EP0912825A1 - Method of controlling the injection process in a high-speed 2-stroke fuel injection internal combustion engine - Google Patents

Method of controlling the injection process in a high-speed 2-stroke fuel injection internal combustion engine

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EP0912825A1
EP0912825A1 EP97937494A EP97937494A EP0912825A1 EP 0912825 A1 EP0912825 A1 EP 0912825A1 EP 97937494 A EP97937494 A EP 97937494A EP 97937494 A EP97937494 A EP 97937494A EP 0912825 A1 EP0912825 A1 EP 0912825A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
injection
period
values
Prior art date
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EP97937494A
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Hartmut Klare
Andreas Singer
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Makita Engineering Germany GmbH
Original Assignee
Dolmar GmbH
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Publication date
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Publication of EP0912825B1 publication Critical patent/EP0912825B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/02—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for hand-held tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F02D2400/04—Two-stroke combustion engines with electronic control

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the injection process in a high-speed 2-stroke internal combustion engine with fuel injection, which 2-stroke internal combustion engine has first means for generating an angle-fixed trigger signal per revolution for the injection control and second means for generating a speed-dependent AC voltage, the period of which is a fraction (1 / n) of the time per revolution (revolution time) of the 2-stroke internal combustion engine.
  • EP-A1-0 688 951 it is known to provide an injection control for small, compact four-stroke engines without a battery, in which an electromagnetic injection valve is actuated by voltage pulses, which are arranged in a proximity by a co-rotating permanent magnet arranged on a flywheel of the flywheel fixed coil arrangement are induced. While the start of injection is fixed by the position of the coil arrangement, the injection duration is limited by a time control circuit after a calculated period of time by interrupting the injection valve circuit. The problems that occur when interrupting such an injector circuit are described in EP-B1-0 543 826.
  • the injection starts (ESB) for low engine speeds are in a first (hatched) area depending on the respective engine configuration ( ESB1) between 180 and 240 ° KW (angle W4 and W3) before the top dead center (TDC) of the internal combustion engine.
  • ESB1 engine configuration
  • ESB2 engine configuration
  • ESB2 top dead center
  • OT top dead center
  • the trigger signal used for the idling range eg a Hall sensor
  • the injection for the next revolution would not be possible or would only be possible with a high degree of error.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that, in addition to the trigger signal, the alternating voltage generated is also used to control the injection process.
  • the alternating voltage generated is also used to control the injection process.
  • a first preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that values of the angle of rotation associated with the individual periods of the alternating voltage generated are derived, which angle of rotation values are used together with the trigger signal for injection control. In this way it is possible to generate almost completely constant angle marks, which allow optimal control of the injection process at different and fluctuating speeds.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that for the correct assignment of the angle of rotation values to the periods of the alternating voltage in the case of fluctuations in the length of the individual period durations which are constant over time, for example due to manufacturing tolerances or the like, the individual period durations are measured, a correction factor for each period is determined from the ratio of the measured period to the theoretical period, each of which is a fraction (1 / n) of the revolution time, that a relative corrected angle of rotation value is assigned to each period using the associated correction factor, and under Reference to the angle of rotation fixed trigger signal, the relative corrected rotation angle values are converted into absolute corrected rotation angle values, which are used for injection control.
  • the correction factors it is possible to correct manufacturing-related irregularities without changing the internal combustion engine.
  • the correction factors are determined and stored several times in succession to compensate for fluctuations in the length of the period duration, in particular caused by speed fluctuations and / or phase shifts in the AC voltage, and statistically averaged correction values are formed from the stored correction values and are used for To assign the relative corrected rotation angle values to the period durations, the influence of brief changes on the determination of the correction factors can also be largely eliminated.
  • Angle diagram with the control angle for a conventional injection control with a trigger point 2 is a block diagram of an exemplary device for performing the method according to the invention
  • Fig. 3 shows several timing diagrams to explain the
  • FIG. 4 shows a program flow chart for the calculation of the correction values in the method according to the invention.
  • the control device LO is assigned to a high-speed 2-stroke internal combustion engine 11, on which an ignition 12 and a generator 13 for generating a periodic alternating voltage are arranged in a speed-coupled manner.
  • the ignition 12 comprises, for example, a rotating ignition magnet which generates a suitable ignition signal in a fixed coil, which is available as a trigger signal which is fixed in terms of the angle of rotation for the injection control.
  • the periodic alternating voltage from the generator 13 and the trigger signal from the ignition 12 are applied to suitable inputs of a microcontroller 15, which cooperates with a non-volatile memory for storing calculated correction values and with an output an injection valve 14 for the 2-stroke internal combustion engine 11 controls.
  • the basis for the method according to the invention is now the provision of the fixed periodic trigger signal (TS), which - as already mentioned - can be generated in connection with the ignition 12 already present and is generated as a single pulse per revolution (see FIG. 3c) .
  • the generator 13 for example one on the machine
  • 11 flanged generator used, which emits a certain number n of sine waves per revolution of 360 ° KW (n-10 is assumed in the further explanation; see Fig. 3a). From these sine waves, pulses can be derived (see Fig. 3b), which (for n-10) have an angular distance of 36 °.
  • the generator pulses are fed to the microcontroller 15, which also has the fixed trigger pulse (TS) from the ignition
  • the microcontroller 15 not only realizes the mathematical calculation of the injection quantities (start of injection, injection duration), but also has the ability to perform an angle correction of the 36 ° pulses. This correction is necessary because the pulse intervals or period durations are subject to errors due to manufacturing tolerances and phase shifts due to electrical loads on the generator. It should be noted here that the computer must use other parameters such as temperature, load signal, etc. to determine the start of injection or the injection duration, so that these variables are to be understood as the result of a corresponding calculation.
  • the fixed trigger pulse (TS) (FIG. 3c), which serves as a reference variable in this system, is used as the mathematical basis for the correction of angular errors. If the microcontroller 15 recognizes that the If the internal combustion engine 11 is in the operating speed range in which the degree of uniformity of the internal combustion engine is greatest, the main program, which calculates the injection quantities for the current revolutions, is briefly left, as is shown in the self-explanatory program flow chart of FIG. 4.
  • Speed measurements begin in all 36 ° angle windows.
  • the synchronization of the internal combustion engine is constantly checked.
  • the time windows (period durations of the generator pulses) are measured in the angle windows. If the synchronization error of the internal combustion engine has been recognized as being sufficiently small, the time window measurement (period measurement) is significant, i.e. the measured values can be used.
  • the microcontroller 15 now returns to the main program, where it calculates this routine again at a predetermined interval.
  • the new correction factors are processed statistically with the correction factors that have already been calculated and stored in such a way that ultimately n (here: 10) statistical There are statistical mean values for the deviation of the 36 "window from the uniformity, in such a way that these correction factors converge to the real value with increasing engine running time.
  • This procedure enables the microcontroller to react to manufacturing tolerances of the generator 13 and to generate certain correction factors which tell "him" how large the individual angular sections determined by the periodic impulses are in reality.
  • the arithmetical assignment of the angle window to top dead center (OT) or to the fixed trigger pulse (TS) is based on the creation of a time window between the trigger pulse (TS) and the following pulse from the generator 13, in predetermined individual revolutions of intermittent time intervals. Based on the calculated speed, the microcontroller 15 calculates the time difference between these two successive pulses and thus calculates the absolute correction based on the top dead center (TDC).
  • the microcontroller 15 accesses predefined determinations from the engine map, which are stored in a map control.
  • the microcontroller 15 adapts the stored characteristic map sizes to its calculated angle sizes and thus controls the injection valve 14 in a self-correcting manner.
  • Trigger signal TS (trigger pulse)

Abstract

The invention concerns a method of controlling the injection process in a high-speed 2-stroke internal combustion engine (11). According to the invention, the internal combustion engine (11) comprises first means (12) for generating one trigger signal per revolution, said signal being fixed with the angle of rotation, for controlling injection, and second means (13) for generating alternating voltage which is dependent on the speed of rotation and whose period is a fraction (1/n) of the time per revolution (revolution time) of the 2-stroke internal combustion engine (11). A simple electronic injection-control arrangement having optimum injection parameters which can be calculated precisely for all speeds of rotation is attained in that, in addition to the trigger signal, the alternating voltage generated is additionally used to control the injection process.

Description

Verfahren zur Steuerung des Einspritzvorgangs bei einer schnellaufenden 2-Takt-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung.Method for controlling the injection process in a high-speed 2-stroke internal combustion engine with fuel injection.
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Einspritzvorgangs bei einer schnellaufenden 2-Takt- Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, welche 2-Takt-Brennkraftmaschine erste Mittel zur Erzeugung eines drehwinkelfesten Triggersignals pro Umdrehung für die Einspritzsteuerung sowie zweite Mittel zur Erzeugung einer drehzahlabhängigen echselspannung aufweist, deren Periodendauer ein Bruchteil (1/n) der Zeit pro Umdrehung (Umdrehungszeit) der 2-Takt-Brennkraftmaschine beträgt.The invention relates to a method for controlling the injection process in a high-speed 2-stroke internal combustion engine with fuel injection, which 2-stroke internal combustion engine has first means for generating an angle-fixed trigger signal per revolution for the injection control and second means for generating a speed-dependent AC voltage, the period of which is a fraction (1 / n) of the time per revolution (revolution time) of the 2-stroke internal combustion engine.
Stand der TechnikState of the art
Aus der EP-A1-0 688 951 ist es bekannt, für kleine kompakte Viertaktmotoren ohne Batterie eine Einspritz- Steuerung vorzusehen, bei der ein elektromagnetisches Einspritzventil durch Spannungspulse betätigt wird, die durch einen auf einem Schwungrad angeordneten, mitrotierenden Permanentmagneten in einer in der Nähe des Schwungrades fest angebrachten Spulenanordnung induziert werden. Während der Einspritzbeginn durch die Lage der Spulenanordnung unveränderlich festgelegt ist, wird die Einspritzdauer durch eine Zeitsteuerschaltung nach einer berechneten Zeitspanne durch ein Unterbrechen des Einspritzventilstromkreises begrenzt. Die beim Unterbrechen eines solchen Einspritzventilstromkreises auftretenden Probleme sind in der EP-B1-0 543 826 beschrieben.From EP-A1-0 688 951 it is known to provide an injection control for small, compact four-stroke engines without a battery, in which an electromagnetic injection valve is actuated by voltage pulses, which are arranged in a proximity by a co-rotating permanent magnet arranged on a flywheel of the flywheel fixed coil arrangement are induced. While the start of injection is fixed by the position of the coil arrangement, the injection duration is limited by a time control circuit after a calculated period of time by interrupting the injection valve circuit. The problems that occur when interrupting such an injector circuit are described in EP-B1-0 543 826.
ORIGINAL UNTERLAGEN Während Viertaktmotoren im allgemeinen über den gesamten Drehzahl- und Lastbereich einen relativ gleichförmigen Motorlauf aufweisen, zeigen Zweitaktmotoren erhebliche Unterschiede zwischen den Drehzahlbereichen "Leerlauf" und "Arbeitsbereich". Im Leerlauf (geringe Drehzahlen von einigen 100 U/min) ist ein erheblicher Unrundlauf vorhanden, der immer eine exakte Einspritzung erfordert. Wenn, ausgehend von einem bestimmten Triggersignal, eine Berechnung des Einspritzbeginns durchgeführt wird, muß diese in unmittelbarer Nähe des Triggersignals erfolgen, da sonst erhebliche Fehler bezüglich des gewünschten Einspritzbeginns auftreten können. Diese hängen - wie bereits erwähnt - wesentlich vom Gleichförmigkeitsgrad des Motorlaufs ab und können von Umdrehung zu Umdrehung erheblich differieren, so daß der Motorlauf unkontrollierbar wird. Auch die Einspritzung muß daher unmittelbar in der Nähe des Triggerpunktes bzw. Triggersignals erfolgen.ORIGINAL DOCUMENTS While four-stroke engines generally have a relatively uniform engine running over the entire speed and load range, two-stroke engines show considerable differences between the "idling" and "working range" speed ranges. When idling (low engine speeds of a few 100 rpm), there is considerable run-out, which always requires an exact injection. If, based on a specific trigger signal, a calculation of the start of injection is carried out, this must take place in the immediate vicinity of the trigger signal, since otherwise considerable errors can occur with regard to the desired start of injection. As already mentioned, these depend essentially on the degree of uniformity of the engine running and can differ considerably from revolution to revolution, so that the engine running becomes uncontrollable. The injection must therefore also take place in the immediate vicinity of the trigger point or trigger signal.
Wie in der Fig. 1 in einem Winkeldiagramm für die Motorkurbelwelle (KW) im Bezug auf den oberen Totpunkt (OT) dargestellt ist, liegen für geringe Drehzahlen die Einspritzbeginne (ESB) in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorkonfiguration in einem ersten (schraffierten) Bereich (ESB1) zwischen 180 und 240° KW (Winkel W4 und W3) vor dem oberen Totpunkt (OT) der Brennkraftmaschine. Bei höheren Drehzahlen (mehrere 1000 U/min) sind andere Einspritzbeginne, entsprechend den jeweiligen Lastzuständen, erforderlich. Gewöhnlich ist eine Verschiebung des Einspritzbeginns in Richtung "früh" in einen zweiten (schraffierten) Bereich (ESB2) erforderlich, der zwischen 270 und 350° KG (Winkel W2 und Wl) vor dem oberen Totpunkt (OT) liegt. Für niedrige Drehzahlen (z.B. im Leerlauf) ist es nach den o.g. Ausführungen zweckmäßig und vorteilhaft, den Triggerpunkt, an dem das Triggersignal erzeugt wird, nahe am Beginn des ersten Bereiches (ESB1) zu plazieren, also z.B. an der durch (TP) bezeichneten Stelle in Fig. 1. Auf diese Weise besteht nur ein kurzer Winkelabstand zwischen (TP) und dem Beginn des Einspritzbereiches (W3) . Wird nun der Einspritzbeginn bei steigenden Drehzahlen von dem Bereich (ESB1) in den Bereich (ESB2) vorverlegt, müßte eigentlich auch der Triggerpunkt (TP) entsprechend verlegt werden. Eine (Quasi-)Verschiebung des Triggerpunktes erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß die Berechnung des Einspritzbeginns für die nächste Umdrehung durchgeführt wird (langer Pfeil von TP über die Winkel W5 und W6 des Zündbereichs ZB nach Wl in Fig. 1) . Aufgrund der benötigten Rechenzeit sowie der zur Steuerung der Öffnungszeit für das Einspritzventil benötigten Zeit kann es in Abhängigkeit des geforderten Einspritzbeginns dazu kommen, daß das für den Leerlauf- bereich zur Anwendung kommende Triggersignal (z.B. eines Hall-Gebers) nicht ausgewertet werden kann. Dadurch wäre die Einspritzung für die nächste Umdrehung nicht oder nur stark fehlerbehaftet möglich.As shown in FIG. 1 in an angle diagram for the engine crankshaft (KW) in relation to the top dead center (TDC), the injection starts (ESB) for low engine speeds are in a first (hatched) area depending on the respective engine configuration ( ESB1) between 180 and 240 ° KW (angle W4 and W3) before the top dead center (TDC) of the internal combustion engine. At higher speeds (several 1000 rpm), different starts of injection, depending on the respective load conditions, are required. It is usually necessary to shift the start of injection towards "early" into a second (hatched) area (ESB2), which is between 270 and 350 ° KG (angle W2 and Wl) before top dead center (OT). For low speeds (e.g. idling), it is expedient and advantageous, according to the above-mentioned explanations, to place the trigger point at which the trigger signal is generated close to the beginning of the first area (ESB1), for example at the point designated by (TP) in Fig. 1. In this way there is only a short angular distance between (TP) and the beginning of the injection area (W3). If the start of injection is advanced from the area (ESB1) to the area (ESB2) with increasing engine speeds, the trigger point (TP) should actually be moved accordingly. A (quasi) shift of the trigger point expediently takes place in that the calculation of the start of injection for the next revolution is carried out (long arrow from TP over the angles W5 and W6 of the ignition range ZB to W1 in FIG. 1). Due to the required computing time and the time required to control the opening time for the injection valve, depending on the required start of injection, the trigger signal used for the idling range (eg a Hall sensor) cannot be evaluated. As a result, the injection for the next revolution would not be possible or would only be possible with a high degree of error.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, task, solution, advantages
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Einspritzsteuerung eines schnellaufenden Zweitaktmotors anzugeben, welches ohne Änderungen an der Brennkraftmaschine selbst diese Nachteile überwindet und für jede Umdrehung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Last und Drehzahl einen optimalen Einspritzbeginn in Verbindung mit der erforderlichen Einspritzdauer gewährleistet. Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Steuerung des Einspritzvorgangs neben dem Triggersignal zusätzlich die erzeugte Wechselspannung herangezogen wird. Durch das Heranziehen der Wechselspannung mit ihrer Periodizität können ohne Änderung der Brennkraftmaschine zusätzliche Bezugspunkte während der Umdrehung bereitgestellt werden, auf welche die Einspritzsteuerung Bezug nehmen kann.It is an object of the invention to provide a method for controlling the injection of a high-speed two-stroke engine, which overcomes these disadvantages without changes to the internal combustion engine itself and ensures an optimal start of injection in connection with the required injection duration for each revolution of the internal combustion engine as a function of load and speed. The object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that, in addition to the trigger signal, the alternating voltage generated is also used to control the injection process. By using the AC voltage with its periodicity, additional reference points can be provided during the revolution without changing the internal combustion engine, to which the injection control system can refer.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß aus den einzelnen Perioden der erzeugten Wechselspannung zugehörige Werte des Drehwinkels abgeleitet werden, welche Drehwinkelwerte zusammen mit dem Triggersignal zur Einspritzsteuerung herangezogen werden. Hierdurch lassen sich nahezu äguidistante Winkelmarken erzeugen, die eine optimale Steuerung des Einspritzvorgangs bei unterschiedlichen und schwankenden Drehzahlen erlauben.A first preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that values of the angle of rotation associated with the individual periods of the alternating voltage generated are derived, which angle of rotation values are used together with the trigger signal for injection control. In this way it is possible to generate almost completely constant angle marks, which allow optimal control of the injection process at different and fluctuating speeds.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für die korrekte Zuordnung der Drehwinkelwerte zu den Perioden der Wechselspannung bei zeitlich konstanten, z.B. durch Fertigungstoleranzen oder dgl. bedingten, Schwankungen in der Länge der einzelnen Periodendauern die einzelnen Periodendauern gemessen werden, aus dem Verhältnis der gemessenen Periodendauern zu den theoretischen Periodendauern, welche jeweils einen Bruchteil (1/n) der Umdrehungszeit ausmachen, ein Korrekturfaktor für jede Periodendauer bestimmt wird, daß jeder Periodendauer unter Anwendung des zugehörigen Korrekturfaktors ein relativer korrigierter Drehwinkelwert zugeordnet wird, und daß unter Bezugnahme auf das drehwinkel- feste Triggersignal die relativen korrigierten Drehwinkelwerte in absolute korrigierte Drehwinkelwerte umgewandelt werden, welche zur Einspritzsteuerung verwendet werden. Durch die Ermittlung der Korrekturfaktoren ist es möglich, ohne Veränderung der Brennkraftmaschine herstellungsbedingte Unregelmäßigkeiten zu korrigieren.A further preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that for the correct assignment of the angle of rotation values to the periods of the alternating voltage in the case of fluctuations in the length of the individual period durations which are constant over time, for example due to manufacturing tolerances or the like, the individual period durations are measured, a correction factor for each period is determined from the ratio of the measured period to the theoretical period, each of which is a fraction (1 / n) of the revolution time, that a relative corrected angle of rotation value is assigned to each period using the associated correction factor, and under Reference to the angle of rotation fixed trigger signal, the relative corrected rotation angle values are converted into absolute corrected rotation angle values, which are used for injection control. By determining the correction factors, it is possible to correct manufacturing-related irregularities without changing the internal combustion engine.
Wenn gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform zum Ausgleich von zeitlich veränderlichen, insbesondere durch Drehzahlschwankungen und/oder Phasenverschiebungen in der Wechselspannung hervorgerufenen, Schwankungen in der Länge der Periodendauern die Korrekturfaktoren mehrfach hintereinander bestimmt und abgespeichert werden, und aus den abgespeicherten Korrekturwerten statistisch gemittelt Korrekturwerte gebildet und zur Zurodnung der relativen korrigierten Drehwinkelwerte zu den Periodendauern verwendet werden, kann auch der Einfluß von kurzzeitigen Änderungen auf die Bestimmung der Korrekturfaktoren weitgehend eliminiert werden.If, according to another preferred embodiment, the correction factors are determined and stored several times in succession to compensate for fluctuations in the length of the period duration, in particular caused by speed fluctuations and / or phase shifts in the AC voltage, and statistically averaged correction values are formed from the stored correction values and are used for To assign the relative corrected rotation angle values to the period durations, the influence of brief changes on the determination of the correction factors can also be largely eliminated.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further embodiments result from the dependent claims.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the drawing. Show it
Fig. 1 ein auf die Kurbelwellendrehung bezogenesFig. 1 related to the crankshaft rotation
Winkeldiagramm mit den Steuerwinkel für eine herkömmliche Einspritzsteuerung mit einem Triggerpunkt, Fig. 2 in einem Blockschaltbild eine beispielhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,Angle diagram with the control angle for a conventional injection control with a trigger point, 2 is a block diagram of an exemplary device for performing the method according to the invention,
Fig. 3 mehrere Zeitdiagramme zur Erläuterung derFig. 3 shows several timing diagrams to explain the
Vorgehensweise beim Bestimmen der Drehwinkelwerte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, undProcedure for determining the angle of rotation values according to the method according to the invention, and
Fig. 4 einen Programmablaufplan für die Berechnung der Korrekturwerte beim Verfahren nach der Erfindung.4 shows a program flow chart for the calculation of the correction values in the method according to the invention.
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
In Fig. 2 ist in einem Blockschaltbild eine beispielhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wiedergegeben. Die Steuervorrichtung LO ist einer schnellaufenden 2-Takt-Brennkraftmaschine 11 zugeordnet, an welcher drehzahlgekoppelt eine Zündung 12 und ein Generator 13 zur Erzeugung einer periodischen Wechselspannung angeordnet sind. Die Zündung 12 umfaßt beispielsweise einen rotierenden Zündmagneten, der in einer ortsfesten Spule ein geeignetes Zündsignal erzeugt, welches als drehwinkelfestes Triggersignal zur Einspritzsteuerung zur Verfügung steht. Die periodische Wechselspannung aus dem Generator 13 und das Triggersignal aus der Zündung 12 werden auf geeignete Eingänge eines Mikro- kontrollers 15 gegeben, der mit einem nichtflüchtigen Speicher zur Ablage berechneter Korrekturwerte zusammenarbeitet und mit einem Ausgang ein Einspritzventil 14 für die 2-Takt-Brennkraftmaschine 11 steuert. Grundlage für das Verfahren nach der Erfindung ist nun die Bereitstellung des festen periodischen Triggersignals (TS) , welches - wie bereits erwähnt - in Verbindung mit der bereits vorhandenen Zündung 12 erzeugt werden kann und als einzelner Impuls pro Umdrehung generiert wird (siehe Fig. 3c) . Weiterhin wird für die erfindungsgemäße Lösung der Generator 13, z.B. ein an der MaschineAn exemplary device for carrying out the method according to the invention is shown in a block diagram in FIG. 2. The control device LO is assigned to a high-speed 2-stroke internal combustion engine 11, on which an ignition 12 and a generator 13 for generating a periodic alternating voltage are arranged in a speed-coupled manner. The ignition 12 comprises, for example, a rotating ignition magnet which generates a suitable ignition signal in a fixed coil, which is available as a trigger signal which is fixed in terms of the angle of rotation for the injection control. The periodic alternating voltage from the generator 13 and the trigger signal from the ignition 12 are applied to suitable inputs of a microcontroller 15, which cooperates with a non-volatile memory for storing calculated correction values and with an output an injection valve 14 for the 2-stroke internal combustion engine 11 controls. The basis for the method according to the invention is now the provision of the fixed periodic trigger signal (TS), which - as already mentioned - can be generated in connection with the ignition 12 already present and is generated as a single pulse per revolution (see FIG. 3c) . Furthermore, for the solution according to the invention, the generator 13, for example one on the machine
11 angeflanschter Generator, verwendet, der pro Umdrehung von 360° KW eine bestimmte Anzahl n von Sinuswellen abgibt (in der weiteren Erläuterung wird n-10 angenommen; siehe Fig. 3a) . Aus diesen Sinuswellen können Impulse abgeleitet werden (siehe Fig. 3b) , die (für n-10) einen Winkelabstand von 36° haben. Die Generatorimpulse werden dem Mikrokontroller 15 zugeführt, welcher außerdem noch den festen Triggerimpuls (TS) aus der Zündung11 flanged generator used, which emits a certain number n of sine waves per revolution of 360 ° KW (n-10 is assumed in the further explanation; see Fig. 3a). From these sine waves, pulses can be derived (see Fig. 3b), which (for n-10) have an angular distance of 36 °. The generator pulses are fed to the microcontroller 15, which also has the fixed trigger pulse (TS) from the ignition
12 bekommt. Aus diesen Impulsen realisiert der Mikrokontroller 15 nicht nur die mathematische Berechnung der Einspritzgrößen (Einspritzbeginn, Einspritzdauer) , sondern hat außerdem die Fähigkeit, eine Winkelkorrektur der 36°-Impulse durchzuführen. Diese Korrektur ist notwendig, da die Impulsabstände bzw. Periodendauern infolge von Fertigungstoleranzen und Phasenverschiebungen durch elektrische Lasten am Generator Fehlern unterliegen. Hierbei ist festzustellen, daß der Rechner zur Bestimmung des Einspritzbeginns bzw. der Einspritzdauer auf weitere Parameter wie Temperatur, Lastsignal, usw. zurückgreifen muß, so daß diese Größen als Ergebnis einer entsprechenden Berechnung zu verstehen sind.12 gets. From these pulses, the microcontroller 15 not only realizes the mathematical calculation of the injection quantities (start of injection, injection duration), but also has the ability to perform an angle correction of the 36 ° pulses. This correction is necessary because the pulse intervals or period durations are subject to errors due to manufacturing tolerances and phase shifts due to electrical loads on the generator. It should be noted here that the computer must use other parameters such as temperature, load signal, etc. to determine the start of injection or the injection duration, so that these variables are to be understood as the result of a corresponding calculation.
Als mathematische Grundlage für die Korrektur von Winkelfehlern wird der feste Triggerimpuls (TS) (Fig. 3c) genutzt, welcher als Bezugsgröße in diesem System dient. Erkennt der Mikrokontroller 15, daß sich der Brennkraftmaschine 11 im Arbeitsdrehzahlbereich befindet, in welchem der Gleichförmigkeitsgrad der Brennkraftmaschine am größten ist, wird kurzzeitig das Hauptprogramm, welches die Einspritzgrößen für die laufenden Umdrehungen berechnet, verlassen, wie dies im selbsterklärenden Programmablaufplan der Fig. 4 wiedergegeben ist.The fixed trigger pulse (TS) (FIG. 3c), which serves as a reference variable in this system, is used as the mathematical basis for the correction of angular errors. If the microcontroller 15 recognizes that the If the internal combustion engine 11 is in the operating speed range in which the degree of uniformity of the internal combustion engine is greatest, the main program, which calculates the injection quantities for the current revolutions, is briefly left, as is shown in the self-explanatory program flow chart of FIG. 4.
Es beginnen Drehzahlmessungen in allen 36°-Winkel- fenstern. Dabei wird ständig der Gleichlauf der Brennkraftmaschine kontrolliert. Es werden in den Winkelfenstern die Zeitfenster (Periodendauern der Generatorimpulse) gemessen. Ist der Gleichlauffehler der Brenn- kraftmaschine als genügend klein erkannt worden, so ist die Zeitfenstermessung (Periodendauermessung) signifikant, d.h. die Meßwerte sind verwertbar.Speed measurements begin in all 36 ° angle windows. The synchronization of the internal combustion engine is constantly checked. The time windows (period durations of the generator pulses) are measured in the angle windows. If the synchronization error of the internal combustion engine has been recognized as being sufficiently small, the time window measurement (period measurement) is significant, i.e. the measured values can be used.
Die Aufsummierung der Zeiten in den Zeitfenstern ergibt die wahre Zeit für eine Drehzahl. Somit müssen die Teilfenster genau 36°, also 10% der Gesamtumdrehungszeit, betragen. Jedes Fenster wird hier nun mit einem Korrekturfaktor versehen, und die Korrekturfaktoren, im vorliegenden Beispiel 10 an der Zahl, werden in den nichtflüchtigen Speicher 16 geschrieben. Es wird weiterhin markiert, daß eine Korrekturmessung vorgenommen wurde.The summation of the times in the time windows gives the true time for a speed. The sub-windows must therefore be exactly 36 °, i.e. 10% of the total rotation time. Each window is now provided with a correction factor, and the correction factors, 10 in the present example, are written into the non-volatile memory 16. It is also marked that a correction measurement has been made.
Der Mikrokontroller 15 kehrt nun wieder zum Hauptprogramm zurück, wo er in einem vorgegebenen Intervall erneut diese Routine berechnet. Die neuen Korrekturfaktoren werden jeweils mit den schon vorher berechneten und abgespeicherten Korrekturfaktoren statistisch derart verarbeitet, daß letztlich n (hier: 10) stati- stische Mittelwerte für die Abweichung der 36 "-Fenster vom Gleichmaß existieren, und zwar in der Art, daß bei wachsender Motorlaufzeit diese Korrekturfaktoren auf den realen Wert konvergieren. Durch diese Vorgehensweise ist der Mikrokontroller in der Lage, auf Fertigungstoleranzen des Generators 13 zu reagieren und gewisse Korrekturfaktoren zu erzeugen, die "ihm" sagen, wie groß die durch die periodischen Impulse festgelegten einzelnen Winkelabschnitte in Wirklichkeit sind.The microcontroller 15 now returns to the main program, where it calculates this routine again at a predetermined interval. The new correction factors are processed statistically with the correction factors that have already been calculated and stored in such a way that ultimately n (here: 10) statistical There are statistical mean values for the deviation of the 36 "window from the uniformity, in such a way that these correction factors converge to the real value with increasing engine running time. This procedure enables the microcontroller to react to manufacturing tolerances of the generator 13 and to generate certain correction factors which tell "him" how large the individual angular sections determined by the periodic impulses are in reality.
Die rechnerische Zuweisung der Winkelfenster zum oberen Totpunkt (OT) bzw. zum festen Triggerimpuls (TS) basiert auf der Schaffung eines Zeitfensters zwischen dem Triggerimpuls (TS) und dem folgenden Impuls aus dem Generator 13, in vorgegebener Einzelumdrehungen intermittierender Zeitintervalle. Aufgrund der berechneten Drehzahl errechnet sich der Mikrokontroller 15 die Zeitdifferenz dieser zwei aufeinander folgenden Impulse und berechnet somit die Absolutkorrektur bezogen auf den oberen Totpunkt (OT) .The arithmetical assignment of the angle window to top dead center (OT) or to the fixed trigger pulse (TS) is based on the creation of a time window between the trigger pulse (TS) and the following pulse from the generator 13, in predetermined individual revolutions of intermittent time intervals. Based on the calculated speed, the microcontroller 15 calculates the time difference between these two successive pulses and thus calculates the absolute correction based on the top dead center (TDC).
Für die Berechnung der Einspritzsollgrößen greift der Mikrokontroller 15 auf bereits vorbestimmte Festlegungen aus dem Motorkennfeld zu, die in einer Kennfeldsteuerung hinterlegt sind. Die hinterlegten Kennfeldgrößen paßt der Mikrokontroller 15 auf seine errechneten Winkelgrößen an und steuert somit in selbstkorrigierender Weise das Einspritzventil 14.For the calculation of the injection target values, the microcontroller 15 accesses predefined determinations from the engine map, which are stored in a map control. The microcontroller 15 adapts the stored characteristic map sizes to its calculated angle sizes and thus controls the injection valve 14 in a self-correcting manner.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine elektronische Möglichkeit, welche auf einfache Art und Weise, ohne grundlegende technische Überarbeitung der Konstruktion von 2-Takt-Brennkraftmaschinen, optimale, genau berechenbare Einspritzparameter liefert. Bezugszeichenliste:Overall, the invention results in an electronic possibility which, in a simple manner and without fundamental technical revision of the design of 2-stroke internal combustion engines, delivers optimal, precisely calculable injection parameters. Reference symbol list:
Steuervorrichtung 10Control device 10
2-Takt-Brennkraftmaschine 11 (Schnellaufend)2-stroke internal combustion engine 11 (high-speed)
Zündung (erste Mittel) 12Ignition (first means) 12
Generator (zweite Mittel) 13Generator (second means) 13
Einspritzventil 14Injector 14
Mikrokontroller 15Microcontroller 15
Speicher (nichtflüchtig) 16Memory (non-volatile) 16
Bereich Einspritzbeginn ESB1, ESB2Area of start of injection ESB1, ESB2
Oberer Totpunkt OTTop dead center OT
Triggerbereich TBTrigger area TB
Triggerpunkt TPTrigger point TP
Triggersignal TS (Triggerimpuls)Trigger signal TS (trigger pulse)
Zündbereich ZBIgnition range ZB
Winkel Wl - W6 Angle Wl - W6

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zur Steuerung des Einspritzvorgangs bei einer schneilaufenden 2-Takt-Brennkraftmaschine (11) mit Kraftstoffeinspritzung, welche 2-Takt- Brennkra tmaschine (11) erste Mittel (12) zur Erzeugung eines drehwinkelfesten Triggersignals (TS) pro Umdrehung für die Einspritzsteuerung sowie zweite Mittel (13) zur Erzeugung einer drehzahlabhängigen Wechselspannung aufweist, deren Periodendauer ein Bruchteil (1/n) der Zeit pro Umdrehung (Umdrehungszeit) der 2-Takt-Brennkraftmaschine (11) beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Einspritzvorgangs neben dem Triggersignal (TS) zusätzlich die erzeugte Wechselspannung herangezogen wird.1. A method for controlling the injection process in a fast-moving 2-stroke internal combustion engine (11) with fuel injection, which 2-stroke internal combustion engine (11) first means (12) for generating an angle-fixed trigger signal (TS) per revolution for the injection control and Second means (13) for generating a speed-dependent AC voltage, the period of which is a fraction (1 / n) of the time per revolution (revolution time) of the 2-stroke internal combustion engine (11), characterized in that in addition to the trigger signal for controlling the injection process (TS) the alternating voltage generated is also used.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den einzelnen Perioden der erzeugten Wechselspannung zugehörige Werte des Drehwinkels abgeleitet werden, welche Drehwinkelwerte zusammen mit dem Triggersignal (TS) zur Einspritzsteuerung herangezogen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that associated values of the rotation angle are derived from the individual periods of the generated AC voltage, which rotation angle values are used together with the trigger signal (TS) for injection control.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß für die korrekte Zuordnung der Drehwinkelwerte zu den Perioden der WechselSpannung bei zeitlich konstanten, z.B. durch Fertigungstoleranzen oder dgl. bedingten, Schwankungen in der Länge der einzelnen Periodendauern die einzelnen Perioden- dauern gemessen werden, aus dem Verhältnis der gemessenen Periodendauern zu den theoretischen Periodendauern, welche jeweils einen Bruchteil (1/n) der Umdrehungszeit ausmachen, ein Korrekturfaktor für jede Periodendauer bestimmt wird, daß jeder Periodendauer unter Anwendung des zugehörigen Korrekturfaktors ein relativer korrigierter Drehwinkelwert zugeordnet wird, und daß unter Bezugnahme auf das drehwinkelfeste Triggersignal (TS) die relativen korrigierten Drehwinkelwerte in absolute korrigierte Drehwinkelwerte umgewandelt werden, welche zur Einspritzsteuerung verwendet werden.3. The method according to claim 2, characterized in that for the correct assignment of the angle of rotation values to the periods of the alternating voltage with temporally constant fluctuations in the length of the individual period durations caused, for example, by manufacturing tolerances or the like. from the ratio of the measured period to the theoretical period, each of which is a fraction (1 / n) of the revolution time, a correction factor is determined for each period that a relative corrected rotation angle value is assigned to each period using the associated correction factor , and that with reference to the fixed-angle trigger signal (TS), the relative corrected rotational angle values are converted into absolute corrected rotational angle values which are used for injection control.
Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von zeitlich veränderlichen, insbesondere durch Drehzahlschwankungen und/oder Phasenverschiebungen in der Wechselspannung hervorgerufenen, Schwankungen in der Länge der Periodendauern die Korrekturfaktoren mehrfach hintereinander bestimmt und abgespeichert werden, und aus den abgespeicherten Korrekturwerten statistisch geraittelt Korrekturwerte gebildet und zur Zuordnung der relativen korrigierten Drehwinkel- werte zu den Periodendauern verwendet werden.Method according to Claim 3, characterized in that, in order to compensate for fluctuations in the length of the period durations, in particular those caused by speed fluctuations and / or phase shifts in the AC voltage, the correction factors are determined and stored several times in succession, and correction values statistically estimated from the stored correction values formed and used to assign the relative corrected rotation angle values to the period.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der einzelnen Periodendauern im Arbeitsdrehzahlbereich der 2-Takt-Brennkraftmet- schine (11) erfolgt, daß während der Messungen der Gleichlauf der 2-Takt-Brennkraftmaschine; (11) fortlaufend überwacht wird, und daß die gemessenen Werte nur dann ausgewertet werden, wenn der Gleichlauffehler während der Messungen unter einem vorbestimmten Wert liegt.Method according to one of claims 3 and 4, characterized in that the measurement of the individual period durations takes place in the working speed range of the 2-stroke internal combustion engine (11), that during the measurements the synchronism of the 2-stroke internal combustion engine; (11) is continuously monitored and that the measured values are only evaluated if the synchronization error during the measurements is below a predetermined value.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspritzεteuerung ein Mikrokontroller (15) verwendet wird, welcher nach Maßgabe des Triggersignals (TS) und der erzeugten Wechselspannung aus einer Kennfeldsteuerung die entsprechenden Kennfeldgrößen ausliest und zur Steuerung eines Einspritzventils (14) verwendet.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a microcontroller (15) is used for the injection control, which reads out the corresponding characteristic map variables in accordance with the trigger signal (TS) and the alternating voltage generated from a map control and for controlling an injection valve ( 14) used.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel die Zündung (12) der 2- Takt-Brennkraftmaschine (11) umfassen, und daß die zweiten Mittel einen Heizgenerator (13) umfassen, welche an der 2-Takt-Brennkraftmaschine (11) angeordnet und von ihr angetrieben ist. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the first means comprise the ignition (12) of the 2-stroke internal combustion engine (11), and that the second means comprise a heating generator (13) which on the 2nd -Clock internal combustion engine (11) is arranged and driven by it.
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