DE3529162C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum betriebsparameterabhängigen Steuern der mittels einer Einspritzdüse bewirkten Brennstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge gemäß der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einem aus der DE 30 42 647 A1 bekannten Verfahren dieser Art wird eine unter entsprechend variablen Lastverhältnissen drehzahlabhängig gesteuerte Brennstoffeinspritzung mit einer schwellwertorientierten Umschaltung zwischen einer bei niedriger Drehzahl dreimaligen und einer bei höherer Drehzahl nur zweimaligen Brennstoffeinspritzung durchgeführt. Dabei ist für diese und auch die umgekehrte Umschaltung von der höheren auf die niedrigere Drehzahl nur ein einziger Schwellwert von etwa 4 000 U/min in der Verknüpfung mit dem Hinweis angegeben, daß bei der dreimaligen Brennstoffeinspritzung pro Arbeitstakt der Maschine die Einspritzdüse mit einer Arbeitsfrequenz von 300 Hz betrieben wird, während sie bei der zweimaligen Einspritzung eine Arbeitsfrequenz von nur 200 Hz erhält und bei einer auch für möglich angesehenen Brennstoffeinspritzung nur einmal pro Arbeitstakt der Maschine dann eine Arbeitsfrequenz der Einspritzdüse von nur 100 Hz vorgegeben wird.

Aus der DE 32 33 486 A1 ist eine entweder an einem kalten oder an einem warmen Laufzustand der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges orientierte Brennstoffeinspritzung mit der Maßgabe bekannt, daß bei kalter Maschine eine nur einmalige und bei warmer Maschine eine zweimalige Einspritzung pro Arbeitstakt der Maschine vorgenommen wird, wobei für die zweimalige Einspritzung eine gegenüber der einmaligen Einspritzung halbierte Einspritzimpulsdauer vor­ gegeben wird. Aus der DE 31 08 601 A1 ist schließlich noch bekannt, daß bei einer pro Arbeitstakt einer Brennkraftmaschine nur einmaligen Brennstoffeinspritzung eine Vergrößerung der Liefermenge zweckmäßig mit einem asynchronen Steuersignal gesteuert wird.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung bereitzustellen, mit dem für alle Lastzustände der Brennkraftmaschine eine mit einer rechnergesteuerten Betätigung der Einspritzdüse berücksichtigte konstante Abhängigkeit von einem Betriebsparameter, so insbesondere einem vorgegebenen Luft- Brennstoff-Mischungsverhältnis, eingehalten werden kann.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise für eine Viertaktmaschine erzielbaren Vorteile liegen im wesentlichen darin, daß für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine bis hin zu einer bestimmten Grenze des Teillastbetriebs eine nur einmalige Einspritzung des Brennstoffs gesteuert wird, die bei der Überschreitung dieser Grenze von einer zweimaligen Einspritzung des Brennstoffs pro Arbeitstakt der Maschine abgelöst wird. Die mit der Vorgabe der beiden unterschiedlich großen Zeitschwellwerte erreichte Hysteresewirkung für die Umschaltung der Einspritzdüse zwischen den beiden Schaltzuständen ergibt eine vorteilhafte Kleinhaltung der Schalthäufigkeit der Einspritzdüse. Für den Leerlaufbetrieb der Maschine bis hin zu einer Grenze des niedrigen Teillastbetriebes kann damit die Einspritzung des Brennstoffs im wesentlichen nach einem gleichartig linearen Bereich der die Arbeitsweise der Einspritzdüse bestimmenden Kennlinie angesteuert werden, wie er ab dieser Grenze des Teillastbetriebes bis hin zum Vollastbetrieb der Maschine für diese Kennlinie der Einspritzdüse wesensbestimmend ist.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaubild zur Darstellung der Kennlinie für die Brennstoffliefermenge einer Einspritzdüse im Arbeitstakt einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Einspritzimpulsdauer,

Fig. 2A ein Schaubild zur Darstellung einer zweimaligen Einspritzung des Brennstoffs bei einer Viertaktmaschine in Abhängigkeit von der Position der Kurbelwelle,

Fig. 2B ein Schaubild zur Darstellung einer einmaligen Einspritzung des Brennstoffs,

Fig. 2C ein Schaubild zur Darstellung einer einmaligen Einspritzung des Brennstoffs in der Abwandlung einer mit einem asynchronen Steuersignal gesteuerten Vergrößerung der Liefermenge,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer zur Durchführung des Verfahrens ausgebildeten Steuereinrichtung,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines zur Durchführung des Verfahrens ausgebildeten logischen Schaltkreises der Steuereinrichtung gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 das Schaubild der Fig. 1 in größeren Einzelheiten für eine entsprechende Verdeutlichung des Verfahrens.

Nach dem in Fig. 1 gezeigten Schaubild weisen die herkömmlichen Einspritzdüsen einer Brennkraftmaschine eine Kennlinie für die pro Arbeitstakt der Maschine gelieferte Brennstoffmenge auf, die bezüglich der für die Einspritzung benötigten Impulsdauer einen nichtlinearen Bereich für die zum Leerlaufbetrieb der Maschine hin benötigten kleineren Liefermengen und einen linearen Bereich für die zum Vollastbetrieb der Maschine hin benötigten größeren Liefermengen aufweist. Damit auch für den nichtlinearen Bereich dieser Kennlinie ein mit einer rechnergesteuerten Betätigung der Einspritzdüse berücksichtigter Betriebsparameter der Maschine, so beispielsweise ein vorgegebenes Luft-Brennstoff-Mischungsverhältnis, ebenso exakt eingehalten werden kann wie für deren linearen Bereich, ist dafür nach Fig. 2B eine einmalige Einspritzung des Brennstoffs und für den linearen Bereich dieser Kennlinie nach der Darstellung in Fig. 2A eine zweimalige Einspritzung des Brennstoffs vorgesehen. Diese unterschiedliche Einspritzung des Brennstoffs ist gleichzeitig gekoppelt mit einer einfachen bzw. mit einer zweifachen Zündung, so daß bei dem in Fig. 2A veranschaulichten einen Schaltzustand der Einspritzdüse doppelt soviele Zündungen stattfinden wie bei dem zweiten Schaltzustand, gemäß Fig. 2B. Bei der pro Arbeitstakt der Maschine zweimaligen Einspritzung wird gleichzeitig pro Einspritzung eine Impulsdauer vorgegeben, die nur halb so groß ist wie die Impulsdauer bei einer pro Arbeitstakt der Maschine nur einmaligen Einspritzung des Brennstoffs. Damit wird für den nichtlinearen Bereich der in Fig. 1 gezeigten Kennlinie der Einspritzdüse ein deren linearem Bereich entsprechendes Verhalten simuliert.

Bei dem Schaubild in Fig. 1 sind auf der x-Achse die Zeitwerte in µsek der Impulsdauer des Erregerstromes der Einspritzdüse bei einer zweimaligen Einspritzung des Brennstoffs pro Arbeitstakt der Maschine abgetragen, so daß längs der y-Achse die bei dieser Kennlinie zu jeder Bezugszeit (EFIPW) zugehörige Liefermenge ablesbar ist. Bei der nur einmaligen Einspritzung des Brennstoffs wird eine Verdoppelung der Einspritzimpulsdauer vorgegeben, so daß eine Bezugszeit (2 EFIPW) erhalten wird. Die Umschaltung der Einspritzdüse zwischen dem Schaltzustand gemäß Fig. 2A und dem Schaltzustand gemäß Fig. 2B wird beispielsweise angesteuert, wenn während des Schaltzustandes gemäß Fig. 2A die Bezugszeit (EFIPW) auf weniger als 1,85 µsek abfällt. Die Umschaltung hat dann zur Folge, daß mit dem Schaltzustand gemäß Fig. 2B für eine damit erhaltene einmalige Einspritzung des Brennstoffs die Impulsdauer auf die doppelte Bezugszeit verlängert wird. Umgekehrt wird eine Umschaltung des Schaltzustandes gemäß Fig. 2B in den Schaltzustand gemäß Fig. 2A beispielsweise angesteuert, wenn bei der einmaligen Einspritzung eine Bezugszeit (2 EFIPW) von mehr als 4,10 µsek erhalten wird, was einer Impulsdauer von mehr als 2,05 µsek jeder in dem Schaltzustand gemäß Fig. 2A bewirkten Einspritzung entspricht, so daß bei einer mit diesem Wert gesteuerten Umschaltung in den Schaltzustand gemäß Fig. 2A die vorerwähnte Bezugszeit von 1,85 µsek überschritten ist. Die Differenz der beiden Bezugszeiten von 1,85 µsek und 2,05 µsek für die kritische Impulsdauer, bei welcher zwischen den beiden Schaltzuständen der Einspritzdüse umgeschaltet wird, ergibt somit eine Hysteresewirkung, welche die Schalthäufigkeit der Einspritzdüse begrenzt und damit sowohl den Schaltzustand gemäß Fig. 2A als auch den Schaltzustand gemäß Fig. 2B jeweils über einen durch diese Hysteresewirkung verlängerten Zeitraum stabil einhalten läßt.

In der Fig. 5 ist die Beziehung zwischen den auf der x-Achse abgetragenen Absolutwerten der Impulsdauer pro Einspritzung und den auf der y-Achse abgetragenen Werten der Liefermenge pro Einspritzung näher dargestellt. Bei der pro Arbeitstakt zweimaligen Einspritzung des Brennstoffs in dem Schaltzustand der Einspritzdüse gemäß Fig. 2A kann die Einspritzimpulsdauer bis auf 1,85 µsek abfallen, worauf dann auf den Schaltzustand gemäß Fig. 2B zum Erreichen einer Einspritzimpulsdauer von 3,70 µsek umgesteuert wird. Die pro Einspritzung einfache Brennstoff-Liefermenge Y wird damit gleichzeitig zu der Liefermenge 2 Y pro Arbeitstakt der Maschine verdoppelt. In dem Schaltzustand gemäß Fig. 2B kann die Einspritz- Impulsdauer bis auf 4,10 µsek verlängert werden, was einer Liefermenge 2 X des Brennstoffs pro Arbeitstakt der Maschine entspricht und dabei gleichzeitig den maßgeblichen Schwellwert darstellt, bei dessen Erreichen wieder in den Schaltzustand gemäß Fig. 2A umgeschaltet wird. Der entsprechende Zeitschwellwert der Bezugszeit nimmt hierbei den Wert von 2,05 µsek an, was einer Liefermenge X pro Einspritzung des Brennstoffs entspricht, der in diesem Schaltzustand der Einspritzdüse pro Arbeitstakt der Maschine eine zweimalige Einspritzung erfährt. Die Fig. 5 verdeutlicht mit den strichpunktierten Linien I und II die Bereichsgrenzen der in den beiden Schaltzuständen der Einspritzdüse pro Einspritzung unterschiedlich gelieferte Brennstoffmengen, wenn zur Vorgabe der vorerwähnten Hysteresewirkung die mit den gestrichelten Linien verdeutlichten Bereichsgrenzen der Schwellwerte für die Impulsdauer eingehalten werden, die damit bei 1,85 µsek und 4,1 µsek liegen.

Die beiden Schaltzustände der Einspritzdüse lassen sich mit einer Steuereinrichtung 30 der in Fig. 3 gezeigten Ausbildung steuern. Diese Steuereinrichtung umfaßt einen Steuermodul 31, der einen ersten Eingang EFIPW für ein Steuersignal aufweist, das von einem Rechner für die pro Arbeitstakt der Maschine in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter, so insbesondere einem vorgegebenen Luft- Brennstoff-Mischungsverhältnis, gewünschte Brennstoffmenge geliefert wird. An einem zweiten Eingang SSFPW dieses Steuermoduls 31 wird die vor dem Erreichen des linearen Bereichs der Kennlinie der Einspritzdüse minimal zulässige Impulsdauer des Erregerstromes für die Einspritzdüse zugeführt, während an einem dritten Eingang SSFPWH eine demgegenüber höhere, die Hysteresewirkung zwischen den beiden Schaltzuständen der Einspritzdüse beeinflussende Impulsdauer zugeführt wird. Der eigentliche Steuermodul 31 ist gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 4 derart ausgebildet, daß er wahlweise entweder den Schaltzustand gemäß Fig. 2A oder den Schaltzustand gemäß Fig. 2B der Einspritzdüse steuert.

Der Schaltkreis des Steuermoduls 31 umfaßt gemäß Fig. 4 einen an den Eingang EFIPW angeschlossenen Eingangsblock 41, der das von einem Rechner gelieferte Steuersignal empfängt, mit welchem die pro Arbeitstakt der Maschine in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern gewünschte Liefermenge des Brennstoffs berücksichtigt ist. An diesen Eingangsblock 41 ist ein Entscheidungsblock 42 angeschlossen, welcher dieses Steuersignal für eine pro Arbeitstakt der Maschine nur einmalige Einspritzung SSF des Brennstoffs oder für eine zweimalige Einspritzung SDF auswählt. Das von dem Entscheidungsblock 42 für eine zweimalige Einspritzung des Brennstoffs ausgewählte Steuersignal wird in einem nachfolgenden Prüfblock 43 dahin überprüft, ob seine Impulsdauer gleich oder kleiner als der Schwellwert ist, bei welchem von dem Schaltzustand der Einspritzdüse gemäß Fig. 2A auf den Schaltzustand gemäß Fig. 2B umgesteuert wird. Wenn mit dem Prüfblock 43 die Voraussetzung für die Beibehaltung des Schaltzustandes gemäß Fig. 2A festgestellt ist, wird mit dem Steuersignal SDF der Ausgang SSFFF eines Flip-Flop-Schalters 44 auf 0 gestellt, so daß das Steuersignal jetzt eine Weiterleitung zu einem weiteren Prüfblock 45 erfährt, der aus dem bisherigen Steuersignal SSFFF eine ODER-Summe durch die Hinzufügung einer 1 bildet.

Der Prüfblock 45 umfaßt einen Zwischenspeicher TMP 2 LH, welcher den doppelten Wert der Impulsdauer EFIPW speichert, der gemäß der Darstellung in Fig. 1 für die Kennlinie der Einspritzdüse maßgebend ist, abzüglich einer OFFSET-Zeit, mit welcher die Zeitspanne berücksichtigt wird, die von der Einspritzdüse ab der Erregung bis zum Beginnn der Einspritzung des Brennstoffs benötigt wird. Diese OFFSET-Zeit ergibt die Zeitspanne, die in der Darstellung gemäß Fig. 5 mit dem Beginn der Kennlinie in Bezug auf den Koordinatenursprung berücksichtigt ist. Indem der Ausgang des Prüfblocks 45 auf die Impulsdauer des für den Schaltzustand gemäß Fig. 2B maßgeblichen Steuersignals SSF eingestellt ist, wird damit das mit der vorerwähnten ODER-Summe neu gebildete Steuersignal SSFFF in einem weiteren Prüfblock 46 dahin überprüft, ob es jetzt an dem Ausgangs des Prüfblockes 45 den Wert 1 aufweist oder nicht, so daß es erst dann unter Vermittlung eines Steuerblocks 48 entweder zu einer Einspritzung des Brennstoffs kommt oder diese Einspritzung unterbleibt. Der Steuerblock 48 ist mit dem Inhalt des Zwischenspeichers TMP 2 LH gespeichert und für die Abgabe einer Impulsdauer eingerichtet, welche den Inhalt dieses Zwischenspeichers mit dem Zeitfaktor 4,8 µsek multipliziert. Diese Multiplikation unterbleibt andererseits nach der Maßgabe eines weiteren Zwischenspeichers TMP 2 LH, der als Entscheidungsblock 47 zwischen den Prüfblock 46 und den Steuerblock 48 zwischengeschaltet ist, wenn durch den Prüfblock 46 festgestellt wird, daß die ihm zugeleitete ODER-Summe des Steuersignals SSFFF nicht den Wert 1 aufweist.

Wenn durch den Prüfblock 43 ermittelt wird, daß das zugeleitete Steuersignal SDF nicht den zugehörigen Schwellwert der Impulsdauer einhält und damit beinhaltet wird, daß die mit dem Entscheidungsblock 42 gesteuerte zweimalige Einspritzung des Brennstoffs bereits den linearen Bereich der die Liefermenge der Einspritzdüse bestimmenden Kennlinie erreicht hat, dann wird das Steuersignal SDF von dem Prüfblock 43 an einen Prüfblock 49 angeliefert, der direkt an den Steuerblock 48 angeschlossen ist. Der Prüfblock 49 umfaßt einen Zwischenspeicher TMP 2 LH, der anders als der Zwischenspeicher des Prüfblocks 45 die Impulsdauer EFIPW beinhaltet, so daß mit einer Einstellung des Ausgangs SSFFF eines entsprechenden Flip-Flop-Schalters ebenfalls auf 0 dann mit diesem Prüfblock 49 und dem Steuerblock 48 die Beibehaltung des Schaltzustandes der Einspritzdüse gemäß Fig. 2A gesteuert werden kann.

Wenn durch den Entscheidungsblock 42 das von dem Eingangsblock 41 angelieferte Steuersignal für eine Steuerung des Schaltzustandes gemäß Fig. 2B ausgewählt wird, wird dieses abweichende Steuersignal SSF durch einen dem Prüfblock 43 entsprechenden Prüfblock 431 dahin überprüft, ob bei ihm die Impulsdauer EFIPW gleich oder kleiner ist als die Summe der Vorgaben, die über die Eingänge SSFPW und SSFPWH an den Steuermodul 31 aufgegeben werden. Wenn diese Grenzbedingung für das Steuersignal SSF eingehalten wird, erfolgt seine Weiterverarbeitung unter Vermittlung des Prüfblocks 45 in der gleichen Art und Weise wie die Weiterverarbeitung des Steuersignals SDF, nachdem es wie vorbeschrieben durch den Prüfblock 43 geprüft worden ist. Wird diese Grenzbedingung dagegen nicht eingehalten, wird das Steuersignal SSF an einen Prüfblock 50 übermittelt, der einen Flip-Flop-Schalter mit einem 0-Ausgang SSFFF aufweist, an welchen ein weiterer Prüfblock 51 angeschlossen ist. Dieser weitere Prüfblock 51 umfaßt einen Zwischenspeicher TMP 2 LH, der wie der Zwischenspeicher des Prüfblockes 45 den doppelten Wert der Impulsdauer EFIPW beinhaltet abzüglich derselben OFFSET-Zeit. Wenn durch den Prüfblock 50 eine Abweichung von der Vorgabe abgestellt wird, wird das Steuersignal SSF einem Prüfblock 52 zugeführt, der einen den einfachen Wert der Impulsdauer EFIPW beinhaltenden Zwischenspeicher TMP 2 LH umfaßt.

Beide Prüfblöcke 51 und 52 sind an einen Entscheidungsblock 53 angeschlossen, der wie die vorgeschalteten Prüfblöcke 45 und 49 an den Steuerblock 48 angeschlossen ist und somit sicherstellt, daß bei einer Ansteuerung des Schaltzustandes gemäß Fig. 2B mit einer Auswahl des Steuersignals SSF durch den Entscheidungsblock 42 während der Beibehaltung dieses Schaltzustandes pro Arbeitstakt der Maschine jeweils nur einmal die gewünschte Menge des Brennstoffs für eine nur einmalige Zündung geliefert wird.

Wenn pro Arbeitstakt der Maschine nur eine einmalige Einspritzung des Brennstoffs gesteuert wird, dann ist gemäß Fig. 2B für den entsprechenden Schaltzustand der Einspritzdüse ableitbar, daß zwischen den zeitlich aufeinander folgenden Einspritzungen eine größere Zeitspanne in Abhängigkeit davon verstreichen kann, wie hoch die jeweilige Maschinendrehzahl ist. Es kann daher der Fall eintreten, daß für die Maschine für eine aus einem Teillastbetrieb heraus erfolgende Beschleunigungsphase vorübergehend nicht genügend Brennstoff zur Verfügung steht, wodurch die Beschleunigungsphase verlangsamt wird und im Extremfall sogar die Gefahr besteht, daß die Maschine zum Stillstand kommt. Um diese nachteilige Auswirkung zu verhindern, kann daher die pro Arbeitstakt einmalige Einspritzung des Brennstoffs gemäß Fig. 2C eine temporäre Vergrößerung der jeweiligen Liefermenge des Brennstoffs durch die Bereitstellung auch eines asynchronen Steuersignals erfahren, dessen Anlieferung beispielsweise in Abhängigkeit von dem Erreichen einer bestimmten Maschinendrehzahl im Teillastbetrieb der Maschine oder aber auch in Abhängigkeit von dem Erreichen einer bestimmten kritischen Temperatur des Kühlwassers bewirkt wird. Ein solches asynchrones Steuersignal liefert folglich zwischen den Zeitpunkten eine zusätzliche Liefermenge, in welchen in dem Einschaltzustand der Einspritzdüse gemäß Fig. 2B eine vorbestimmte Brennstoffmenge jeweils einmalig eingespritzt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum betriebsparameterabhängigen Steuern der mittels einer Einspritzdüse bewirkten Brennstoffeinspritzung bei einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, bei dem pro Arbeitstakt der Maschine eine lastabhängige schwellwertorientierte Umschaltung zwischen einer nur einmaligen und einer wenigstens zweimaligen Einspritzung des Brennstoffs gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der wenigstens zweimaligen auf die einmalige Einspritzung umgeschaltet wird, wenn die jeweilige Einspritzimpulsdauer bei der wenigstens zweimaligen Einspritzung kleiner als eine erste Bezugszeitdauer ist, und daß von der einmaligen auf die wenigstens zweimalige Einspritzung umgeschaltet wird, wenn die Einspritzimpulsdauer bei der einmaligen Einspritzung größer als eine zweite Bezugszeitdauer ist, wobei die beiden Bezugszeitdauern zwei Zeitschwellwerte für die kleinste und die größte Einspritzimpulsdauer im linearen Bereich der die Brennstoff-Liefermenge pro Arbeitstakt der Maschine in Abhängigkeit von der Einspritzimpulsdauer bestimmenden Kennlinie der Einspritzdüse darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Vergleich mit der zweiten Bezugszeitdauer berücksichtigte Einspritzimpulsdauer jeder pro Arbeitstakt der Maschine nur einmaligen Einspritzung größer ist als die für den Vergleich mit der ersten Bezugszeitdauer berücksichtigte Einspritzimpulsdauer jeder pro Arbeitstakt der Maschine wenigstens zweimaligen Einspritzung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Viertaktmaschine die erste Bezugszeitdauer 1,85 µsek und die zweite Bezugszeitdauer 4,10 µsek beträgt, und daß bei der Umschaltung auf die einmalige Einspritzung die Einspritzimpulsdauer auf 3,70 µsek und bei der Umschaltung auf eine nur zweimalige Einspritzung die jeweilige Einspritzimpulsdauer auf 2,05 µsek eingestellt wird.