DE102006059006B3

DE102006059006B3 - Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006059006B3
Application number: DE102006059006A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Debelak; Jörg REMELE; Uwe Rödl; Andreas Schneider
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: CN101205845B; GB0724087D0; GB2444843B; US20080147292A1; US7543569B2; CN101205845A; GB2444843A

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Motorsteuergerät (1), mit mindestens einem Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, mit Verbindungsleitungen (3) zur Signalübertragung, welche das elektronische Motorsteuergerät (1) und den Injektor (2) verbinden, und mit einem intelligenten elektronischen Baustein (4), welcher mit dem jeweiligen Injektor (2) eine Baueinheit (5) bildet, wobei der elektronische Baustein (4) eine elektronische Speichereinheit (6) zum Speichern von Daten, eine Berechnungseinheit (7), einen Energiespeicher (9) zur Speicherung von elektrischer Energie sowie zur Energieversorgung des elektronischen Bausteins (4) während des Betriebs der Brennkraftmaschine und eine Messtechnikeinheit (8) aufweist, welche die Bewegung einer Injektornadel über ein induktives oder kapazitives Messverfahren erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Motorsteuergerät, mit mindestens einem Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, mit Verbindungsleitungen zur Signalübertragung, welche das elektronische Motorsteuergerät und den Injektor verbinden, und mit einem intelligenten elektronischen Baustein.
Bei einer Brennkraftmaschine bestimmen der Einspritzbeginn und das Einspritzende maßgeblich die Güte der Verbrennung und die Zusammensetzung des Abgases. Um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten, werden diese beiden Kenngrößen üblicherweise von einem elektronischen Motorsteuergerät geregelt. In der Praxis tritt bei einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Railsystem das Problem auf, dass zwischen dem Bestromungsbeginn des Injektors, dem Nadelhub des Injektors und dem tatsächlichen Einspritzbeginn ein zeitlicher Versatz besteht. Für das Einspritzende gilt Entsprechendes. Als weitere negative Einflüsse machen sich die Streuung der Injektoren untereinander und die Alterung eines Injektors bemerkbar.
Um den Einfluss der Streuung zu verringern, werden in der Praxis die Produktionsdaten über eine Kodierung am Injektor, zum Beispiel Barcode oder Schlüsselnummer, festgehalten. Die Daten werden dann über ein entsprechendes Lesegerät in das elektronische Motorsteuergerät eingelesen. Eine andere Maßnahme besteht darin die individuellen Eigenschaften eines Injektors in einem Speicherbaustein abzulegen, welcher am Injektor angeordnet ist. Während des Betriebs werden vom elektronischen Motorsteuergerät diese Parameter dann eingelesen und die Ansteuerungs-Sollwerte für diesen Injektor entsprechend angepasst. Die WO 97/23717 A zeigt ein derartiges System mit einem passiven Speicherbaustein, das heißt, dieser benötigt keine Spannungsversorgung. Zum Auslesen der Daten sind jedoch entsprechende Signalleitungen erforderlich.
Zur Erfassung des Ist-Zustands des Injektors ist es bekannt die Position der Injektornadel induktiv über eine Veränderung des PWM-Signals, über einen Wegsensor oder optoelektronisch zu detektieren. Beispielsweise die DE 199 43 917 A1 offenbart einen Nadelbewegungsfühler zur Erfassung des Ist-Einspitzzeitpunkts, welcher dann vom elektronischen Motorsteuergerät mit einem Soll-Einspritzzeitpunkt verglichen wird. An Hand dieser Soll-Istabweichung bewertet das elektronische Motorsteuergerät die Zahnriemenlängung. Auch hier ist der Verkabelungsaufwand kritisch.
Der Verkabelungsaufwand zwischen dem elektronischen Motorsteuergerät und den Injektoren kann, wie die EP 1 203 881 A2 dies vorschlägt, durch ein Flachbandkabel verringert werden. Der elektrische Kontakt zwischen einem Injektor und den jeweiligen beiden Adern des Flachbandkabels wird hergestellt, indem über eine Feder die beiden abisolierten Adern auf die beiden Kontakte am Injektor gepresst werden. Der Fundstelle sind bezüglich der Speicherung und Übertragung von Injektorgrößen keine Hinweise zu entnehmen.
Aus der DE 101 17 809 A1 ist ein System zur Erfassung von Injektorkenngrößen bekannt, bei dem im Kopf des Injektors ein elektronischer Baustein angeordnet ist. Im elektronischen Baustein implementiert sind eine Stabilisierung mit Referenzspannung, ein Komparator, eine Logik und eine Datenschaltung. Verbunden ist der Injektor mit dem elektronischen Motorsteuergerät über eine schaltbare Leitung zur Spannungsversorgung (Highside) und eine schaltbare Leitung (Lowside) zur Aktivierung des Injektors. Über das Gehäuse liegt der Injektor auf Massepotential. Nach der Initialisierungsphase des elektronischen Motorsteuergeräts, aber vor Beginn des Motorstarts, sendet der Injektor seine Kennung (Adresse) an das elektronische Motorsteuergerät, indem er zum Beispiel bei einer logischen Null das Spannungspotential auf der schaltbaren Leitung zur Spannungsversorgung auf ein geringeres Spannungspotential zieht. Danach liest das elektronische Motorsteuergerät die Daten aus dem Injektor aus und geht in seinen eigentlichen Arbeitsmodus, das heißt in den Einspritzbetrieb. Im Einspritzbetrieb wird an Hand der Injektordaten zum Beispiel das Mengenkennfeld korrigiert. Eine Kommunikation im Sinne eines Datenaustauschs während des Einspritzbetriebs ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine zuverlässige Erfassung des Ist-Zustands eines Injektors mit wenig Verkabelungsaufwand zu entwerfen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs eins gelöst. Die Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Vorgesehen ist ein intelligenter elektronischer Baustein, welcher mit dem jeweiligen Injektor eine Baueinheit bildet, wobei der elektronische Baustein eine elektronische Speichereinheit zum Speichern von Daten, eine Berechnungseinheit nebst Mikroprozessor, einen Energiespeicher zur Speicherung und Energieversorgung des elektronischen Bausteins während des Betriebs der Brennkraftmaschine und eine Messtechnikeinheit aufweist. Die Bewegung der Injektornadel wird über einen induktiven oder kapazitiven Sensor von der Messtechnikeinheit erfasst, beispielsweise über eine Brückenschaltung oder einen fremderregten Reihenschwingkreis. Ergänzend ist ein Komparator mit nachführbarer Komparatorschwelle vorgesehen.
Die Energieübertragung vom elektronischen Motorsteuergerät zum Energiespeicher erfolgt während der Einspritzung über die Verbindungsleitungen. Üblicherweise sind diese als 2-Drahtleitung in Twisted-Pair ausgeführt. Während der Einspritzpausen liefert der Energiespeicher die Energie für den elektronischen Baustein. Erst dadurch ist eine bidirektionale Kommunikation des elektronischen Motorsteuergeräts mit dem Injektor und umgekehrt auch in den Einspritzpausen möglich. Die bidirektionale Signalübertragung vom elektronischen Steuergerät zum Injektor und die Energieübertragung erfolgt über dieselben Verbindungsleitungen, wodurch der Verkabelungsaufwand verringert wird.
Ganz allgemein besteht der Vorteil der Erfindung in einem höheren Integrationsgrad mit verbessertem Funktionalitätsumfang bei gleichzeitig verbesserter Zuverlässigkeit.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigen:
1 ein Übersichtsschaubild;
2 einen Differential-Transformator zur Erfassung der Induktivitätsänderung und
3 einen Wirbelstromaufnehmer zur Erfassung der Induktivitätsänderung.
In der 1 ist die Einrichtung in einem Übersichtsschaubild dargestellt. Diese umfasst folgende Baugruppen: ein elektronisches Motorsteuergerät 1, Verbindungsleitungen 3, einen Injektor 2 und einen intelligenten elektronischen Baustein 4, welcher mit dem Injektor 2 eine gemeinsame Baueinheit 5 bildet. Unter elektronischem Baustein ist im Sinne der Erfindung eine elektronische Baugruppe mit elektronischen Halbleitelementen, beispielsweise einem Mikroprozessor, zu verstehen, welche auf einer Platine angeordnet sind und optional ein Gehäuse einschließlich einem Vibrations- und Temperaturschutz aufweist. Die Verbindungsleitungen 3 sind als Twisted-Pair-Leitung, 2-Drahtleitung 3A sowie 3B, ausgeführt. Über einen Sensor 11 wird der Nadelhub des Injektors 2 erfasst. Der Sensor 11 kann, wie in 2 dargestellt, als Differential-Transformator mit einer Primärspule 12 und zwei Sekundärspulen 13 oder, wie in der 3 dargestellt, als Wirbelstromaufnehmer mit einer Flachspule 14 und einer leitenden Platte 15, induktiv ausgeführt sein. Alternativ kann der Sensor 11 auch als kapazitiver Aufnehmer ausgeführt sein. Derartige Sensoren und deren Funktionsprinzip sind dem Fachmann bekannt und müssen nicht weiter erklärt werden.
Der elektronische Baustein 4 beinhaltet eine elektronische Speichereinheit 6 zum Speichern von Daten, eine Berechnungseinheit 7 nebst Mikroprozessor, einen Energiespeicher 9 und eine Messtechnikeinheit 8. Die Messtechnikeinheit 8 beinhaltet eine entsprechende Brückenschaltung zum Erkennen der Induktivitäts- oder der Kapazitätsänderung. Dem Fachmann sind derartige Brückenschaltungen, beispielsweise eine Wien/Maxwell-Brückenschaltung, bekannt und müssen daher nicht weiter erklärt werden. Als Alternative kann die Messtechnikeinheit 8 zusammen mit dem Sensor 11 einen fremderregten Reihenschwingkreis bilden. Die Auswertung der Signale, das heißt, die Umwandlung der Induktivitäts- oder Kapazitätsmesswerte in ein Zeitsignal erfolgt über die Berechnungseinheit 7.
Die Anordnung besitzt folgende Funktionalität:
Über die Verbindungsleitungen 3 wird der Injektor 2 vom elektronischen Motorsteuergerät 1 aktiviert (Beginn Einspritzung) oder deaktiviert (Ende Einspritzung). Mit Beginn der Injektorbestromung wird beispielsweise eine Induktivitätsmessung von der Messtechnikeinheit 8 durchgeführt. Nach Aktivierung des Injektors 2 beginnt sich die Position der Injektornadel zu verändern. Diese Positionsänderung wird durch den (induktiven) Sensor 11 erfasst und von der Messtechnikeinheit 8 in Verbindung mit Berechnungseinheit 7 ausgewertet. Der Startzeitpunkt für die Bewegung der Injektornadel, der Stoppzeitpunkt der Injektornadel und damit auch die Öffnungsdauer lassen sich folglich für diesen Injektor exakt bestimmen.
Zeitgleich mit der Aktivierung des Injektors 2 beginnt die Energieübertragung von einer Endstufe 10 des elektronischen Motorsteuergeräts 1 via Verbindungsleitungen 3 an den Energiespeicher 9. Während der Einspritzung wird der Energiespeicher 9 aufgefüllt. Mit Deaktivierung des Injektors 2 wird ebenfalls die Energieübertragung beendet. Während der Einspritzpause wird der elektronische Baustein 4 aus dem Energiespeicher 9 mit Energie versorgt. Dadurch kann auch in der Einspritzpause eine bidirektionale Kommunikation erfolgen. Beispielsweise kann das elektronische Motorsteuergerät 1 die individuellen Injektordaten aus der Speichereinheit 6 auslesen und die Ansteuerungsparameter anpassen, bei Bedarf die Daten in der Speichereinheit 6 mit neuen Parametern ergänzen und die Messtechnikeinheit 8 zu einer zusätzlichen Messung veranlassen.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergeben sich für die Erfindung die folgenden Vorteile:

– der Ist-Zustand des Injektors im Sinne eines Spritzbeginns, Spritzendes kann exakt bestimmt werden;
– der Verkabelungsaufwand wird auf zwei Leitungen reduziert;
– der intelligente Injektor besitzt einen hohen Integrationsgrad.

1: elektronisches Motorsteuergerät
2: Injektor
3: Verbindungsleitungen
4: elektronischer Baustein
5: Baueinheit
6: Speichereinheit
7: Berechnungseinheit
8: Messtechnikeinheit
9: Energiespeicher
10: Endstufe
11: Sensor
12: Primärspule
13: Sekundärspule
14: Flachspule
15: leitende Platte

Claims

Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Motorsteuergerät (1), mit mindestens einem Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, mit Verbindungsleitungen (3) zur Signalübertragung, welche das elektronische Motorsteuergerät (1) und den Injektor (2) verbinden, und mit einem intelligenten elektronischen Baustein (4), welcher mit dem jeweiligen Injektor (2) eine Baueinheit (5) bildet, wobei der elektronische Baustein (4) eine elektronische Speichereinheit (6) zum Speichern von Daten, eine Berechnungseinheit (7), einen Energiespeicher (9) zur Speicherung von elektrischer Energie sowie zur Energieversorgung des elektronischen Bausteins (4) während des Betriebs der Brennkraftmaschine und eine Messtechnikeinheit (8) aufweist, welche die Bewegung einer Injektornadel über ein induktives oder kapazitives Messverfahren erfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtechnikeinheit (8) eine Brückenschaltung zur Erfassung der Induktivitäts- oder Kapazitätsänderung aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtechnikeinheit (8) einen Reihenschwingkreis zur Erfassung der Induktivitäts- oder Kapazitätsänderung aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differential-Transformator oder ein Wirbelstromaufnehmer zur Erfassung der Induktivitätsänderung vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtechnikeinheit (8) einen Komparator mit nachführbarer Komparatorschwelle aufweist.