DE19606965A1 - 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 Brennkraftma­ schine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steue­ rung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine sind aus der DE-OS 26 50 246 (US 417 469 4) bekannt. Dort wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge abhängig von verschiede­ nen Betriebskenngrößen vorgegeben. Dabei wird die Abhängig­ keit der Dichte des Kraftstoffs von der Kraftstofftemperatur berücksichtigt.

Üblicherweise ist bei Dieselbrennkraftmaschinen mit Reihen- oder Verteilerpumpen ein Temperatursensor in der Pumpe ange­ ordnet.

Bei magnetventilgesteuerten Systemen, wie beispielsweise bei Common Rail Systemen ist dies nicht ohne weiteres möglich, da ein geeigneter Anbauort für einen solchen Sensor nicht existiert. Die eingespritzte Kraftstoffmasse ist aber stark abhängig von der Kraftstofftemperatur aufgrund von Dichte und Viscositätsänderungen bei unterschiedlichen Temperatu­ ren. Relevant für die Mengengenauigkeit ist dabei die Tempe­ ratur an der Einspritzdüse.

Ferner bestimmen bei magnetventilgesteuerten Systemen die Schaltzeiten der Magnetventile die eingespritzte Kraftstoff­ menge. Die Temperatur der Magnetventile besitzt einen erheb­ lichen Einfluß auf die Schaltzeiten.

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist eine wesentlich genauere Kraftstoffzumessung möglich.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzu­ messung in eine Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine Schaltung zur Auswertung eines Nadelbewegungsfühlers, Fig. 3 ver­ schiedene über der Zeit aufgetragene Signale und Fig. 4 und 5 zwei Flußdiagramme zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer Diesel­ brennkraftmaschine beschrieben, bei der die Kraftstoffzumes­ sung mittels Magnetventilen gesteuert wird. Die Erfindung ist auch bei Benzinbrennkraftmaschinen einsetzbar, bei denen die Einspritzmenge ebenfalls mittels Magnetventilen ge­ steuert wird.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Mit 100 ist eine Brennkraftma­ schine bezeichnet. An der Brennkraftmaschine ist ein Magnet­ ventil 110 angeordnete das eine Spule 112 umfaßt. Ferner sind an der Brennkraftmaschine Sensoren 120 und 122 angeord­ net, die die Drehzahl N und die Temperatur T der Brennkraft­ maschine erfassen. Die Sensoren 120 und 122 stehen mit einem Steuergerät 130 in Verbindung. Dem Steuergerät 130 wird fer­ ner das Ausgangssignal eines Fahrpedalstellungsgebers 132 zugeleitet.

Das Steuergerät umfaßt eine Mengenvorgabe 135 und eine Men­ genkorrektur 136. Das Drehzahlsignal N und das Temperatur­ signal T sowie ein Signal FP bezüglich der Fahrpedalstellung gelangt zur Mengenvorgabe 135. Das Signal T gelangt ferner zur Mengenkorrektur 136. Die Mengenkorrektur 136 umfaßt ei­ nen Speicher 137. Die Mengenvorgabe 135 beaufschlagt einen Verknüpfungspunkt 138 mit einem Signal ti. Die Mengenkorrek­ tur 136 beaufschlagt den Verknüpfungspunkt 136 mit einem Korrekturfaktor K.

Die Spule 112 ist mit ihrem einen Anschluß mit der Versor­ gungsspannung Ubat verbunden. Mit ihrem anderen Anschluß steht sie über ein Strommeßmittel 140 und einem Schaltmittel 150 mit Masse in Verbindung. Das Schaltmittel 150 wird mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 138 beaufschlagt. Die beiden Anschlüsse des Strommeßmittels 140 stehen mit der Mengenkorrektur 136 in Verbindung.

Die Spule 112, das Strommeßmittel 140 und das Schaltmit­ tel 150 sind in Reihe geschaltet. Die Reihenfolge der Ele­ mente ist dabei nur beispielhaft dargestellt. Sie können auch in anderer Reihenfolge angeordnet werden. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, daß zwei Schaltmittel vorgesehen sind.

Desweiteren kann vorgesehen sein, daß noch weitere Signale, von der Mengenvorgabe 135 ausgewertet werden. So kann bei­ spielsweise bei Benzinbrennkraftmaschinen ein Signal bezüg­ lich der Drosselklappenstellung ausgewertet werden.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Ausgehend vom Be­ triebszustand der Brennkraftmaschine und dem Fahrerwunsch berechnet die Mengenvorgabe 135 eine Ansteuerdauer ti. Diese Ansteuerdauer ti legt den Zeitraum fest, innerhalb dem das Magnetventil 110 der Brennkraftmaschine Kraftstoff zumißt. Die Ansteuerdauer des Magnetventiles legt die in die Brenn­ kraftmaschine 100 eingespritzte Kraftstoffmenge fest. Diese eingespritzte Kraftstoffmenge, insbesondere die Kraftstoff­ masse, ist aufgrund von Dichte und Viscositätsänderungen stark abhängig von der Kraftstofftemperatur. Relevant ist dabei die Temperatur beim Übergang des Kraftstoffes vom ho­ hen Druck auf niederen Druck. Dies ist beispielsweise im Einspritzventil der Fall.

Zur Erfassung der Kraftstofftemperatur im Bereich des Ein­ spritzventils wird vorgeschlagen, daß die Temperatur des Einspritzventiles erfaßt wird.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß die Temperatur der Spule 112 des Magnetventiles 110 nahezu der Kraftstofftempe­ ratur entspricht. Zur Mengenkorrektur wird daher die Tempe­ ratur der Spule ermittelt und zur Korrektur der einzu­ spritzenden Menge oder der Einspritzdauer ti verwendet.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird dieser Korrekturwert K ausgehend von der Spulentemperatur und der Temperatur T, die mittels des Sensors 122 im Bereich der Brennkraftmaschine erfaßt wurde, ermittelt.

Zur Bestimmung der Spulentemperatur wird der Spulenwider­ stand gemessen, da dieser von der Temperatur der Spule ab­ hängt.

Zur Widerstandsmessung wird der Strom, der durch die Spule fließt, mittels des Strommeßmittels 140 gemessen. Ausgehend von diesem Stromwert I und der bekannten Versorgungsspannung Ubat berechnet die Mengenkorrektur 136 den Widerstand und damit ausgehend von den im Speicher 137 abgelegten Werten die Temperatur des Kraftstoffes.

Die Messung des Spulenwiderstandes kann auch auf unter­ schiedliche Art und Weise erfolgen.

Eine weitere Ausgestaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Zur Erfassung der Kraftstofftemperatur wird nicht der Widerstand der Spule des mengenbestimmenden Magnetventils, sondern der ohmsche Widerstand eines sogenannten Nadelbewegungsfühlers ausgewertet. Solche Nadelbewegungsfühler werden üblicher­ weise bei Dieselbrennkraftmaschinen eingesetzt, um den Ein­ spritzbeginnzeitpunkt zu erfassen. Hierbei handelt es sich um eine Nadel, die von dem Einspritzventil bewegt und deren Bewegung mittels einer Spule erfaßt wird.

In Fig. 2 ist eine derartige Anordnung dargestellt. Mit 200 ist die Spule des Nadelbewegungsfühlers bezeichnet. Dieser Nadelbewegungsfühler besitzt eine veränderliche Induktivi­ tät. In Reihe zu dieser Induktivität ist eine Konstantstrom­ quelle 210 geschaltet. Es besteht eine Reihenschaltung zwi­ schen der Versorgungsspannung Ubat, der Konstantstromquelle 210, dem Nadelbewegungsfühler 200 und der Masse.

Am Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle 210 und dem Nadelbewegungsfühler 200 ist über einen Kondensator 215 die Nadelbewegungsfühlerauswerteschaltung 230 angeschlossen. Des weiteren ist dieser Verbindungspunkt mit einem weiteren Kondensator 240 mit Masse verbunden. Parallel zu diesem Kon­ densator 240 ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 250 und 255 auf Masse geschaltet. Der Verbin­ dungspunkt der beiden Widerstände 250 und 255 ist über einen Kondensator 260 mit Masse verbunden und steht ferner mit ei­ ner Temperaturauswertung 270 in Kontakt.

Zur Auswertung des Nadelbewegungsfühlersignals werden ledig­ lich die hochfrequenten Anteile ausgewertet. Anhand der Än­ derung der Induktivität wird die Position der Nadel des Na­ delbewegungsfühlers erfaßt. Zur Erfassung der Temperatur des Nadelbewegungsfühlers 200 wird der ohmsche Widerstand ausge­ wertet. Hierzu wird im Spannungsteiler 250 und 255 der Span­ nungsabfall am Nadelbewegungsfühler 200 erfaßt. Der Strom I, der durch den Nadelbewegungsfühler 200 fließt, wird von der Konstantstromquelle 210 vorgegeben und ist bekannt. Ausge­ hend von dem gemessenen Spannungsabfall U am Spannungsteiler 250, 255 und dem bekannten Strom I wird der Widerstand be­ rechnet. Ausgehend von dem Widerstand läßt sich die Tempera­ tur der Spule und damit des Kraftstoffes ermitteln.

In Fig. 3 sind verschiedene Signale über der Zeit t aufge­ tragen. In Fig. 3a ist das Signal, mit dem das Schaltmittel 150 beaufschlagt wird, über der Zeit aufgetragen. Bis zum Zeitpunkt t1 erfolgt keine Ansteuerung. Vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t4 wird der Schalter derart angesteuert, daß er die Kraftstoffzumessung freigibt. Der Abstand zwischen den Zeitpunkten t1 und t4 wird all Einspritzzeit ti bezeich­ net.

In Teilfigur 3b ist der Strom I, der durch die Spule 112 des Magnetventils 110 fließt, über der Zeit t aufgetragen. Bis zum Zeitpunkt T1 fließt kein Strom. Sobald zum Zeitpunkt t1 der Schalter 150 geschlossen wird, steigt der Strom gemäß einer Exponentialfunktion an. Der Anstieg hängt von der In­ duktivität der Spule 112 ab. Zum Zeitpunkt t2 schaltet das Magnetventil 110, d. h. der Anker des Magnetventils erreicht seine neue Position und die Einspritzung beginnt. Ab diesem Zeitpunkt t2 ändert sich die Induktivität der Spule und da­ mit der Anstieg des Stromverlaufs. Zum Zeitpunkt t3 erreicht der Strom den Wert IN.

Zum Zeitpunkt t4 wird das Schaltmittel 150 derart angesteu­ ert, daß es den Stromfluß unterbricht. Ab diesem Zeitpunkt fällt der Strom gemäß einer vorgegebenen Funktion, die wie­ derum von der Induktivität abhängt, ab. Zum Zeitpunkt t5 er­ reicht sie ihren Wert Null.

Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird der Strom I, der durch die Spule 112 fließt, lediglich durch den Ohmschen Widerstand der Spule bestimmt. In den Zeiträumen t1 bis t3 und t4 bis t5 hängt der Strom im wesentlichen von der Induk­ tivität der Spule ab.

Eine Messung des Widerstandes der Spule 112 ist nur in be­ stimmten Bereichen, insbesondere in dem linearen Bereich zwischen den Zeiträumen t3 und t4 möglich. In diesem Bereich besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Strom und Span­ nung, der lediglich vom ohmschen Widerstand und nicht von der Induktivität der Spule abhängt.

In Fig. 3 ist lediglich eine einfache Ausführungsform dar­ gestellt. Bei aufwendigeren Steuerungen des Magnetventils wird zwischen verschiedenen Phasen unterschieden, bei denen entweder der Strom oder die Spannung linear geregelt wird.

Wird beispielsweise die Spannung, die am Magnetventil ab­ fällt, auf einen Wert geregelt, und der Strom wie in Fig. 1 dargestellt gemessen, sind beide Größen bekannt. Ausgehend von diesen beiden Größen kann der temperaturabhängige Wider­ stand errechnet werden.

In Fig. 4 ist diese Vorgehensweise anhand eines einfachen Flußdiagrammes dargestellt. Die Abfrage 400 überprüft, ob ein Zustand vorliegt, in dem der Widerstand gemessen werden kann. Erfindungsgemäß wird überprüft, ob sich der Strom in seinem linearen Bereich befindet. Dies bedeutet die Messung erfolgt zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4.

Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Messung zwi­ schen zwei Steuerimpulsen. Dies bedeutet die Messung erfolgt zwischen dem Zeitpunkt t5 und dem Zeitpunkt t1. In einem Zeitabschnitt, in dem das Magnetventil nicht angesteuert wird, wird dieses mit einer definierten Spannung oder einem definierten Strom beaufschlagt. Ferner wird der Strom oder die Spannung gemessen. Die Spannung und/oder der Strom sind dabei so gewählt, daß das Magnetventil seinen Zustand nicht ändert, das heißt, daß keine Einspritzung erfolgt.

Liegt ein Zustand vor, in dem der Widerstand meßbar ist, so folgt im Schritt 410 die Ermittlung des Stroms und in Schritt 420 die Ermittlung der Spannung U. Vorzugsweise ist eine der beiden Größen bekannt und die andere Größe wird ge­ messen.

Im anschließenden Schritt 430 erfolgt die Berechnung des Widerstandes R.

Bei einer weiteren Ausgestaltung wird der Widerstand ausge­ hend von den Effektivwerten für den Strom, der durch die Spule fließt, und der Spannung, die an der Spule anliegt, bestimmt. Die Effektivwerte ergeben sich aus den gemittelten Werten für Strom und Spannung.

Im anschließenden Schritt 440 wird die Temperatur TS der Spule berechnet. Vorzugsweise wird die Temperatur ausgehend von dem Widerstand der Spule aus einem Kennfeld ausgelesen, in dem der Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperatur abgelegt ist.

Ausgehend von der Spulentemperatur TS und von einem weiteren Temperaturwert TF wird in Schritt 450 die Temperatur T des Kraftstoffes bestimmt. Ausgehend von der Kraftstofftempera­ tur T wird in Schritt 460 der Korrekturfaktor K als Funktion der Kraftstofftemperatur T ermittelt.

Der Wert TF berücksichtigt die Abweichung zwischen der Tem­ peratur der Spule und der tatsächlichen Temperatur des Kraftstoffes. Zur Ermittlung dieses Wertes TF wird auf Fig. 5 verwiesen. In Fig. 5 ist ein Verfahren zum Lernen des Widerstandes der Spule beschrieben.

In bevorzugten Betriebszuständen, insbesondere beim Start, wenn ein Temperaturausgleich zwischen allen Bauteilen statt­ gefunden hat, kann ein Abgleich dieser Temperaturmessung er­ folgen. Das heißt, die aus dem Spulenwiderstand ermittelte Temperatur wird mit einem Ausgangssignal des weiteren Tempe­ ratursensors 122 verglichen. Diese Lernprozedur kann nur dann erfolgen, wenn sicher ein Temperaturausgleich zwischen allen Elementen stattgefunden hat, das heißt, daß die Kraft­ stofftemperatur im Magnetventil 110 die gleiche Temperatur aufweist wie die übrigen Temperatursensoren 122.

In einem ersten Schritt 500 werden die Signale zweier Tempe­ ratursensoren ausgewertet. Diese zwei Temperatursensoren er­ fassen die Temperatur TW des Kühlwassers und beispielsweise die Temperatur TÖ des Öls in der Brennkraftmaschine. Im Schritt 510 wird die Temperaturdifferenz TD zwischen den beiden Temperaturwerten TW und TÖ ermittelt.

Die anschließende Abfrage 520 überprüft, ob die Temperatur­ differenz TD kleiner als Schwellwert SW ist. Ist dies nicht der Fall, dies bedeutet, es erfolgte kein Temperaturaus­ gleich, so erfolgt unmittelbar Schritt 550. Ist dies der Fall, das heißt es fand ein Temperaturausgleich statt, so wird in Schritt 530 die Spulentemperatur TS des Magnetven­ tils ermittelt. Anschließend errechnet der Schritt 540 den Temperaturwert TF, ausgehend von der Kühlwassertemperatur TW und der berechneten Spulentemperatur TS. Dies bedeutet, im Schritt 540 wird bei ausgeglichener Temperatur der Meßwert für die Temperatur und der berechnete Wert abgeglichen und die Differenz als Fehlerwert TF gespeichert. Anschließend endet das Programm Schritt 550.

Mit dieser Lernprozedur können auch exemplspezifische Toleranzen ausgeglichen werden. Ferner können die Meßwerte aus der Widerstandsmessung mit anderen Temperaturwerten ver­ glichen und die Temperaturwerte geeicht werden. Anstelle der Öltemperatur kann auch die Umgebungslufttemperatur verwendet werden.

Mit dieser Vorgehensweise können auch Einflüsse der Tempera­ tur des Magnetventils auf die Einspritzdauer bzw. auf die Schaltzeit des Magnetventils kompensiert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ausge­ hend von der Motoröltemperatur und/oder der Kühlwasser­ temperatur auf die Kraftstofftemperatur geschlossen. Beim Start der Brennkraftmaschine wird davon ausgegangen, daß die Motoröltemperatur und/oder der Kühlwassertemperatur der Kraftstofftemperatur entspricht. Ausgehend von dieser Start­ temperatur wird mittels eines Temperaturmodells, das das dy­ namische Verhalten der Temperatur berücksichtigt, die aktuelle Temperatur des Kraftstoffs bestimmt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß ausgehend von der Spulentemperatur jeweils die Änderung der Temperatur ermittelt und ausgehend von der Änderung der Temperatur und dem vorhergehenden Temperaturwert die aktuelle Temperatur bestimmt wird.

Mit den beschriebenen Ausführungsformen kann sowohl der Ein­ fluß der Temperatur des Kraftstoffs auf die Dichte des Kraftstoffes als auch der Einfluß der Temperatur der Spule auf das Schaltverhalten des Magnetventils berücksichtigt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, wobei eine einzuspritzende Kraftstoff­ menge abhängig von Betriebskenngrößen vorgebbar und mit we­ nigstens einem Magnetventil steuerbar ist, wobei die einzu­ spritzende Kraftstoffmenge von einer Ansteuerdauer des Magnetventils beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerdauer abhängig von der Temperatur des Magnetven­ tils und/oder eines Nadelbewegungsfühlers korrigierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur ausgehend vom Widerstand der Spule des Magnetventils und/oder der Spule des Nadelbewegungsfühlers vorgebbar ist.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Widerstands der Strom, der durch die Spule fließt, und die Spannung, die an der Spule anliegt, ausgewertet wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung zu vorgebbaren Zeiten er­ folgt, bei denen einer der beiden Werte bekannt ist.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung in einem linearen Bereich erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Auswertung zwischen zwei Ansteuerungen des Magnetventils erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand ausgehend von Effektivwerten für den Strom und die Spannung ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der gemessenen Temperatur der Spule, einem Korrekturwert und/oder eines mittels eines Modells bestimmten Werts eine Kraftstofftemperatur vorgege­ ben wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen bestimmter Bedingungen, insbesondere wenn die Kraftstofftemperatur und die Spulen­ temperatur gleiche Werte annehmen, der Korrekturwert vorgeb­ bar ist.

10. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, wobei eine einzuspritzende Kraft­ stoffmenge abhängig von Betriebskenngrößen vorgebbar und mit wenigstens einem Magnetventil steuerbar ist, wobei eine An­ steuerdauer des Magnetventils die eingespritzte Kraftstoff­ menge beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorge­ sehen sind, die die Ansteuerdauer abhängig von einer Tempe­ ratur des Magnetventils und/oder eines Nadelbewegungsfühlers korrigieren.