DE4041538A1

DE4041538A1 - Schaltungsanordnung zur ansteuerung von einspritzventilen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4041538A1
Application number: DE19904041538
Authority: DE
Inventors: Nestor Dipl In Rodriguez-Amaya; Pierre Lauvin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-12-22
Filing date: 1990-12-22
Publication date: 1992-06-25
Also published as: SE9103804L; JPH04276154A; FR2670831B1; SE9103804D0; FR2670831A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Einspritzventilen einer Brennkraft maschine, mit einer Mengenbestimmungsschaltung für den einzuspritzenden Kraftstoff, die in Abhängig keit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und vorzugsweise weiterer Betriebsparameter die An steuerimpulslänge für die Einspritzventile vorgibt.

Es ist bekannt, zur Ansteuerung von Einspritzventi len einer Brennkraftmaschine zum Beispiel in Abhän gigkeit eines Mengensollwerts und der Kurbelwellen drehzahl mittels einer Mengenbestimmungsschaltung (zum Beispiel ein Kennfeld) eine Ansteuerimpuls länge für die Einspritzventile zu bestimmen. Diese Ansteuerimpulslänge wird vorzugsweise als Winkel in bezug auf den 360°-Winkel einer vollen Umdrehung der Brennkraftmaschine angegeben. Bei den Ein spritzventilen kann es sich vorzugsweise um Magnet ventile eines direkt gesteuerten Einspritzsystems handeln. Im praktischen Betrieb hat sich herausge stellt, daß eine nach vorstehenden Grundsätzen be stimmte Ansteuerimpulslänge der Einspritzventile unter bestimmten Bedingungen nicht der für diese Bedingungen entsprechenden notwendigen Ansteuerim pulslänge entspricht, das heißt, es wird nicht die tatsächlich notwendige Kraftstoffmenge einge spritzt, sondern ein davon abweichender Wert. Dies hat zur Folge, daß sich die Brennkraftmaschine nicht im jeweils optimalen Betriebspunkt befindet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß in Abhängigkeit von betriebs- und anlagespezifischen Größen stets die jeweils rich tige Ansteuerimpulslänge bestimmt und damit die zu gehörige, richtige Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Es wurde gefunden, daß in Abhängigkeit ver schiedener Faktoren (z. B. Zahnriemenspannung, Rei bung, Temperatur, Last, Drehzahl usw.) nicht davon ausgegangen werden kann, daß sich Kurbelwelle und Nockenwelle stets synchron und mit gleicher Winkel stellung zueinander drehen, sondern daß Relativbe wegungen zwischen diesen beiden Wellen auftreten. Zwar kann im Mittel ausgesagt werden, daß die Nockenwellendrehzahl halb so groß wie die Kurbel wellendrehzahl ist, jedoch gilt dies nicht in jedem Augenblick, da entsprechende Schwankungen der Nockenwellendrehzahl relativ zur Kurbelwellendreh zahl vorliegen, das heißt, die Nockenwelle kann ge genüber der Kurbelwelle kurzzeitig über einen be stimmten Winkelbereich voreilen und dann - zum Bei spiel zu einem späteren Zeitpunkt - auch wiederum nacheilen. Dies hat zur Folge, daß die Mengenbe stimmungsschaltung in der Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik nicht die jeweils richtige Ansteuerimpulsmenge vorgibt, so daß die vorzugs weise als Magnetventile ausgebildeten Einspritzven tile beziehungsweise die unmittelbaren Steuerele mente eines Einspritzsystems (Pumpe-Düse-Einheit, Pumpe-Leitungsdüse-System und magnetventilgesteu erte Verteilerpumpe) nicht für die jeweils notwen dige Zeit geöffnet sind, sondern von den notwendi gen Öffnungszeiten abweichen. Die Folge ist eine nicht richtige Dosierung des eingespritzten Kraft stoffs. Erfindungsgemäß wird zum Ausgleich einer sich während einer oder mehreren Umdrehungen zwi schen Kurbelwelle und Nockenwelle der Brennkraftma schine ergebenden betriebs- und/oder anlagenspezi fisch unterschiedlichen relativen Winkelstellung der Wellen der die Kurbelwellendrehzahl repräsen tierende, der Mengenbestimmungsschaltung zugeführte Wert korrigiert. Diese Korrektur berücksichtigt also das erwähnte Vor- beziehungsweise Nacheilen der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, so daß daraus resultierende Fehler vermieden werden.

Vorzugsweise erfolgt die Korrektur mittels eines Korrekturfaktors.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß sich die korrigierte Kurbelwellendrehzahl n* nach der Bezie hung

n* = n_KW·K,

bestimmt, wobei n_KW die Kurbelwellendrehzahl und K der Korrekturfaktor ist.

Ferner ist nach einem bevorzugten Ausführungsbei spiel vorgesehen, daß zur Bestimmung des Korrektur faktors K die tatsächliche Nockenwellendrehzahl n_{FÖRD NW} im Förderzeitraum der Einspritzventile be stimmt und zur Kurbelwellendrehzahl n_KW ins Ver hältnis gesetzt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorstehend genannte Maßnahme für mehrere, vorausgehende Umdre hungen der Brennkraftmaschine jeweils pro Umdrehung oder einen bestimmten Zeitraum durchgeführt und dann der aktuelle arithmetische Mittelwert des Ver hältnisses gebildet wird.

Überdies kann vorgesehen sein, die vorstehenden Maßnahmen für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine separat durchzuführen. Hierdurch ist es dann mög lich, daß Einflüsse berücksichtigt werden können, die daraus resultieren, daß zum Beispiel ein Zylin der ein anderes systematisches Verhalten gegenüber den anderen Zylindern der Brennkraftmaschine hat.

Ferner ist es möglich, durch eine zusätzliche Kor rekturgröße λ systemimmanente weitere Einflüsse zu berücksichtigen, wobei eine entsprechende Verände rung des Korrekturfaktors durchgeführt wird. Diese zusätzliche Korrekturgröße kann individuell für je den Zylinder oder aber auch für alle Zylinder gleich Berücksichtigung finden.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsan ordnung,

Fig. 2 ein Diagramm,

Fig. 3 ein weiteres Diagramm,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Schaltungsanord nung und

Fig. 5 ein weiteres Prinzipschaltbild nach einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1, die eine Mengenbestimmungsschaltung 2 aufweist. Der Mengenbestimmungsschaltung 2, die als Kennfeld aus gebildet sein kann, wird ein Kraftstoffmengen-Soll wert Q_soll zugeführt. Ferner erhält die Mengenbe stimmungsschaltung 2 als weiteren Eingangswert eine korrigierte Kurbelwellendrehzahl n*, auf die im nachfolgenden noch näher eingegangen wird. Der Aus gang 3 der Mengenbestimmungsschaltung 2 ist an eine Steuerstufe 4 angeschlossen, die nicht dargestellte Einspritzventile der Brennkraftmaschine 5 oder die das Einspritzsystem steuernden Magnetventile an steuert. Am Ausgang 3 steht eine Ansteuerimpuls länge ϕ zur Verfügung. Diese bestimmt darüber, wie lange die Magnetventile geöffnet sind, wobei die Öffnungszeit der Magnetventile oder die Schließzeit entsprechender Steuerelemente wiederum die einge spritzte Kraftstoffmenge beeinflußt.

An der Brennkraftmaschine steht die Kurbelwellen drehzahl n_KW und auch die tatsächliche Nockenwel lendrehzahl n_{FÖRD NW} zur Verfügung. Diese tatsäch liche Nockenwellendrehzahl liegt während des För derzeitraums t_FÖRD vor.

Bevor weiter auf die Fig. 1 eingegangen werden soll, wird nachstehend anhand der Fig. 2 näher die tatsächliche Nockenwellendrehzahl n_{FÖRD NW} be schrieben. Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das auf der Ordinate eine Drehzahländerung Δn_NW und auf der Abszisse die Zeit t zeigt. Betrachtet man die Nockenwellendrehzahl n_NW über einen längeren Zeit raum, das heißt, über viele Umdrehungen der Brenn kraftmaschine, so ergibt sich eine mittlere Nocken wellendrehzahl _NW. Diese liegt in der Darstellung der Fig. 2 in der Zeitachse der Zeit t. Betrachtet man jedoch die Nockenwellendrehzahl _NW zu bestimm ten Zeitpunkten, so ist eine Abweichung von der mittleren Nockenwellendrehzahl _NW feststellbar, das heißt, die tatsächliche (momentane) Nockenwel lendrehzahl ist - je nach betrachtetem Zeitpunkt - entweder größer oder kleiner als der Mittelwert _NW. Die Förderung des Kraftstoffes zur Einsprit zung erfolgt selbstverständlich nur über einen kur zen Zeitraum während einer Umdrehung der Brenn kraftmaschine. Dieser Förderzeitraum t_FÖRD ist in der Fig. 2 gekennzeichnet. Dort ist erkennbar, daß die tatsächliche, in diesem Zeitraum vorliegende Nockenwellendrehzahl n_{FÖRD NW} kleiner ist als die mittlere Nockenwellendrehzahl _NW. Dieses "Schwan ken" der Nockenwellendrehzahl n_NW ist von verschie denen Faktoren abhängig. Beispielsweise kommt die Zahnriemenspannung, die Reibung, die vorliegende Temperatur, die vorliegende Last der Brennkraftma schine und deren Drehzahl usw. bei der Kopplung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle der Brennkraftmaschine zum Einfluß. Insofern ist die Aussage richtig, daß nicht davon ausgegangen werden kann, daß in jedem Zeitpunkt die Momentandrehzahl der Nockenwelle NW gleich der Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle KW entspricht. Da dies nicht der Fall ist, wird eine vom gewünschten Wert abwei chende Kraftstoffmenge eingespritzt, wobei dieser Mengenfehler insbesondere bei großer Last der Brennkraftmaschine besonders stark hervortritt, da die Kennlinie der Ansteuerimpulslänge ϕ, die für eine konstante Ansteuerimpulslänge in der Fig. 3 dargestellt ist, einen relativ steilen Verlauf hat. Die dort dargestellte Drehzahl n₁ entspricht der mittleren Nockenwellendrehzahl _NW, also 0,5·n_KW. Mit der Drehzahl n₂ ist die tatsächlich vorliegende Nockenwellendrehzahl n_{FÖRD KW} während des Förder zeitraums t_FÖRD angegeben. Deutlich wird die Abwei chung in der Kraftstoffmenge Q durch den Unter schied zwischen Q₁ und Q₂ erkennbar. Dieser Ein spritzmengenfehler führt dazu, daß die Brennkraft maschine nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben wird.

Anhand der weiteren Beschreibung zur Fig. 1 soll nunmehr erläutert werden, wie erfindungsgemäß der vorstehend beschriebene Einspritzmengenfehler eli miniert wird. Hierzu ist dort eine Mittelwertschal tung 6 vorgesehen, die sowohl die Kurbelwellendreh zahl n_KW als auch die tatsächliche Nockenwellen drehzahl n_{FÖRD NW} erhält.

Anhand von zuvor durchgeführten Einspritzzyklen wird die jeweilige tatsächliche Nockenwellendreh zahl n_{FÖRD NW} jeweils bestimmt und dann der Quoti ent mit der Kurbelwellendrehzahl n_KW gebildet. Die Summe der einzelnen Quotienten wird durch die An zahl p der Quotienten dividiert und so ein Korrek turfaktor K gebildet. Dieser wird an eine Korrek turschaltung 7 übermittelt, die als weitere Ein gangsgröße die Kurbelwellendrehzahl n_KW erhält. Am Ausgang 8 der Korrekturschaltung 7 steht dann eine korrigierte Kurbelwellendrehzahl n* zur Verfügung, die - wie bereits beschrieben - der Mengenbestim mungsschaltung 2 als Eingangsgröße zugeführt wird. Diese korrigierte Kurbelwellendrehzahl n* berück sichtigt somit die gegenüber der Kurbelwelle auf tretenden Nockenwellendrehzahlschwankungen. Es gilt die Beziehung:

n* = n_KW · K,

wobei n_KW die Kurbelwellendrehzahl und der Faktor K der bereits erwähnte Korrekturfaktor ist.

Hierdurch ist erfindungsgemäß sichergestellt, daß stets die für den jeweiligen Betriebszustand und auch die jeweils vorliegenden anlagespezifischen Gegebenheiten richtige Ansteuerimpulslänge ϕ vor liegt und somit die entsprechend angepaßte Ein spritzmenge der Brennkraftmaschine 5 zugeführt wird.

In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darge stellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszei chen sowie gleichen Benennungen versehen sind. In Abweichung zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist hier jedoch vorgesehen, daß der Korrekturfaktor für jeden einzelnen Zylinder i der Brennkraftmaschine bestimmt und entsprechend auch berücksichtigt wird. Insofern ergibt sich eine Anzahl i von Korrektur faktoren K_i. Damit entstehen auch unterschiedliche korrigierte Kurbelwellendrehzahlen n_i*. Hierdurch wird das individuelle Verhalten der einzelnen Zy linder i der Brennkraftmaschine 5 berücksichtigt, wobei jedoch stets ein systematisches Verhalten vorliegen muß, das heißt, ein oder mehrere der Zy linder i muß/müssen gegenüber den anderen Zylindern i der Brennkraftmaschine 5 systematisch abweichen. Dies wird dann von der Steuerung berücksichtigt. Insofern kann hier eine Laufruheregelung integriert werden, die insbesondere als selbstlernendes System ausgebildet sein kann.

Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, die sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 oder dem Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 4 noch dadurch unterschei det, daß zusätzliche Korrekturgrößen λ Berück sichtigung finden. Die in Fig. 5 gestrichelt dar gestellte Blockschaltung 9 kann den entsprechenden Komponenten der Fig. 1 beziehungsweise 4 ent sprechen. Zusätzlich ist dann eine weitere Korrek turschaltung 10 vorgesehen, die als Eingangsgröße systemimmanente Einflußgrößen Z erhält. Eine derar tige Einflußgröße Z kann beispielsweise die An triebsnockensteifigkeit eines mit Pumpendüsen ver sehenen Dieselmotors sein, das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel wird dann davon ausgegangen, daß es sich bei der Brennkraftmaschine 5 um den ge nannten Dieselmotor handelt. Es sind jedoch auch andere Einflußgrößen Z denkbar, die bei den bishe rigen Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 4 nicht erwähnt wurden. Die weitere Korrekturschal tung 10 bildet aus diesen Einflußgrößen Z die zu sätzliche Korrekturgröße λ, die bei der korri gierten Kurbelwellendrehzahl Berücksichtigung fin det. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist sogar für jeden einzelnen Zylinder i eine derartige Kor rekturgröße λ_i vorgesehen, so daß eine zylin derabhängige Korrektur durchgeführt wird. Die von der Blockschaltung 9 gelieferte korrigierte Kurbel wellendrehzahl n* wird dann nochmals mit dem Faktor λ_i beaufschlagt, so daß die letztendlich gültige korrigierte Kurbelwellendrehzahl n** entsteht, die dann der Mengenbestimmungsschaltung 2 als Eingangs größe zugeführt wird. Es gilt die Beziehung

n** = λ_i · n*.

Es ist auch eine Kombination der Ausführungsbei spiele der Fig. 5 und 4 denkbar, das heißt, auch die korrigierte Kurbelwellendrehzahl n* wird für jeden Zylinder vorgesehen, es wird also der Wert n*i gebildet, der dann jeweils mit der zylinderspe zifischen zusätzlichen Korrekturgröße λ_i be aufschlagt wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Ein spritzventilen einer Brennkraftmaschine, mit einer Mengenbestimmungsschaltung für den einzuspritzenden Kraftstoff, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und vorzugsweise weiterer Betriebsparameter die Ansteuerimpulslänge der Ein spritzventile vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich einer sich während einer oder mehre rer Umdrehungen zwischen Kurbelwelle (KW) und Noc kenwelle (NW) der Brennkraftmaschine (5) ergebenden betriebs- und/oder anlagespezifisch unterschiedli chen relativen Winkelstellung der Wellen (KW, NW) der die Kurbelwellendrehzahl (n_KW) repräsentie rende, der Mengenbestimmungsschaltung (2) zuge führte Wert korrigiert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur mittels eines Korrekturfaktors (K) erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die korrigierte Kurbelwellendrehzahl (n*) nach der Beziehung n* = n_KW · K, bestimmt, wobei n_KW die Kurbelwellendrehzahl und K der Korrekturfaktor ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Korrekturwerts (K) die tatsächliche Nockenwellendrehzahl (n_{FÖRD NW}) im Förderzeitraum (t_FÖRD) der entsprechenden Einspritzventile be stimmt und zur Kurbelwellendrehzahl (n_KW) ins Ver hältnis gesetzt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme des Anspruchs 4 für mehrere vorausgehende Umdrehungen der Brennkraftmaschine jeweils pro Um drehung oder einen bestimmten Zeitraum durchgeführt und dann der aktuelle arithmetische Mittelwert des Verhältnisses gebildet wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme des Anspruchs 4 und/oder des Anspruchs 5 für jeden Zylinder (i) der Brennkraftmaschine (5) separat durchgeführt wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zusätzliche Korrekturgröße (λ) systemimma nente weitere Einflüsse berücksichtigt werden und eine entsprechende Veränderung des Korrekturfaktors (K) durchgeführt wird.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, gekennzeichnet durch zusätzliche, für jeden Zylinder (i) separate Korrekturgrößen (λ_i).