35 863
ALFA ROMEO AUTO S ..p.A.
Neapel / ITALIEN
Einrichtung zum Steuern der Brennstoff-Zufuhr zu einem
Brennkraftmotor
Bei Otto-Motoren erfolgt die Einstellung der Abgabeleistung
durch Veränderung der Nutzarbeit bei jedem Arbeitszyklus, indem das Brennstoffgemisch, das den Zylindern des Motors
zugeführt wird, entsprechend gedrosselt wird. Diesen Vorgang steuert der Fahrer über das Gaspedal, das mit der Drosselklappe
verbunden ist, so daß im Gemischstrom oder im Strom der den Zylindern zugeführten Luft ein Druckabfall
hervorgerufen wird, wodurch eine Veränderung des Speisungsdruckes und somit der Zylinderfüllung auftritt.
Dadurch wird im unteren Leistungsbereich die Verbrennung des Gemisches aufgrund der verringerten Mischdichte schwieriger,
und der Aufwand an Pumpleistung, für das Zuführen des brennbaren Gemisches zum Zylinder erhöht sich für jeden
Zyklus aufgrund des niedrigen Förderdruckes. Der Motor arbeitet also bei diesen Bedingungen mit einem Wirkungsgrad,
der gegenüber dem höchsten Wirkungsgrad herabgesetzt ist, so daß der Wirkungsgrad mit sinkender Leistung pro
Zyklus absinkt,.womit ein erhöhter Brennstoffverbrauch verbunden
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die es erlaubt, bei unveränderter Drehzahl die
Leistungsabgabe des Motors dadurch zu verändern, daß die
: :- 31U638
Anzahl der Arbeitszyklen in der Zeiteinheit so beeinflußt wird, damit die Drosselung der Motorspeisung so gering wie
möglich ist, und der Motor in seinem gesamten Betriebsbereich mit einem Wirkungsgrad arbeitet, der näher an den
Maximalwert herankommt.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung gelöst, die es ermöglicht,
einige Betätigungsglieder der Brennstoffzufuhr zu deaktivieren, um die Brennstoffzufuhr zu einem oder mehreren
Zylindern des Motors während einer bestimmten Anzahl von Motorzyklen zu unterbinden, und dabei von Zeit zu Zeit
die inaktiven Betätigungseinrichtungen zu wechseln, wobei die Leistungsabgabe des Motors gleich der algebraischen
Summe aus der von den jeweils arbeitenden Zylindern abgegebenen Leistung und der von den nicht arbeitenden Zylindern
absorbierten Leistung ist.
Das Zylinder-Abschaltdiagramm einschließlich der Wechselfolge
der jeweils ausgeschlossenen Zylinder wird in Anpassung an die Bedingungen gewählt, die unter den verschiedenen
Arbeitszuständen des Motors erwartet werden, wobei die
benötigte Leistung, die erzielbare Brennstoffeinsparung und der zulässige Grad an periodischer Unregelmäßigkeit besonders
berücksichtigt werden können.
Um eine Steuervorrichtung zu schaffen, die die gewünschte
Vielseitigkeit und Genauigkeit hat, so daß die Motoreigenschaften optimiert werden können, wird ein Mikrocomputer
eingesetzt, der zum Steuern der Deaktivierung der genannten Betätigungseinrichtungen nach einem vorgefertigten Arbeitsplan
programmiert ist, durch den auch für den zyklischen Wechsel der wirksamen Betätigungseinrichtungen gesorgt
ist, wobei dieser Plan zusammen mit den Arbeitsabläufen, die benötigt werden, um ihn in Wirkungszu setzen, gespeichert
wird.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für die Betätigungseinrichtungen der Treibstoffzufuhr zu den Zylindern des
Brennkraftmotors ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs.
5
Die beschriebene Steuervorrichtung eignet sich besonders für einen Motor mit phasengesteuertem, elektronischem Einspritzsystem,
bei welchem die Speisungsbetätigungseinrichtungen, die in der Anzahl der Motorzylinder vorhanden sind,
elektrische Einspritzeinrichtungen sind, die durch eine elektrische Größe getrieben werden, die der Dauer der
Brennstoffabgabe proportional ist, und die entsprechend den Kombinationen, die den vorgewählten Motorbetriebsarten
entsprechen, aktiviert und deaktiviert werden.
Die Erfindung wird in ihren Eigenheiten und Vorteilen zum besseren Verständnis nachfolgend anhand eines Blockschaltbildes
einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Steuervorrichtung ist
in Wirkverbindung mit einem elektronischen Einspritzsystem für einen 4-Zylinder- 4-Taktbrennkraftmotor (nicht
gezeigt).
10 bis 13 zeigen elektrische Einspritzvorrichtungen, die
Treibstoff in die Luftansaugkanäle 14 bis 17 abgeben; in der Zeichnung sind die Leistungsstufen der elektrischen
Einspritzeinrichtungen gezeigt.
Ein Detektor 18 erfaßt einen Maschinenparameter, im vorliegenden
Fall die Motordrehzahl; es handelt sich beispielsweise um einen Detektor, wie er in der DE-OS 29
32 211 der.Anmelderin beschrieben ist.
— ft —
Er kann über eine Schnittstelle 19 ein impulsformiges Signal
abgeben, dessen Periode der Motordrehzahl umgekehrt proportional ist. Die Schnittstelle 19 ist durch die Verbindung 41 mit einer Parallel-Sammelschiene 20 verbunden, und
bei 21 ist ein Zähler dargestellt, der mit der Parallel-Sammelstelle
20 über ein Verbindung 56 in Verbindung steht und zur Bestimmung der Drehzahl benützt wird.
22 ist ein weiterer Detektor, mit dem ein anderer Motorparameter
erfaßt wird, in diesem Fall der Stellungswinkel der Drosselklappe, mit der die Luftzufuhr zum Motor gesteuert
wird. Über eine Schnittstelle 23 und eine Verbindung 42 ist der Detektor 22 mit der Parallel-Sammelschiene 2O verbunden.
Jeder Betriebszustand des Motors ist durch ein Wertepaar der Motordrehzahl und des Drosselklappenwinkels definiert.
Ein Detektor 24 erfaßt die Temperatur der vom Motor angesaugten Luft , während ein Detektor 26 die Temperatur des
Motorkühlmittels feststellt. Diese Detektoren sind über Schnittstellen 25 und 27 und Verbindung 42 und 4 4 mit der
Parallel-Sammelschiene 20 verbunden. Ein Impulsgenerator 28 ist mit der Kurbelwelle gekoppelt und kann bei jeder
Motorumdrehung ein impulsförmiges Signal abgeben, das sich aus Impulsen zusammensetzt, die gegeneinander eine geeignete
Phasenverschiebung haben und deren Anzahl gleich der bei jeder Umdrehung des Motors vorzunehmenden Brennstoff-Einspritzung
ist. Für einen 4-Zylinder-4-Taktmotor mitphasengesteuerter Einspritzung werden pro Umdrehung zwei
Impulse benötigt, die voneinander durch eine Zeitspanne getrennt sind, die zwischen den Ansaugphasen der zwei Zylinder
verstreicht, die in der Zündreihenfolge nacheinander kommen.
Der Generator 28 ist über eine Schnittstelle 29 und eine Verbindung 45 mit der Parallel-Sanunelsteile 20 verbunden.
Ein Impulsgenerator 30 ist mit einer Welle gekoppelt, die mit der halben Motordrehzahl umläuft und bei jedem Motorzyklus
einen in der Phasenlage richtig liegenden Impuls abgeben kann. Über eine Schnittstelle 31 und eine Verbindung
46 ist der Generator 30 mit der Parallel-Sammelschiene 20 verbunden.
Die Leistungsstufen 14 bis 17 der elektrischen Einspritzvorrichtungen
sind über Anpaßschnittstellen 32 bis 35 und Verbindungen 4 7 bis 50 mit der Parallel-Sammelschiene 20
verbunden.
Ein Zentralprozessor (CPU) 36 steht mit der Sammelschiene 20 über die Leitung 51 in Verbindung. Ferner sind mit der
Sammel-Schiene 20 über eine Verbindung 52 ein Festwertspeicher
(ROM) 37 und über die Leitung 53 ein Speicher mit freiem Zugriff (RAM) 38 verbunden.
Die,Bezugszeichen 39 und 40 bezeichnen zwei Zeitsteuerglieder,
mit deren Hilfe die Dauer der Treibstoffabgabe der elektrischen Einspritzeinrichtungen gesteuert wird und die
über Verbindungen 54 und 55 mit der Sammelschiene 20 verbunden sind. Zusammengefaßt ist der gesamte Mikrocomputer
mit 57 bezeichnet.
Im RAM 38 sind von Zeit zu Zeit die Werte und Größen, die
von den Detektoren zugehen, und auch die Größen, die an
die elektrischen Einspritzeinrichtungen abgegeben werden, sowie bei der Rechnung auftretende Zwischengrößen, die zur
Durchführung der .Programme benötigt werden, gespeichert. Im ROM 37 sind verschiedene Rechenprogramme enthalten, die
vom CPU 36 benötigt werden, insbesondere das Hauptprogramm,
seine Unterprogramme und die Hilfsprogramme, und es ist der Motorverbrennungsplan mit der Treibstoffdosierungsinformation
in Abhängigkeit von den Motorparametern gespeichert, nämlich von der Motordrehzahl, dem Drosselklappenwinkel·,
der für die Drosselung oder den Unterdruck auf der Ansaugseite maßgebend ist, der Verbrennungskorrekturplan
mit der Information für die richtige Dosierung in Abhängigkeit von der Temperatur des Motorkühlmittels und der Temperator
der Ansaugluft. Der ROM 37 enthält auch die Information, die sich auf Bezugswerte der beiden obengenannten
Motorparameter bezieht und die vorgewählten Kombination der wirksamen und unwirksamen Betätigungselemente definiert.
Eine Zelle des RAM 38 dient als Zählregister, das die Zahl der vom Generator 28 abgegebenen Impulse zählt und den Zählwert
abhängig von dem vom Generator 30 kommenden Impuls rücksetzt.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Steuereinrichtung ist folgende.
Zu Beginn nimmt die Mikroprozessoreinheit die Größen auf, die die Betriebsbedingungen des Motors darstellen, z. B.
über den Detektor 22, den Drosselklappenwinkel, von den Detektoren
24 und 26 die Temperatur der Ansaugluft und des Kühlmittels.
Die Motordrehzahl wird vorzugsweise asynchron zum Hauptprogramm durch Verwendung des vom Detektor 18 kommenden, gepulsten
Signals entsprechend dem in der DE-OS 3O 34 069 der Anmelderin angegebenen Berechnungsschema aufgenommen.
Sobald das Hauptprogramm für die Bestimmung der Betriebsweise, die für den Motor geeignet ist, gestartet wird,
3H4638
führt der CPU die codierte Information in den RAM 38 ein, die die Betriebsweise des Motors definiert, welche durch
die elektrischen Einspritzeinrichtungen 10 bis 12, die in
Aktion sind, charakterisiert ist, woraufhin der Mikroprozessor mit einem Subprogramm die Treibstoffmenge berechnet,
die jede elektrische Einspritzvorrichtung bei jedem Motorzyklus unter den besonderen Arbeitsbedingungen abzugeben
hat, die durch die aufgenommenen Werte wie Motordrehzahl, Drosselklappenwinkel und Temperaturen des Kühlmittels
und der Ansaugluft gegeben sind.
Ein derartiges Subprogramm wird vorzugsweise gemäß dem Verfahren des in der DE-QS 30 34 069 beschriebenen Hauptprogramms
abgewickelt.
Mit fortschreitender Durchführung des Hauptprogramms legt der CPU die Arbeitsweise fest, die zu den speziellen Arbeitsbedingungen
des Motors gehört, und prüft über das Wertepaar der Drehzahl und des Drosselklappenwinkels, ob nur
eine bestimmte Zahl von Einspritzeinrichtungen betätigt werden muß, z. B. zwei.
Ist diese Annahme falsch, ermittelt der CPU die Treibstoffmenge, die bei jedem Arbeitszyklus von jeder einzelnen elektrischen
Einspritzeinrichtung abzugeben ist.
War dagegen die Annahme richtig, trifft der CPU Vorbereitungen für das Aktivieren von zwei der vier elektrischen
Einspritzeinrichtungen, genauer gesagt, der elektrischen Einspritzeinrichtungen 10 und 13, die in die Zylinder
Nr. 1 und Nr. 4 des Motors einspritzen, und legt eine bestimmte Anzahl von Motorzyklen fest, in der in dieser Weise
gearbeitet wird.
Anschließend ermittelt der CPU erneut die Größen, die den Betriebszustand des Motors bestimmen, und berechnet erneut
die Treibstoffmenge, die jede elektrische Einspritzvorrichtung
bei jedem Motorzyklus abzugeben hat, was nach dem Verfahren des bereits erwähnten Subprogramms geschieht.
Der CPU prüft dann unter Bezug auf das Wertepaar aus Drehzahl und Drosselklappenwinkel, ob alle elektrischen Einspritzeinrichtungen
10 bis 13 in Betrieb genommen werden müssen.
Trifft diese Annahme zu, beginnt der CPU mit der Durchführung des Hauptprogramms und gibt in den RAM 38 die Information
ein, die die Betriebsweise mit sämtlichen elektrisehen Einspritzvorrichtungen 10 bis 13 definiert.
Ist dagegen die Annahme nicht richtig, dann überprüft der CPU, ob die genannte vorgewählte Zahl von Motorzyklen mit
den elektrischen Einspritzvorrichtungen 10 und 13 im Betrieb
durchgeführt ist.
Ist die Zahl von Zyklen noch nicht beendet, nimmt der CPU das Hauptprogramm auf und berechnet erneut die Treibstoffmenge,
die bei jedem Motorzyklus jede Einspritzvorrichtung abgeben muß.
Ist die Zahl von Zyklen beendet, werden anstelle der Einspritzvorrichtungen
10 und 13 .nun die Einspritzvorrichtungen 11 und 12 angesteuert, und es wird außerdem mit Hilfe
eines geeigneten Vergrößerungsfaktors die Treibstoffmenge
bestimmt, die diese Einspritzvorrichtungen 11 und 12 wenigstens
während des ersten der ausgewählten Zahl von Zyklen, die nun mit den elektrischen Einspritzvorrichtungen 11 und
12 durchgeführt werden, abgeben müssen.
Danach setzt der CPU über das Hauptprogramm eine bestimmte
Zahl von Motorzyklen fest, in denen die Einspritzung über die beiden elektrischen Einspritzvorrichtungen 11 und 12
erfolgt.
Der Einspritzzeitpunkt einer jeden Einspritzvorrichtung gegenüber der jeweiligen Kolbenstellung wird durch den CPU
36 mit Hilfe von Hilfsprogrammen ermittelt, die gleichzeitig ablaufen, wobei die Abschaltforderungen an die von den
IQ Generatoren 28 und 30 kommenden gepulsten Signale gebunden
sind.
Auf jeden Impuls vom Generator 28 hin laufen im CPU folgende Schritte ab:
- das Hauptprogramm wird unterbrochen;
- der CPU stellt fest, welche Einspritzvorrichtung in Wir-· kung zu bringen ist, indem der Zustand des Zählregisters
überprüft wird, wobei letzteres die vom Generator 28 während eines Motorzyklus abgegebenen Impulse zählt,
und löscht den Zählstand mit dem vom Generator 30 kommenden Impuls;
- er prüft, ob die durch den Stand des Zählregisters gekennzeichnete
Einspritzvorrichtung bereit ist, während er im Hauptprogramm gleichzeitig überprüft, ob die Aktivierung
der elektrischen Einspritzvorrichtung, die durch das Zählregister gekennzeichnet ist, für die Speisung vorbereitet
ist;
wenn (n) diese weitere Bedingung nicht erfüllt ist, gibt
der CPU Befehl, daß
- die durch das Zählregister gekennzeichnete Einspritzvorrichtung
leer zu laufen hat, schaltet das Zählreg
- schaltet das Zählregister um einen Schritt weiter und
- geht erneut ins Hauptprogramm;
wenn (m) diese weitere Bedingung erfüllt ist, gibt der CPU
- der durch das Zählregister bezeichneten elektrischen Einspritzvorrichtung
den Befehl zu öffnen, indem die Steuerleitung der zugehörigen Leistungsstufe angesteuert wird,
- bereitet ein Zeitsteuerglied (39 oder 40) so vor, daß die- ° 5 ses die Einspritzdauer durch Zählen abmißt, welche mit
Hilfe des dafür speziell vorgesehenen Subprogramms berechnet worden ist,
- gibt dem vorbereiteten Zeitsteuerglied den Befehl, das Zählen zu beginnen und
- fährt im Hauptprogramm fort;
sobald das ausgewählte Zeitsteuerglied den Zählvorgang beendet
hat, führt der CPU folgende Operationen durch:
- er stoppt den Ablauf des Hauptprogramms,
- er prüft, ob die Einspritzdauer sich inzwischen geändert und speziell sich verlängert hat,
- ist letzteres der Fall, wird die Differenz in das Zeitsteuerglied
eingespeist und dieses erneut gestartet;
- ist die Einspritzdauer nicht verlängert, erhält die Einspritzvorrichtung
10 den Befehl, zu schließen, indem die Speisung der Leistungsstufe 14 über die Steuerleitung beendet
wird;
- das Zählregister wird um eine Einheit vorwärtsgeschaltet;
- der CPU geht in das Hauptprogramm zurück.
Sobald die Zeitsteuereinheit den Zählvorgang nach erneutem Start beendet hat, führt der CPU folgende Schritte aus:
- das Hauptprogramm ruht;
- die elektrische Einspritzvorrichtung wird durch Abschalten der Speisung der Leistungsstufe geschlossen;
- das Zählregister wird um eine Einheit weitergeschaltet, und
- das Hauptprogramm wird wieder aufgegriffen.