DE4304163A1 - Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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.