DE4104742A1 - Verfahren zum einspritzen von kraftstoff fuer eine mehrzylinder-brennkraftmaschine und kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine und Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere für einen Mehrzylinder-Dieselmotor.

Bei Dieselmotoren werden betriebliche Schwingungen und Geräusche verursacht, wenn der Motor-Ausgangsdrehmoment beträchtlichen Schwankungen unterliegt. Daher sind bisher Kraftstoffeinspritzsysteme vorgeschlagen worden, die in der Lage sind, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Betriebszustand des Motors zu steuern, wobei hierfür mechanische Einrichtungen vorgesehen sind.

Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durch mechanische Mittel bedingt jedoch eine bestimmte Ansprechverzögerung zwischen der Erfassung des Betriebszustandes des Motors und der Beeinflussung der Kraftstoffeinspritzung. Daher haben sich herkömmliche Kraftstoffeinspritzsysteme und -verfahren bisher nicht als ausreichend erwiesen, um tatsächlich zu verhindern, daß das Ausgangsdrehmoment beträchtlichen Schwankungen unterliegt.

Unter Berücksichtigung der obigen Umstände liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Mehrzylinder-Dieselmotor anzugeben, durch die wirksam verhindert werden kann, daß das Ausgangsdrehmoment beträchtlichen Schwankungen unterliegt, so daß die Erzeugung von Schwingungen und Geräuschen verhindert werden kann.

Zur Lösung der vorerwähnten Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff vorgesehen, bei dem für jeden Zylinder eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle bei einem für alle Zylinder zumindest nahezu gleichen Kurbelwinkel in bezug auf einen vorgegebenen Kurbelwinkel-Referenzwert zur Bildung eines Einspritz-Steuersignales für das Einspritzventil jeden Zylinders erfaßt wird und die Kraftstoff-Einspritzdauer jedes Einspritzventiles in Richtung auf eine Verringerung von kurbelwinkelabhängigen Drehgeschwindigkeitsdifferenzen der Kurbelwelle gesteuert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit dadurch aus, daß eine Kraftstoffeinspritzsteuerung vorgenommen wird, derart, daß die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle vorzugsweise an einem für alle Zylinder gleichen Punkt vor dem oberen Totpunkt erfaßt wird und die auf der Grundlage dieser Erfassung gebildeten Einspritzsteuersignale an die zugehörigen Kraftstoffeinspritzventile gelegt werden, so daß die anschließende Einspritzdauer jedes Einspritzventiles auf einen längeren oder kürzeren Wert zur Verringerung von Drehzahlschwankungen eingestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung geschaffen, die eine Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzdauer jedes Kraftstoffeinspritzventiles enthält, die ihrerseits aufweist eine elektronische Eingabeeinrichtung, eine Kurbelwellendrehzahl-Erfassungs­ einrichtung mit einer Zeiterfassungseinrichtung für die Erfassung des Zeitraumes für das Überstreifen eines vorgegebenen Kurbelwinkelbereiches für jeden Zylinder, eine Einspritzsteuersignal-Aktualisierungseinrichtung sowie eine Ausgabeeinrichtung für Einspritzsteuersignale, die an die Kraftstoff-Einspritzventile zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge gelegt werden.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist wie folgt:

Die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle wird durch eine Steuereinrichtung bei einem bestimmten Kurbelwinkel in bezug auf einen Referenzpunkt, vorzugsweise den oberen Totpunkt, für jeden Zylinder erfaßt, wobei der Kurbelwinkel zumindest für sämtliche Zylinder nahezu gleich ist. Die Steuerung bzw. Signalverarbeitung dieses Vorganges erfolgt durch die Steuereinrichtung, die jeweils für jeden Zylinder ein Ausgangssignal bereitstellt.

Dieses Ausgangssignal wird an jedes der Kraftstoffeinspritzventile gelegt, das für jeden Zylinder vorgesehen ist, so daß die anschließende Einspritzdauer jedes Einspritzventiles auf einen längeren oder kürzeren Wert eingestellt werden kann.

Das heißt, wenn die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit bei einem bestimmten Kurbelwinkel in bezug auf den oberen Totpunkt niedrig ist, verlängert das Ausgangssignal des Steuersystemes die Kraftstoffeinspritzdauer an dem betreffenden Zylinder, so daß die Drehgeschwindigkeit bei dem vorerwähnten, bestimmten Kurbelwinkel erhöht werden kann. Wenn andererseits die Drehgeschwindigkeit bei dem bestimmten Kurbelwinkel hoch ist, verkürzt das Ausgangssignal des Steuersystemes die Kraftstoffeinspritzdauer an dem Zylinder, so daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit bei dem vorgegebenen Kurbelwinkel vermindert werden kann.

Somit werden Schwankungen der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Kurbelwelle geringer, mit der Folge, daß Schwankungen des Ausgangsdrehmomentes wesentlich verhindert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 51 einen Mehrzylinder-Dieselmotor, der vier Zylinder 52 bis 55 in Parallelanordnung aufweist. Auf der Kurbelwelle 57 dieses Motors 51 ist ein Ringzahnrad 58 befestigt, so daß die Nockenwelle (nicht gezeigt) des Motors 51 synchron mit der Kurbelwelle 57 über einen Zahnriemen 59, der über dieses Ringzahnrad 58 läuft, rotieren kann.

An jedem der Zylinder 52 bis 55 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 1 montiert. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet einen Kraftstofftank. Der Kraftstoff A in diesem Kraftstofftank 17 wird durch eine Druckpumpe 18 unter Druck gesetzt, so daß er über den Druckregler 19 zu jedem Kraftstoffeinspritzventil 1 zugeführt werden kann. Dieses Kraftstoffeinspritzventil 1 ist geschlossen, wenn es stromdurchflossen ist und ist geöffnet, wenn es nicht stromdurchflossen ist. Der Kraftstoff B, der zu jedem Kraftstoffeinspritzventil 1 zugeführt wird, wird in jeden der Zylinder 52 bis 55 eingespritzt, während das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 1 geöffnet ist.

Ein Kraftstoffeinspritzventil 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 im einzelnen erläutert.

In diesen Darstellungen ist gezeigt, daß das Kraftstoffeinspritzventil 1 lösbar an dem Zylinderkopf 2 des Dieselmotors durch Schraubgewindeanschluß befestigt ist und Kraftstoff in die Verbrennungskammer 3 des jeweiligen Zylinderkopfes 2 einspritzt.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 besitzt ein Ventilgehäuse 5 mit einem zylindrischen Gehäuse 6, das in Längsorientierung seiner Achse auf dem Zylinderkopf 2 lösbar durch sein Außengewinde am unteren Abschnitt befestigbar ist. Ein Innenraum des unteren Abschnittes des Gehäuses 6 bildet die Kraftstoffaufnahmekammer 7. Im Innenraum des oberen Abschnittes des Gehäuses 6 sind übereinander ein erstes, zweites, drittes und viertes Gehäuseteil 9, 10, 11 und 12 angeordnet und dieses Gehäuseteile 9 bis 12 sind lösbar und integral in dem Gehäuse 6 durch eine Überwurfmutter 13 aufgenommen und befestigt.

Durch das obere Ende des vierten Gehäuseteiles 12 hindurch ist ein Kraftstoffeinlaß 15 koaxial mit dem Gehäuse 6 ausgebildet und dieser Kraftstoffeinlaß 15 ist durch einen Zuführungskanal 16, der sich durch die Seitenwand des oberen Abschnittes des Gehäuses 6 erstreckt, mit der Kraftstoffaufnahmekammer 7 verbunden. Der Kraftstoff A in dem Kraftstofftank 17 wird durch die Kraftstoffpumpe 18 unter Druck gesetzt, strömt durch den Druckregler 19, wird durch den Kraftstoffeinlaß 15 eingeführt und dieser unter Druck stehende Kraftstoff B wird durch den Zuführungskanal 16 in die Kraftstoffaufnahmekammer 7 geführt.

Durch den unteren Endabschnitt des Gehäuses 6 erstreckt sich eine untere Führungsbohrung 21 koaxial mit dem Gehäuse 6 und das obere Ende dieser unteren Führungsbohrung 21 öffnet sich in die Kraftstoffaufnahmekammer 7. Am unteren Ende der unteren Führungsbohrung 21 und koaxial zu dieser ist eine Einspritzdüse 22 ausgebildet, die sich zu der Brennungskammer 3 hin öffnet, um die Einspritzung des unter Druck stehenden Kraftstoffes B in der Kraftstoffaufnahmekammer 7 in die Verbrennungskammer 3 durch die untere Führungsbohrung 21 zu gestatten.

Das erste Gehäuseteil 9 besitzt eine obere Führungsbohrung 21, die sich koaxial zu dem Gehäuse 6 durch das erste Gehäuseteil 9 erstreckt und deren unteres Ende sich in die Kraftstoffaufnahmekammer 7 öffnet. In der unteren Führungsbohrung 21 und in der oberen Führungsbohrung 24 ist jeweils vertikal gleitbar der untere Abschnitt und der obere Abschnitt des Ventilkörpers 25 des Einspritzventiles 1 angeordnet und das untere Ende dieses Ventilkörpers 25 ist so ausgebildet, daß es die Einspritzdüse 22 verschließt, wenn der Ventilkörper 25 abgesenkt wird.

Das erste Gehäuseteil 9 besitzt auch eine Gegendruckkammer 26, die in diesem in Verbindung mit dem oberen Ende der oberen Führungsbohrung 24 ausgebildet ist. In dieser Gegendruckkammer 26 ist das obere Ende des Ventilkörpers 25 des Einspritzventiles 1 aufgenommen, derart, daß es aus dem oberen Ende der oberen Führungsbohrung 24 hervorsteht. In dem Ventilkörper 25 ist ein Verbindungskanal 27 augenommen, der sich durch den Ventilkörper 25 zur Verbindung der Kraftstoffaufnahmekammer 7 mit der Gegendruckkammer 26 erstreckt und dieser Verbindungskanal 27 besitzt eine Drosselstelle 27a, die an seinem oberen Ende ausgebildet ist und die eine verringerte Querschnittsfläche besitzt, um den Durchgang des unter Druck stehenden Kraftstoffes B zu beschränken bzw. zu drosseln. Der unter Druck stehende Kraftstoff B in der Gegendruckkammer 26 legt den Gegendruck bzw. Rückdruck an das obere Ende des Ventilkörpers 25, um diesen nach unten vorzuspannen bzw. zu verschieben, so daß der Ventilkörper 25 die Einspritzdüse 22 verschließen kann.

Ein Auslaßanschluß 29 zur Abführung des unter Druck stehenden Kraftstoffes in der Gegendruckkammer 26 erstreckt sich den oberen Abschnitt des ersten Gehäuseteiles 9 koaxial zu dem Ventilkörper 25. Andererseits ist über dem ersten Gehäuseteil 9 eine Ventilkammer 30 ausgebildet, die durch die Gehäuseteile 9 bis 12 begrenzt wird, wobei in die Ventilkammer 30 ein Auslaßventilkörper 31 eingesetzt ist, der aufwärts und abwärts gleitbar ist, so daß der Auslaßanschluß 29 durch den Ventilkörper 31 durch dessen Aufwärtsbewegung geöffnet oder durch dessen Abwärtsbewegung geschlossen werden kann.

Wenn der Auslaßventilkörper 31 abgesenkt ist, wie dies in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, ist der Auslaßanschluß 29 durch den Auslaßventilkörper 31 verschlossen und der unter Druck stehende Kraftstoff B wird in der Gegendruckkammer 26 eingeschlossen gehalten. Da andererseits der Auslaßventilkörper 31 durch den unter Druck stehenden Kraftstoff B in der Gegendruckkammer 26 in einer Richtung zur Öffnung des Auslaßanschlusses 29 vorgespannt gehalten wird, wird der Auslaßanschluß 29 geöffnet, wenn der Auslaßventilkörper 21 angehoben wird und der unter Druck stehende Kraftstoff B in der Rück- bzw. Gegendruckkammer 26 strömt durch die Auslaßbohrungen bzw. -öffnungen 32, die sich durch den Auslaßventilkörper 31 erstrecken und erreicht den oberen Abschnitt der Ventilkammer 30, die über dem Auslaßventilkörper 31 gebildet ist.

Da ein Rückführkanal 33, der von der oberen Seite der Ventilkammer 30 nach außen aus dem Ventilgehäuse 5 heraus durch das vierte Gehäuse 12 führt, gebildet ist, wird in diesem Fall der unter Druck stehende Kraftstoff B, der den oberen Abschnitt der Ventilkammer 30 erreicht hat, durch den Rückführkanal 33 und ein Anschlußstück 34, das in den oberen Endabschnitt des Rückführkanales 33 eingeschraubt ist, zum Kraftstofftank 17 zurückgeführt.

Auf den Außenumfang des ersten Gehäuseteiles 9 ist koaxial zu dem Gehäuse 6 eine Magnetspule 36 aufgesetzt, die in bezug auf den Auslaßventilkörper 31 axial nach unten versetzt angeordnet ist, wobei sich zwei Leitungsdrähte 36a von dieser Magnetspule 36 aus dem Ventilgehäuse 5 heraus erstrecken. Eine Feder 37 zum Vorspannen des Ventilkörpers 25 des Einspritzventiles in die Richtung zum Schließen der Einspritzdüse 22 ist in der Kraftstoffaufnahmekammer 7 vorgesehen.

In dem Zustand, in dem die Magnetspule 36 nicht stromdurchflossen ist, übt der Druck des unter Druck stehenden Kraftstoffes B in der Rück- bzw. Gegendruckkammer 26 einen Druck auf den Auslaßventilkörper 31 aus und der Auslaßanschluß 29 wird geöffnet. Folglich wird der unter Druck stehende Kraftstoff B in der Gegendruckkammer 26 durch den Auslaßanschluß 29 abgeführt und der Rück- oder Gegendruck, der auf den Ventilkörper 25 des Einspritzventiles wirkt, wird vermindert. Infolgedessen öffnet dieser Ventilkörper 25 die Einspritzdüse 22 und der unter Druck stehende Kraftstoff B in der Kraftstoffaufnahmekammer 7 wird in die Verbrennungskammer 3 eingespritzt.

Wenn andererseits die Magnetspule 36 stromdurchflossen wird, zieht diese Magnetspule 36 den Auslaßventilkörper 31 elektromagnetisch an, um den Auslaßanschluß 29 zu schließen und der unter Druck stehende Kraftstoff B wird in der Gegendruckkammer 26 eingeschlossen und der Druck dieses unter Druck stehenden Kraftstoffes B liegt als Rück- oder Gegendruck auf dem Ventilkörper 25, so daß dieser Ventilkörper 25 des Einspritzventiles 1 die Einspritzdüse 22 schließen kann, um die Einspritzung zu beenden.

Die vorbeschriebene Arbeitsweise wird in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Explosionshub des Motors wiederholt und der glatte Lauf des Motors auf diese Weise fortgesetzt.

Wenn die Magnetspule 36 für einen Zeitraum, der demjenigen entspricht, in dem der Motor gestoppt bzw. im Stillstand gehalten ist, in einem nicht stromdurchflossenen Zustand gehalten ist, wird der Druck des unter Druck stehenden Kraftstoffes B in der Kraftstoffaufnahmekammer 7 gleich dem Druck in der Gegendruckkammer 26 und die Einspritzdüse 22 wird durch die Vorspannkraft der Feder 37 geschlossen gehalten, die auf den Ventilkörper 25 wirkt und diesen in seinen Schließzustand vorspannt.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Schwankung der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit (N) der Kurbelwelle 57 in Abhängigkeit von der Zeit für einen herkömmlichen Motor 51 zeigt.

Bezug nehmend auf Fig. 5 fällt die Kurbelwellendrehzahl bzw. -drehgeschwindigkeit (N) einmal auf ihren niedrigsten Wert N_{1 min} bis N_{4 min} nahe dem oberen Totpunkt für jeden der Zylinder 52 bis 55. Nahe dieses oberen Totpunktes wird der Kraftstoff durch jedes Kraftstoffeinspritzventil 1 eingespritzt und der Explosionshub wird gestartet. Entsprechend erhöht sich die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit N der Kurbelwelle 57 und erreicht ihren Maximalwert N_{1 max} bis N_{4 max}. Anschließend beginnt mit dem Ende des Explosionshubes die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 zu fallen, bis sie wieder ihren Minimalwert N_{1 min} bis N_{4 min} erreicht und die vorgenannten Schwankungen wiederholen sich anschließend

Das Drehzahldiagramm für die Kurbelwelle, das in Fig. 5 gezeigt ist, bezieht sich auf einen Motor, dessen Kraftstoffeinspritzventile 1 jeweils keiner Einstellung unterliegen. Wie ersichtlich, sind die jeweils niedrigsten Drehzahlen bzw. Drehgeschwindigkeiten N_{1 min} bis N_{4 min} oder die höchsten Drehzahlen bzw. Dregeschwindigkeiten N_{1 max} bis N_{4 max} jeweils nicht für sämtliche Vierzylinder gleich, wodurch große Schwankungen des Motorausgangsdrehmomentes verursacht werden.

Um daher diese Schwankungen zu beschränken, wird jedes Kraftstoffeinspritzventil 1 in folgender Weise eingestellt:

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das Kraftstoffeinspritzsystem nach der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung 61 zur Erfassung der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 an jedem Punkt auf, wenn die Kurbelwelle 57 von dem oberen Totpunkt aus um einen bestimmten, für alle Zylinder gleichen Kurbelwinkel in bezug auf jeden der Zylinder 52 bis 55 gedreht worden ist, wobei diese Steuereinrichtung 61 auf der Grundlage der vorgenannten Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl ein Ausgangssignal jeweils an das entsprechende Kraftstoffeinspritzventil 1 abgibt, so daß die anschließende Einspritzdauer jedes Einspritzventiles 1 auf einem größeren oder kleineren Wert hin eingestellt werden kann.

Diese Einstellung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 5 sowie 6 bis 10 erläutert. Die Anzahl der Zähne des Ringzahnrades 38, das in Fig. 1 gezeigt ist, beträgt in diesem Fall vorzugsweise 360. Die Steuereinrichtung 61 besitzt einen Sensor 62 zur Erzeugung eines Impulses für jeden Zahn des Ringzahnrades 58, wenn dieses sich mit der Kurbelwelle 57 dreht und erfaßt die Anzahl der Impulse, wie dies mit dem Bezugszeichen 63 in Fig. 1 dargestellt ist.

Unter der Annahme eines Kurbelwinkelbereiches vom oberen Totpunkt eines der Zylinder 52 bis 55 bis zu 30° vor dem oberen Totpunkt beträgt die Anzahl der Zähne des Ringzahnrades 58 innerhalb dieses Bereiches 360×(30/360)=30. Wenn daher die Steuereinrichtung 61 30 Impulse von dem Kurbelwinkel 30° vor oberem Totpunkt gezählt hat, bedeutet dies, daß die Kurbelwelle in bezug auf den betreffenden Zylinder ihren oberen Totpunkt erreicht hat. Die Steuereinrichtung 61 ist so ausgelegt, daß es die Zeit T₁ bis T₄ für jeden Zylinder 52 bis 55 mißt, die die Kurbelwelle benötigt, um von einem Kurbelwinkel 30° vor dem oberen Totpunkt aus den oberen Totpunkt zu erreichen, wie dies in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 64 bezeichnet ist.

Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, erreicht die Kurbelwelle für die Zylinder 52 bis 55 in der folgenden Reihenfolge den oberen Totpunkt: Erster Zylinder 52 - dritter Zylinder 54 - vierter Zylinder 55 - zweiter Zylinder 53. Die erforderliche Zeit für das Erreichen des oberen Totpunktes T₁ bis T₄ von einem Winkels jeweils 30° vor oberem Totpunkt wird in dieser Reihenfolge gemessen.

Dieser Vorgang wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 erläutert, die Ablaufdiagramme für die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 61 zeigen, in denen mit P1 bis P19 jeweils die Programmschritte bezeichnet sind.

In dem Ablaufdiagramm wird in dem Schritt P1 die Einspritzsignaldauer P₁ für den ersten Zylinder 52 festgelegt. Im vorliegenden Fall ist diese Einspritzsignaldauer der Zeitraum, währenddessen die Magnetspule 36 nicht angeregt ist, d. h. die Einspritzsignaldauer ist der Zeitraum, in dem die Einspritzdüse 22 offen gehalten ist.

Während der Einspritzsignaldauer P₁ ist somit die Einspritzdüse 22 offen und Kraftstoff wird in ersten Zylinder 52 eingespritzt und in dem ersten Zylinder 52 wird der Explosionshub ausgeführt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Als nächstes wird die Zeit T₁ gemessen, die die Kurbelwelle 57 benötigt, um von einen Kurbelwinkel 30° vor dem oberen Totpunkt aus den oberen Totpunkt für den dritten Zylinder 54 zu erreichen, wobei diese Zeitbestimmung im Schritt P3 erfolgt.

Durch Wiederholen vergleichbarer Schritte wird die erforderliche Zeit T₃ in den Schritten P4, P5 und P6 gemessen, die erforderliche Zeitspanne T₄ wird in den Schritten P7, P8 und P9 gemessen und außerdem wird die Zeitspanne T₂ in den Schritten P10, P11 und P12 jeweils für das Erreichen des oberen Totpunktes für jeden der Zylinder 52 bis 55 von einem Winkel 30° vor oberem Totpunkt jeweils gemessen. Während der Ablauf vom Schritt P1 zum Schritt P12 fortschreitet, führt die Kurbelwelle zwei Umdrehungen aus, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist und der Mittelwert T_a der jeweils erforderlichen Zeiten T₁ bis T₄ wird als Momentanwert im Schritt P13 in Fig. 6 berechnet.

Mit dem Mittelwert T_a und einem Satz von Grundbedingungen für die Kraftstoffeinspritzung, die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 66 bezeichnet sind, und die durch den Eingabe-Personalcomputer 65 eingegeben werden, wird, wie dies in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 67 bezeichnet ist, eine Eingabe mit Proportionalitäts- und Integrationselementen berechnet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist und die jeweilige Einspritzsignaldauer P₁ bis P₄ wird durch jedes Programm nach Fig. 6 erneuert bzw. aktualisiert. Wie dies mit dem Bezugszeichen 68 in Fig. 1 bezeichnet ist, wird für jeden Zylinder 52 bis 55 das Einspritzsignal an jedes der Einspritzventile 1 gegeben, d. h. die Magnetspule 36 wird lediglich während der Zeitdauer jeder Einspritzsignaldauer P₁ bis P₄ abgeschaltet bzw. nicht vom Anregungsstrom durchflossen, so daß eine entsprechende Kraftstoffmenge eingespritzt werden kann.

Die Festlegung der Einspritzsignaldauer P₁ wird im einzelnen unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in Fig. 7 erläutert.

In Fig. 7 ist die Einspritzsignaldauer P₁ in dem Schritt P14 derjenige Wert, der vorher festgelegt worden ist und die Differenz ΔT₁ zwischen der erforderlichen Zeitdauer T₁ und der Mittelwert T_a, der im Schritt P13 in Fig. 6 berechnet wurde, wird im Schritt P15 berechnet. Mit fortdauerndem Betrieb des Motors 51 werden die Differenzen ΔT₁ summiert (Schritt P16).

Andererseits wird in dem Eingabe-PC 65 eine Referenz-Einspritzsignaldauer P mit der Einspritzdauer R und der Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle 57 berechnet, wie im Schritt P17 gezeigt, und die Einspritzsignaldauer P₁, die neu festgelegt werden soll, wird mit dieser Referenz-Einspritzsignaldauer P, der vorerläuterten Differenz ΔT₁ und der Summe ΣΔT₁ im Schritt P18 berechnet.

Die Gleichung für diese Berechnung ist:

P₁ = K_pΔT₁ + K_i · ΣΔT₁ + P.

In dieser Gleichung sind K_p ein Proportionalitätsfaktor, K_i ein Integrationsfaktor. Wenn diese Koeffizienten kleiner festgelegt werden, ändert sich die Festlegung von P₁ allmählich. Wenn die vorgenannten Koeffizienten größer festgelegt werden, ändert sich die Festlegung von P₁ abrupt. Die obigen Koeffizienten werden z. B. auf kleinere Werte festgelegt, wenn die Außenluft warm ist und werden auf größere Werte festgelegt, wenn die Außenumgebung kälter ist.

Die Einspritzsignaldauer P₁ wird neu im Schritt P19 festgelegt und wird neu in den Schritt P1 eingeführt.

Die Fig. 8 und 9 zeigen im einzelnen die Inhalte bei der Festlegung der Einspritzsignaldauer P₁ im Schritt P19. Wenn die erforderliche Zeitspanne (Erreichen des oberen Totpunktes) T₁ lang ist, d. h. wenn die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit der Kurbelwelle 57 klein ist, wenn sie in die Nähe des oberen Totpunktes für den dritten Zylinder 54 kommt, wird der Endzeitpunkt der Einspritzsignaldauer P₁ anschließend um ΔP verzögert, wie dies in Fig. 8 gzeigt ist. Im Ergebnis dessen wird die Kraftstoffeinspritzdauer R₁, die der Einspritzsignaldauer P₁ entspricht, um ΔR verlängert und die Kraftstoffeinspritzmenge wird soweit erhöht, daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 erhöht wird, wenn sie sich dem oberen Totpunkt des dritten Zylinders 54 nähert.

Wenn andererseits die erforderliche Zeitspanne T₁ (jeweiliges Erreichen des oberen Totpunktes) von einem Kurbelwinkel 30° vor dem oberen Totpunkt (OT) kurz ist, d. h. wenn die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 groß ist, wenn sie sich dem oberen Totpunkt des dritten Zylinders 54 nähert, wird der Endzeitpunkt für die Einspritzsignaldauer P₁ um ΔP′ vorverlagert, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Im Ergebnis dessen wird die Kraftstoffeinspritzdauer R₁, die der Einspritzsignaldauer P₁ entspricht, um ΔR′ verkürzt und die Kraftstoffeinspritzmenge wird soweit vermindert, daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 sich vermindert, während sie sich dem oberen Totpunkt für den dritten Zylinder 54 nähert.

Obwohl so die Einspritzsignaldauer P₁ auf einen längeren oder kürzeren Wert in dem vorgenannten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingestellt wird, indem der Endzeitpunkt der Signaldauer entweder verzögert (spätverstellt) oder vorverlegt (vorverstellt) wird, wobei der Startzeitpunkt für die Einspritzsignaldauer auf einem konstanten Zeitpunkt unverändert bleibt und wobei der obere Totpunkt als Referenzpunkt verwendet wird, kann die Einspritzsignaldauer P₁ auch durch Vorverstellen oder Spätverstellen ihres Startzeitpunktes eingestellt werden, wobei ihr jeweiliger Endzeitpunkt (Signalende) auf einen konstanten Zeitpunkt eingestellt bleibt und wobei der obere Totpunkt als Vergleichszeitpunkt herangezogen wird. Außerdem ist es auch möglich, sowohl die Start- als auch die Endzeitpunkte für die Zeitdauer des Einspritzsignales P₁ unter Verwendung des oberen Totpunktes jeweils als Referenzzeitpunkt einzustellen.

Die Einstellungen für die jeweilige Einspritzsignaldauer P₂ bis P₄ sind derjenigen für die Einspritzsignale P₁ vergleichbar und werden daher hier nicht noch einmal erläutert.

Wie oben dargelegt, wird nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die niedrigste Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit N_min für sämtliche Zylinder an einen identischen, gemeinsamen Wert für sämtliche Zylinder durch die Steuerung des Steuersystemes 61 angenähert. Das Ergebnis dieser Maßnahme zeigt Fig. 10a, welche die Schwankung der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 in Abhängigkeit von der Zeit verdeutlicht. Ein Vergleich von Fig. 10a mit den Schwankungen der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle bei einem herkömmlichen System (Fig. 5) zeigt die Wirkungen der Erfindung.

Fig. 10b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Drehzahlverlauf bzw. die Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle dargestellt sind, wenn als Ausgangsbasis für die Steuerung die erforderlichen Zeiträume T₁ bis T₄ gemessen werden, die erforderlich sind, bis die Kurbelwelle für jede der Zylinder in einem Explosionshub von einem bestimmten Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt aus den unteren Totpunkt erreicht und die jeweilige Einspritzsignaldauer P₁ bis P₄ für jedes der Einspritzventile 1 auf der Grundlage solcher Zeitmessungen gesteuert werden. In diesem Fall wird die höchste Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit (N_max) für sämtliche Zylinder möglichst nahe an einen gemeinsamen, übereinstimmenden Wert für alle Zylinder angenähert. Wie Fig. 10 zeigt, ist auch auf diese Weise eine Verringerung der Drehzahlschwankungen der Kurbelwelle 57 möglich.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in bezug auf das Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ist in Fig. 10c gezeigt, bei dem die mittlere Drehzahl bzw. durchschnittliche Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 57 für sämtliche Zylinder 52 bis 55 so gestellt wird, daß sie möglichst nahe bei einem gemeinsamen Wert liegt, wobei diese Steuerung auf der Messung der Zeitspanne beruht, die die Kurbelwelle benötigt, um einen bestimmten Winkelbereich zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt zu durchlaufen.

Obowhl die Erfindung in obigem Ausführungsbeispiel anhand eines Vierzylinder-Dieselmotors 51 erläutert wurde, ist die Anzahl der Zylinder hierauf nicht beschränkt. Es wird auch darauf hingewiesen, daß es zwar wünschenswert sein kann, die erforderlichen Zeiträume T₁ bis T₄ für die Kurbelwelle 57 oder ein Ringzahnrad 58 auf dieser direkt zu messen, jedoch kann die Drehzahlmessung auch auf der Grundlage einer abgeleiteten Drehzahl, wie z. B. durch die Drehzahl einer Nocken- oder Pumpenwelle erfolgen, die nach dem Maß eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses mit der Kurbelwelle 57 gekoppelt sind.

In obigem Ausführungsbeispiel wurde die Kraftstoffeinspritzung anhand eines Kraftstoffeinspritzventiles 1 erläutert, welches durch einen Anregungsstrom seiner Magnetspule 36 geschlossen wird und welches durch Abschalten bzw. Stromlosigkeit seiner Magnespule 36 zur Kraftstoffeinspritzung geöffent wird. Es ist selbstverständlich auch möglich, daß das Kraftstoffeinspritzventil 1 jeweils in umgekehrtem Sinne durch einen Anregungsstrom, der durch die Magnetspule 36 fließt, Einspritzung von Kraftstoff wird und die Kraftstoffeinspritzung dann beendet wird, wenn das jeweilige Einspritzventil 1 stromlos ist.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Steuereinrichtung zum Erfassen der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle versehen ist, wobei es möglich ist, die Drehzahl an jedem Punkt zu bestimmen, der durch seine Lage relativ zum oberen oder unteren Totpunkt für jeden Zylinder charakterisiert ist und wobei die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle für jeweils einen in bezug auf den Referenzpunkt (oberen oder unteren Totpunkt) gleichen Punkt für sätmliche Zylinder bestimmt wird. Auf der Grundlage dieser Drehzahl, z. B. an einem Punkt 30° vor dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle für jeden Zylinder, werden die Ausgangssignale der Steuereinrichtung an jedes der zugehörigen Kraftstoffeinspritzventile gelegt, so daß die anschließende Einspritzdauer jedes Einspritzventiles verlängert oder verkürzt werden kann. Diese Steuerung der Einspritzventile erfolgt derart, daß dann, wenn eine niedrige Drehzahl bei einem bestimmten Kurbelwinkel festgestellt wird, die Kraftstoffeinspritzdauer verlängert wird, so daß die Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit bei dem betreffenden Kurbelwinkel für den zugehörigen Zylinder erhöht wird. Sofern festgestellt wird, daß die erfaßte Drehzahl bei einem bestimmten Kurbelwinkel für den betreffenden Zylinder hoch ist, wird die anschließende Kraftstoffeinspritzdauer verkürzt, so daß die Drehzahl bei dem vorgegebenen Kurbelwinkel für den betreffenden Zylinder vermindert wird.

Diese Steuerung führt zu dem Ergebnis, daß die Schwankung bzw. Änderung der Kurbelwellendrehzahl in bezug auf die Umdrehungen der Kurbelwelle bzw. die Zeit vermindert werden, so daß Schwankungen des Ausgangsdrehmomentes vermindert bzw. minimiert werden und die Entstehung von Geräuschen und Schwingungen reduziert wird.

Da erfindungsgemäß die Kraftstoffeinspritzperioden automatisch verlängert oder verkürzt werden bzw. auf länger oder kürzer eingestellt werden, können Schwankungen des Ausgangsdrehmomentes des Motors verringert werden, selbst dann, wenn Unterschiede in den Zylinderkennwerten, z. B. in bezug auf das Verdichtungsverhältnis, den Reibungsverlust oder dgl. vorliegen, die eine signifikante Schwankung der Kurbelwellendrehzahl verursachen, oder wenn die Kraftstoffeinspritzmengen der Kraftstoffeinspritzventile voneinander infolge der Streuung der Kraftstoffeinspritzventilkennlinien verschieden sind, obwohl der jeweilige Kraftstoffeinspritzdruck oder die Kraftstoffeinspritzzeitdauer für die Öffnung der Einspritzdüse für sämtliche Einspritzventile jeweils gleich sind.

Ferner hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß die Lebensdauer der Kraftstoffeinspritzventile verlängert werden kann, obwohl die Kennlinien der Kraftstoffeinspritzventile sich durch Abnutzung und dgl. ändern, wenn der Motor über lange Zeiträume verwendet wird, wobei Schwankungen des Ausgangsdrehmomentes in gleicher Weise, wie vorher erläutert, vermieden bzw. vermindert werden. Überdies führt das Kraftstoffeinspritzverfahren und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch zu dem Vorteil, daß sie zugleich als Überwachungseinrichtung für die Arbeitsweise der Kraftstoffeinspritzventile verwendet werden kann, um in einem sehr frühen Stadium eventuelle Fehlfunktionen festzustellen. Z. B. wird normalerweise ein Fehler des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles oder des Motors angenommen, wenn die Kraftstoffeinspritzdauer sich übermäßig verlängert oder übermäßig verkürzt. In diesem Fall ist es für die Bedienungsperson möglich, sofort etwaige Fehler festzustellen und zu beseitigen oder zu kompensieren, indem das Einspritzsystem nach der vorliegenden Erfindung auch dazu führt, daß eine übermäßige Verlängerung oder Verkürzung der Einspritzzeiten erfaßt und die Bedienungsperson hierauf hingewiesen wird.

In den Zeichnungen des Ausführungsbeispieles zeigt

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines Kraftstoff-Einspritzventiles nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 ein Diagramm, das die Schwankungen der Drehzahl einer Kurbelwelle grundsätzlich verdeutlicht,

Fig. 6 und 7 Ablaufdiagramme, die bei der Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung abgearbeitet werden,

Fig. 8 ein Diagramm, das einen Einspritzimpuls in Abhängigkeit von der Zeit darstellt,

Fig. 9 ein Diagramm, das die Einspritzleistung in Abhängigkeit von der Zeit darstellt, und

Fig. 10 ein Diagramm, das die Schwankungen der Drehzahl bei einer Kraftstoffeinspritzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wiederspiegelt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, insbesondere einen Mehrzylinder-Dieselmotor, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Zylinder (52 bis 55) eine Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (57) bei einem für alle Zylinder (52 bis 55) zumindest nahezu gleichen Kurbelwinkel in bezug auf einen vorgegebenen Kurbelwinkel-Referenzwert zur Bildung eines Einspritz-Steuersignales (P₁ bis P₄) für ein Einspritzventil (1) des Zylinders (52 bis 55) erfaßt wird und die Einspritzdauer (R_1-4) jedes Einspritzventiles (1) in Richtung auf eine Verringerung von kurbelwinkelabhängigen Drehgeschwindigkeitsdifferenzen (ΔN) der Kurbelwelle (57) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwinkel-Referenzwert der obere Totpunkt (OT) ist und die Erfassung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (57) für jeden Zylinder (52 bis 55) 30° vor dem oberen Totpunkt (OT) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des Einspritzsteuer-Signales (P_1-4) auf der Grundlage einer Zeitmessung einer für das Überstreichen eines Kurbelwinkelbereiches zwischen dem für alle Zylinder (52 bis 55) gleichen Kurbelwinkel und dem Kurbelwinkel-Referenzwert benötigten Zeitdauer (T_1-4), vorzugsweise auf der Grundlage einer Impulszählung, erfolgt.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine minimale Drehgeschwindigkeit (N_{1-4 min}) der Kurbelwelle (57) nahe des oberen Totpunktes (OT) für jeden Zylinder (52 bis 55) vor Beginn eines Explosionshubes einander angeglichen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (T_1-4), die die Kurbelwelle (57) für jeden Zylinder (52 bis 55) für das Erreichen des oberen Totpunktes (OT) von einem Kurbelwinkel 30° vor dem oberen Totpunkt (OT) benötigt, erfaßt und die Einspritz-Steuersignale (P_1-4) für die Kraftstoffeinspritzdauer (R_1-4) der Einspritzventile (1) in Abhängigkeit von der erfaßten Zeitdauer (T_1-4) ausgegeben werden.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beginn und/oder ein Ende eines Einspritz-Steuersignales (P_1-4) für die Kraftstoffeinspritzventile (1) in Abhängigkeit von der erfaßten Zeitdauer (T_1-4) für das Erreichen des oberen Totpunktes (OT) von einem vorangehenden Kurbelwinkelwert aus variabel ist.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximale Drehgeschwindigkeit (N_{1-4 max}) der Kurbelwelle (57) nahe des unteren Totpunktes (OT) für jeden Zylinder (52 bis 55) während des Explosionshubes einander angeglichen wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Drehgeschwindigkeit (T_a) der Kurbelwelle (57) für alle Zylinder (52 bis 55) einander angenähert wird, indem eine Zeitdauer gemessen wird, die die Kurbelwelle (57) benötigt, um für jeden Zylinder (52 bis 55) einen vorgegebenen Kurbelwinkelbereich zwischen dem oberen und unteren Totpunkt (OT, UT) zu überstreichen.

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, insbesondere einen Mehrzylinder-Dieselmotor mit einem Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder, einer Kraftstoffzuführungs- und -druckbeaufschlagungseinrichtung sowie einer Steuereinrichtung für die Betätigung der Kraftstoff-Einspritzventile, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine elektronische Eingabeeinrichtung (65), eine Kurbelwellendrehzahl-Erfassungseinrichtung (63) mit einer Zeiterfassungseinrichtung (64) für das Überstreichen eines vorgegebenen Kurbelwinkels für jeden Zylinder (51 bis 55), eine Einspritzsteuersignal-Aktualisierungseinrichtung (67) sowie eine Ausgabeeinrichtung (68) für Einspritz-Steuersignale (P_1-4), die an die Kraftstoff-Einspritzventile (1) gelegt werden, aufweist.

10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der elektrischen Eingabeeinrichtung (65) eine Einrichtung (66) zur Einstellung von Grundbedingungen der Kraftstoffeinspritzung verbunden ist.

11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritzventil (1) ein im wesentlichen zylinderisches Gehäuse (6) zur Aufnahme einer Einspritzdüse (22), die mit einer Kraftstoffaufnahmekammer (7) verbunden ist, zur Aufnahme einer Magnetspule (36) mit einem Auslaßventilkörper (31) sowie zur Aufnahme eines längsbeweglichen und in Schließrichtung federnd vorgespannten, kraftstoffdruckgesteuerten Ventilkörpers (25) zur Steuerung der Einspritzdüse (22) sowie eine Mehrzahl von inneren Gehäuseteilen (9 bis 12) aufweist und das Gehäuse (6) durch eine Überwurfmutter (13) unter Durchführung einer Kraftstoffeinlaß- sowie einer Kraftstoffauslaßleitung (15, 34) sowie elektrischer Steuerleitungen (36a) verschließbar ist.

12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberes Steuerende des Ventilkörpers (25) von einem Kraftstoff-Gegendruck in einer Gegendruckkammer (26) beaufschlagbar ist und die Gegendruckkammer (26) durch den von der Elektromagnetspule (36) gesteuerten Auslaßventilkörper (31) mit einer Ventilkammer (30) verbindbar ist, die mit einem ein inneres Gehäuseteil (12) schräg aufwärts sowie die Überwurfmutter (13) mit einem Anschlußstück (34) durchsetzenden Kraftstoffauslaßkanal (33) verbunden ist.