DE4304163A1 - Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Steuerung der Kraft
stoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des
Hauptanspruchs.
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit elektronischer Einspritzung
wird üblicherweise im Steuergerät berechnet, wann und wieviel Kraft
stoff pro Zylinder eingespritzt werden soll. Damit diese Berechnungen
in korrekter Weise durchgeführt werden können, muß die jeweilige
Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwelle der Brennkraftmaschine bekannt
sein, es ist daher üblich und wird beispielsweise in der
EP-PS 0 017 933 beschrieben, daß die Kurbel- und die Nockenwelle mit
je einer Scheibe verbunden sind, auf deren Oberfläche wenigstens eine
Bezugsmarke angebracht ist, wobei auf der Kurbelwellenscheibe zusätz
lich eine Vielzahl gleichartiger Markierungen, auch Inkrement genannt,
angebracht sind.
Die beiden sich drehenden Scheiben werden von passenden feststehenden
Aufnehmern abgetastet, aus der zeitlichen Abfolge der von den Auf
nehmern gelieferten Impulse läßt sich eine eindeutige Aussage über
die Stellung von Kurbel- und Nockenwelle gewinnen und es können im
Steuergerät entsprechende Ansteuersignale für die Einspritzung oder
Zündung gebildet werden.
Das bekannte System hat den Nachteil, daß erst nach einer gewissen Um
drehung der beiden Wellen eine eindeutige Lageerkennung möglich ist,
da für diese Lageerkennung das Vorbeilaufen der Referenzmarke bzw. der
Referenzmarken an den jeweiligen Aufnehmern abgewartet werden muß. Da
mit kann nicht gleich nach dem Start der Brennkraftmaschine eine
korrekte Einspritzung erfolgen.
Es wird deshalb in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentan
meldung P 42 30 616, die eine Einrichtung zur Erkennung der Stellung
wenigstens einer, eine Referenzmarke aufweisenden Welle, betrifft,
vorgeschlagen, diese Einrichtung bei einer Brennkraftmaschine einzu
setzen und dabei nach dem Abschalten der Zündung und Einspritzung eine
Auslauferkennung durchzuführen, wobei vom Steuergerät die Stellung der
Kurbel- und Nockenwelle beim Stillstand ermittelt und abgespeichert
wird.
Beim Wiedereinschalten steht die so ermittelte Stellung dem Steuerge
rät sofort zur Verfügung, so daß die ersten Einspritzungen bereits
kurz nach Drehbeginn erfolgen können. Bei der in der P 42 30 616 be
schriebenen Einrichtung wird zwar angegeben, daß Einspritzungen mög
lichst früh erfolgen sollen, es wird jedoch nicht näher erläutert, wie
diese Einspritzungen genau festgelegt werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat
den Vorteil, daß unmittelbar nach Einschalten der Brennkraftmaschine
die Stellung der Nocken- bzw. der Kurbelwelle im Steuergerät bekannt
ist, so daß dieses sofort mit der zylinderrichtigen Zuordnung der Ein
spritzung beginnen kann.
Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die erste Einspritzung bereits
vor Drehbeginn folgen kann, so daß die Brennkraftmaschine besonders
früh hochlaufen kann.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß nach Drehbeginn, jedoch noch vor der
Synchronisation weitere Einspritzungen zylinderrichtig erfolgen
können, die eine weitere Verbesserung des Hochlaufens ermöglichen.
Der Übergang zwischen den Starteinspritzungen und der Normalein
spritzung wird in vorteilhafter Weise so gestaltet, daß weder eine
fehlende noch eine doppelte Einspritzung in bzw. für einen Zylinder
erfolgt, wodurch sichergestellt wird, daß alle Zylinder gleichmäßig
mit Kraftstoff versorgt werden und kein Abmagern bzw. Überfetten des
Gemisches in einzelnen Zylindern erfolgt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach
folgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine grobe
Übersicht über die Anordnung von Kurbel- bzw. Nockenwelle samt den zu
gehörigen Sensoren und dem Steuergerät, in dem die Berechnungen zur
Steuerung der Einspritzung ablaufen. In Fig. 2 sind Steuersignale
bzw. von Sensoren registierte Signale während der Startphase einer
Brennkraftmaschine über der Zeit aufgetragen.
In Fig. 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Be
standteile einer Brennkraftmaschine beispielhaft dargestellt. Dabei
ist mit 10 eine Geberscheibe bezeichnet, die starr mit der Kurbelwelle
11 einer Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine
Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Neben diesen
gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Referenzmarke 13 vorgesehen,
die beispielsweise durch zwei fehlende Winkelmarken realisiert ist.
Eine zweite Geberscheibe 14 ist mit der Nockenwelle 15 der Brennkraft
maschine verbunden und weist an ihrem Umfang ein Segment 16 auf, mit
dem die Phasenlage der Referenzmarke auf der Kurbelwellenscheibe be
stimmt wird. Mit 17 ist die zwischen Kurbel- und Nockenwelle bestehen
de Verbindung, die die Nockenwelle mit halber Kurbelwellendrehzahl
dreht, symbolisiert.
Die dargestellte Form der mit der Kurbel- bzw. der Nockenwelle ver
bundenen Geberscheiben ist beispielhaft und kann durch wählbare andere
Formen ersetzt werden.
Die beiden Geberscheiben 10, 14 werden von Aufnehmern 18, 19, bei
spielsweise induktiven Aufnehmern oder Hall-Sensoren abgetastet, die
beim Vorbeilaufen der Winkelmarken in den Aufnehmern erzeugten Signale
werden entweder gleich aufbereitet und einem Steuergerät 20 zugeführt
oder erst im Steuergerät in geeigneter Weise aufbereitet, wobei bei
spielsweise Rechtecksignale gebildet werden, deren Anstiegsflanken dem
Beginn einer Winkelmarke und dessen abfallende Flanken dem Ende einer
Winkelmarke entsprechen. Diese Signale bzw. die zeitlichen Abfolgen
der einzelnen Impulse werden im Steuergerät 20 weiterverarbeitet.
Das Steuergerät 20 erhält über verschiedene Eingänge weitere, für die
Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangs
größen, die von verschiedenen Sensoren gemessen werden. Als Beispiele
solcher Sensoren seien erwähnt: ein Temperatursensor 21, der die Mo
tortemperatur mißt, ein Drosselklappensensor 22, der die Stellung der
Drosselklappe registriert, ein Drucksensor 23, der den Druck im An
saugrohr oder den Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine mißt.
Weiterhin wird über den Eingang 24 ein "Zündung ein"-Signal zugeführt,
das beim Schließen des Zündschalters 25 von der Klemme K115 des Zünd
schlosses geliefert wird.
Ausgangsseitig stellt das Steuergerät, das nicht dargestellte
Rechen- bzw. Speichermittel sowie einen mit 30 bezeichneten Permanent
speicher umfaßt, Signale für die Zündung und Einspritzung für nicht
näher bezeichnete entsprechende Komponenten der Brennkraftmaschine zur
Verfügung. Diese Signale werden über die Ausgänge 26 und 27 des
Steuergerätes 20 abgegeben.
Je nach Bedarf können weitere Sensoren eingesetzt werden, deren
Signale dem Steuergerät zugeführt werden, das Steuergerät 20 kann
ebenfalls weitere für die Regelung der Brennkraftmaschine erforder
liche Signale abgeben. Es ist auch nicht erforderlich, daß alle darge
stellten Sensoren vorhanden sind.
Die Spannungsversorgung des Steuergerätes 20 erfolgt in üblicher Weise
mit Hilfe einer Batterie 28, die über ein Schalter 29 während des Be
triebs der Brennkraftmaschine sowie während einer Nachlaufphase nach
Abstellen des Motors mit dem Steuergerät 20 in Verbindung steht.
Mit der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung kann die Stellung der
beiden Wellen 11, 15 während des Betriebes der Brennkraftmaschine je
derzeit erfaßt werden. Da die Zuordnung zwischen Kurbelwelle und
Nockenwelle ebenso bekannt ist wie die Zuordnung zwischen Stellung der
Nockenwelle und der Lage der einzelnen Zylinder, kann nach dem Er
kennen der Bezugsmarke eine Synchronisation erfolgen und nach einer
erfolgten Synchronisation in bekannter Weise die Einspritzung und die
Zündung gesteuert bzw. geregelt werden. Eine solche Regelung einer
Brennkraftmaschine ist beispielsweise in der DE-OS 39 23 478 be
schrieben und wird deshalb hier nicht näher erläutert.
Mit der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung ist jedoch auch eine er
findungsgemäße Erkennung der Motorposition im Auslauf während der so
genannten Nachlaufphase möglich. In dieser Nachlaufphase, die sich an
den üblichen, beispielsweise aus der obengenannte Offenlegungsschrift
bekannten Normalbetrieb der Brennkraftmaschine anschließt, läuft noch
eine Auswertung der Sensorausgangssignale ab, die letzten ermittelten
Stellungen der Kurbel- und Nockenwelle werden im Permanentspeicher des
Steuergerätes abgelegt und stehen daher beim Wiedereinschalten sofort
zur Verfügung. Die genaue Vorgehensweise ist in der DE-P 42 30 616 be
schrieben.
In Fig. 2 sind für eine Vierzylinder Brennkraftmaschine die zum Ver
ständnis der Erfindung wesentlichen Signal bzw. Spannungsverläufe
U(t)[V], die bei Probeläufen aufgenommen wurden, über der Zeit t in
Millisekunden aufgetragen. Dabei zeigt Fig. 2a die vom Steuergerät
abgegebenen Ansteuersignale A, B, C und D für die Einspritzventile der
Zylinder 1 bis 4, wobei die Einspritzungen durch die Minima charakte
risiert sind. Mit einem Pfeil sind die Zündungen, die in den einzelnen
Zylindern erfolgen, symbolisiert, der Bereich X bezeichnet die geöff
neten Zylindereinlaßventile.
In Fig. 2b gibt das obere Signal E den Verlauf der Zündsignale an,
das untere Signal F ist das Ausgangssignal des Nockenwellensensors,
bzw. des Phasensensors, dabei tritt das Minimum alle 720° KW auf.
In Fig. 2c ist das Ansteuersignal G für das Elektrokraftstoffpumpen
relais sowie das Drehzahlsignal H und das Ausgangssignal I des Kurbel
wellengebers aufgetragen.
Zum Zeitpunkt t=0 wird über das Zündschloß 25 der Start der Brenn
kraftmaschine eingeleitet. Zum Zeitpunkt t1 wird vom Steuergerät 20
Spannung an die einzelnen Systeme bzw. Geber gelegt, das Elektrokraft
stoffpumpenrelais wird betätigt, so daß die Kraftstoffpumpe mit der
Kraftstofförderung beginnt. Da das Steuergerät 20 bereits zu diesem
Zeitpunkt die genaue Winkellage der Kurbel- bzw. der Nockenwelle
kennt, kann es sofort mit der Berechnung der für die Einspritzung
wesentlichen Zeiten beginnen.
Zum Zeitpunkt t2 wird der Anlaßer eingerückt, infolge der großen
Stromaufnahme erfolgt bei den Signalen A bis E ein Einbruch. Ab der
Zeit t2 beginnt sich der Motor zu Drehen, der Kurbelwellengeber gibt
drehzahlabhängige Pulse ab, zur Zeit t3 wird die Bezugsmarke erkannt,
später, bei höherer Drehzahl kann das Auftreten der Drehzahlsignale
bei der in Fig. 2 gewählten Auflösung nicht mehr erkannt werden.
Nachdem das erste Minimum des Phasensignales erkannt ist, kann die
reguläre Synchronisation erfolgen und es findet die normale SEFI statt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist das Einspritzventil EV3
als erstes offen, das Steuergerät kann noch bevor sich der Motor zu
drehen beginnt, bereits eine erste phasenrichtige Einspritzung aus
lösen. Diese erste Einspritzung ist mit NS bezeichnet und wird auch
Nullspritzer genannt, da die Drehzahl noch Null ist und erfolgt in ein
offenes Einlaßventil. Der Nullspritzer kann beispielsweise nach dem
Steuergerätereset ausgelöst werden, er kann mit dem ersten Drehzahl
signal ausgelöst werden oder mit dem Einrücken des Starters. Dabei
kann das Einrücken des Starters über den dadurch verursachten
Spannungseinbruch oder über die Starterklemme K150 selbst erkannt wer
den.
Voraussetzung für diesen Nullspritzer ist, daß im Kraftstoffverteiler
bereits der nötige Kraftstoffdruck vorliegt. Wenn die Brennkraftma
schine nicht zu lange abgestellt war oder sich noch in der Nachlauf
phase befindet, herrscht üblicherweise noch der erforderliche Kraft
stoffdruck, so daß unter diesen Bedingungen ein Nullspritzer abgegeben
werden kann.
Ab dem Zeitpunkt t2 beginnt sich der Motor zu drehen, es werden da
durch andere Einspritzventile geöffnet. Beim Beispiel nach Fig. 2 ist
dies das Einspritzventil EV4. Noch bevor die Synchronisation der
Brennkraftmaschine stattgefunden hat, werden vom Steuergerät weitere
Einspritzungen ausgelöst, die als Erstspritzer ES bezeichnet werden.
Diese Erstspritzer ES erfolgen bei EV4 ins offene Einlaßventil, bei EV
1 werden sie dem Öffnen des Einlaßventils vorgelagert. Somit ist
sichergestellt, daß der erste Zylinder der nach der Synchronisation
gezündet werden kann, bereits zündfähiges Gemisch enthält und hier der
Motor schon in den Selbstlauf übergeht, was eine Verkürzung der Start
zeit bedeutet.
Nach erfolgter Synchronisation schaltet das Steuergerät auf die nor
male Einspritzung, beispielsweise auf die bekannte SEFI-Einspritzung.
Gleichzeitig werden dann vom Steuergerät die erforderlichen Zündungen
ausgelöst, so daß die Brennkraftmaschine ihren normalen Betriebs zu
stand erreicht hat.
Der Übergang von der Starteinspritzung zur normalen Einspritzung wird
so gestaltet, daß keine fehlende oder doppelte Einspritzung in die
einzelnen Zylinder auftritt. Bei der Berechnung der Einspritzmenge
kann das Steuergerät temperaturabhängige Parameter berücksichtigen.
Wenn der Motor längere Zeit ausgeschaltet war, so daß der Kraftstoff
druck stark abgefallen ist, wird beim Nullspritzer kein Kraftstoff
eingespritzt, die beiden Erstspritzer können jedoch erfolgen, da zu
diesem Zeitpunkt durch die Kraftstoffpumpe bereits ein für Ein
spritzungen ausreichender Kraftstoffdruck aufgebaut ist. In diesem
Fall wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls eine beträcht
liche Verbesserung des Drehzahlhochlaufs erhalten.
Im ungünstigsten Fall stimmt die nach beendigtem Nachlauf abge
speicherte Position von Kurbel- und Nockenwelle nicht mit der tatsäch
lichen Position überein, so daß in der Startphase vor der Synchroni
sation die falschen Einspritzventile angesteuert werden, dies führt zu
einem gegenüber der richtigen Ansteuerung verschlechterten.
Drehzahlhochlauf, der Drehzahlhochlauf entspricht dann dem bei Syste
men ohne Einspritzung vor der Synchronisation zu er reichenden Dreh
zahlhochlauf.
An Stelle eines Systemes, bei dem während einer Nachlaufphase eine Er
kennung der Stellung der Kurbel- und Nockenwelle erfolgt und die Stel
lung im Stillstand abgespeichert wird, kann auch ein aufwendigeres Ab
solutgebersystem eingesetzt werden, das sofort nach dem Einschalten
oder nach dem Steuergerätereset die Absolutposition von Kurbel- und
Nockenwelle erkennt. Mit einem solchen System lassen sich dann Null
und/oder Erstspritzer ebenfalls realisieren, da dem Steuergerät die
nötigen Informationen bereits vor Beginn der Drehung des Motors vor
liegen, so daß es gleich mit den erforderlichen Berechnungen beginnen
und die erforderlichen Ansteuersignale bereitstellen kann.
Ein solches Absolutgebersystem kann beispielsweise mehrere Codespuren
aufweisen, die von je einem Aufnehmer abgetastet werden. Beim Ein
schalten kann dann sofort aus den von den Aufnehmern gelieferten Sig
nalen im Steuergerät die exakte Position von Kurbel- und Nockenwelle
ermittelt werden, bevor sich eine dieser Wellen zu drehen beginnt.
Claims (6)
1. Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einer
Brennkraftmaschine mit einer Recheneinrichtung, in der die Winkellage
der Kurbel- und/oder Nockenwelle ausgewertet wird zur Bildung von
Steuersignalen für die Einspritzventile, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel vorgesehen sind, die die Recheneinrichtung die vorliegende
Winkellage der Kurbel- und/oder Nockenwelle unmittelbar nach dem
Einschalten der Brennkraftmaschine erkennen lassen und daß die
Recheneinrichtung Steuersignale für eine erste Einspritzung in ein
offenes Einlaßventil bereits vor oder mit Beginn der Drehung der
Wellen auslöst.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Recheneinrichtung das Steuergerät der Brennkraftmaschine ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel ein Absolutwinkelgebersystem zur Ermittlung der Winkellage der
Kurbel- und/oder Nockenwelle umfassen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel ein System umfassen, das nach dem Abschalten der Zündung der
Brennkraftmaschine, während der Nachlaufphase das Gebersignal oder
die Gebersignale bis zum Stillstand der Kurbel- und/oder Nockenwelle
auswertet und die so ermittelte Stellung der Kurbel- und/oder
Nockenwelle beim Stillstand abspeichert.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß nach Beginn der Drehung der Kurbel- und/oder Nocken
welle, jedoch vor erfolgter Synchronisation, weitere Einspritzungen in
offene oder vor geschlossene Einlaßventile anderer Zylinder ausgelöst
werden.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß nach der Synchronisation ein Übergang auf eine üb
liche zylinderspezifische Einspritzung ohne Fehl- oder Doppelein
spritzungen, insbesonders die sogenannte SEFI erfolgt.
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