DE102006059007B3

DE102006059007B3 - Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006059007B3
Application number: DE102006059007A
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: CN101205846A; GB0724086D0; GB2444842A; GB2444842B; CN101205846B; US7475676B2; US20080147293A1

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 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), eine Messtechnikeinheit (8) zur Signalerfassung und einen Energiespeicher (9) zur Speicherung von elektrischer Energie sowie zur Energieversorgung des elektronischen Bausteins (4) während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufweist, und mit Steuerleitungen (3) zur Übertragung eines Einspritzsignals vom elektronischen Motorsteuergerät (1) zum Injektor (2). Über die Steuerleitungen (3) erfolgt zugleich die Energieübertragung an den Energiespeicher (9) und der bidirektionale Datenaustausch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Motorsteuergerät, mindestens einem Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, einem intelligenten elektronischen Baustein, welcher mit dem jeweiligen Injektor eine Baueinheit bildet und mit Steuerleitungen zur Übertragung eines Einspritzsignals vom elektronischen Motorsteuergerät zum Injektor.
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.
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 Injektorkenngrößen 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, bei geringem Verkabelungsaufwand eine verbesserte Kommunikation bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind die Ausgestaltungen dargestellt.
Die Einrichtung umfasst ein elektronisches Motorsteuergerät, mindestens einen Injektor mit einem intelligenten elektronischen Baustein, welcher mit dem jeweiligen Injektor eine Baueinheit bildet, wobei der elektronische Baustein eine elektronische Speichereinheit zum Speichern von Daten, eine Berechnungseinheit, eine Messtechnikeinheit und einen Energiespeicher beinhaltet, und die Einrichtung umfasst Steuerleitungen vom elektronischen Motorsteuergerät zum Injektor. Der Energiespeicher dient zur Speicherung von elektrischer Energie und der Energieversorgung des elektronischen Bausteins während des Betriebs der Brennkraftmaschine. Über die Steuerleitungen, eine 2-Drahtleitung (Twisted Pair), werden zugleich das Einspritzsignal, die Energie an den Energiespeicher und bidirektional Daten übertragen. Die Vorteile bestehen erstens in einem reduzierten Verkabelungsaufwand und zweitens in der Kommunikationsfähigkeit des Injektors, wodurch beispielsweise die aktuellen den Injektor kennzeichnenden Größen vom elektronischen Steuergerät ausgelesen werden können.
Der Datenaustausch erfolgt entweder in einer Bestromungslücke zwischen zwei Einspritzsignalen oder die Daten werden dem Einspritzsignal aufmoduliert.
Während den Einspritzpausen liefert der Energiespeicher die Energie für den elektronischen Baustein. Erst dadurch ist auch in den Einspritzpausen eine bidirektionale Kommunikation des elektronischen Motorsteuergeräts mit dem Injektor und umgekehrt möglich.
In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
1 ein Übersichtsschaubild;
2 ein erstes Zeitdiagramm und
3 ein zweites Zeitdiagramm.
Die 1 bis 3 werden im Weiteren gemeinsam beschrieben. Die Einrichtung umfasst folgende Baugruppen: ein elektronisches Motorsteuergerät 1, Steuerleitungen 3, einen Injektor 2 je Zylinder und einen intelligenten elektronischen Baustein 4, welcher mit dem jeweiligen 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 Steuerleitungen 3 sind als Twisted-Pair-Leitung, 2-Drahtleitung 3A sowie 3B, ausgeführt. Der Injektor 2 kann ein induktiver Injektor oder ein Piezo-Injektor sein. Der elektronische Baustein 4 beinhaltet eine elektronische Speichereinheit 6 zum Speichern von Daten, eine Berechnungseinheit 7, einen Energiespeicher 9 und eine Messtechnikeinheit 8. Typischerweise umfasst die Berechnungseinheit 7 zumindest einen Mikroprozessor mit Arbeitsspeicher. Die Messtechnikeinheit 8 erfasst zum Beispiel optoelektronisch die Injektornadel-Position und über einen Temperatursensor die Injektortemperatur. Anhand der von der Messtechnikeinheit 8 ermittelten Sensordaten bestimmt die Berechnungseinheit 7 die aktuellen Öffnungs- sowie Schließgeschwindigkeiten, den Öffnungszeitpunkt und das Temperaturverhalten des Injektors. Je nach gewünschtem Funktionsumfang können weitere Sensorsignale erfasst werden, beispielsweise ein Verbrennungsdruck.
Die Anordnung besitzt folgende Funktionalität:
Vor dem Motorstart werden vom elektronischen Motorsteuergerät 1 über die Steuerleitungen 3 die Produktionsdaten des Injektors 2 ausgelesen. Die Produktionsdaten sind insbesondere die Öffnungs- sowie Schließgeschwindigkeit, ein Spritzverzug, der Spulenwiderstand, das Herstelldatum und die Seriennummer. Im Betrieb initiiert das elektronische Motorsteuergerät 1 über die Steuerleitungen 3 und Injektor 2 einen Einspritzbeginn. Entsprechendes gilt für das Einspritzende. Zeitgleich mit der Aktivierung des Injektors 2 beginnt die Energieübertragung von einer Endstufe 10 des elektronischen Motorsteuergeräts 1 via Steuerleitungen 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. In den Einspritzpausen (Bestromungslücken) erfolgt ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen dem elektronischen Motorsteuergerät 1 und dem Injektor 2, siehe hierzu das Zeitdiagramm der 2. Beispielsweise kann das elektronische Motorsteuergerät 1 die Daten (Daten 1) aus der Speichereinheit 6 auslesen, bei Bedarf die Daten in der Speichereinheit 6 mit neuen Parametern (Daten 2) ergänzen und die Messtechnikeinheit 8 zu einer zusätzlichen Messung veranlassen.
An Stelle des Datenaustauschs in den Einspritzpausen, können die Daten (Daten 1, Daten 2) auch dem Einspritzsignal aufmoduliert sein, siehe hierzu das Zeitdiagramm der 3.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergeben sich für die Erfindung die folgenden Vorteile:

– die Verkabelung wird auf zwei Steuerleitungen reduziert, über welche die gesamte Kommunikation zwischen dem elektronischen Motorsteuergerät und dem Injektor erfolgt, wodurch der Schnittstellenumfang (Stecker) und die Bauteilkosten gering sind;
– die Verwendung eines Injektors mit integrierter elektronischer Daten-Speichereinheit, Berechnungseinheit, Messtechnikeinheit und integriertem Energiespeicher gestattet eine noch präzisere Einspritzung anhand der aktuellen Injektordaten.

1: elektronisches Motorsteuergerät
2: Injektor
3: Steuerleitungen
4: elektronischer Baustein
5: Baueinheit
6: Speichereinheit
7: Berechnungseinheit
8: Messtechnikeinheit
9: Energiespeicher
10: Endstufe

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 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), eine Messtechnikeinheit (8) zur Signalerfassung und einen Energiespeicher (9) zur Speicherung von elektrischer Energie sowie zur Energieversorgung des elektronischen Bausteins (4) während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufweist, und mit Steuerleitungen (3) zur Übertragung eines Einspritzsignals vom elektronischen Motorsteuergerät (1) zum Injektor (2), wobei die Steuerleitungen (3) zugleich der Energieübertragung an den Energiespeicher (9) und einem bidirektionalen Datenaustausch dienen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenaustausch in der Art ausgeführt ist, dass die Daten in einer Bestromungslücke zwischen zwei Einspritzsignalen übertragen werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenaustausch in der Art ausgeführt ist, dass die Daten dem Einspritzsignal aufmoduliert werden.