DE4411789A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine ge­ mäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steuerung der Kraft­ stoffzumessung in eine Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE-OS 39 29 747 (US-A 5,070,836) bekannt.

Dort wird ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem wenigstens ein Magnetventil, die in die Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge festlegt. Die Ansteuerung des Magnetventils er­ folgt derart, daß zuerst eine Voreinspritzung und anschließend eine Haupteinspritzung ausgeführt wird.

Aus der DE-OS 38 43 138 (US 5,245,501) ist ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Schaltorgangs beschrieben. Diese Einrichtung unterscheidet bei der Steuerung des Stroms zwei Phasen. In der Anzugsphase wird bin relativ hoher Strom eingestellt, der den Anker des elektro­ magnetischen Schaltorgans möglichst schnell in Bewegung setzt. Anschließend in der Haltephase wird ein kleinerer Strom einge­ stellt, der so bemessen ist, daß der Anker in seiner neuen Posi­ tion verbleibt.

Es hat sich gezeigt, daß bei der bekannten Einrichtung, insbe­ sondere bei der Voreinspritzung, Streuungen bei der einge­ spritzten Kraftstoffmenge auftreten. Dies bedeutet, daß bei gleichen Ansteuersignalen unterschiedliche Kraftstoffmengen zu­ gemessen werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art Streuungen bei der eingespritzten Kraftstoffmenge, insbesondere bei der Voreinspritzung, zu minimieren. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung besitzt gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß die Streuungen der einge­ spritzten Kraftstoffmenge minimiert werden.

Vorteilhaft und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand den in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und Fig. 2 ver­ schiedene über der Zeit aufgetragene Signale.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist grob schematisch die Schaltung zur Ansteuerung des elektromagnetischen Verbrauchers dargestellt. Der Verbrau­ cher ist mit 100 bezeichnet, hierbei handelt es sich vorzugs­ weise um die Magnetwicklung eines elektromagnetischen Ventils. Dieses Magnetventil legt die in die nicht dargestellte Brenn­ kraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge fest.

Desweiteren ist ein Steuermittel 110 vorgesehen, das in Reihe zu dem Verbraucher 100 geschaltet ist. In dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Verbraucher 100 mit einem Anschluß mit der Batteriespannung und mit dem anderen Anschluß mit dem Steuermit­ tel 110 verbunden. Der zweite Anschluß des Steuermittels 110 steht vorzugsweise mit Masse in Verbindung.

Besonders vorteilhaft ist eine Alternative Reihenfolge, der Elemente, bei der das Steuermittel 110 mit Batteriespannung Ubat und der Verbraucher mit Masse verbunden ist.

Als Steuermittel 110 wird vorzugsweise ein Transistor, insbeson­ dere ein Feldeffekttransistor verwendet. Der Steueranschluß, bei Verwendung eines Feldeffekttransistors handelt es sich hierbei um den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 110, wird von ei­ ner Steuereinheit 120 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Die Steuereinheit 120 verarbeitet hierzu die Signale verschiedener Sensoren 130. Die Steuereinheit 120 ist vorzugsweise als Mikro­ prozessor, Analogschaltung oder als Mischform von beidem ausge­ führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Steuer­ mittel 110 und Masse ein Strommeßmittel 140 in Reihe geschaltet. Die beiden Anschlüsse des Strommeßmittels 140 stehen mit der Steuereinheit 120 in Verbindung. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, daß der Strom, der durch das Magnetventil fließt, von der Steuereinheit 120 auf einen Sollwert eingeregelt wird.

Diese Steuereinrichtung arbeitet nun wie folgt. Ausgehend von den Betriebskenngrößen, die mittels der Sensoren 130 erfaßt wer­ den, berechnet die Steuereinrichtung 120 das Ansteuersignal zur Beaufschlagung des Steuermittels 110.

Abhängig davon, ob das Magnetventil 100 mit Strom beaufschlagt wird, befindet sich der Anker des Magnetventils in einer ersten oder in einer zweiten Stellung. In der ersten Endlage L1 wird kein Kraftstoff zugemessen, in der zweiten Endlage L2 wird der Brennkraftmaschine Kraftstoff zugeführt.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird im folgenden am Bei­ spiel der Vor- und Haupteinspritzung bei einer Dieselbrennkraft­ maschine beschrieben. Sie ist aber nicht auf diese Anwendung be­ schränkt. Sie ist bei allen Zumeßvorgängen anwendbar, bei denen der Einspritzvorgang in wenigstens zwei Abschnitte aufgeteilt wird. So kann sie auch bei einer intermetierenden Einspritzung bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen Verwendung finden.

Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen kann vorgesehen sein, daß die Kraftstoffeinspritzung in zwei Abschnitte aufgeteilt werden kann. Ein erster kürzerer Abschnitt wird als Vorein­ spritzung und ein nachfolgender längerer Abschnitt wird als Haupteinspritzung bezeichnet. Diese beiden Abschnitte werden durch einen kurzen Zeitabschnitt, bei dem dem keine Einspritzung oder nur eine verminderte Einspritzung erfolgt, getrennt.

Betrachtet man einen Abschnitt, so wird das Magnetventil in ei­ ner ersten Phase, die üblicherweise als Anzugphase bezeichnet wird, mit einem relativ hohen Strom bestromt, der dazu führt, daß das Magnetventil seine neue Endlage rasch erreicht. In einer zweiten anschließenden Phase, die üblicherweise als Haltephas bezeichnet wird, nimmt die Einrichtung den Strom auf einen klei­ neren Wert zurück, der so bemessen ist, daß der Anker des Magnetventils in seiner neuen Lage verbleibt. Diese sogenannte Haltestromabsenkung vermeidet eine Überhitzung des Magnetventils und führt weiterhin dazu, daß der Überschuß der Magnetkraft über die an der Ventilnadel wirkenden Kräfte möglichst gering gehal­ ten wird, damit das Magnetventil am Ende der Einspritzung schnell geöffnet werden kann.

Üblicherweise ist der Haltestrom so bemessen, daß das Magnetven­ til auch bei den höchsten bei der Haupteinspritzung auftretenden Drücken sicher in seiner Endlage verbleibt. Bei der Vorein­ spritzung herrschen üblicherweise niederere Drücke. Erfindungs­ gemäß wurde erkannt, daß bei der Voreinspritzung eine geringere Magnetkraft ausreichend ist, um den Anker in seiner Endlage zu halten.

Wird bei der Voreinspritzung der gleiche Haltestrom, wie bei der Haupteinspritzung verwendet, so wirkt sich dies ungünstig auf die Ausschaltzeit aus. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß für den Haltestrom bei der Voreinspritzung ein niedrigerer Wert gewählt wird. Dieser Wert ist so bemessen, daß die Magnetkraft über den gesamten Drehzahlbereich ausreicht, den Anker des Magnetventils während der Voreinspritzung in seiner Endlage zu halten.

In Fig. 2 ist der Hub des Ankers und der Strom durch die Spule des Magnetventils über der Zeit aufgetragen. Der Hub des Ankers des Magnetventils bewegt sich zwischen seiner ersten Endlage L1 Und seiner zweiten Endlage L2. In der Endlage L1 findet keine Einspritzung in der Endlage L2 findet eine Einspritzung statt.

Die wesentlichen Größen des durch das Magnetventil fließenden Stroms ist zum einen der Anzugstrom A und der Haltestrom H. Der Anzugstrom bei der Voreinspritzung wird mit A1 und der Halte­ strom mit H1 bezeichnet. Der Anzugstrom bei der Hauptein­ spritzung wird mit A2 und der Haltestrom mit H2 bezeichnet.

Zum Zeitpunkt T0 befindet sich der Anker in seiner ersten Endla­ ge L1. Zu diesem Zeitpunkt gibt das Steuermittel 110 den Strom­ fluß durch die Magnetventilspule frei. Der Strom steigt bis zum Anzugstrom A1 an.

Zum Zeitpunkt T1 beginnt die Bewegung des Ankers in Richtung seiner zweiten Endlage L2. Nach Beginn dieser Bewegung, sobald der Strom den Anzugstrom A1 erreicht, reduziert die Steuerein­ richtung 120 zum Zeitpunkt T2 das Ansteuersignal für das Steuer­ mittel 110. Dies hat zur Folge, daß der Strom abfällt. Im Zeit­ raum zwischen den Zeitpunkten T1 und T3 bewegt sich der Anker von seiner ersten Endlage L1 in seine zweite Endlage L2. Dieser Zeitraum wird üblicherweise als Anzugsphase bezeichnet.

Zum Zeitpunkt T3 erreicht der Anker seine zweite Endlage L2 und die Voreinspritzung beginnt. Zum Zeitpunkt T4 erreicht der Strom den Haltestromwert H1 für die Voreinspritzung. Zum Zeitpunkt T5 öffnet das Steuermittel 110 und unterbricht damit den Stromfluß durch das Magnetventil. Dies bewirkt, daß ab dem Zeitpunkt T6 sich der Anker in Richtung seiner ersten Endlage L1 bewegt. Zwi­ schen dem Zeitpunkt T3 und T6 wird Kraftstoff zugemessen. Dieser Abschnitt der Kraftstoffzumessung wird üblicherweise als Vorein­ spritzung bezeichnet.

Unmittelbar nach dem sich der Anker in Bewegung gesetzt hat schließt zum Zeitpunkt T7 das Schaltmittel 110 und der Strom steigt an. Dies bewirkt wiederum, daß der Anker seine Bewegung in Richtung der ersten Endlage abbremst und sich wieder in Richtung seiner zweiten Endlage L2 bewegt. Zum Zeitpunkt T8 erreicht der Anker wieder die zweite Endlage. Zwischen dem Zeitpunkt T6 und T8 ist die Kraftstoffzumessung unterbrochen bzw. zumindestens vermindert.

Zum Zeitpunkt T8 beginnt die Haupteinspritzung. Zum Zeitpunkt T9 erreicht der Strom den Anzugswert A2. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ansteuerung für das Schaltsteuermittel 110 zurückgenommen und der Strom fällt bis zum Zeitpunkt T10 auf den Haltestrom H2 für die Haupteinspritzung ab.

Zum Zeitpunkt T11 öffnet das Schaltmittel 110 und der Stromfluß endet. Dies hat zur Folge, daß ab dem Zeitpunkt T12 sich der An­ ker in Richtung seiner ersten Endlage L1 bewegt, den er zum Zeitpunkt T13 erreicht. Zum Zeitpunkt T12 endet die Kraftstoff­ zumessung.

Vorteilhaft ist, daß der niedrige Haltestrom während der Vorein­ spritzung eine sehr kurze Ausschaltverzugszeit zur Folge hat. Dies bedeutet die Zeitpanne zwischen dem Ende der Ansteuerung T5 und dem Ende der Voreinspritzung T6 ist sehr klein. Dadurch wird die Zeitspanne, in der sich interne Störungen, wie beispielswei­ se Drehzahl- und Druckschwankungen nach dem elektrischen Aus­ schalten des Magnetventils, auf die Einspritzung auswirken kön­ nen, minimiert. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine gute Reproduzierbarkeit der Voreinspritzung.

Durch das Betreiben des Magnetventils mit einem besonders gerin­ gem Haltestrom während der Voreinspritzung ergibt sich der Vor­ teil, daß bei der Beendigung der Voreinspritzung sich schnell in Richtung seiner ursprünglichen Endlage L1 zurückbewegt und die Einspritzung unterbrochen wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Einschalten des Ventils sehr frühzeitig noch während der Bewegung des Ventils in Rich­ tung seiner zweiten Endlage auf Haltestromabsenkung umgeschaltet wird. Dies bedeutet, daß der Zeitpunkt T2 deutlich vor dem Zeit­ punkt T3 liegt. Dies ist notwendig, damit auch bei hohen Dreh­ zahlen das eingestellte Haltestromniveau vor Ende der Vorein­ spritzung sicher erreicht wird, so daß sich der Magnetkreis zum Zeitpunkt des Abschaltens in einem stabilen Zustand befindet. Durch diese Maßnahme verlängert sich die Flugzeit des Ventils geringfügig, so daß der Einschaltzeitpunkt T0 entsprechend kor­ rigiert werden muß.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Haupteinspritzung ei­ ne Spannungshochsetzung erfolgt. Dies bedeutet, daß bei der Haupteinspritzung, der Verbraucher mit einer höheren Spannung beaufschlagt wird als bei der Voreinspritzung. Dies bewirkt ei­ nen steileren Anstieg des Stroms und ggf. einen höheren Anzug­ strom A2. In der Regel wird der Anzugsstrom begrenzt. Der Anzug­ strom A2 der Haupteinspritzung ist deshalb wenn überhaupt nur geringfügig größer als der Anzugsstrom A1 bei der Vorein­ spritzung.

Der wesentliche Vorteil der Spannungshochsetzung bei der Haupt­ einspritzung ist darin zu sehen, daß das Magnetventil schneller seine neue Endlage erreicht. Das Magnetventil erreicht zum Ende der Voreinspritzung seine Endlage schneller. Um zum Zeitpunkt T8 die Endlage L2 zu erreichen, kann somit der Zeitpunkt T7, bei dem das Magnetventil für die Haupteinspritzung mit Strom beauf­ schlagt wird, nach später verlegt werden. Das Magnetventil wird dadurch später im Flug abgefangen, das heißt die Voreinspritzung wird weniger stark von der Haupteinspritzung beeinflußt. Dadurch lassen sich die Streuungen wesentlich reduzieren.

Wegen der Spannungshochsetzung kann sich das Magnetventil zum Ende der Voreinspritzung schnell mit großem Hub in Richtung sei­ ner ersten Endlage L1 bewegt werden, um die Voreinspritzung de­ finiert abzusteuern. Anschließend bewegt sich das Magnetventil auf Grund der Spannungshochsetzung schnell in Richtung seiner zweiten Endlage L2. Hierdurch lassen sich hydraulische Vorför­ dereffekte minimieren und gleichzeitig verringert sich die Schaltzeit der Haupteinspritzung, was eine geringe Streuung der eingespritzten Kraftstoffmenge bei der Haupteinspritzung be­ wirkt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem ersten und zweiten Ab­ schnitt unterschiedliche Werte für den durch den Verbraucher fließenden Strom und die am Verbraucher anliegende Spannung ge­ wählt werden. Dies bedeutet wenn beide der beschriebenen Maßnah­ men durchgeführt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine mittels eines elektromagnetischen Verbrau­ chers (100), wobei bei der Kraftstoffzumessung in einen Zylinder pro Nockenwellenumdrehung wenigstens ein erster und ein zweiter Abschnitt unterscheidbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher in den beiden Abschnitten mit unterschiedlichen elektrischen Werten ansteuerbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Abschnitt eine Voreinspritzung und in dem zweiten Ab­ schnitt eine Haupteinspritzung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten und zweiten Abschnitt unterschiedliche Werte für den durch den Verbraucher fließenden Strom und/oder die am Ver­ braucher anliegende Spannung, wählbar sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Abschnitts in einer Anzugphase ein Anzugstrom und in einer Haltephase ein Haltestrom einstell­ bar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Abschnitt ein höherer Haltestrom als im zweiten Abschnitt wählbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Abschnitt der Strom bereits wäh­ rend der Anzugphase des Magnetventils auf den Haltestrom absenk­ bar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Abschnitt das Magnetventil mit einer gegenüber dem ersten Abschnitt erhöhten Spannung beauf­ schlagbar ist.

8. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine mittels eines elektromagnetischen Verbrau­ chers (100), wobei bei der Kraftstoffzumessung wenigstens ein erster und ein zweiter Abschnitt unterscheidbar sind dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind die den Verbraucher in den beiden Abschnitten unterschiedlich ansteuern.