DE3202614A1 - Regeleinrichtung fuer den spritzbeginn bei einer mit selbstzuendung arbeitenden brennkraftmaschine - Google Patents

Regeleinrichtung fuer den spritzbeginn bei einer mit selbstzuendung arbeitenden brennkraftmaschine

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Description

-M-
R. 17583
4.1.19ö2 Mü/Pi
ROBERT BOSCH GMBH5 TOOO STUTTGART 1
Regeleinrichtung für den Spritzbeginn bei einer mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Der Regelung des Spritzbeginns bei selbst zündenden Brennkraftmaschinen kommt die gleiche Bedeutung zu wie die Regelung des Zündzeitpunktes bei Otto-Motoren. Diese Größen haben maßgeblichen Einfluß auf Leistung, Fahrverhalten und Abgaszusammensetzung. Die Prinzipien und Auswirkungen der Spritzbeginnregelung sind seit langem bekannt. Im Hinblick auf steigende Energiepreise und schärfer werdende Abgasgesetzgebung geht
es jedoch darum, die Regelung des Spritzbeginns zu verfeinern und zu optimieren.
Bekannt ist aus der DE-OS 26 53 0h6 (US-SN 353669) eine Spritzbeginnregeleinrichtung, bei der ein betriebskenngrößenabhängiger Sollwert gebildet, dieser Sollwert mit einem gemessenen Istwert vergleicht wird und die Differenz zwischen beiden Werten einem Regelungsvorgang unterworfen wird. Wesentliches Merkmal dieser bekannten Spritzbeginnregeleinrichtung ist eine Referenzmarke auf der Kurbelwelle vor dem frü-
32026H
J>
hest möglichen Spritzbeginn. Bezüglich dieser Referenzmarke werden dann die Kurbelwelleninkremente zum Spritzbeginn Ist- und Sollwert gezählt und re.gelungs'technisch verarbeitet.
Die bekannte Einrichtung erfordert je einen Sensor für Referenzmarke und Winkelinkremente. Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Serienfertigung hat sich dieser Doppel-Sensor als zu aufwendig erwiesen und es ist eine der Aufgaben der Erfindung, eine Spritzbeginnregelung mit einem möglichst einfachen Sensor zu schaffen. Darüber hinaus geht es darum, möglicherweise auftretende Probleme sicher in Griff zu bekommen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den Merkmalen des HaTiptanspruchs zeichnet sich durch eine einfache Sensorkonfiguration aus, die dadurch nicht nur kostengünstig, sondern auch wenig störanfällig ist. Weitere Vorteile der Erfindung sowie zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreib.ung eines Ausführungsbeispiels.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Impulsdiagramm der Regeleinrichtung, Figur 2 ihre im Rahmen der Erfindung wesentlichsten Komponenten, Figur 3 ein grobes Blockschaltbild einer rechnergesteuerten Lösung zur softwaremäßigen Realisierung der Erfindung und Figur J+ ein
O LV LO IH
grobes Flußdiagramm zur Arbeitsweise des Gegenstandes von Figur 3·
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Regeleinrichtung für den Spritzbeginn bei einer mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschine. Bei einer ^-Zylinder-Brennkraftmaschine ergeben sich die in Figur 1 dargestellten Signalverhältnisse. Dort zeigt Figur 1a ein Referenzmarkensignal, das alle 90 Grad Kurbelwellenwinkel auftritt und z.B. mit dem oberen Totpunkt der Zylinder sychronisiert ist.
Figur 1b zeigt das Spritzbeginnsignal bezüglich einer Einspritzdüse bei der H-Zylinder-Brennkraftmaschine, wobei speziell das Signal des Spritzbeginns des ersten Zylinders gezeichnet ist. Dieses Signal tritt naturgemäß alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle auf, die Winkeldifferenz beträgt somit 720 Grad.
Figur 1c zeigt ein aus Figur 1b abgeleitetes Signal und es währt von Spritzbeginn bis zum oberen Totpunkt des betreffenden Zylinders. Es ist ein Zeit- oder Winkelsignal mit dem festen Zusammenhang
cL L J = t Lmsec] * n I1 /min] · 6*10
mit oC als dem überstrichenen Winkel, t der Zeitdauer und η der Zahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit.
Entsprechend der Erfindung wird die Zeitdauer zwischen dem Auftreten des Spritzbeginnsignals und der nachfolgenden Referenzmarke gezählt und mit dem entsprechenden
- y
-Τ"
Zählergebnis bezüglich des Soll-Spritzbeginns verglichen. Um fehlerhafte Zählungen z.B. aufgrund von Störimpulsen zu vermeiden, wird nun entsprechend der Darstellung von Figur 1d ein zulässiger Zählbereich definiert, . der so gewählt ist, daß er das ganze Spektrum der auftretenden Spritzbeginnsignale abdeckt und bis zum Auftreten der nächsten Referenzmarke dauert. Beim Ausführungsbeispiel umfaßt dieser Bereich den Zeitraum bzw. das Winkelintervall zwischen zwei Referenzmarken .
In Figur 2 sind diejenigen Elemente in einem Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für den Spritzbeginn dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
Mit 10 und 11 sind Sensoren für die Referenzmarke sowie ■für den Spritzbeginn bezeichnet. Sie geben ihr Ausgangssignal an einen Zähler 12 weiter, wobei der Referenzmarkensensor 10 mit dem Stopp-Eingang und der Spritzbeginnsensor mit dem Start-Eingang des Zählers 12 verbunden ist. Ein Steuereingang für die Zählfrepenz des Zählers 12 ist mit 13 bezeichnet. An ihm liegt beispielsweise ein temperatur- oder startsignalabhängiges Frequenzsignal an. Ausgangs seit ig ist der Zähler 12 mit einer Umrechnungsstufe 1h verbunden, in der mit Hilfe eines über einen Drehzahleingang 15 eingespeisten Drehzahlsignals (z.B. ermittelt über die Häufigkeit des Auftreten der Referenzmarke) ein Winkelsignal bezüglich der Kurbelwelle ermittelt wird. Es folgt ein Vergleichspunkt 16, ein PI-Regler 17, eine Schaltstufe 18 und schließlich eine Ansteuerstufe 19 für einen nicht dargestellten Spritzversteller. Der Soll-Wert für den Spritzbeginn wird über ein Grundkennfeld 20 drehzahl- und lastabhängig ermittelt, dessen Ausgangswert mittels eines Korrekturkennfelds 21 drehzahl- und z.B.
O L U L· U I *+
σ * Λ Vj -J
.-' — sf — ·
motortemperaturabhängig korrigierbar ist. Das endgültige Spritzbeginnsollsignal gelangt dann ebenfalls wie das Istsignal zum Vergleichspunkt 16 und die Signalabweichung von Ist- zu Sollwert wird dann im Regler 17 verarbeitet und letztlich der Steuerstufe 19 für den Spr it.zver steller zugeführt.
Der in seiner Normallage gezeichnete Wechselschalter 18 erhält an seinem zweiten Eingang ein Signal vom Steuerkennfeld 23 für den Spritzbeginn, dessen Werte drehzahl- und lastabhängig ausgelesen werden. Es tritt im Fehlerfalle in Aktion, was durch die gestrichelten Leitungen von den einzelnen Sensoren und Stufen zum Wechselschalter 18 verdeutlicht ist. Die Leitung 25 markiert einen Spritzbeginn-Sensorausfall, Leitung 26 einen zu geringen Zählbereich im Zähler 12 z.B. bei fehlerhaftem Zählsignal und Leitung 27 einen Fehler in der Umrechnungsstufe 1U, der vielfältiger Natur sein kann. Alle drei Leitungen 25 bis 27 und gegebenenfalls noch eine weitere Fehlersignalleitung 23 gelangen zu einem Oder-Gatter 29, dessen Ausgangs signal wiederum die Schalt stellung des Wechselschalters 18 bestimmt.
Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten Regeleinrichtung für den Spritzbeginn ist nun wie folgt:
Tritt ein Spritzbeginnsignal nach Figur 1b auf, dann startet der Zähler 12 seinen bis zum Auftreten der Referenzmarke dauernden Zählvorgang mit einer über den Eingang 13 steuerbaren Frequenz. Das Zahlergebnis, das letztlich der in Figur 1c dargestellten Signaldauer entspricht, wird nachfolgend in ein Kurbelwellenwinkelsignal umgewandelt. Es gibt die Winkelstellung des
32026Η
Spritzbeginns an und diese Winkelstellung vird nun mit dem über die Kennfelder 20 und 21 gebildeten Sollwert verglichen. Die beiden Kennfelder 20 und 21 sind deshalb getrennt und nicht als einzelnes ausgeführt, weil rein technisch gesehen mehr-dimensionale Kennfelder aufwendiger herzustellen sind als dreidimensionale, deren Ausgangswerte kombinierbar sind.
Im nachfolgenden PI-Regler 17 wird die Regelabweichung nach Möglichkeit auf Null reduziert und das entsprechende Ansteuersignal für den Spritzversteller über den Wechselschalter 18 bereitgestellt.
Um im Fehlerfalle einen Notbetrieb aufrecht erhalten zu können, werden im Steuerkennfeld 23 mögliche, wenn auch nicht optimale Spritzbeginnsteuerwerte bereitgestellt. Nach Figur 2 tritt im Fehlerfall auch eine Kraftstoffmengenbegrenzung in Aktion, die mittels einer Begrenzungsstufe 30 realisierbar ist. Sie erhält ein Kraftstoffmengensteuer signal QK und reduziert dieses Mengensignal im Fehlerfall auf 70 % des ursprünglich erforderlichen Wertes, um einen Notfahrbetrieb zu gewährv leisten.
Im Hinblick auf die aus Flexibilitätsgründen immer mehr angestrebten Rechnerlösungen ist im folgenden eine derartige Realisierungsmöglichkeit der Erfindung angegeben.
Figur 3 zeigt grobschematisch eine Rechner struktur mit einer Rechnereinheit 35, einem Speicher 36, einem Eingabezähler 37, einem Ausgabezähler 38 sowie einem Daten-Adress-Bus 39· Den Start- Stopp-Eingängen kO und U1 des
Eingabe-Zählers 37 sind Impulsformstufen k2 und k3 "vorgeschaltet, die auf die Ausgangssignale der Sensoren für den Spritzbeginn und die Referenzmarke ansprechen. Zum Rechner 35 führt außer dem Daten-Adress-Bus 39 auch eine Signalleitung kk von der Impulsformer stufe ^3 und schließlich verdeutlicht ein einzelner Eingang k5 die vielfältige zusätzliche Steuerung der Rechnereinheit 35· Dem Ausgang des Ausgabe-Zählers 38 folgt eine Endstufe h6, die ihrerseits vieder mit dem steuerbaren Spritzversteller hj gekoppelt ist.
Das Flußdiagramm zur Spritzbeginnregelung zeigt Figur ka. Einem Interrupt 50 folgt der Befehl "Drehzahl einlesen" 51· Anschließend wird ein Sicherheitszähler dekrementiert (52) und wenn dessen Zählerstand Null ist (53), dann wird dieser Zähler mit der doppelten Zylinderzahl gesetzt. Dies entspricht der Anzahl der Referenzmarken im Kurbelwellenwinkel von 720 Grad oder zwischen dem Auftreten zweier Spritzbeginnimpulse (5M .'Anschließend wird der Eingabezähler für den Spritzbeginn eingelesen (55) und im folgenden auf Inhalt Null abgefragt (56)· Dieser Fall tritt dann auf, wenn kein Spritzbeginnimpuls vorhanden gewesen ist, was auf Schubbetrieb oder Ausfall des Spritzbeginnsensors schließen läßt. Infolgedessen wird eine Schubflagge gesetzt (57)· Anderenfalls erfolgt die Umrechnung der Spritzbeginnzeit in einen Winkel (53) entsprechend der Umrechnungsstufe 1k von Figur 2. Ist das Umrechnungsergebnis ein Winkel unterhalb eines bestimmten Wertes, dann wird der Winkel abgespeichert (60). Im anderen Fall wird ebenfalls eine Schubflagge gesetzt {βλ). Ausgangsseitig stehen die Blöcke
32026U
Ά*
Sr-
"Sch ubflagge setzen" und "Winkel abspeichern" mit einer Startabfrage 62 in Verbindung. Liegt Startfall vor, dann ■wird mit einer Auszählfrequenz (in Zähler 12 von Figur 2) von beispielsweise 5OkHz gearbeitet, während außerhalb des Startfalles eine Zählfrequenz von beispielsweise kHz zum Tragen kommt. Es folgt ein Return-Sprung 65 ins normale Ablaufprogramm.
Unterschiedliche Zählfrequenzen für Startfall und normalen Betrieb sind deshalb gewählt, um den Zählbereich aufgrund der hohen Drehzahlunterschiede nicht allzu groß wählen zu müssen und um diesbezüglich flexibel zu sein.
Figur kb verdeutlicht das Arbeiten der Begrenzerstufe 30 beim Gegenstand von Figur 2. Einem "Reset" 70 und einer Initialisierung 71 folgt die Berechnung im Rahmen der Spritzbeginnregelung 72 und nachfolgend die Signalausgabe an den Spritzversteller 73· Im Anschluß daran wird die erforderliche Einspritzmenge QK berechnet [Jk) und abgefragt (75)» ob die Schubflagge (57, 61) gesetzt ist (Bedeutet Schub oder Fehler). Ist dies der Fall, dann wird die Kraftstoffmenge auf 70 % ihres jeweiligen Wertes begrenzt (76) und diese oder bei nicht gesetzter Schubflagge die gesamte Menge QK ausgegeben (77)· Die Vorgänge der Berechnung für den Spritzbeginn und die Einspritzmenge wiederholen sich fortlaufend.
Wie bereits eingangs erwähnt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Regeleinrichtung für den Spritzbeginn durch eine einfache Sensorkonfiguration aus. Aufgrund der gewählten Start- Stopp-Steuerung des Zählers 12 von Figur 2 ist auch sichergestellt, daß eingestreute Störimpulse kaum zum Tragen kommen.
Wenn auch der Gegenstand von Figur 2 einen Vergleich von Winkelwerten an einer Vergleichsstelle 16 vorsieht, so kann prinzipiell doch auch ein reiner Zeitvergleich stattfinden, bei dem dann die Umrechnungsstufe \k entfallen kann. Die Wahl der Vergleichswerte richtet sich nach unterschiedlichen Zweckmäßigkeitskriterien und sie ist auf den Einzelfall abzustellen.

Claims (11)

32026H 1982 Mü/Pi ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1 Ansprüche
1.)Regeleinrichtung für den Spritzbeginn bei einer mit Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschine mit Sensoren für wenigstens Spritzbeginn, Ist-Wert der Kurbelwellenposition, Last und Temperatur, einer Spritzbeginn-Sollwertsteuerung sowie einem Regler für das Soll- Istwert-Differenzsignal, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer zwischen dem Spritzbeginn-Istwert und einer Referenzmarke bezüglich der Kurbelwellenposition mittels eines frequenzkonstanten Signals ausgezählt wird, das Zählergebnis mit einem Sollwert verglichen wird und das Vergleichsergebnis dem Regler 17 zuführbar ist.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählergebnis in ein Winkel-Signal gewandelt wird.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz'in Stufen betriebskenngrößenabhängig ist.
k. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz temperaturabhängig i st.
5· Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz startsignalabhängig ist.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auszählfrequenz drehzahlabhängig ist.
7· Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählfrequenz zwischen 50 und 200 kHz liegt.
8. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß im Fehlerfall die Regelung auf Steuerung umschaltbar i st .
9· Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzbeginnsollwert über einen Spritzbeginngrund und -korrekturwert ermittelt wird.
10. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9j dadurch gekennzeichnet, daß der Zählvorgang lediglich in einem bestimmten Winkelbereich der Kurbelwelle stattfinden kann.
11. Regeleinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 im Zusammenhang mit einer Einrichtung zum Bestimmen der erforderlichen Einspritzmenge (QK), dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlendem
32026H
Spritzbeginn-Signal (gleichbedeutend mit Schubbetrieb) eine Mengenbegrenzung auf z. B. 70 % vorgesehen ist.
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