DE3422754C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraft
stoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren zur Steuerung der Kraftstoff
einspritzung (DE-OS 31 43 191) wird in Abhängigkeit von vor
her festgelegten Kurbelwellenwinkeln der Unterdruckwert im
Lufteinlaß abgetastet. Durch die Festlegung des Kurbelwellen
winkels können Abtastwerte erreicht werden, die eine geringe
Streuung aufweisen. Pulsiert jedoch der Luftstrom im Einlaß
und damit der Unterdruck im Lufteinlaß sehr stark, was bei
spielsweise im unteren Drehzahlbereich des Motorbetriebes
auftreten kann, da aufgrund der relativ niedrigen Motordreh
zahl die Abtastzeitpunkte verhältnismäßig große zeitliche Ab
stände zueinander aufweisen, so kann bei diesem bekannten
Verfahren trotzdem eine relativ große Streuung der Abtastwerte
auftreten. Die Folge davon ist eine nicht optimale Steuer
größe für die Länge der Kraftstoffeinspritzzeit.
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Steuerung der
Kraftstoffeinspritzung (DE-OS 28 45 351) werden dem Luft
durchsatz einer Brennkraftmaschine entsprechende Abtastwerte
ermittelt und gespeichert. Die Ermittlung und Speicherung ge
schieht dabei in Abhängigkeit von festgelegten Zeitintervallen.
Aus den gespeicherten Werten wird dann ein Mittelwert
gebildet, der zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung der
Brennkraftmaschine dient.
Die hier durchführende asynchrone Abtastung mit nachfolgen
der Mittelwertbildung hat den Nachteil, daß die Qualität der
zur Steuerung verwendeten Mittelwerte mit zunehmender Motor
drehzahl abnimmt, da bei hohen Motordrehzahlen immer weniger
Meßwerte pro Motorumdrehung vorliegen, so daß ein gleich
mäßig guter Lauf der Brennkraftmaschine über den gesamten
Drehzahlbereich nicht mehr gewährleistet ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver
fahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem die Erfassung der Steuer
größe stets synchron mit der Kurbelwellenstellung der Brenn
kraftmaschine erfolgt und ein stabiler Betrieb der Brenn
kraftmaschine über ihren gesamten Drehzahlbereich auch dann
sichergestellt werden kann, wenn der Unterdruck im Luftein
laßsystem pulsiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Kombination einer ersten periodi
schen mit der Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
sychronisierten Abtastung mit einer zweiten Abtastung höhe
rer Frequenz, aus deren Abtastwerten ein Durchschnittswert
gebildet wird, sowie durch die Auswahl zwischen einem der
ersten Abtastwerte und dem Durchschnittswert, die in Abhän
gigkeit vom Leerlauf- oder Nicht-Leerlauf-Zustand der Maschine
erfolgt, wird erreicht, daß die einzuspritzende Kraft
stoffmenge in Abhängigkeit von einem Wert erfolgen kann, der
synchron zur Kurbelwellenstellung erfaßt wurde. Hierdurch
wird in besonders vorteilhafter Weise sicher erreicht, daß
sowohl bei niedrigen Drehzahlen im Leerlauf als auch bei
relativ hohen Drehzahlen im Lastbetrieb der Brennkraftmaschine
stets ein geeigneter Wert für die Bestimmung der einzu
spritzenden Kraftstoffmenge erhalten wird, um einen störungs
freien Lauf der Brennkraftmaschine sicherzustellen.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß der Durchschnitts
wert der durch die Mittelwertbildung der asynchronen Ab
tastung erhalten wird, ebenfalls synchron zur Kurbelwellen
drehung der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
Hierfür kann auch die Zusammenschau der beiden eingangs er
läuterten bekannten Verfahren keine Anregung geben, da es
weder nahelag, die beiden bekannten Verfahren miteinander zu
kombinieren noch bei einer gleichzeitigen Verwendung der bei
den Verfahren so in Abhängigkeit vom Leerlaufzustand der
Brennkraftmaschine zwischen ihnen auszuwählen, daß auch der
aus asynchron abgetasteten Unterdruckwerten ermittelte Durch
schnittswert jeweils synchron zur Kurbelwellenstellung er
faßt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispiels
weise näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektronisch ge
steuerten Kraftstoffzufuhrsystems,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des
Aufbaus der Steuerschaltung aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Zeitablaufdarstellung des Betriebs der Steuer
schaltung,
Fig. 4 ein Flußdiagramm des Steuerverfahrens,
Fig. 5 ein weiteres Flußdiagramm des Steuerverfahrens und
Fig. 6 ein weiteres Flußdiagramm des Steuerverfahrens.
Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen in der eine schema
tische Darstellung eines Luftansaug- und Kraftstoffzufuhrsystems
einer Brennkraftmaschine oder -motors, gezeigt ist. Die durch einen Luftfilter 1
ankommende Ansaugluft wird über einen Lufteinlaß 2 einem Motor 3
zugeführt. Die Menge der durch den Lufteinlaß 2 strömenden An
saugluft wird durch eine Drosselklappe 4 im Lufteinlaß 2 gesteu
ert. Die Drosselklappe 4 ist mit einem Drosselklappen-Öffnungs
fühler oder Drosselklappen-Stellungsfühler 5 versehen, der bei
spielsweise aus einem Potentiometer bestehen kann und ein Aus
gangssignal erzeugt, dessen Spannungspegel für den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 bezeichnend ist. Ein Ansaugluft-Unterdruck
fühler 6 ist im Lufteinlaß 2 vorgesehen, um ein Ausgangssignal
abzugeben, dessen Spannungspegel für den Unter
druck im Lufteinlaß 2 hinter der Drosselklappe 4 bezeichnend ist.
Weiter ist der Motor 3 mit einem Motorkühlmitteltemperaturfühler 7 ver
sehen, der ein Ausgangssignal abgibt, dessen Spannungspegel der
Kühlmitteltemperatur des Motors 3 proportional ist, und mit einem
Kurbelwellen-Stellungsfühlers 8, der ein Ausgangs-Impulssignal er
zeugt, welches hinfort als TDC-Signal bezeichnet wird, wenn die
(nicht dargestellte) Kurbelwelle sich in einer vorbestimmten
Winkelstellung kurz vor dem mechanischen oberen Totpunkt (top
dead center = TDC) befindet. Das Abgas vom Motor 3 wird durch
einen Abgassammler 9 abgelassen, in welchem ein Dreiwege-Kataly
sator 10 angebracht ist. Der Kraftstoff wird dem
Motor 3 durch einen Injektor 11 zugeführt, der jeweils in
einem Exemplar für jeden Zylinder vorgesehen ist und im Luft
einlaß 2 in der Nähe des Lufteinlaßventils angeordnet ist;
er gibt Kraftstoff für den Motor 3 in einer Menge ab, die
proportional zur Länge eines anliegenden Eingangs-Impuls
signals ist. Die Ausgangssignale des Drosselstellungsfühlers 5,
des Ansaugluft-Unterdruckfühlers 6, des Motorkühlmittel-Tempe
raturfühlers 7 und des Kurbelwellen-Stellungsfühlers 8 werden
einer Steuerschaltung 12 zugeführt.
Die Steuerschaltung 12 besteht beispielsweise aus einem sog.
Mikrocomputer und führt die Berechnungen entsprechend einem
vorbestimmten Programm aus, das später beschrieben wird. Die
Berechnung wird so ausgeführt, daß eine
Grund-Einspritzzeit Ti und eine Einspritzzeit
Tout bestimmt wird, die sich durch Multiplizieren der Grund-
Einspritzzeit Ti mit einem Zunahme- oder Abnahme
korrektionswert ergibt, wobei die Einspritzzeit Tout, der Menge des einzuspritzenden
Kraftstoff entspricht.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, in dem Einzelheiten des Auf
baus der Steuerschaltung 12 gegeben werden. Wie gezeigt, enthält
die Steuerschaltung 12 eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 13, die einen digitalen Be
rechnungsvorgang entsprechend einem später zu beschreibenden
Programm ausführt. Eine an die CPU 13 angeschlossene Eingangs/
Ausgangs-Sammelleitung 14 führt Daten- und Adreßsignale zu den
einzelnen Bestandteilen der Steuerschaltung 12. An die Sammel
leitung 14 sind ein A/D-Wandler 15, ein Multiplexer (MPX) 16,
ein Zähler 17, ein Festwertspeicher (ROM) 18 und ein Speicher
mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 19 sowie eine Ansteuerschaltung 20 an
geschlossen. Der MPX 16 ist ein Schalter, welcher wahlweise
eines der Ausgangssignale durchläßt, die vom Drosselstellungs
fühler 5, vom Unterdruckfühler 6 oder vom Temperaturfühler 7
über eine Pegelwandlerschaltung 21 abgegeben werden, entspre
chend einem Befehl von der CPU 13, und sie an den A/D-Wandler
15 anlegt. Der Zähler 17 ist so ausgelegt, daß er Taktimpulse
zählt, die jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Impulssigna
len auftreten, welche der Kurbelwellenstellungsfühler 8 über
eine Wellenformerschaltung 22 abgibt.
Die Reihenfolge der auszuführenden Steuerbe
tätigungen werden anhand der Zeitlauf-Darstellung in Fig. 3
mit Bezug auf die Flußdiagramme in den Fig. 4 und 5 wei
ter erläutert. In Fig. 4 wird das dem Absolutwert des Unter
drucks P BA im Lufteinlaß 2 entsprechende Fühlersignal, der durch
den Ansaugluft-Unterdruckfühler 6 erfaßt wird, in der Steuer
schaltung 12 mit einer Frequenz (nachfolgend als Synchron-Frequenz
bezeichnet) abgetastet, die durch das TDC-Signal
erzeugt wird, welches von dem Kurbelwellenstellungsfühler 8
stammt und mit der Motordrehung sychronisiert ist, so daß der
zuletzt gekommene Unterdruckwert P BAn im Schritt S 1 gelesen und im
RAM 19 der Steuerschaltung 12 im Schritt S 2 gespeichert wird.
Wie Fig. 5 zeigt, wird durch die Steuerschaltung
12 in einem Schritt S 3 beurteilt, ob die erfaßte Motordrehzahl
niedriger als eine vorbestimmte Bezugsmotordrehzahl
NeO z. B. 1500 min-1 ist oder nicht. Falls die Motordreh
zahl unter der Bezugsmotordrehzahl liegt, tastet
die Steuerschaltung 12 das Ausgangssignal des Unterdruckfühlers
6 mit einer Freuquenz ab (Fig. 3D), die höher als die der Syn
chron-Frequenz (Fig. 3B) ist und einfach als höhere
Frequenz bezeichnet wird. Wie Fig. 5 zeigt, liest die Steuer
schaltung 12 den zuletzt abgetasteten Wert P BAn im Schritt S 4
und speichert den erfaßten Wert P BAn im Ram 19 (Schritt S 5).
Die Steuerschaltung 12 errechnet in einem Schritt
S 6 den Durchschnittswert P BAVEn der Abtastwerte.
Der Durchschnittswert P BAVEn wird aus Werten abgeleitet, die in
einer vorbestimmten Anzahl mit der höheren Frequenz
während eines Zeitraumes erfaßt wurden, der unmittelbar vor
der Erzeugung des TDC-Signals liegt. Die Rechnung wird nach
der folgenden Gleichung ausgeführt:
P BAVEn = { P BAn + (n-1) × P BAVEn-1 } n (1)
wobei P BAVEn-1 ein vorher errechneter Durchschnittswert ist
und n die Anzahl der Ablesungen.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn das Ablesen von mehr als zehn
Werten möglich ist, falls die Motordrehzahl Ne unter
1000 min-1 liegt.
Die Steuerschaltung 12 verarbeitet den abgetasteten Wert P BA,
einen Wert von einem Byte als einen Zweibyte-Wert. Wenn bei
spielsweise P BA=2A, wird dieser Wert als P BA= 2A00 ver
arbeitet. Dann speichert die Steuerschaltung 12 zeitweilig den
errechneten Durchschnittswert P BAVEn im Ram 19 bis auf die
zweite Dezimalstelle.
Gemäß Fig. 4 wird nach dem Speichern des zuletzt erfaßten Wer
tes P BAn beurteilt, ob der Motor 3 im Leerlauf arbeitet
oder nicht (S 8). Falls der Motor 3 nicht im Leerlauf arbeitet,
werden in einem Schritt S 9 der zuletzt abgetastete Wert P BAn
und der vorhergehend abgetastete Wert P BAn-1 aus dem RAM 19
ausgelesen. Es wird der Unterschied zwischen den beiden Werten
P BAn und P BAn-1 errechnet und der Absolutwert dieses Unterschie
des mit einem vorbestimmten Wert P BAG im Schritt 10 verglichen;
dabei ist P BAG ein "Schwellwert", der dadurch erhalten wird, daß
die kleinste Auflösung des zu messenden Unterdrucks mit einer
vorbestimmten Zahl, die auch 1 sein kann, multipliziert wird.
Falls |P BAn-P BAn-1|Δ P BAG, wird der zuletzt erfaßte Wert
P BAn im Schritt S 11 zu einem Wert P BAn+ϕ₂ (P BAn-P BAn-1)
korrigiert. Bei der angeführten Gleichung
ist ϕ₂ eine Konstante, die mit Bezug auf den Unterschied zwi
schen dem durch den Unterdruckfühler 6 erfaßten Unterdruckwert
und dem Unterdruckwert bestimmt wird, der zu dem Zeitpunkt
herrscht, wenn das Rechenergebnis benutzt wird.
Aufgrund dieses korrigierten Werten wird die Grund-
Einspritzzeit Ti aus einer in dem ROM 18
gespeicherten Tabelle bestimmt. Die Tabellen-
Nachschau wird synchron mit dem TDC-Signal ausgeführt.
Falls |P BAn -P BAn-1|< Δ P BAG, dann wird der zuletzt abgeta
stete Wert nicht korrigiert (S 12) und bei der Bestimmung der
Grund-Einspritzzeit Ti benutzt.
Wenn andererseits der Motor 3 im Leerlauf arbeitet, wird im
Schritt S 13 bestimmt, ob die Erfassung von P BA beim synchronen
Abtastzeitpunkt zum ersten Mal auftritt oder nicht. Falls es
sich um die erste Erfassung handelt, folgt die Berechnung wie
vorher beschrieben mit Schritt S 9, bei der die Grund-
Einspritzzeit entsprechend dem zuletzt aufgenommenen
Wert P BAn erfolgt. Wenn andererseits die Abtastung zum zweiten
oder zu einem weiteren Mal erfolgt, werden der zuletzt erhaltene
Durchschnittswert P BAVEn und der vorher entsprechend dem Fluß
diagramm in Fig. 5 errechnete Durchschnittswert P BAVEn-1, die
im RAM 19 gespeichert sind, aus diesem RAM 19 im Schritt S 14
ausgelesen. Ein Unterschied der beiden Durchschnittswerte wird
errechnet und dieser Unterschied wird dann im Schritt S 15 mit
dem Schwellenwert P BAG verglichen.
Falls |P BAVEn-P BAVEn-1| Δ P BAG, dann wird in einem Schritt S 16
der zuletzt errechnete Durchschnittswert so korrigiert, daß er
P BAVEn+ϕ₁ (P BAVEn-P BAVEn-1) beträgt, und die Grund-
Einspritzzeit Ti wird bei jedem synchronen Abtastzeitpunkt
durch Nachsehen in der ROM 18 gespeicherten Tabelle bestimmt auf
grund des so korrigierten Durchschnittswertes. Bei dieser Glei
chung ist ϕ₁ eine Konstante, deren Wert ebenso wie der der
Konstanten ϕ₂ mit Bezug auf den Unterschied zwischen dem erfaßten
Druckwert und dem Druckwert bestimmt wird, der zu dem Zeitpunkt herrscht, wenn das errech
nete Ergebnis benutzt wird, und zwar so, daß
die Beziehung ϕ₁<ϕ₂ besteht. Bei den letzten beiden Stellen
des Zweibyte-Wertes wird nach dem Korrekturvorgang eine Größe
zwischen 00 und 7F weggelassen und eine Größe zwischen 80 und
FF auf die nächste Einheit angehoben. Zusätzlich wird, falls
|PBAVEn-P BAVEn-1| < P BAG der neueste der zuletzt errech
neten Durchschnittswerte überhaupt nicht korrigiert (S 17) und
nur der Bruchteil des Durchschnittswertes in der gleichen
Weise wie vorher beschrieben behandelt und bei der Bestimmung
der Grund-Einspritzzeit Ti bei jedem synchronen
Abtastzeitpunkt benutzt.
Die Beurteilung, ob der Motor 3 im Leerlauf arbeitet oder nicht,
wird in den Schritten S 18 und S 19 im Flußdiagramm Fig. 6 vorge
nommen. Als Leerlaufzustand wird ein solcher angesehen, bei dem
die Motordrehzahl Ne unter einer vorbestimmten Drehzahl, z. B.
1000 min-1 liegt und gleichzeitig der bei jedem synchronen Abtast
zeitpunkt erfaßte Wert P BAn unter einem vorbestimmten Wert P BIDL
liegt. Andererseits wird als ein Motorbetrieb außerhalb des
Leerlaufs angesehen, wenn die Motordrehzahl den vorbestimmten
Pegel überschreitet oder wenn der abgetastete Wert P BAn den vor
bestimmten Wert P BIDL überschreitet, auch dann, wenn die Motor
drehzahl Ne unter dem vorbestimmten Wert N IDL liegt.
Das Abtasten mit höherer Frequenz kann auch dadurch
ausgeführt werden, daß die Zeitdauer der beschriebenen Hintergrundroutineab
läufe verkürzt wird oder daß mit einer durch einen
Zeitgeber bestimmten Frequenz abgetastet wird.
Claims (4)
1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer
Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem in einem
Lufteinlaß in Strömungsrichtung hinter einer
Drosselklappe erfaßten Unterdruckwert,
- mit einer ersten, periodischen, mit der Drehung der Kurbelwelle der Maschine synchronisierten Abtastung des Unterdruckwertes,
gekennzeichnet durch
- eine zweite periodische Abtastung des Unterdruckwertes, die mit einer Frequenz erfolgt, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Frequenz der ersten Abtastung,
- eine Mitteilung der Abtastwerte des Unterdrucks, die innerhalb einer Periode der ersten Abtastung durch die zweite Abtastung erhalten worden sind, um einen Durch schnittswert zu bilden,
- eine Auswahl zwischen einem der ersten Abtastwerte und dem Durchschnittswert, wobei das Auswahlkriterium ein Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine ist, und im Leerlauf der Durchschnittswert ausgewählt wird, und
- eine Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom ausgewählten Wert.
- mit einer ersten, periodischen, mit der Drehung der Kurbelwelle der Maschine synchronisierten Abtastung des Unterdruckwertes,
gekennzeichnet durch
- eine zweite periodische Abtastung des Unterdruckwertes, die mit einer Frequenz erfolgt, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Frequenz der ersten Abtastung,
- eine Mitteilung der Abtastwerte des Unterdrucks, die innerhalb einer Periode der ersten Abtastung durch die zweite Abtastung erhalten worden sind, um einen Durch schnittswert zu bilden,
- eine Auswahl zwischen einem der ersten Abtastwerte und dem Durchschnittswert, wobei das Auswahlkriterium ein Leerlaufzustand der Brennkraftmaschine ist, und im Leerlauf der Durchschnittswert ausgewählt wird, und
- eine Bestimmung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in Abhängigkeit vom ausgewählten Wert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Leerlaufzustand in Abhängigkeit von der Kurbel wellendrehzahl und vom Unterdruckwert bestimmt wird.
- daß der Leerlaufzustand in Abhängigkeit von der Kurbel wellendrehzahl und vom Unterdruckwert bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Auswahlkriterium synchron mit der Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfaßt wird.
- daß das Auswahlkriterium synchron mit der Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzuspritzende Kraftstoffmenge zu jedem der
ersten Abtastzeitpunkte bestimmt wird.
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