DE19846310A1 - Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Einspritzmenge an Kraftstoff für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Einspritzmenge an Kraftstoff für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Einspritzmenge an Kraftstoff für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor aus dem Luftmassenstrom, welchen der Zweitakt-Verbrennungsmotor über eine Ansaugstrecke mit einem eingangsseitigen Luftfilter und einer ausgangsseitigen Drosselklappe ansaugt, wird eine einfache und gleichzeitig sehr genaue Bestimmung über den gesamten Drehzahlbereich dadurch erreicht, dass in jedem Arbeitszyklus der Absolutdruck in der Ansaugstrecke zwischen dem Luftfilter und der Drosselklappe gemessen wird, dass aus dem gemessenen instationären Druckverlauf (p¶Ansaug¶) ein erstes zeitliches Druckfenster (DF1) ausgewählt und durch Integration des innerhalb des ersten Druckfensters (DF1) liegenden Teils des Druckverlaufs (p¶Ansaug¶) ein Lastdruck (p¶Last¶) ermittelt wird, und dass aus dem ermittlten Lastdruck (p¶Last¶) unter Berücksichtigung des Umgebungsluftdruckes (p¶Luft¶) der Einspritzbeginn (alpha¶i¶) und die Einspritzdauer (T¶i¶) bestimmt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technik von Zweitakt-Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung. Sie betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Einspritzmenge an Kraftstoff für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor aus dem Luftmassenstrom, wel­ chen der Zweitakt-Verbrennungsmotor über eine Ansaugstrecke mit ei­ nem eingangsseitigen Luftfilter und einer ausgangsseitigen Drosselklappe ansaugt.
Eine solches Verfahren ist z. B. aus der DE-A1-196 34 128 der Anmelderin bekannt.
STAND DER TECHNIK
Es ist seit langem bekannt, dass zur Erfassung des Ansaugmassenstro­ mes bei einem Verbrennungsmotor Verfahren auf der Basis von Hitzdraht- bzw. Hitzfilm-Anemometern eingesetzt werden (siehe dazu z. B.: Sensoren als Informanten, Krafthand, Heft 12, 22. Juni 1996, 5.800-805). Auch wer­ den häufig Kombinationen aus Saugdrossel- und Druckgebern eingesetzt, um ein lastabhängiges Einspritzsignal zu bilden (DE-A1-41 04 101; DE-C2-40 02 813 oder DE-C2-32 38 153). Diese Verfahren sind relativ auf­ wendig und finden vornehmlich bei grösseren Verbrennungsmotoren An­ wendung.
Desweiteren ist eine einfache Methode zur Erfassung des Drucksignals aus der eingangs genannten Druckschrift DE-A1-196 34 128, einer frühe­ ren Anmeldung der Anmelderin, bekannt. Hier wird ein Absolutdrucksen­ sor eingesetzt, der in Verbindung mit einem Auswertealgorithmus den Spitzendruck einer instationären Druckwelle zur Berechnung der erforder­ lichen Einspritzmenge heranzieht. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, dass unter Einsatz spezieller Dämpfungsmittel nur der Maxi­ malwert des Unterdrucks der Ansaugdruckwelle ausgewertet wird, was zu erheblichen Ungenauigkeiten über den gesamten Drehzahlbereich führt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass mit geringem Aufwand ein dem Ansaugmassen­ strom proportionales Signal mit grosser Aussagegenauigkeit gebildet wird, um damit die erforderliche Einspritzmenge für den Motor festlegen zu können. Das Verfahren muss dabei im gesamten Drehzahlbereich eines Zweitakt-Verbrennungsmotors und unabhängig vom Umgebungsdruck zuverlässige Ergebnisse liefern.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale aus dem Anspruch 1 gelöst. Grundgedanke der Erfindung ist die Erfassung und Verarbeitung des instationären Saugrohrdruckverlaufs in jedem Arbeitszyklus. Gemes­ sen wird mit einem Absolutdruckgeber zwischen Drosselklappe und Luft­ filter des Motors. Jede Druckwelle im Ansaugsystem wird durch diverse Einflüsse geprägt, so z. B. durch die Last (Drosselklappenstellung), die Drehzahl sowie Reflexionen. Ziel ist es, dass der angesaugten Luftmenge proportionale Signal zu ermitteln. Im Unterschied zu bekannten Lösungen wird bei der erfindungsgemässen Lösung nur ein Teil des Druckverlaufs bzw. der Druckwelle betrachtet.
Es wird davon ausgegangen, dass während des Ansaugvorgangs, also, wenn eine Luftmenge in den Ansaugkanal des Zylinders transportiert wird, die Druckwelle die signifikanten Informationen liefert. Deshalb wird für je­ den Betriebsdrehzahlbereich der entsprechende Teil der Druckwelle mit­ tels Fensterung (Auswertung eines zeitlichen Teilbereiches der Druck­ welle) herangezogen. Schwingungsüberlagerungen bzw. Reflexionen, die den Druckverlauf beeinflussen, spielen dadurch eine untergeordnete Rolle und können das Messergebnis nur marginal beeinflussen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Umgebungsluftdruckes aus dem gemessenen instationären Druckverlauf ein zweites zeitli­ ches Druckfenster ausgewählt und durch Integration des Druckverlaufs innerhalb des zweiten Druckfensters der Umgebungsluftdruck ermittelt wird. Hierdurch wird es möglich, den Einfluss eines unterschiedlichen Umgebungsdruckes zu eliminieren, ohne einen zweiten Druckgeber zu benötigen.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprü­ chen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zu­ sammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einer Schnittdarstellung einen Zweitakt-Verbrennungs­ motor mit einem am Ansaugkrümmer zwischen Luftfilter und Drosselklappe angeschlossenen Druckgeber zur Er­ fassung eines Lastsignals und zur Bestimmung der Ein­ spritzmenge und des Einspritzzeitpunktes für den Motor nach dem erfindungsgemässen Verfahren;
Fig. 2 ein erstes Auswertungsschema nach der Erfindung mit einer separaten Bestimmung des Umgebungsluftdruckes bei kleinen Drehzahlen bzw. im Leerlauf; und
Fig. 3 ein zweites Auswertungsschema nach der Erfindung mit einer Bestimmung des Umgebungsluftdruckes bei beliebi­ gen Drehzahlen.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor 10 dargestellt, der einen Zy­ linder 11 umfasst, in welchem sich in an sich bekannter Weise und An­ ordnung ein auf einer Kurbelwelle drehbar angeordneter Kolben bewegt. Der Kolben saugt im bekannten Zweitaktbetrieb durch einen am Zylinder 11 angeordneten Flansch 5 über einen Luftfilter 1 und eine Ansaugstrecke 3 Verbrennungsluft an und verdichtet sie. In die verdichtete Verbren­ nungsluft wird zu einem geeigneten Zeitpunkt durch ein Einspritzelement 8 Kraftstoff eingespritzt und anschliessend gezündet. Die Verbrennungs­ gase gelangen später durch einen Auslasskanal 9 nach draussen. In der Ansaugstrecke 3 ist in einem am Flansch 5 angeflanschten Drosselklap­ pengehäuse 4 eine Drosselklappe 12 zur Einstellung bzw. Regulierung des Luftmassenstromes vorgesehen. Zwischen Drosselklappe 12 und Luftfilter 1 wird die Ansaugstrecke 3 durch einen Ansaugkrümmer 2 ge­ bildet, der im gezeigten Beispiel rechtwinklig nach oben gekrümmt ist.
Zur Bestimmung der pro Verdichtungstakt einzuspritzenden Kraftstoff­ menge und des Einspritzbeginns bzw. der Einspritzdauer wird ein dem Luftmassenstrom proportionales Lastsignal benötigt. Um ein dem Ma­ ssestrom proportionales Signal im Ansaugtrakt entnehmen zu können und dieses einem Absolutdrucksensor oder auch einem Differenzdrucksensor bzw. mehreren Sensoren zuzuführen, wird gemäss der Erfindung die Druckmessung in der Ansaugstrecke 3 zwischen dem Luftfilter 1 und der Drosselklappe 12 durchgeführt. Dazu wird beispielsweise zwischen Luft­ filter 1 und Drosselklappe 12 am Ansaugkrümmer 2 eine Druckentnah­ mebohrung 13 angeordnet. Rückwirkungen der Drosselklappe 12 auf das instationäre Strömungssignal werden bei kontinuierlichem Luftmassen­ fluss dadurch vermieden. Eine zusätzliche Erfassung der Stellung der Drosselklappe 12 ist nicht erforderlich.
Bei besonders kleinbauenden Zweitaktmotoren, wie sie vor allem bei Hand- bzw. Arbeitsgeräten wie z. B. Motorsägen Anwendung finden, ist die in der Fig. 1 gezeigte Lösung bevorzugt, bei der die Druckentnahme im äusseren Radius des Ansaugkrümmers 2 durchgeführt wird. Dies kann entweder mittels einer integrierten Wanddrucksonde erfolgen, oder über einen Druckgeber 6, der direkt an der Druckentnahmebohrung 13 ange­ ordnet ist.
Zur exakten Bestimmung der Randbedingungen für die nachfolgende Auswertung der Betriebsbedingungen und zur Ermittlung der notwendigen Einspritzmenge ist es weiterhin von Vorteil, unmittelbar in diesem Bereich auch die Temperatur der angesaugten Luft mittels eines Temperaturge­ bers 7 zu messen. Durch diese Massnahmen können in einer (in der Figur nicht gezeigten) Motorsteuerung aus den Messwerten für Temperatur und Druck der angesaugten Luft sehr genau nach Massgabe eines Kennlini­ enfeldes oder dgl. die optimalen Parameter für die Kraftstoffeinspritzung bestimmt und zur Ansteuerung des Einspritzelementes 8 verwendet wer­ den.
Die Auswertung des vom Druckgeber 6 aufgenommenen Druckverlaufs erfolgt nun vorzugsweise gemäss den in Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Aus­ wertungsschemata. Ausgangspunkt der Auswertung sind in beiden Fällen der aufgenommene Druckverlauf pAnsaug, die Drehzahl n, der Triggerwinkel αTrig und der (optionale) Synchronwinkel αB/E. Der aufgenommene Druck­ verlauf wird in den Figuren durch die Zeitkurve einer gedämpften Schwin­ gung symbolisiert.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 geht die Auswertung zwei unterschiedli­ che Wege: Liegt die aktuelle Drehzahl n oberhalb der Leerlaufdrehzahl nLL (n ≧ nLL, wird aus dem Druckverlauf pAnsaug als Zeitfenster ein erstes Druckfenster DF1 ausgewählt und der innerhalb dieses Druckfensters DF1 liegende Teil des Druckverlaufs pAnsaug integriert. Das Ergebnis ist ein Lastdruck pLast der eine Funktion des ersten Druckfensterwinkels αDF1 ist (pLast = f(αDF1)).
Liegt die aktuelle Drehzahl bei sehr kleinen Drehzahlen, insbesondere unterhalb der Leerlaufdrehzahl nLL (n ≦ nLL), wird aus dem Druckverlauf pAnsaug als Zeitfenster ein zweites, in der ausschwingenden Welle liegen­ des Druckfenster DF2 ausgewählt und der innerhalb dieses Druckfensters DF2 liegende Teil des Druckverlaufs pAnsaug integriert. Das Ergebnis ist ein Umgebungsluftdruck pLuft, der eine Funktion des zweiten Druckfensterwin­ kels αDF2 ist (pLuft = f(αDF2)). Hierbei wird eine grosse Messgenauigkeit erzielt. Die Ermittlung kann dabei nach einem vorgegebenen Zähler 14 er­ folgen.
Aus beiden Druckwerten kann nun unter Berücksichtigung der Ansaug­ lufttemperatur T1 und der Motortemperatur T2 über eine Lastfunktion L ein Lastzustand ermittelt werden, nach Massgabe dessen aus einem Kennwertspeicher 15 der für die Kraftstoffeinspritzung erforderliche Ein­ spritzbeginn αi und die Einspritzdauer Ti ausgespeichert und zur Ansteue­ rung des Einspritzelementes 8 verwendet werden. Der optimale Fenster­ bereich für die unterschiedlichen Drehzahlen wird dabei versuchstech­ nisch ermittelt, wie auch ein Korrekturfaktor K in der Lastfunktion L, der als Durchflusskoeffizient die durchströmte Ansaugstrecke des Motors (für jeden Motortyp gleich) charakterisiert. Der Durchflusskoeffizient K wird als Mittelwert aus den Drosselklappenstellungen ermittelt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird die Ermittlung des Umgebungsluft­ druckes pLuft bei jeder Drehzahl durchgeführt. Auch hier kann ein Zähler 14 festgelegt werden, wobei beim Überschreiten des Zählers 14 die Druckwelle nach den Druckfenstern DF1 bzw. DF2 ausgewertet wird. Die Genauigkeit für den Umgebungszustand ist hier nicht so gross wie in Fig. 2, aber für einen gesicherten Motorbetrieb ausreichend.
Bezugszeichenliste
1
Luftfilter
2
Ansaugkrümmer
3
Ansaugstrecke
4
Drosselklappengehäuse
5
Flansch
6
Druckgeber
7
Temperaturgeber
8
Einspritzelement
9
Auslasskanal
10
Zweitakt-Verbrennungsmotor
11
Zylinder
12
Drosselklappe
13
Druckentnahmebohrung
14
Zähler
15
Kennwertspeicher

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung der erforderlichen Einspritzmenge an Kraft­ stoff für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor (10) aus dem Luftmassen­ strom, welchen der Zweitakt-Verbrennungsmotor (10) über eine Ansaug­ strecke (3) mit einem eingangsseitigen Luftfilter (1) und einer ausgangs­ seitigen Drosselklappe (12) ansaugt, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Arbeitszyklus der Absolutdruck in der Ansaugstrecke (3) zwischen dem Luftfilter (1) und der Drosselklappe (12) gemessen wird, dass aus dem gemessenen instationären Druckverlauf (pAnsaug) ein erstes zeitliches Druckfenster (DF1) ausgewählt und durch Integration des innerhalb des ersten Druckfensters (DF1) liegenden Teils des Druckverlaufs (pAnsaug) ein Lastdruck (pLast) ermittelt wird, und dass aus dem ermittelten Lastdruck (pLast) unter Berücksichtigung des Umgebungsluftdruckes (pLuft) der Ein­ spritzbeginn (αi) und die Einspritzdauer (Ti) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Einspritzbeginns (αi) und der Einspritzdauer (Ti) aus dem ermittelten Lastdruck (pLast) mittels einer Lastfunktion (L) der jeweilige Lastzustand abgeleitet und nach Massgabe des Lastzustandes aus einem Kennwertspeicher (15) die erforderlichen Werte für den Einspritzbeginn (αi) und die Einspritzdauer (Ti) ausgespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ableitung des Lastzustandes die Ansauglufttemperatur (T1) und die Motortemperatur (T2) mitberücksichtigt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Bestimmung des Umgebungsluftdruckes (pLuft) aus dem gemessenen instationären Druckverlauf (pAnsaug) ein zweites zeitli­ ches Druckfenster (DF2) ausgewählt und durch Integration des Druck­ verlaufs (pAnsaug) innerhalb des zweiten Druckfensters (DF1) der Umge­ bungsluftdruck (pLuft) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Umgebungsluftdruckes (pLuft) bei sehr kleinen Drehzah­ len (n), vorzugsweise im Leerlauf, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Bestimmung des Umgebungsluftdruckes (pLuft) nach einem vorbestimmten Zähler (14) erfolgt.
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