieser Annahme erfolgt die Steuerung der Vorabspritzer in die Zylinder der zweiten Grup­ pe. Bei Wechsel des Nockenwellensignals kann diese Annahme verbessert werden, weil zu diesem Wechsel ein bestimmter Kur­ belwellenwinkel gehört. Damit läßt sich die zeitliche Steue­ rung der Vorabspritzer der Zylinder der zweiten Gruppe ver­ bessern. Somit wird für jeden Zylinder der Einspritzbeginn­ winkel des SEFI-Verfahrens genauer erreicht. Läuft der Syn­ chronisationspunkt am Kurbelwellengeber durch, liegt Synchro­ nisation vor und noch verbleibende Vorabspritzer der zweiten Gruppe können zu den exakten SEFI-Werten durchgeführt werden.

Natürlich ist es möglich und für manche Anwendungen auch wün­ schenswert, die Einspritzbeginnwinkel der Vorabspritzer an­ ders als die Einspritzbeginnwinkel der normalen sequentiellen Einspritzung zu wählen. In diesem Fall ersetzen in obiger Be­ schreibung die gewünschten Vorabspritzbeginnwinkel die Werte des SEFI-Verfahrens.

Natürlich ist dieses Verfahren auf Brennkraftmaschinen belie­ biger Zylinderzahl anwendbar, wobei bei ungerader Zylinder­ zahl, insbesondere 5-Zylinder-Motoren, die erste und zweite Gruppe nicht gleich groß sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, daß zum frühestmöglichen Zeitpunkt mit sequentieller Einspritzung begonnen wird, da schon die Vorabspritzer für einige Zylinder sequentiell abgegeben werden. Auch ein Überfetten in einzel­ nen Zylindern tritt nicht auf. Die Brennkraftmaschine kann somit bei verbesserter Startsicherheit und optimiertem Abgas­ verhalten in Betrieb gesetzt werden.

Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Zeichnung, teilweise in Blockschaltbildform, einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 ein weiteres Ablaufdiagramm einer bevorzugten Aus­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Zylinder 3 mit einem Brennraum 7 einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt. Einem Motorsteu­ ergerät 1 wird das Signal eines Kurbelwellensensors 4 sowie eines Nockenwellensensors 5 zugeführt. Das Motorsteuergerät 1 steuert ein Einspritzventil 2 für den Zylinder 3 an. Die Einspritzung des aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank zugeführten Kraftstoffes 8 erfolgt in den Ansaugtrakt des Zy­ linders 3 vor einem Einlaßventil 6. Die Öffnungszeit wird von der Motorsteuerung 1 errechnet. Da Öffnungsquerschnitt des Einspritzventils 2 und der Kraftstoffdruck konstant sind, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge nur durch die Ein­ spritzdauer bestimmt. Mit Hilfe des Signals des Kurbelwinkel­ sensors 4 bestimmt die Motorsteuerung 1 den Auslösebeginn und die Einspritzdauer, somit die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff für den Zylinder 3. Dabei wird gemäß dem SEFI- Verfahren die Einspritzung für jeden Zylinder der Brennkraft­ maschine zu einem individuellen Zeitpunkt durchgeführt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils ein Diagramm zur Erläute­ rung des erfindungsgemäßen Einspritzverfahrens für z. B 6 Zy­ linder I-VI. Es handelt sich um eine fortlaufende Numerie­ rung, die für die Reihenfolge der Ansaugzyklen gilt. Als Abs­ zisse ist in beiden Figuren das Kurbelwellensignal des Sen­ sors 4 (vgl. Fig. 1) aufgetragen. Die durchgezogenen Balken stehen für die Abfolge der Zähne am Geberrad, die Lücken stellen die Synchronisationspunkte bei jeder vollen Umdrehung dar. Unter dem Kurbelwellensignal ist auf der Abszisse das Nockenwellensignal aufgetragen. Die Nockenwelle dreht sich einmal, wenn die Kurbelwelle zwei Umdrehungen durchläuft. Das Nockenwellensignal hat zwei Pegel, die jeweils einer Umdre­ hung der Kurbelwelle zugeordnet sind. Zusammen mit Nockenwel­ lensignal, Kurbelwellensignal sowie Kurbelwellensynchronisa­ tionspunkt ist eine eindeutige Zuordnung der Kurbelwellen­ stellung im Arbeitszyklus möglich. Für jeden Zylinder sind die Öffnungszeiten der Einlaßventile durch Kästchen markiert. Die Vorabspritzer sind schräg oder kreuzweise schraffiert, normale sequentielle Einspritzer senkrecht. Die Länge der Kästchen veranschaulicht die Dauer der Einspritzer. Es wird darauf hingewiesen, daß für die Spritzer tatsächlich Zeitdau­ ern maßgeblich sind, während die Abszissen der Diagramme Kur­ belwinkel betreffen. Ändert sich jedoch die Drehzahl nicht, sind festen Zeitspannen auch feste Drehwinkel zugeordnet und umgekehrt.

Beim Start der Brennkraftmaschine, der in den Fig. 2 und 3 durch einen senkrechten Strich "Start" markiert ist, ist die Synchronisation noch nicht erfolgt. Das Nockenwellensignal hat den Pegel 2. Dieser Pegel zeigt an, welche Zylinder min­ destens 180° vor dem oberen Totpunkt stehen. Dementsprechend werden die Zylinder der Brennkraftmaschine in zwei Gruppen eingeteilt. Die drei Zylinder, die mindestens 180° vor dem oberen Totpunkt stehen, sind im folgenden als erste Gruppe bezeichnet und erhalten sofort Vorabspritzer zugeteilt. In die anderen Zylinder, im folgenden als zweite Gruppe bezeich­ net, erfolgt die Vorabspritzung zeitlich verzögert und zwar an die Einspritzzeitpunkte des Normalbetriebs angenähert. Da beim Start der Brennkraftmaschine, wie bereits beschrieben, noch keine Synchronisation erfolgt ist, wird angenommen, daß die Kurbelwelle sich in der frühestmöglichen Stellung befin­ det, die mit dem Nockenwellensignal vereinbar ist. In Fig. 2 hat das Nockenwellensignal den Pegel 2 und es soll angenommen werden, daß die Kurbelwelle ihre zweite Umdrehung des Ar­ beitszyklusses gleichzeitig mit dem Wechsel des Nockenwellen­ signals auf Pegel 2 begonnen hat. Der frühestmögliche Kurbel­ wellenwinkel ist in diesem Beispiel somit 360°. Ausgehend von diesem geschätzten Winkel werden die Vorabspritzer in die Zy­ linder der zweiten Gruppe zu den Einspritzzeiten des normalen SEFI-Betriebes abgegeben. Wird der Synchronisationspunkt er­ kannt, kann dieser geschätzte Kurbelwellenwinkel durch den exakten Wert ersetzt werden und die genauen Einspritzzeit­ punkte des SEFI-Verfahrens können somit erreicht werden. Die Annahme des frühestmöglichen, mit dem Nockenwellensignal zu vereinbarenden Kurbelwellenwinkels, führt in dem Beispiel der Fig. 2 dazu, daß in den Zylinder IV noch der Vorabspritzer abgegeben werden konnte.

Fig. 3 erläutert an einem weiteren Beispiel das erfindungsge­ mäße Verfahren. Wieder werden ausgehend von dem Nockenwellen­ signal die Zylinder in zwei Gruppen eingeteilt und die Zylin­ der der ersten Gruppe sofort mit Vorabspritzern versorgt. Während der Abgabe der Vorabspritzer wechselt das Nockenwel­ lensignal in den Pegel 1, was anzeigt, daß das Einlaßventil des Zylinders V schließt. Um zu verhindern, daß nicht mehr durch das Einlaßventil gelangender Kraftstoff im nächsten Verbrennungstakt zu einer Überfettung im Zylinder V führt, wird der Vorabspritzer in den Zylinder V mit dem Schließen des Einlaßventils abgebrochen. Der Vorabspritzer in diesen Zylinder ist mit einem Kreuz in der Fig. 3 zusätzlich gekenn­ zeichnet. Die Zylinder der zweiten Gruppe erhalten die Vorab­ spritzer zu späteren Zeitpunkten. Dabei wird wieder zum Start der frühestmögliche, mit dem Nockenwellensignal zu vereinba­ rende Kurbelwellenwinkel angenommen. In dem Beispiel sind das wieder 360°. Mit dem Wechsel des Nockenwellensignals, veran­ schaulicht durch eine gestrichelte Linie, kann der angenomme Kurbelwellenwinkel somit korrigiert werden. Die Einspritzung in die zweite Zylindergruppe erfolgt auf der Basis dieser verbesserten Annahme. In dem Beispiel erhält Zylinder III die Vorabspritzer sofort nach dem Wechsel des Nockenwellensigna­ les, wobei der Einspritzzeitpunkt des Vorabspritzers im Zy­ linder III dem Einspritzzeitpunkt des normalen SEFI- Verfahrens schon sehr nahe kommt. Der Vorabspritzer in Zylin­ der IV erfolgt schon zum Zeitpunkt des normalen SEFI- Betriebes. Nach weniger als 360° Kurbelwellendrehung haben alle Zylinder ihre Vorabspritzer erhalten, so daß eine Ge­ mischüberfettung in einzelnen Zylindern vermieden ist, worauf die normale sequentielle Einspritzung beginnt.

Bei sehr tiefen Temperaturen ist der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine sehr hoch, was zu langen Einspritzdauern führt. Dies hätte zur Folge, daß Vorabspritzer, die erst nach dem Zeitpunkt der normalen sequentiellen Einspritzung begon­ nen werden, vorzeitig abgebrochen werden müßten, da während der Abgabe der stark verlängerten Vorabspritzer das Einlaß­ ventil schließen würde. Um dieses zu vermeiden, werden bei sehr tiefen Temperaturen, insbesondere unter -25°C, die Vor­ abspritzer zu den Zeitpunkten der normalen sequentiellen Ein­ spritzung durchgeführt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Mehr­ zylinderbrennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder (3) min­ destens ein Einspritzventil (2) zugeordnet ist und die Ein­ spritzventile (2) zum Abgeben eines Vorabspritzers während des Startes und im normalen sequentiellen Einspritzbetrieb elektrisch angesteuert werden, mit einem Kurbelwellensensor (4), der den Drehwinkel der Kurbelwelle erfaßt und alle 360° einen Synchronisationspunkt aufweist und mit einem Nockenwel­ lensensor (5), der ein Signal liefert, mit dem der jeweils gemessene Kurbelwellenwinkel der ersten oder zweiten Hälfte des Arbeitszyklusses der Brennkraftmaschine zugeordnet wird, wobei zur Vorabspritzung die Zylinder (3) in zwei Gruppen eingeteilt werden, die Vorabspritzer bei der ersten Zylin­ dergruppe gleichzeitig beginnen und die Vorabspritzer bei der zweiten Zylindergruppe gegenüber den Vorabspritzern der ersten Zylindergruppe in Richtung auf die für die sequentiel­ le Einspritzung festgelegte Reihenfolge hin zeitlich ver­ zögert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorab­ spritzung in jedem Zylinder (3) der zweiten Gruppe so gewählt ist, daß die Vorabspritzung nicht über das Schließen des Einlaßventils (6) des jeweiligen Zylinders (3) hinaus andauert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung der Vorabspritzer eines jeden Zylinders (3) der zweiten Zylindergruppe nicht wesentlich über das Einspritz­ ende der sequentiellen Einspritzung dieses Zylinders (3) hinaus erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einteilung der Zylindergruppen unter Verwendung des Nockenwellensignales (5) so erfolgt, daß alle Zylinder (3) der ersten Gruppe bei Verfahrensbeginn minde­ stens 180° vor ihrem oberen Totpunkt sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorabspritzer in einen Zylinder (3) der ersten Gruppe dann vorzeitig abgebrochen wird, wenn das Nockenwellensignal (5) während der Vorabspritzung anzeigt, daß das Einlaßventil (6) des Zylinders (3) schließt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorabspritzer in einen Zylinder (3) der ersten Gruppe dann vorzeitig abgebrochen wird, wenn das Kurbelwellensignal während der Vorabspritzung anzeigt, daß das Einlaßventil (6) des Zylinders (3) schließt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Zeitpunktes der Vorab­ spritzer in die Zylinder (3) der zweiten Zylindergruppe ab­ hängig vom Pegel des Nockenwellensignals (5) von einem ange­ nommenen, einem Synchronisationspunkt entsprechenden Kurbel­ wellenwinkel als Startwinkel ausgegangen wird und die Vorab­ spritzer in jeden Zylinder (3) der zweiten Gruppe bei Errei­ chen eines vorbestimmten Drehwinkels erfolgt, wobei beim Wechsel des Nockenwellensignals (5) und/oder beim Messen eines Synchronisationspunktes der Startwinkel korrigiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem Vorabspritzer in einen Zylinder (3) abgegebene Kraftstoffmenge größer ist als die Kraftstoffmenge bei sequentieller Einspritzung.