CONTROL DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. An arrangement for controlling an internal combustion engine : - comprising a fuel injection pump with a regulating rod (11) controlled by a stepping motor (16) to positions which in each case determine the quantity of injected fuel ; - comprising a position regulator (9) which determines the position of the regulating rod in dependence upon the difference between a theoretical position value and an actual position value, the position regulator consisting of a micro-computer which calculates the number of regulating steps to be executed by the stepping motor (16) for each quantity of injected fuel, each regulating step changing the quantity of injected fuel by the same amount, and where the absolute value of the quantity of injected fuel is determined by the number and direction of the regulating steps, commencing from a calibration point ; - comprising a speed of rotation indicator in the form of a toothed disc (1, 2) which is coupled to the motor (10) ; and - comprising a tooth pulse generator (3, 4) which scans the toothed disc (1, 2) and supplies rotational speed pulses (5) at a pulse frequency proportional to the speed of rotation ; characterised in that - the position regulator contains a rotational speed regulator (9) which determines the position of the regulating rod in dependence upon the difference between a speed of rotation signal (19) and a theoretical speed of rotation (18) ; - that a PLL-circuit is provided, supplied with the rotational speed pulses (5) and supplying an analogue voltage proportional to the curve of the rotational speed, as an actual rotation speed signal (n) ; - that the micro-computer determines the rotational speed and the change in speed of rotation between two injection points to determine therefrom the no-load state ; and - that in the no-load state the micro-computer calculates the quantity of injected fuel necessary to maintain a predetermined no-load speed, taking into account additional engine characteristics, such as temperature and pressure, to which speed it assigns the current position of the stepping motor as a calibration point.

Description: Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Position einer Regelstange an einer Einspritzpumpe für Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer Regelstange an einer Einspritzpumpe für Verbrennungsmotoren, um die momentane Position mit einem vorgegebenen Sollwert in einem Regelkreis zu vergleichen und bei Abweichungen infolge geänderter Last am Motor die Position der Regelstange dem Sollwert anzugleichen, wobei die Position der Regelstange den Durchsatz der Einspritzpumpe und damit die momentane Einspritzmenge sowie die Drehzahl des Motors bestimmt und mittels Schrittmotoren veränderbar ist, wodurch auch bei geänderter Last am Motor die Drehzahl des Motors innerhalb eines definierten Drehzahlbandes liegt, wobei zur Aufnahme der Drehzahl des Motors an einer rotierenden Kurbelwelle ein Zahnimpulsgeber eine drehzahlabhängige Signalfolge abgibt. Ein derartiges Verfahren zur Regelung von Verbrennungsmotoren ist bekannt (EP 00 18 351). Dabei wird der Durchsatz einer Einspritzpumpe durch ein Stellglied variiert. Das Stellglied ist dort eine Regelstange, die von einem Regler, beispielsweise einem Mikrocomputer, gesteuert wird. Dieser Mikrocomputer kann unterschiedliche Signale empfangen, die repräsentativ für verschiedene Motorbedingungen sind. An seinem Ausgang gibt er ein Signal ab, das die Stellung der Regelstange an der Einspritzpumpe mittels Schrittmotoren verändert. Beim bekannten Verfahren muss die Ausgangslage des Schrittmotors vor Ansteuerung genau bekannt sein. Es sind deshalb Federn vorgesehen, die im stromlosen Zustand den Schrittmotor in seine Ausgangsstellung zurückbewegen. Es kann auch ein Schalter vorgesehen sein, der den Schrittmotor in seiner Ausgangslage anhält. Wenn eine feste Ausgangslage des Schrittmotors bekannt ist, berechnet der Mikrocomputer zu jedem Zeitpunkt die Lage der Regelstange und damit die Einspritzmenge, da der Schrittmotor immer gleiche abzählbare Schritte ausführt. Solche Informationen über die momentane Einspritzmenge sind für die Motorsteuerung erforderlich. Mechanische Bauteile, wie Federn und Schalter, sind bei längerem Einsatz zunehmend störanfällig. Für sie ist im Motorraum auch ein eigener Platz mit einer Befestigungsvorrichtung vorzusehen. Darüber hinaus ist eine exakte Justierung des oben erwähnten Schalters bzw. des Federanschlages erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgangslage des Schrittmotors genau zu bestimmen und dabei auf den Einsatz von mechanischen Bauteilen, wie Federn oder zusätzlichen Schaltern, zu verzichten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, - dass die drehzahlabhängigen Ausgangssignale des Zahnimpuls gebers einem Phase Locked Loop zugeführt werden, an dessen Ausgang der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl als Aus gangsspannung abnehmbar ist, und - dass der Differentialquotient dieser Ausgangsspannung zwischen zwei Einspritzzeitpunkten als Mass für die durch Reibungsverluste des Motors gegebene Last am Motor dient, aus der mittels Motorkenngrössen, die für eine Beibehaltung der Motordrehzahl nötige Einspritzmenge bestimmt wird, die wiederum jederzeit eine konkrete Position der Regelstange an der Einspritzpumpe darstellt. Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Eichpunkt für die Position der Regelstange bestimmt, indem bei einer konkreten Einspritzmenge die Position bestimmt wird. Ein Zahnimpulsgeber misst dazu den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl, woraus man unmittelbar ein Mass für die momentane Last am Motor erhält. Sind zusätzliche Verbraucher, wie beispielsweise die Lichtmaschine eingeschaltet, dann sinkt die Motordrehzahl zwischen zwei Einspritzpunkten stärker als bei geringerer Last am Motor ab. Um die mittlere Drehzahl konstant zu halten, wird die Einspritzmenge abhängig von der Last verändert, so dass die Last ein Mass für die aktuelle Einspritzmenge ist. Diese steht bei bekannter Last in eindeutigem Zusammenhang mit der Position der Regelstange. Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird also der Vorteil erzielt, dass durch ein einmaliges Bestimmen der Last mittels einer Drehzahlmessung ein Eichpunkt bestimmt wird. Für eine konkrete Einspritzmenge ist dadurch die dazugehörige Position der Regelstange bekannt. Die Schritte des Schrittmotors sind gleichgross und abzählbar. Weiterhin ist die Anderung der Einspritzmenge aufgrund eines Schrittes des Schrittmotors bekannt. Vom Eichpunkt ausgehend werden alle Schritte des Schrittmotors im Mikrocomputer registriert. Aus der Einspritzmenge des Eichpunktes und der Anzahl der Schritte des Schrittmotors ist die momentane Einspritzmenge zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen. Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gewinnt den benötigten zeitlichen Verlauf der Drehzahl durch einen Zahnimpulsgeber. Dieser führt drehzahlab händige Ausgangssignale einem Phase Locked Loop (PLL) zu, wobei ein Phasendiskriminator und ein Tiefpass in Serie geschaltet sind und ein spannungskontrollierter Oszillator zwischen dem Ausgang des Tiefpasses und einem Eingang des Phasendiskriminators angeordnet ist. Die Eingangsspannung des spannungskontrollierten Oszillators ist dann ein Abbild des zeitlichen Verlaufes der Drehzahl. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Drehzahl im Leerlauf so geregelt werden, dass sie einen Minimalwert nicht unterschreiten und einen Maximalwert nicht überschreiten kann. Dabei werden die zuvor festgelegten Extremwerte für die Drehzahl in einem Leerlaufregelkreis des Mikrocomputers laufend mit dem momentanen Drehzahlwert verglichen. Unterschreitet die Drehzahl den Minimalwert, so wird die Einspritzmenge erhöht. Uberschreitet die Drehzahl den Maximalwert, dann wird die Einspritzmenge vermindert. Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, dass nicht nur die Veränderung der Einspritzmenge, sondern auch der Absolutwert der Einspritzmenge zu jedem Zeitpunkt bekannt sind, ohne dass am Betriebsbeginn die Position der Regelstange durch zusätzliche Messeinrichtungen zu bestimmen wäre. Auch eine mechanische Weiterführung der Regelstange in eine Ruhestellung - nach Ausschalten des Motors - kann unterbleiben. Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zum Bestimmen des zeitlichen Verlaufes der Drehzahl eines Verbrennungsmotors, Fig. 2 veranschaulicht eine Begrenzung der Drehzahl zwischen einem oberen und einem unteren Extremwert, Fig. 3 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei klei ner Last am Motor innerhalb eines Drehzahlbandes, Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bei grosser Last am Motor innerhalb eines Drehzahlbandes, Fig. 5 veranschaulicht eine Einrichtung zur Steuerung eines Dieselmotors unter Einsatz eines Mikrocomputers und von Schrittmotoren. An einer rotierenden Scheibe 1 nach Fig. 1, die mit der Kurbelwelle eines Motors verbunden ist, sind Markierungs elemente 2 angeformt. Ein Zahnimpulsgeber 3 registriert die Markierungselemente 2 und sendet eine Signalfolge aus. Eine Auswerteschaltung 4 erzeugt daraus ein drehzahlmoduliertes Signal 5, das einem Phasendiskriminator 61 in einem Phase Locked Loop (PLL) 6 zugeleitet wird. Mit dem Phasendiskriminator 61 ist ein Tiefpass 62 in Reihe geschaltet. Ein spannungskontrollierter Oszillator 63 ist zwischen dem Ausgang des Tiefpasses 62 und einem Eingang des Phasendiskriminators 61 eingeschaltet. Die Eingangsspannung des spannungskontrollierten Oszillators 63 ist dann ein Abbild des zeitlichen Verlaufes der Drehzahl n der rotierenden Scheibe 1, wie er in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Auf der Abszisse ist dort jeweils die Zeit t und auf der Ordinate die Drehzahl n aufgetragen. Bei geringer Belastung des Motors geht die Drehzahl n infolge von Reibungsverlusten zwischen zwei Einspritzzeitpunkten 7 und 8 weniger zurück - Fig. 3 - als bei hoher Last am Motor; man vergleiche Fig. 4. Einem Leerlaufregelkreis 91 nach Fig. 2, der innerhalb eines Mikrocomputers 9 nach Fig. 5 angeordnet ist, werden über eine Zuleitung 18 Grenzwerte 12 und 13 für die Drehzahl und über eine Leitung 19 der momentane Wert der Drehzahl zugeführt. Der Leerlaufregelkreis 91 verkleinert die Einspritzmenge in einem Motor 10 durch Bewegen eines Mengenstellgliedes über eine Regelstange 11, wenn die Drehzahl einen vorgegebenen oberen Grenzwert 12 erreicht, und vergrössert die Einspritzmenge, wenn die Drehzahl einen vorgegebenen unteren Grenzwert 13 erreicht; man vergleiche die Fig. 3 und 4. Die Reibungsverluste 14 des Motors 10 nach Fig. 2 entziehen dem Motor 10 mechanische Arbeit. In den Fig. 3 und 4 sind auf der Ordinate der obere Grenzwert 12 und der untere Grenzwert 13 markiert. Die Drehzahl variiert dann nur innerhalb eines Bandes zwischen den beiden Grenzwerten 12 und 13. Der Drehzahlverlauf zwischen zwei Einspritzpunkten 7 und 8 veranschaulicht den Lastzustand des Motors im Leerlauf. Mittels weiterer Motorkenngrössen 15, wie Temperatur und Druck, bestimmt ein Mikrocomputer 9 nach Fig. 5 die bei der momentanen Last für eine Beibehaltung der Motordrehzahl nötige Einspritzmenge. Bei einer bekannten festen Last definiert die berechnete aktuelle Einspritzmenge eine mit dieser Einspritzmenge in Zusammenhang stehende Position der Regelstange 11 an der Einspritzpumpe. Dieses Wertepaar dient als Eichpunkt, so daC dann aus der Position der Regelstange 11 zu jedem Zeitpunkt die momentane Einspritzmenge zu bestimmen ist. Wenn der Mikrocomputer 9 aufgrund der ihm zugeführten Informationen eine Veränderung der Position der Regelstange 11 errechnet, wird die Regelstange 11 durch einen Schrittmotor 16 stufenweise bewegt und der Vollzug eines jeden Schrittes über die Leitung 17 an den Mikrocomputer 9 zurückgemeldet. Vom Eichpunkt ausgehend werden alle Schritte des Schrittmotors 16 registriert, wodurch zu jedem Zeitpunkt die genaue Lage der Regelstange 11 bekannt ist. Jeder Schritt des Schrittmotors 16 bedeutet eine Veränderung der Einspritzmenge um einen konstanten Wert. Daher ist aus der Kenntnis der im Mikrocomputer 9 gespeicherten Schritte des Schrittmotors 16, und damit der Positions änderungen der Regelstange 11, die Anderung der Einspritzmenge gegenüber dem Eichpunkt eindeutig zu bestimmen. Mittels des bekannten Eichpunktes ist bei jeder Position der Regelstange 11 die momentane Einspritzmenge bekannt, wodurch weitere Massnahmen zur Steuerung des Motors ermöglicht werden. 3 Patentansprüche 5 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Positionsbestimmung einer Regelstange (11) an einer Einspritzpumpe für Verbrennungsmotoren, um die momentane Position mit einem vorgegebenen Sollwert in einem Regelkreis zu vergleichen und bei Abweichungen infolge geänderter Last am Motor (10) die Position der Regelstange (11) dem Sollwert anzugleichen, wobei die Position der Regelstange (11) den Durchsatz der Einspritzpumpe und damit die momentane Einspritzmenge sowie die Drehzahl des Motors (10) bestimmt und mittels Schrittmotoren (16) veränderbar ist, wodurch auch bei geänderter Last am Motor (10) die Drehzahl des Motors (10) innerhalb eines definierten Drehzahlbandes liegt, wobei zur Aufnahme der Drehzahl des Motors (10) an einer rotierenden Kurbelwelle ein Zahnimpulsgeber (3) eine drehzahlabhängige Signalfolge (5) abgibt, d a d u r c h gekennzeichnet, - dass die drehzahlabhängigen Ausgangssignale (5) des Zahn impulsgebers (3) einem Phase Locked Loop (6) zugeführt werden, an dessen Ausgang der zeitliche Verlauf der Motor drehzahl als Ausgangs spannung abnehmbar ist, und - dass der Differentialquotient dieser Ausgangsspannung zwischen zwei Einspritzzeitpunkten (7 und 8) als Mass für die durch Reibungsverluste (14) des Motors (10) gegebene Last am Motor dient, aus der mittels Motorkenngrössen (15) die für eine Beibehaltung der Motordrehzahl nötige Ein spritzmenge bestimmt wird, die wiederum jederzeit eine konkrete Position der Regelstange (11) an der Einspritz pumpe darstellt. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Zahnimpulsgeber (3) zur Lageerkennung von Markierungselementen (2) an einer rotierenden Scheibe (1) an einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zahnimpulsgeber (3) drehzahlabhängige Ausgangssignale (5) einem Phase Locked Loop (6) zuführt, wobei mit dem Zahnimpulsgeber (3) ein Phasendiskriminator (61) und ein Tiefpass (62) in Reihe geschaltet sind und ein spannungskontrollierter Oszillator (63) zwischen dem Ausgang des Tiefpasses (62) und einem Eingang des Phasendiskriminators (61) eingeschaltet ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, - dass die zuvor gemessene Drehzahl mit einem vorgegebenen unteren Grenzwert (13) und einem vorgegebenen oberen Grenzwert (12) der Drehzahl in einem Mikrocomputer ver glichen wird, und - dass die Einspritzmenge vergrössert wird, wenn die gemessene Drehzahl den unteren Grenzwert (13) erreicht und ver kleinert wird, wenn sie den oberen Grenzwert (12) erreicht.

Inventors: SCHREIBER, HANS, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: F02D41
IPC codes: F02D41, F02M65, F02D31