DE4004109A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung der kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steu­ erung der Kraftstoffeinspritzung gemäß den Oberbegriffen der unab­ hängigen Ansprüche.

Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung sind aus dem SAE Paper 8 50 542 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern der Kraftstoff­ einspritzung einer Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Dieselbrenn­ kraftmaschine beschrieben. Mittels eines Magnetventils kann die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge festgelegt werden. Die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge hängt dabei von der momentanen Drehzahl und der Ansteuerzeit des Magnet­ ventils ab. Bei hohen Drehzahlen wird bei gleicher Ansteuerzeit mehr Kraftstoff eingespritzt. Da Magnetventile eine minimale Ansteuerzeit besitzen, kann der Fall eintreten, daß bei hohen Drehzahlen, vor al­ lem im Schubbetrieb, die eingespritzte Menge größer als die Nullast­ menge ist. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann bei obiger Ein­ richtung nicht kontinuierlich auf Null abgeregelt werden.

Aus dem VDI-Bericht Nr. 418, 1981 Seiten 179-187 ist eine Einrich­ tung bekannt, bei der einzelne Zylinder abgeschaltet werden können. Dies geschieht, um die Brennkraftmaschine möglichst nahe am Ver­ brauchsoptimum zu betreiben. Abhängig von der Stellung des Fahrpe­ dals werden 4, 6 oder 8 Zylinder der Brennkraftmaschine betrieben. Bei kleinen Fahrpedalwinkeln (Leerlauf, Teillast) sind nur 4 Zylin­ der, bei großen Fahrpedalwinkeln (Vollast) sind 8 Zylinder in Betrieb. Die Ab- und Zuschaltung der einzelnen Zylinder erfolgt abhängig von der Stellung des Fahrpedals. Bei einem bestimmten Fahrpedalwinkel, sind immer die gleiche Anzahl von Zylindern in Be­ trieb.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit dem in allen Drehzahlbereichen die einzuspritzende Kraftstoffmenge kontinuierlich auf Null abgeregelt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe mit der Merkmalskombination der unabhängi­ gen Ansprüche.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Einrich­ tung ist es möglich, die einzuspritzende Kraftstoffmenge auch bei hohen Drehzahlen kontinuierlich auf Null abzuregeln. Dies wird da­ durch erreicht, daß die Ansteuerzeit für wenigstens ein Magnetventil auf Null gesetzt wird, wenn die Ansteuerzeit für ein Magnetventil eine Schwelle unterschreitet.

Durch gleichzeitiges Verlängern der Ansteuerzeiten der übrigen Mag­ netventile, wird ein abrupter Mengensprung beim Nullsetzen einer An­ steuerzeit vermieden. Weitere vorteilhafte und zweckmäßig Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Steuereinrichtung für eine magnetven­ tilgesteuerte Dieseleinspritzpumpe. Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Ansteuersignal und dem Magnetventilhub. Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der eingespritzten Kraftstoffmenge von Drehzahl und An­ steuerzeit des Magnetventils. Fig. 4, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen je ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des beschriebenen Verfahrens. In Fig. 5 sind die Ansteuerzeiten T, für zuerst steigende und dann fallende Kraftstoffmenge, über der Zeit t aufgetragen.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Steuereinrichtung einer magnetventilgesteuerte Kraftstoffpumpe fur Dieselmotoren. Den einzelnen Zylindern einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird über eine Kraftstoffpum­ pe 10, die einen Pumpenkolben 15 enthält, Kraftstoff zugeführt. Da­ bei kann nur eine Kraftstoffpumpe 10 (Verteilerpumpe) pro Brenn­ kraftmaschine vorhanden sein. Diese führt den Kraftstoff abwechselnd den einzelnen Zylindern zu. Anderseits kann auch für jeden Zylinder je eine Kraftstoffpumpe (Reihenpumpe, Pumpe-Düse) vorgesehen sein.

Die Kraftstoffpumpe 10 steht mit einem elektromagnetischen Ventil 20 in Verbindung. Das elektromagnetische Ventil 20 wird über eine Lei­ stungsendstufe 40 von einer elektronischen Steuereinheit 30 mit Schaltimpulsen beaufschlagt. Ein Geber 70, der am elektromagneti­ schen Ventil 20 oder an einer nicht dargestellten Einspritzdüse angeordnet ist, liefert Signale, an die elektronische Steuerein­ heit 30. Eine Meßeinrichtung 50 erfaßt die Drehbewegung der Pumpen­ nockenwelle 60 bzw. der Kurbelwelle und liefert ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit 30. Über weitere Eingän­ ge 80 gelangen Informationen über zusätzliche Größen an die elektro­ nische Steuereinheit 30.

Die Steuereinheit 30 bestimmt, abhängig von den über die Eingänge 80 erfaßten Größen und der über die Meßeinrichtung 50 erfaßten Bewegung der Pumpennockenwelle 60 bzw. der Kurbelwelle, den gewünschten För­ derbeginn und die Förderdauer der Kraftstoffpumpe 10. Ausgehend von diesen Sollwerten für den Förderbeginn und die Förderdauer berechnet sie dann Ansteuerzeitpunkte E und A für die Leistungsendstufe 40. Das elektromagnetische Ventil 20 nimmt zum gewünschten Förderbeginn eine erste Stellung an, in der die Förderung der Pumpe beginnt. Zum gewünschten Förderende nimmt es dann eine zweite Stellung an, in der die Förderung der Kraftstoffpumpe wieder beendet wird. Als Größen können unter anderem eine oder mehrere der Größen Drehzahl n, Luft­ temperatur T1, Lambda-Wert λ, Kraftstofftemperatur TK eingehen. Ei­ ner der Eingänge 80 erhält ein Signal, das die Stellung des Fahrpe­ dals charakterisiert.

Die Pumpennockenwelle treibt den Pumpenkolben 15 derart an, daß der Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 10 unter Druck gesetzt wird. Dabei steuert das elektromagnetische Ventil 20 den Druckaufbau. Das elek­ tromagnetische Ventil 20 ist so angeordnet, daß bei geschlossenem Ventil 20 ein Druckaufbau stattfindet. Es ist aber auch denkbar, daß es so angeordnet ist, daß bei geöffnetem Ventil 20 ein Druckaufbau stattfindet.

Bei entsprechendem Druck in der Kraftstoffpumpe öffnet sich ein nicht dargestelltes Einspritzventil, und der Kraftstoff gelangt über die nicht dargestellte Einspritzdüse in den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine.

In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen Ansteuersignal AS (durchge­ zogene Linie) und Magnetventilhub MH (gestrichelte Linie) darge­ stellt. Vom Ansteuerzeitpunkt E bis zum Absteuerzeitpunkt A gibt die elektronische Steuereinrichtung ein Ansteuersiganl AS ab. Der Zeit­ raum zwischen den Ansteuerzeitpunkten E und A kann als Ansteuer­ zeit T bezeichnet werden. Jedem Zylinder kann eine Ansteuerzeit zu­ geordnet werden. Ist für jeden Zylinder ein Magnetventil vorhanden, so wird das dem Zylinder zugeornete Magnetventil mit der Ansteuer­ zeit des entsprechenden Zylinders beaufschlagt. Der Zeitraum zwi­ schen dem Ansteuerzeitpunkt E und dem Zeitpunkt zu dem das Magnet­ ventil die andere Endlage erreicht, wird als Einschaltzeit des Mag­ netventils bezeichnet.

Bei Erreichen der Endlage beginnt zum Zeitpunkt S1 der Druckaufbau in der Kraftstoffpumpe. Nach dem Ausschalten A des Magnetventil geht das Magnetventil erst nach einer Verzögerungszeit in seine ursprüng­ liche Lage zurück. Zum Zeitpunkt S2 fällt der Druck unter einen sol­ chen Wert, daß das nicht dargestellte Einspritzventil schließt und die Kraftstofförderung endet. Zwischen den Zeitpunkten S1 und S2 wird Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine gefördert. Der zeitliche Abstand zwischen S1 und S2 bestimmt die einzuspritzen­ de Kraftstoffmenge Q. Die minimalen Ansteuerzeiten des Magnetven­ tils 20 müssen so gewählt werden, daß die entsprechenden Magnetven­ tile sicher ihre Endlagen erreichen. Dies heißt, daß die Magnetven­ tilnadeln den Magnetventilsitz erreichen. Dadurch ergibt sich eine minimale Ansteuerzeit TMIN, die nicht unterschritten werden kann. Diese minimale Ansteuerzeit bewirkt, je nach Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine, eine minimale eingespritzte Kraftstoffmenge QKMIN.

Fig. 3 zeigt nun den Zusammenhang zwischen Ansteuerzeit T und der, in die einzelnen Zylinder, eingespritzten Kraftstoffmenge QK für verschiedene Drehzahlen N1, N2. Bei konstanter Drehzahl steigt die in die Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge QK mit stei­ gender Ansteuerzeit an. Da die Ansteuerzeit größer als die minimale Ansteuerzeit TMIN sein muß, ergibt sich zwangsweise eine minimale einzuspritzende Kraftstoffmenge QKMIN. Für eine Drehzahl N2, die größer als die Drehzahl N1 ist, ergibt sich bei gleicher Ansteuer­ zeit T eine größere eingespritzte Kraftstoffmenge. Zwangsweise er­ gibt sich damit, bei einer größeren Drehzahl, auch eine größere mi­ nimale eingespritzte Kraftstoffmenge QKMIN′. In bestimmten Betriebs­ zuständen, insbesondere bei hohen Drehzahlen, kann der Fall eintre­ ten, daß die bei minimaler Ansteuerzeit TMIN eingespritzte Kraft­ stoffmenge größer als die Nullastmenge ist. Bei höheren Drehzahlen ist es nicht mehr möglich, kleine Kraftstoffmengen zuzumessen.

In Fig. 4 ist anhand eines Flußdiagramms das erfindungsgemäße Ver­ fahren am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit 8 Zylindern darge­ stellt. Die Erfindung kann aber auch auf Brennkraftmaschinen mit an­ derer Zylinderzahl übertragen werden. Im Schritt 100 werden die An­ steuerzeiten Ti für die einzelnen Zylinder (i=1, 2, ... 8) vorgege­ ben. Im Schritt 102 wird ein Zähler i auf 1 gesetzt. Daran schließen sich zwei Abfrageeinheiten 104 und 106 an. In der Abfrageeinheit 104 wird abgefragt, ob die Ansteuerzeit Ti für den i-ten Zylinder gleich Null ist. Ist sie ungleich Null, so wird in der Abfrageeinheit 106 überprüft, ob die Ansteuerzeit Ti für den i-ten Zylinder größer als die minimale Ansteuerzeit TMIN ist.

Bei einer Ansteuerzeit Ti größer TMIN 106 oder bei einer Ansteuer­ zeit Ti gleich Null 104 wird der Zähler i um eins erhöht 108. Die Abfrageeinheit 110 erkennt, ob die vorherigen Abfragen 104 und 106 für alle Zylinder durchgeführt wurden. Dies erfolgt bei einer Brenn­ kraftmaschine mit 8 Zylindern mit einer Abfrage ob i größer als 8 ist. Bei einer anderen Zylinderzahl erfolgt eine entsprechende Ab­ frage. Mit Schritt 112 endet das erfindungsgemäße Verfahren und der sonst übliche Programmablauf wird fortgesetzt.

Erkennt die Abfrage 106 dagegen, daß die Ansteuerzeit kleiner als die minimale Ansteuerzeit TMIN ist, so wird für die nachfolgenden Zumessungen die Ansteuerzeit für den i-ten Zylinder Ti gleich Null gesetzt 114. Gleichzeitig werden die Ansteuerzeiten T1 für die üb­ rigen Zylinder um eine entsprechende Zeitdauer TH erhöht 116. Die Ansteuerzeiten T1 für die übrigen Zylinder werden um eine solche Zeitdauer TH erhöht, daß die Summe der in die einzelnen Zylinder eingespritzen Kraftstoffmengen konstant bleibt. Dies kann zum Bei­ spiel durch eine Berechnung gemäß folgender Formel:

TH = Ti/K,

erfolgen. Wobei K die Anzahl der Zylinder kennzeichnet, für die die Ansteuerzeit ungleich Null ist und Ti die Ansteuerzeit des i-ten Zy­ linders vor desen Nullsetzen ist. Anschließend erfolgt der Ruck­ sprung zu Schrittt 108. Bei der Berechnung der nachfolgenden Ein­ spritzungen wird berücksichtigt, daß der Ansteuerimpuls für ein Zy­ linder Null und die Ansteuerimpulse für die übrigen Zylinder um TH erhöht ist.

In Fig. 5 sind die Ansteuerzeiten T über der Zeit t aufgetragen. Bis zum Zeitpunkt B sind alle 8 Zylinder in Betrieb. Zu diesem Zeit­ punkt unterschreitet die Ansteuerzeit die Schwelle TMIN. Nach unter­ schreiten dieser Schwelle wird die Ansteuerzeit für einen Zylinder auf Null gesetzt, ferner erfolgt eine Erhöhung der Ansteuerzeiten für die übrigen sieben Zylinder. Im Zeitraum zwischen den Zeitpunk­ ten B und C ist die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder unterbrochen. Nimmt die Ansteuerzeit weiterhin ab, unterschreitet zum Zeitpunkt C die Ansteuerzeit erneut die Schwelle TMIN. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ansteuerzeit für einen weiteren Zylinder auf Null gesetzt. Des weiteren erfolgt eine Erhöhung der Ansteuerzeiten für die übrigen sechs Zylinder.

Bei sich verlängernden Ansteuerzeiten, zum Beispiel zwischen den Zeitpunkten C und D, kann die Ansteuerzeit eine zweite Schwelle TMAX überschreiten. Zu diesem Zeitpunkt D setzt die Kraftstoffzufuhr, zu einem bis zu diesem Zeitpunkt abgeschalteten Zylinder, wieder ein. Gleichzeitig werden die Ansteuerzeiten für die übrigen Magnetventile entsprechend verkürzt. Die zweite Schwelle liegt vorzugsweise um TH über der ersten Schwelle TMIN. TH ist die Zeitdauer, um die die An­ steuerzeiten, beim Abschalten eines Zylinders, verlängert, bzw beim Zuschalten eines Zylinders, verkürzt werden.

Bei einer so gewählten zweiten Schwelle TMAX kann der Fall eintre­ ten, daß in bestimmten Betriebszuständen die Ansteuerzeit für ein Zylinder auf Null gesetzt und bei der nächsten Zumessung wieder auf einen Wert ungleich Null gesetzt wird. Um dies zu vermeiden, wird die Schwelle TMAX auf einen etwas höhere Wert festgesetzt.

Fig. 6 verdeutlicht in einem Flußdiagramm, wie die Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder wieder aufgenommen werden kann. Nach Vorgabe der Ansteuerzeiten Ti im Schritt 200 folgt im Schritt 202 die Initiali­ sierung des Zählers i mit dem Wert 1. Die Abfrageeinheit 204 erkennt ob die Ansteuerzeit Ti größer als die zweite Schwelle TMAX ist. Ist die Ansteuerzeit für den i-ten Zylinder kleiner als TMAX, so wird der Zähler i um eins erhöht 206. Eine weitere Abfrage 208, Zähler größer als 8, erkennt, ob für alle Zylinder die Abfrage Ti größer als die zweite Schwelle TMAX schon erfolgte. Trifft dies zu, so er­ folgt der Rücksprung 210 in das übliche Hauptprogramm zur Berechnung der Ansteuerzeiten.

Im anderen Fall folgt die Abfrage 204 für den nächsten Zylinder. Ist die Ansteuerzeit größer als eine zweite Schwelle TMAX, so wird die Kraftstoffzufuhr zu einem abgeschalteten i-ten Zylinder wieder mit Ti = K×TH aufgenommen 212. Gleichzeitig werden die Ansteuerzeiten T1, für die bis jetzt eingeschalteten Zylinder, entsprechend um die Zeitdauer TH reduziert 214. Anschließend erfolgt der Rücksprung 216 ins Hauptprogramm mit der an sich bekannten Berechnung der nächsten Ansteuerzeiten.

Die in Fig. 4 und 6 dargestellten Flußdiagramme sind für Brenn­ kraftmaschinen geeignet, bei denen die Ansteuerzeiten der einzelnen Zylindern berechnet werden. Berechnet dagegen die elektronische Steuereinheit nur eine globale Ansteuerzeit T für alle Zylinder, so muß nach dem in Fig. 7 dargestellten Flußdiagramm vorgegangen wer­ den. Nach Vorgabe 300 der Ansteuerzeit T durch die elektronische Steuereinrichtung fragt die Abfrageeinheit 302, ob die Ansteuerzeit größer als die untere Schwelle TMIN ist. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 304 die Ansteuerzeit Ti für einen Zylinder auf Null gesetzt.

Anschließend im Schritt 306 erfolgt die Berechnung der Ansteuerzei­ ten T1 für die übrigen Zylinder, entsprechend wie in Schritt 116 der Fig. 4. Erkennt die Entscheidungsstufe 308, daß die Ansteuerzeit eine zweite Schwelle TMAX überschreitet, so wird die Kraftstoffzu­ fuhr der abgeschalteten i-ten Zylinder wieder aufgenommen 310. Ent­ sprechend wie in Schritt 214 werden die Ansteuerzeiten der übrigen Zylinder T1 im Schritt 312 verringert. Anschließend an die Schrit­ te 312, 306 bzw. 308 erfolgt im Schritt 314 der Rücksprung ins Hauptprogramm mit der Berechnung der nächsten Ansteuerzeit.

In der Regel wird die Kraftstoffzufuhr zum gleichen Zylinder Null gesetzt. Vorteilhaft ist es aber, wenn nach einem bestimmten System bzw. nach jeder Motorumdrehung die Kraftstoffzufuhr zu einem anderen Zylinder Null gesetzt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einer vorgegebenen Anzahl von Motorumdrehungen der Ansteuerimpuls für jeweils einen anderen Zylinder Null gesetzt wird. Insbesondere dann, wenn für alle Zylin­ der die Ansteuerzeiten gleich oft auf Null gesetzt wird. Durch diese Vorgehensweise kann ein Abkühlen der Brennräume vermieden werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Die­ selbrennkraftmaschine mit einer magnetventilgesteuerten Kraftstoff­ zumessung, wobei das Magnetventil für eine vorgegebene Ansteuerzeit angesteuert wird, wobei jedem Zylinder eine Ansteuerzeit zugeordnet ist, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dann, wenn die Ansteuerzeit kleiner als eine erste Schwelle (TMIN) wird, die Ansteuerzeit für einen Zylinder Null ge­ setzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ steuerzeiten der übrigen Zylinder verlängert werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ansteuerzeiten für die übrigen Zylinder um ei­ ne solche Zeitdauer (TH) verlängert werden, daß die Summe der in die einzelnen Zylinder eingespritzen Kraftstoffmenge konstant bleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß immer derselbe Zylinder ausgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß nach einer vorgegebenen Anzahl von Motorumdrehungen der An­ steuerimpuls für jeweils einen anderen Zylinder Null gesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Überschreiten einer zweiten Schwelle (TMAX) die Ansteu­ erzeit eines Zylinders, dessen Ansteuerzeit Null ist, wieder un­ gleich Null wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Schwelle vorzugsweise um die Zeitdauer (TH) über der ersten Schwelle (TMIN) liegt, um den die Ansteuerzeit bei Nullsetzen bei einem der Zylinder erhöht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dann wenn die Kraftstoffzufuhr zu einem abgeschal­ teten Zylinder wieder aufgenommen wird, die Ansteuerzeiten für die bis jetzt eingeschalteten Zylinder entsprechend um die Zeitdau­ er (TH) reduziert werden.

9. Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Die­ selbrennkraftmaschine mit einer magnetventilgesteuerten Kraftstoff­ zumessung, mit Mitteln die das Magnetventil für eine vorgegebene An­ steuerzeit ansteuern wobei die Ansteuerzeit die in die einzelnen Zy­ lindern einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die, wenn die Ansteuerzeit kleiner als eine erste Schwelle (TMIN) wird, die Ansteuerzeit für einen Zylinder auf Null setzten.