Die Elektronik gewinnt bei der Regelung des Dieselmotors immer mehr

an Bedeutung. Dabei fragen sich viele: „Muss denn so viel Elektronik sein?“

Doch nur mit der elektronischen Datenverarbeitung ist es möglich,

viele Einflussgrößen – wie z. B. die Motorlast – schnell zu erfassen und so

den Motor optimal anzusteuern. Nur durch die elektronische Regelung

sind moderne Dieselmotoren in allen Betriebsbereichen leistungsfähiger,

leiser, sauberer und sparsamer geworden.

Die Elektronische Dieselregelung (auch Electronic Diesel Control, EDC,

genannt) ermöglicht viele Zusatzfunktionen wie z. B. die Laufruheregelung.

Sie wird für alle modernen Dieseleinspritzsysteme eingesetzt:

� Reiheneinspritzpumpen, PE,

� Verteilereinspritzpumpen, VE, VR,

� Unit Injector System, UIS

auch Pumpe-Düse-Einheit, PDE genannt,

� Unit Pump System, UPS

auch Pumpe-Leitung-Düse, PLD genannt, und

� das Common Rail System, CR.

Obwohl diese Systeme unterschiedliche Merkmale aufweisen und in

verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt werden, verfügen sie über eine

ähnliche Elektronische Dieselregelung.

Dieses Heft aus der Reihe „Fachwissen Kfz-Technik“ beschreibt die

Elektronische Dieselregelung mit allen ihren Komponenten. Eine Übersicht

zeigt die Unterschiede der Systeme auf. Sie erhalten somit einen umfassenden

Überblick der Dieseleinspritzsysteme aus der Sicht der elektronischen

Steuerung und Regelung.

In dieser Schriftenreihe sind weitere Titel erschienen, die die Grundlagen

des Dieselmotor-Managements, die Diesel-Einspritzsysteme und die Mikro-

elektronik ausführlich beschreiben.

ReiheneinspritzpumpenBei Reiheneinspritzpumpen verbessert einzusätzlich vorhandener digitaler Stromreglerdie Genauigkeit und Dynamik der Regelung,indem er den Strom nahezu ohne Zeitverzugdem Sollwert des Spritzbeginnreglers nach-führt.

Um auch im gesteuerten Betrieb die Ge-nauigkeit für den Spritzbeginn zu gewähr-leisten, wird der Förderbeginnmagnet imHubschieber-Stellwerk zur Reduzierung vonToleranzeinflüssen abgeglichen. Der Strom-regler kompensiert den Einfluss des tempe-raturabhängigen Widerstands der Magnet-spule. Mit diesen Maßnahmen ist sicher-gestellt, dass der aus dem Startkennfeldermittelte Sollwert für den Strom zumrichtigen Hub des Förderbeginnmagnetenund zum gewünschten Spritzbeginn führt.

Förderbeginnregelung über IWZ-SignalBei den magnetventilgesteuerten Verteiler-einspritzpumpen (VP30, VP44) ist auchohne Nadelbewegungssensor eine gute Ge-nauigkeit des Spritzbeginns erzielbar. Dieswird durch eine Lageregelung des Spritz-verstellers in der Verteilereinspritzpumpeerreicht. Mit dieser Art der Regelung wirdder Förderbeginn geregelt. Deshalb bezeich-net man sie auch als Förderbeginnregelung.Förderbeginn und Spritzbeginn stehen ineinem direkten Verhältnis zueinander.Dieser Zusammenhang wird im so genann-ten „Wellenlaufzeitkennfeld“ im Motor-steuergerät abgelegt.

Die Lageregelung des Spritzverstellers ver-wendet als Eingangsgrößen das Signal desKurbelwellendrehzahlsensors und das pum-peninterne IWZ-Signal (Inkrementales-Winkel-Zeit-Signal, Bild 5).

Das IWZ-Signal wird vom pumpeninternenDrehzahl- bzw. Drehwinkelsensor (1) amGeberrad (2) der Antriebswelle erzeugt. Die-ser Sensor wird zusammen mit dem Spritz-versteller verschoben (4). Verändert derSpritzversteller seine Position, verändert sichauch die Position der Zahnlücke (3) des

Geberrades relativ zum OT-Impuls desKurbelwellendrehzahlsensors. Der Winkelzwischen der Zahnlücke bzw. des durch dieZahnlücke generierten Synchro-Impulsesund dem OT-Impuls wird durch das Pum-pensteuergerät ständig erfasst und mit demgespeicherten Referenzwert verglichen. DieDifferenz beider Winkel ergibt die Ist-Posi-tion des Spritzverstellers. Diese wird ständigmit der Soll-Position verglichen. Weicht diePosition ab, wird das Ansteuersignal für dasSpritzversteller-Magnetventil so lange ver-ändert, bis die Soll-Position erreicht ist.

Vorteil dieser Förderbeginnregelung ist dasschnelle Ansprechverhalten, da alle Zylinderberücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteilder Förderbeginnregelung ist, dass sie auchim Schubbetrieb funktioniert, bei dem nichteingespritzt wird. So kann der Spritzver-steller für die folgende Einspritzung vorein-gestellt werden.

Falls an die Genauigkeit des Spritzbeginnsnoch höhere Anforderungen gestellt werden,kann der Förderbeginnregelung optionalnoch eine Spritzbeginnregelung mit Nadel-bewegungssensor überlagert werden.

Elektronische Steuerung und Regelung Regelung der Einspritzung 55

Bild 5

1 Drehzahl-/Dreh-

winkelsensor in der

Einspritzpumpe

2 Geberrad

3 Zahnlücke des

Geberrades

4 Verstellweg durch

Spritzversteller

5 elektrischer

Anschluss

1

2 3

4

5

Drehzahl-/Drehwinkelsensor für IWZ-Signal5

æN

AE

07

60

Y

Ansteuerung dermagnetventilgesteuertenEinspritzsysteme

Zu den magnetventilgesteuerten Diesel-Einspritzsystemen gehören:

� Axialkolben-Verteilereinspritzpumpen,VE-M (VP30),

� Radialkolben-Verteilereinspritzpumpen,VR (VP44),

� Common Rail System, CR,� Unit Injector System, UIS

(Pumpe-Düse-Einheit, PDE), und das� Unit Pump System, UPS

(Pumpe-Leitung-Düse, PLD).

Alle magnetventilgesteuerten Einspritz-systeme werden mit ähnlichen Signalen an-gesteuert. Die charakteristischen Merkmaleder einzelnen Systeme und die Unterschiedezu den übrigen Systemen werden in denfolgenden Abschnitten beschrieben.

Die Ansteuerung der Hochdruckmagnet-ventile erfolgt wegen der besseren Elektro-magnetischen Verträglichkeit (EMV) mitanalogen Signalen und stellt besondere An-forderungen an die Endstufen. Sie muss mitsteilen Stromflanken erfolgen, um eine ge-ringe Toleranz und eine hohe Reproduzier-barkeit (Wiederholgenauigkeit) der Ein-spritzmenge zu erzielen.

Außerdem muss die Ansteuerung soausgelegt sein, dass die Verlustleistung imSteuergerät und im Hochdruckmagnetventilmöglichst gering ist – also z. B. die Ansteuer-ströme möglichst klein sind.

Die Regelung der Einspritzung muss sehrgenau arbeiten, damit die Einspritzpumpeoder der Injektor in jedem Betriebsbereichexakt und reproduzierbar einspritzt.

Auf Veränderungen muss das Einspritz-system sehr schnell reagieren. Daher erfolgtdie Berechnung im Mikrocontroller und dieUmsetzung der Ansteuersignale in den End-stufen sehr schnell. Die Datenverarbeitungwird daher als echtzeitfähig bezeichnet (Auf-lösungszeit 1 µs).

Magnetventilgesteuerte Verteilerein-

spritzpumpen

Bei den Verteilereinspritzpumpen mitMengen-Hochdruckmagnetventil (VP44und VP30) übernimmt ein auf das Pumpen-gehäuse montiertes Pumpensteuergerät(PSG) die Ansteuerung der Magnetventilezum errechneten Förderbeginn (Bild 1a,Pos. 1a). Dies geschieht entsprechend denAnforderungen des Motorsteuergeräts(MSG), das für die Motor- und Fahrzeug-funktionen verantwortlich ist (6). Die Kom-munikation zwischen beiden Steuergerätenerfolgt über den CAN-Bus.

Die neueste Generation des VP44-Systemshat nur noch ein Steuergerät (PSG 16), dasalle EDC-Funktionen in einem einzigenGerät vereinigt und direkt auf der Pumpesitzt (Bild 1b, Pos. 1b).

Das Spritzverstellermagnetventil (4) derVerteilereinspritzpumpen wird über einPuls-Weiten-Moduliertes Signal (PWM)angesteuert. Um Störungen durch Reso-nanzeffekte zu umgehen, ist die Takt-frequenz nicht über den gesamten Dreh-zahlbereich konstant, sondern wird inbestimmten Drehzahlbereichen auf eineandere Frequenz umgeschaltet (Fenster-technik).

66 Elektronische Steuerung und Regelung Ansteuerung der magnetventilgesteuerten Einspritzsysteme

Bild 1

a Mit separatem

Pumpen- und Motor-

steuergerät

b mit integriertem

Pumpen- und Motor-

steuergerät

1a Pumpensteuergerät

(PSG5)

1b Pumpensteuergerät

(PSG16)

2 Verteilereinspritz-

pumpe

3 Spritzversteller

4 Spritzversteller-

Magnetventil

5 Mengen-Hochdruck-

magnetventil

6 Motorsteuergerät

(MSG)

a

2

34

5

2

34

5

61a

b 1b

CAN

Ansteuerkomponenten für die Einspritzung der magnetventilgesteuerten Verteilereinspritzpumpen

1

æN

MK

17

64

Y