DE4024369A1 - Verfahren zur regelung der den zylindern einer brennkraftmaschine zugefuehrten gemisch- bzw. kraftstoffmenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der den Zy­ lindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Gemisch- bzw. Kraftstoffmenge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE-OS 38 31 663 ist ein Brennstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen offenbart, bei welchem der Istwert der Brennstoffzufuhr zu den Zylindern der Brennkraftmaschine über eine Messung der Hubbewegung eines Ventilmittels in einer Zu­ meßeinrichtung erfaßt wird, die zuzuführende Brennstoffmenge unter Berücksichtigung des Istwertes in Abhängigkeit von Mo­ torparametern in einem Steuergerät ermittelt und als Stellsi­ gnal an die Zumeßeinrichtung weitergegeben wird.

Insbesondere im Leerlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine, d. h. bei geringen Lasten und Drehzahlen, sind Unterschiede zwischen einzelnen Zylindern bezüglich ihrer Füllung bzw. Einspritzmenge deutlich bemerkbar. Um diese Unterschiede durch eine individu­ elle Regelung auszugleichen, werden an diese Regelung sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt. Speziell die Erfassung des Hubs bzw. des Hubverlaufs der genannten Ventilmittel zur Ist­ wertermittlung ist sehr aufwendig und dennoch bei Serienmotoren nicht mit ausreichender Präzision zu bewerkstelligen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Rege­ lung für die Gemisch- bzw. Kraftstoffmengenzumessung so zu ver­ bessern, daß der Istwert der Zumeßmenge bei einem Einsatz von einfachen und billigen Sensoren mit großer Genauigkeit ermit­ telt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 4 genannten Merkmale gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Zur Erfassung des jedem Zylinder zugeführten Istwertes der Ge­ mischmenge bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen bzw. der Kraftstoffmenge bei luftverdichtenden Brennkraftmaschinen wird die Dauer des Hubs des in der Zumeßeinrichtung vorgesehe­ nen Ventilmittels gemessen. Zu diesem Zweck wird mittels eines Positionssensors das Überschreiten eines bestimmten Hubschwell­ wertes des Ventilmittels festgestellt. Die Zeitdauer zwischen der Überschreitung dieses Schwellwertes und dem darauffolgenden Unterschreiten des Schwellwertes beim Schließen des Ventilmit­ tels, das heißt die Hubdauer, ist ein Maß für den Istwert der zugeführten Gemisch- bzw. Kraftstoffmenge. Dieser Istwert wird für alle Zylinder der Brennkraftmaschine erfaßt und zum Aus­ gleich von Unterschieden bei der Füllung bzw. Einspritzmenge jedes Zylinders durch entsprechende Betätigung der Ventilmittel auf einen für alle Zylinder der Brennkraftmaschine gleichen Wert geregelt.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Regelkreises am Bei­ spiel einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine,

Fig. 2 den Ventilhubverlauf zweier Zylinder der Brenn­ kraftmaschine als Funktion der Zeit und

Fig. 3 den Hubverlauf eines Ventilmittels einer Diesel­ einspritzung als Funktion der Zeit.

In Fig. 1 ist schematisch ein Regelkreis am Beispiel einer Vierzylinderbrennkraftmaschine dargestellt. Die mit 1 bezeich­ nete Brennkraftmaschine ist natürlich nicht auf eine bestimmte Anzahl von Zylindern 2 begrenzt, sondern kann eine beliebige Anzahl aufweisen. Jedem Zylinder 2 ist ein Positionssensor 3 zugeordnet, der über Leitungen 4 immer dann ein Signal an die Regelelektronik 5 abgibt, wenn der Hub des dem jeweiligen Zy­ linder zugeordneten, hier einfachheitshalber nicht dargestell­ ten, Ventilmittels der Gemisch- bzw. Kraftstoffzumeßeinrichtung einen bestimmten Wert über- und anschließend unterschreitet. Aus der zeitlichen Differenz der beiden Signale (Überschreiten und Unterschreiten) jedes Zylinders wird die Hubdauer ermit­ telt. Mit Hilfe der Regelelektronik 5 werden die Istwerte der Hubdauer und damit der Füllung bzw. Kraftstoffmenge jedes Zy­ linders ausgewertet und die Hubdauer auf einen für alle Zylin­ der 2 der Brennkraftmaschine 1 gleichen Wert geregelt. Zu die­ sem Zweck gelangen die in der Regelelektronik ermittelten An­ steuersignale über Leitungen 6 an die den einzelnen Zylindern 2 zugeordneten Stellelemente 7, welche eine individuelle Regelung der Füllung bzw. Kraftstoffmenge für jeden Zylinder bewirken. Auf diese Weise kann eine gewünschte Gleichstellung aller Zy­ linder der Brennkraftmaschine erreicht werden.

Im Falle einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine sind die Ventilmittel der (Gemisch-)Zumeßeinrichtung die jedem Zylinder zugeordneten Einlaßventile. An jedem der Einlaßventile ist ein Positionssensor 3 angeordnet, der immer dann ein Signal abgibt, wenn das Ventil einen bestimmten Hubwert überschreitet und unterschreitet. Dieser Schwellwert für den Hub kann frei ge­ wählt werden, liegt jedoch vorteilhafterweise knapp oberhalb der Anlauf- (11) bzw. Ablauframpe 12 des Hubverlaufs des Ven­ tils. Diese Ventile sind einzeln über die Stellelemente 7 an­ steuerbar, zum Beispiel in Form einer eletromagnetischen Ventil­ steuerung.

Bei einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine, bei der anstel­ le des Gemischs die Kraftstoffmenge zugemessen wird, ist die Zumeßeinrichtung die Einspritzeinrichtung und die Ventilmittel sind beispielsweise über ansteuerbare Nadelventile, welche die Kraftstoffmenge dosieren, realisiert.

In einer Verfeinerung der Regelung kann die Ausregelung der Hubdauer der Ventilmittel zusätzlich noch in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern 8, wie zum Beispiel Motortemperatur T, Umgebungsdruck p, Motordrehzahl n und Motorlast M), die in der Regelelektronik 5 verarbeitet werden, erfolgen.

Die Fig. 2 zeigt den Hub h über der Zeit t am Beispiel zweier Einlaßventile der Brennkraftmaschine. An jedem Ventil ist, wie oben beschrieben, ein Positionssensor angeordnet. Überschreitet der Ventilhub h des Hubverlaufs 9 des ersten Ventils einen be­ stimmten Schwellwert h_s, so gibt der Positionssensor ein Zeit­ signal t₁ an die Regelelektronik 5 ab. Beim Schließen des Ven­ tils durchfährt der Hub h wiederum den Schwellwert h_s und gibt wiederum ein Signal (t₂) an die Regelelektronik 5 ab. Zur ge­ nauen Bestimmung der Hubdauer wird der Schwellwert h_s möglichst tief gelegt; als vorteilhafter Wert hat sich dabei ein Wert knapp oberhalb der Anlauframpe 11 im Hubverlauf, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, erwiesen. In der Regelelektronik 5 wird aus diesen beiden Signalen die Zeitdifferenz Δt₁ für die Hub­ dauer des ersten Ventils berechnet. Da die Hubform nur sehr geringe Abweichungen aufweist und nur die Zeitpunkte für das Öffnen und Schließen bedingt durch Werkstoffstreuungen, Tempe­ ratur- und Druckeinflüsse streuen, ist die Zeitdauer t₁ und somit die Hubdauer ein hinreichend genaues Maß für die Füllung des Zylinders. In der Figur ist zu einem späteren Zeitpunkt ein weiterer Hubverlauf 10 eines zweiten Ventils der Brennkraftma­ schine abgebildet. Auch hier werden analog zum zuvor beschrie­ benen Verfahren die Zeitpunkte t₁ und t₂ des Durchlaufens des Hubs h durch den Schwellwert h_s gemessen und daraus eine Zeit­ differenz Δt₂ in der Regelelektronik 5 ermittelt. Die Werte für die Dif­ ferenzen Δt₁, Δt₂ und weitere Differenzwerte für die übrigen Zylinder der Brennkraftmaschine sind im allgemeinen unterschied­ lich. In der Regelelektronik 5 kann jedoch ein einheitlicher Wert für die Hubdauer, unter Umständen abhängig von weiteren Betriebsparametern, ermittelt werden, der an die Stellelemente für die Ventilmittel, zum Beispiel elektromagnetisch steuerbare Ventile, ausgegeben wird. Auf diese Weise kann über die indivi­ duell steuerbaren Ventile eine einheitliche Füllung der Zylin­ der auch im besonders kritischen Leerlaufbereich erreicht wer­ den.

Für die in der Fig. 3 dargestellten Hubverläufe 9 und 10 gilt das eben Gesagte analog. Im Unterschied zur Fig. 2 ist hier jedoch der Verlauf des Nadelhubs für eine elektronische Diesel­ einspritzung für zwei Zylinder einer Brennkraftmaschine darge­ stellt und nicht der Hubverlauf der Einlaßventile. Durch den anderen Hubverlauf mit anderen Anlauframpen 11 konnte in diesem Fall auch der Hubschwellwert h_s entsprechend tiefer gelegt wer­ den. Da es sich hier um eine luftverdichtende Brennkraftmaschi­ ne handelt, entspricht die Hubdauer Δt₁ bzw. Δt₂ usw. der zuzu­ messenden Kraftstoffmenge. Durch das erfindungsgemäße Regelver­ fahren kann auch hier, wie schon am Beispiel der gemischver­ dichtenden Brennkraftmaschine in Fig. 2 gezeigt, die zuzumes­ sende Größe (=Kraftstoffeinspritzmenge) für alle Zylinder auf einen einheitlichen Wert ausgeregelt werden. Ebenfalls können natürlich auch hier weitere Betriebskenngrößen zu Regelzwecken herangezogen werden.

Die Ermittlung der Füllung der Zylinder bzw. der Kraftstoff­ menge mittels Positionssensoren und Auswertung der Hubdauer anstelle einer reinen Hubmessung mit anschließender Auswertung durch zeitliche Integration über den Hubverlauf ist erfindungs­ gemäß bei höherer Genauigkeit besonders preisgünstig, da der­ artige Sensoren schon vielfach, zum Beispiel als Sensor zur Bestimmung der Kurbelwinkelposition, im Einsatz sind. Dadurch erhöht sich auch entsprechend die Regelgenauigkeit des Verfah­ rens.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung der den Zylindern einer Brennkraft­ maschine zugeführten Gemisch- bzw. Kraftstoffmenge mit einer Einrichtung zur variablen Zumessung der Gemisch- bzw. Kraft­ stoffmenge zu den Zylindern der Brennkraftmaschine, einer Vor­ richtung zur Erfassung des Istwertes der zugeführten Gemisch­ bzw. Kraftstoffmenge mittels Messung des Hubs eines in der Zu­ meßeinrichtung beweglich angeordneten Ventilmittel sowie einer Einrichtung zur Regelung der Ventilbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubdauer (Δt₁, Δt₂ usw.) des jedem Zylinder (2) zuge­ ordneten Ventilmittels ermittelt wird und auf einen für alle Ventilmittel gleichen Wert geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubdauer (Δt₁, Δt₂ usw.) durch die Zeitdifferenz vom Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes (h_s) für den Hub (h) bis zum Unterschreiten des vorbestimmten Hubschwell­ wertes (h_s) des Ventilmittels bestimmt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert (h_s) für den Hub (h) im Hubbereich oberhalb der Anlauframpe (11) des Hubverlaufs (9, 10) des Ventilmittels liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubdauer (Δt₁, Δt₂ usw.) in Abhängigkeit von Motorbe­ triebsparametern (8) geregelt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Ventilmittel ein Positionssensor (3) vorgesehen ist, der beim Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Hubs des Ventilmittels jeweils ein Signal abgibt.