DE4112908C2 - Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Ein Verfahren dieser Art ist bekannt aus
DE 39 24 923 A1.
Fig. 8 veranschaulicht ein Beispiel eines konventionellen
Brennstoffsteuergerätes für einen Motor wie es im
japanischen offengelegten Patentschrift Nr. JP 49-103965 A beschrieben
ist. Das dargesellte Gerät wird für einen
Vierzylinder-Benzinmotor 1 eines Kraftfahrzeuges benutzt.
Der Motor 1 besitzt vier Zylinder 1a (von denen der
Einfachheit halber nur ein Zylinder dargestellt ist), ein
Einlaßrohr bzw. einen Krümmer 3, ein Drosselventil 4 im
Einlaßrohr 3, eine Einspritzvorrichtung 5 für jeden
Zylinder 1a zum Einspritzen von Brennstoff, ein
Einlaßventil 6 für jeden Zylinder 1a, einen Auslaßkrümmer
7, ein Abgasventil 8 für jeden Zylinder 1a, eine Zündkerze
9 für jeden Zylinder 1a, einen Verteiler 10, Drucksensoren
11, von denen jeder den absoluten Innendruck des
betreffenden Zylinders 1a mißt, und einen Signalgenerator
12 zur Erfassung des Drehwinkels des Motors. Der
Signalgenerator 12 umfaßt einen Sensor 12a für den oberen
Totpunkt, der ein Signal von einem treibend mit der
Nockenwelle verbundenen Getriebe abnimmt, das synchron mit
der Drehung der Motorkurbelwelle umläuft, um festzustellen,
wann sich der Kolben eines ersten Zylinders im oberen
Totpunkt befindet. Der Generator weist weiter einen
Kurbelwinkelsensor 12b auf, der ein Signal vom Getriebe zur
Erfassung des Kurbelwinkels bzw. von der Position der
Kurbelwelle abnimmt. Im Einlaßrohr 3 ist ein
Ansauglufttemperatursensor 14 zur Erfassung der Temperatur
der in den Zylinder 1a eingesaugten Einlaßluft montiert. An
der Seitenwand jedes Zylinders 1a ist ein
Motorkühlmitteltemperatursensor 15 zur Erfassung der
Temperatur des Motorkühlmittels angebracht. Im
Auslaßkrümmer 7 ist ein Luft-Brennstoffverhältnissensor 16
zur Erfassung des Luft-Brennstoffverhältnisses einer an den
Zylinder 1a gelieferten Brennstoffmischung montiert, wobei
die Erfassung auf der Konzentration einer bestimmten
Komponente, wie etwa des Sauerstoffs, im Abgas basiert.
Eine Zündspulen- und Zündelektrodenkombination 17 liefert
eine Hochspannung an den Verteiler 10 und veranlaßt jede
Zündkerze 9 zur Erzeugung eines Funkens. Eine elektronische
Steuereinheit 100 (im folgenden mit ECU abgekürzt)
errechnet nacheinander die passende in jeden Zylinder 1a
einzuspritzende Brennstoffmenge sowie den passenden
Zündzeitpunkt, und zwar auf der Basis der Ausgangssignale
der Sensoren 11 bis 16. Die Einheit steuert weiter die
Einspritzvorrichtung 5 sowie die Zündspulen- und
Zündelektrodenkombination 17, und zwar auf der Basis der so
berechneten Brennstoffeinspritzmenge und des berechneten
Zündzeitpunktes. Bei der ECU 100 kann es sich um einen
digitalen Computer handeln, der eine Zentraleinheit CPU
bzw. ZE in Gestalt eines Mikroprozessors, einen ROM, einen
RAM und eine E/A-Schnittstelle mit einem Eingabeport und
einem Ausgabeport aufweist, die untereinander über einen
bidirektionalen Bus verbunden sind.
Fig. 9 veranschaulicht verschiedene Steuerzeittakte der
verschiedenen Verfahrensstufen bzw. Operationen des oben
beschriebenen konventionellen Gerätes. Wie Fig. 9 zeigt,
schließt das Einlaßventil 6 des ersten Zylinders 1a bei
einem Kurbelwinkel von 30° nach dem unteren Totpunkt
(BDC2). Um 10° nach Schließen des Einlaßventils 6 bzw. bei
einem Kurbelwinkel von 40° nach dem unteren Totpunkt mißt
die ECU 100 den Innendruck in jedem Zylinder 1a. Wenn sich
die Kurbelwelle des Motors 1 zur Erreichung des oberen
Totpunktes (TDC2) dreht, berechnet die ECU 100 die Anzahl
der Umdrehungen pro Minute des Motors 1, stellt den
passenden Zündzeitpunkt für diesen Zylinder 1a ein und gibt
die Leistungsversorgung an die Zündspule der Zündspulen-
und Zündelektrodenkombination 17 frei. Die genannten
Verfahrensschritte werden derart wiederholt, daß bei zwei
Umdrehungen der Kurbelwelle vier Zündungen und zwei
Brennstoffeinspritzungen ausgeführt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 10, die ein
Flußdiagramm der Programmhauptroutine darstellt, die
Wirkungsweise des konventionellen Brennstoffsteuergerätes
im einzelnen beschrieben. Als erstes wird in Schritt M1 die
ECU 100 zur Initialisierung eingeschaltet, wobei in ihr die
notwendigen Daten für die vorgeschriebenen Berechnungen und
für das Räumen des nicht dargestellten RAM in der ECU 100
gesetzt werden. In Schritt M2 wird die Ausgangsspannung des
Kühlmitteltemperatursensors 15 von der Analogform in die
Digitalform umgesetzt und als Digitalwert ausgelesen. Dann
wird in Schritt M3 ein
Kühlmitteltemperaturkorrekturkoeffizient auf der Basis der
aktuell gemessenen Temperatur des Motorkühlmittels und der
Daten der zuvor gemessenen Motorkühlmitteltemperatur
berechnet, wobei letztere Daten im nicht dargestellten ROM
der ECU 100 vorgespeichert waren. In Schritt M4 wird die
Ausgangsspannung des Ansauglufttemperatursensors 14 aus der
Analogform in die Digitalform umgesetzt und als Digitalwert
ausgelesen. Anschließend wird im Schritt M5 ein
Ansauglufttemperaturkorrekturkoeffizient auf der Basis der
aktuell gemessenen Ansauglufttemperatur und der zuvor
gemessenen und im ROM vorgespeicherten
Ansauglufttemperaturdaten berechnet. In Schritt M6 wird die
Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors 1, die in
einem durch den Kurbelwinkel getakteten Interruptprozeß
berechnet und im RAM gespeichert wird, aus dem Speicher
ausgelesen. Die Umdrehungszahl pro Minute des Motors wird
durch Messen der Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden
halben Umdrehungen der Motorkurbelwelle berechnet. Dann
wird in Schritt M7 der Zylinderdruck, der in einem vom
Kurbelwinkel getakteten Interruptprozeß gemessen und im RAM
gespeichert wird, ausgelesen. In Schritt M8 wird der
Basisbrennstoffeinspritzzeitpunkt auf der Basis des aktuell
gemessenen Zylinderdruckes und der aktuell berechneten
Umdrehungszahl pro Minute des Motors berechnet, und zwar
mit Blick auf eine im ROM gespeicherte zweidimensionale
Liste, in der der Brennstoffeinspritzzeitpunkt als Funktion
des Zylinderdruckes und der Umdrehungszahl pro Minute des
Motors kurvenmäßig dargestellt ist. Der so berechnete
Basisbrennstoffeinspritzzeitpunkt wird mit dem oben
berechneten Korrekturkoeffizienten der
Motorkühlmitteltemperatur sowie mit dem oben berechneten
Korrekturkoeffizienten der Ansauglufttemperatur
multipliziert, um einen korrigierten
Brennstoffeinspritzzeitpunkt zu ermitteln, der dann im RAM
gespeichert wird. Danach wird in Schritt M9, basierend auf
dem aktuelle gemessenen Zylinderdruck und der aktuell
gemessenen Umdrehungszahl pro Minute des Motors, ein
Basiszündzeitpunkt mit Blick auf eine zweidimensionale und
im ROM gespeicherte Liste berechnet, in welcher der
Zündzeitpunkt als Funktion des Zylinderdruckes und der
Umdrehungszahl des Motors kurvenmäßig dargestellt ist. Dem
so erhaltenen Basiszündzeitpunkt wird der oben berechnete
Korrekturkoeffizient der Motorbrennstofftemperatur zur
Ermittlung des korrigierten Zündzeitpunktes hinzuaddiert,
und dieser korrigierte Wert wird im RAM gespeichert. Auf
diese Weise werden auf der Basis des korrigierten
Brennstoffeinspritzzeitpunktes und des korrigierten
Zündzeitpunktes, wie sie im RAM gesetzt sind, die
Einspritzvorrichtungen 5 und die Zündspule der Zündspulen-
und Zündelektrodenkombination 7 in den jeweiligen
Zeitpunkten angesteuert bzw. betätigt, wie im
Zeittaktdiagramm der Fig. 9 dargestellt ist.
Obgleich bei dem oben beschriebenen Brennstoffsteuergerät
die Rechenprozesse auf dem Zylinderdruck beruhen, der zu
einem gegebenen Zeitpunkt während jedes Kompressionshubes
gemessen wird, kann die einzuspritzende Brennstoffmenge auf
der Basis der Differenz P zwischen zwei Zylinderdrücken
berechnet werden, die bei zwei spezifischen
Kurbelpositionen gemessen werden wie in dem offengelegten
japanischen Patentschrift Nr. JP 59-221433 A beschrieben ist.
Bei dem oben beschriebenen konventionellen
Brennstoffsteuergerät ändert sich der Zylinderdruck bei
jedem Kompressionshub von einem Zylinder zum anderen. Um
derartige Änderungen des Zylinderdruckes zu kompensieren,
ist eine Durchschnittsbildung des gemessenen
Zylinderdruckes erforderlich. Dies führt aber zu einer
Verzögerung der für die Berechnung der Ansaugluftmenge und
der Brennstoffeinspritzmenge benötigten Prozeßzeit.
Insbesondere wird die Ansprechreaktion der
Brennstoffregelung während der Motorbeschleunigung
beeinträchtigt, was das abgegebene Drehmoment des Motors
verringert.
In der nachveröffentlichten DE 40 05 597 A1 wird ein Luft-
Kraftstoffverhältnis-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor
beschrieben. Aus einem Verhältnis eines gemessenen
Zylinderdrucks Pt am unteren Totpunkt zu einem
Maximalzylinderdruck Pm und einer Ansauglufttemperatur wird
eine Kraftstoffgrundmenge berechnet. Dabei ist lediglich eine
Einspritzphase vorgesehen.
Aus DE 39 10 326 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzregler für
eine Brennkraftmaschine bekannt, welche die Einlaßluftmenge
auf der Grundlage des Zylinderdrucks und der
Zylindertemperatur berechnet.
Aus DE 37 04 838 A1 ist eine Vorrichtung zum Regeln des
Zündzeitpunktes bei Verbrennungsmotoren bekannt. Auf der
Grundlage von gemessenen Zylinderinnendrücken wird eine
Beschleunigung des Motors erfaßt, und im Fall der
Beschleunigung der Zündzeitpunkt verschoben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Steuern eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welches
ermöglicht, daß der Verbrennungsmotor bei Beschleunigung ein
verbessertes Drehmomemtverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie im Anspruch 1
gekennzeichnet. Vorteilhaftie Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein
Brennstoffsteuergerät für einen Verbrennungsmotor folgende
Komponenten:
einen Drucksensor zur Erfassung des Innendruckes des Zylinders des Motors;
einen Signalgenerator zur Erzeugung eine Zylinderidentifikationssignals und eines Kurbelwinkelsignals synchron mit der Umdrehung des Motors;
einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft in der Einlaßleitung des Motors;
einen ersten Brennstoffmengenrechner zur Berechnung einer ersten in den Zylinder einzuspritzenden Brennstoffmenge, basierend auf dem Ausgabesignal des Temperatursensors und dem Ausgabesignal des Drucksensors, das während jedes Kompressionshubes bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln erzeugt wird;
erste Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der ersten Brennstoffmenge, die durch den Brennstoffmengenrechner berechnet und während des Kompressionshubes oder des nachfolgenden Arbeitshubes in den Zylinder eingespritzt wird;
einen Beschleunigungsdetektor zur Erfassung der Beschleunigung des Motors;
einen zweiten Brennstoffmengenrechner, der im Falle, daß eine Beschleunigung des Motors durch den Beschleunigungsdetektor erfaßt wird, eine zweite in den Zylinder einzuspritzende Brennstoffmenge berechnet, und zwar in Abhängigkeit vom Motorbeschleunigungszustand, wie er vom Beschleunigungsdetektor erfaßt wurde; und
zweite Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der Brennstoffmenge, die vom zweiten Brennstoffmengenrechner berechnet und im Anschluß an die erste Brennstoffeinspritzung während eines Motorbetriebshubes in den Zylinder eingespritzt wird.
einen Drucksensor zur Erfassung des Innendruckes des Zylinders des Motors;
einen Signalgenerator zur Erzeugung eine Zylinderidentifikationssignals und eines Kurbelwinkelsignals synchron mit der Umdrehung des Motors;
einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft in der Einlaßleitung des Motors;
einen ersten Brennstoffmengenrechner zur Berechnung einer ersten in den Zylinder einzuspritzenden Brennstoffmenge, basierend auf dem Ausgabesignal des Temperatursensors und dem Ausgabesignal des Drucksensors, das während jedes Kompressionshubes bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln erzeugt wird;
erste Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der ersten Brennstoffmenge, die durch den Brennstoffmengenrechner berechnet und während des Kompressionshubes oder des nachfolgenden Arbeitshubes in den Zylinder eingespritzt wird;
einen Beschleunigungsdetektor zur Erfassung der Beschleunigung des Motors;
einen zweiten Brennstoffmengenrechner, der im Falle, daß eine Beschleunigung des Motors durch den Beschleunigungsdetektor erfaßt wird, eine zweite in den Zylinder einzuspritzende Brennstoffmenge berechnet, und zwar in Abhängigkeit vom Motorbeschleunigungszustand, wie er vom Beschleunigungsdetektor erfaßt wurde; und
zweite Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der Brennstoffmenge, die vom zweiten Brennstoffmengenrechner berechnet und im Anschluß an die erste Brennstoffeinspritzung während eines Motorbetriebshubes in den Zylinder eingespritzt wird.
Der Drucksensor erfaßt den Innendruck des Zylinders während
jedes Kompressionshubes bei zwei verschiedenen
Kurbelwinkeln.
Vorzugsweise errechnet der Beschleunigungsdetektor die
Druckdifferenz zwischen dem bei zwei Kurbelwinkeln während
jedes Kompressionshubes des Zylinders ermittelten
Zylinderinnendruck und erfaßt die Beschleunigung des
Motors, wenn die Änderungsrate der Druckdifferenz zwischen
der für den aktuellen Kompressionshub berechneten
Druckdifferenz und der für den vorhergehenden
Kompressionshub berechneten Druckdifferenz größer als ein
vorgeschriebener Wert ist.
Vorzugsweise berechnet der zweite Brennstoffmengenrechner
die zweite Brennstoffmenge auf der Basis der Änderungsrate
des Zylinderinnendruckes, der vom Beschleunigungsdetektor
berechnet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist
ein Brennstoffsteuergerät für einen Verbrennungsmotor
folgende Komponenten auf:
Drucksensormittel zur Erfassung des Innendruckes einer Vielzahl von Zylindern des Motors;
einen Signalgenerator zur Erzeugung eine Zylinderidentifikationssignals und eines Kurbelwinkelsignals synchron mit der Umdrehung des Motors;
einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft in der Einlaßleitung des Motors;
einen ersten Brennstoffmengenrechner zur Berechnung einer ersten in den Zylinder einzuspritzenden Brennstoffmenge, basierend auf dem Ausgabesignal des Temperatursensors und dem Ausgabesignal des Drucksensors, die während jedes Kompressionshubes bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln erzeugt werden;
erste Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der ersten Brennstoffmenge, welche durch den Brennstoffmengenrechner berechnet wird, während des Kompressionshubes oder des nachfolgenden Arbeitshubes in den Zylinder;
einen Beschleunigungsdetektor zur Erfassung der Beschleunigung des Motors;
einen zweiten Brennstoffmengenrechner, der im Falle, daß eine Beschleunigung des Motors durch den Beschleunigungsdetektor erfaßt wird, eine zweite in einen der Zylinder einzuspritzende Brennstoffmenge berechnet, und zwar in Abhängigkeit vom Motorbeschleunigungszustand, wie er vom Beschleunigungsdetektor erfaßt wurde; und
zweite Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der Brennstoffmenge, welche vom zweiten Brennstoffmengenrechner berechnet worden ist, während eines Motorbetriebshubes in einen der Zylinder im Anschluß an die erste Brennstoffeinspritzung.
Drucksensormittel zur Erfassung des Innendruckes einer Vielzahl von Zylindern des Motors;
einen Signalgenerator zur Erzeugung eine Zylinderidentifikationssignals und eines Kurbelwinkelsignals synchron mit der Umdrehung des Motors;
einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft in der Einlaßleitung des Motors;
einen ersten Brennstoffmengenrechner zur Berechnung einer ersten in den Zylinder einzuspritzenden Brennstoffmenge, basierend auf dem Ausgabesignal des Temperatursensors und dem Ausgabesignal des Drucksensors, die während jedes Kompressionshubes bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln erzeugt werden;
erste Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der ersten Brennstoffmenge, welche durch den Brennstoffmengenrechner berechnet wird, während des Kompressionshubes oder des nachfolgenden Arbeitshubes in den Zylinder;
einen Beschleunigungsdetektor zur Erfassung der Beschleunigung des Motors;
einen zweiten Brennstoffmengenrechner, der im Falle, daß eine Beschleunigung des Motors durch den Beschleunigungsdetektor erfaßt wird, eine zweite in einen der Zylinder einzuspritzende Brennstoffmenge berechnet, und zwar in Abhängigkeit vom Motorbeschleunigungszustand, wie er vom Beschleunigungsdetektor erfaßt wurde; und
zweite Brennstoffeinspritzmittel zum Einspritzen der Brennstoffmenge, welche vom zweiten Brennstoffmengenrechner berechnet worden ist, während eines Motorbetriebshubes in einen der Zylinder im Anschluß an die erste Brennstoffeinspritzung.
Die Drucksensormittel erfassen den Innendruck in mindestens
zwei Zylindern, bei zwei unterschiedlichen Kurbelwinkeln
während jedes Kompressionshubes.
Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung
berechnet der Beschleunigungsdetektor die bei zwei
Kurbelwinkeln während jedes Kompressionshubes zwischen
mindestens zwei Zylindern erfaßte Druckdifferenz, und er
erfaßt die Beschleunigung des Motors, wenn die
Änderungsrate der Druckdifferenz zwischen der beim
aktuellen Kompressionshub eines der mindestens zwei
Zylinder berechneten aktuellen Druckdifferenz und der zuvor
beim vorhergehenden Kompressionshub des anderen der
mindestens zwei Zylinder berechneten vorherigen
Druckdifferenz größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung berechnet
der Beschleunigungsdetektor die bei zwei Kurbelwinkeln
während jedes Kompressionshubes von mindestens zwei
Zylindern erfaßte Druckdifferenz, und er erfaßt die
Beschleunigung des Motors, wenn die Änderungsrate der
Druckdifferenz zwischen der beim aktuellen Kompressionshub
eines der mindestens zwei Zylinder berechneten aktuellen
Druckdifferenz und der zuvor beim vorhergehenden
Kompressionshub dieses einen der mindestens zwei Zylinder
berechneten vorherigen Druckdifferenz größer als ein
vorbestimmter Wert wird.
Dieses und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlicher hervor.
Nachfolgend sei der wesentliche Inhalt der Figuren kurz
angegeben.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht des allgemeinen Aufbaus eines
Brennstoffsteuergerätes für einen
Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt das Flußdiagramm einer Programmhauptroutine,
die vom Brennstoffsteuergerät der Fig. 1
ausgeführt wird;
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer
ersten bzw. einer
Beschleunigungsbestimmungsinterruptroutine, die
vom Brennstoffsteuergerät der Fig. 1 ausgeführt
wird;
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer
zweiten bzw. einer
Brennstoffeinspritzungsinterruptrutine, die vom
Brennstoffsteuergerät der Fig. 1 ausgeführt wird;
Fig. 5 ist ein Zeittaktdiagramm, welches die
zeitbezogenen Änderungen des
Zylinderidentifikationssignals, des
Kurbelwinkelsignals, des Zylinderdruckes, und der
im RAM gespeicherten Zylinderdruckdaten ebenso wie
die durch den Kurbelwinkel getaktete
Interruptzeitgabe veranschaulicht;
Fig. 6 stellt ein Zeittaktdiagramm zur Veranschaulichung
der ersten und der zweiten
Brennstoffeinspritzungs- und
Zylinderdruckmeßzeitpunkte im Verhältnis zur
Drosselöffnung;
Fig. 7 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung der
Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und der
Zylinderdruckdifferenz dar;
Fig. 8 stellt eine der Fig. 1 vergleichbare Ansicht dar,
zeigt jedoch ein konventionelles
Brennstoffsteuergerät für einen Brennstoffmotor;
Fig. 9 stellt ein Zeittaktdiagramm zur Veranschaulichung
der zeitbezogenen Beziehung zwischen dem
Zylinderdruck, der Ventilöffnungs- und
Schließzeiten, und den durch den Kurbelwinkel
getakteten Interruptzeitpunkten des
konventionellen Steuergerätes nach Fig. 8 dar; und
Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der
vom konventionellen Steuergerät der Fig. 8
ausgeführten Programmhauptroutine dar.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In Fig. 1 ist ein Brennstoffsteuergerät gemäß der
vorliegenden Erfindung für einen Verbrennungsmotor
dargestellt. Das dargestellte Gerät entspricht im
wesentlichen dem Aufbau des in Fig. 8 dargestellten
konventionellen Gerätes, und infolgedessen umfaßt es die
gleichen Komponenten wie die des konventionellen Gerätes,
die deshalb mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
sind. Jedoch sind der Drucksensor 110, der Signalgenerator
120 in Form eines Rotationssensors und der Betrieb der ECU
100′ der vorliegenden Ausführungsform gegenüber den im
konventionellen Gerät der Fig. 8 verwendeten Komponenten
verschieden. Insbesondere ist der Drucksensor 110 der
vorliegenden Ausführungsform ein Halbleitersensor, der
einen Piezowiderstand verwendet, wobei er dadurch
charakterisiert ist, daß er eine Ausgangsspannung liefert,
die proportional zum Absolutdruck im Zylinder 1a ist. Im
Falle eines Mehrzylinderbrennstoffmotors ist für jeden
Zylinder 1a ein Drucksensor 110 vorgesehen. Weiter erzeugt
der Signalgenerator 120 der vorliegenden Ausführungsform,
obwohl im einzelnen nicht dargestellt, zwei Arten von
elektrischen Signalen. Wie Fig. 5 zeigt, ist das eine
dieser Signale ein Kurbelwinkelsignal, das in
vorgeschriebenen Intervallen der Kurbelwellendrehung
erzeugt wird, etwa als einzelner Impuls bei jedem Grad der
Kurbelwellendrehung. Das andere Signal ist ein
Zylinderidentifikationssignal, das jedesmal dann erzeugt
wird, wenn sich einer der Kolben des Motors 1 in einer
vorgeschriebenen Winkelstellung befindet. Beispielsweise
wird bei der vorliegenden Ausführungsform das
Zylinderidentifikationssignal jedesmal dann erzeugt, wenn
sich einer der Kolben am Anfang des Kompressionshubes im
unteren Totpunkt befindet. Allgemein stehen viele
unterschiedliche Signalgeneratortypen zur Verfügung, und im
vorliegenden Falle kann jeder Typ verwendet werden, der die
gewünschten Signale erzeugen kann. Einer der üblichen Typen
des Signalgenerators 120, der hier benutzt werden kann,
weist eine Scheibe mit einer großen Anzahl von Schlitzen in
ihrer äußeren Peripherie auf. Die Scheibe ist auf der Welle
des Verteilers 10 montiert und läuft mit diesem um, wenn er
durch ein geeignetes Element des Motors 1, wie etwa die
Nockenwelle, angetrieben wird, welche synchron mit der
Drehung der Motorkurbelwelle rotiert. Dabei ist ein
Fotokoppler mit einem lichtaussendenden Element, wie
beispielsweise einer Leuchtdiode, sowie ein
lichtempfindliches Element wie etwa ein Fototransistor
vorgesehen, die an einander gegenüberstehenden Seiten der
Drehscheibe achssymmetrisch angeordnet sind. Wenn sich die
Verteilerwelle dreht, dreht sich die Scheibe ebenfalls und
unterbricht den Durchgang des Lichtes vom lichtaussendenden
Element zum lichtempfindlichen Element, so daß das
lichtempfindliche Element einen Ausgangsimpuls in Form
eines elektrischen Pulses mit einer Frequenz erzeugt, die
der Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe entspricht.
Als nächstes wird die Betriebsweise des
Brennstoffsteuergerätes der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 2 bis 4 und die
Zeittaktdiagramme der Fig. 5 und 6 im einzelnen beschrieben.
Wie im Zeittaktdiagramm der Fig. 5 dargestellt, mißt die
ECU 100′ auf der Basis des Zylinderidentifikationssignals
und des Kurbelwinkelsignals den Innendruck Pi1,Pi2 im
Zylinder #i bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln bzw.
Kurbelwinkelpositionen Θ₁, Θ₂, und zwar während jedes
auf das Schließen des Einlaßventils 6 des Zylinders #i
folgenden Kompressionshubes. Sie berechnet dann die Menge
der Ansaugluft Ga auf der Basis des Unterschiedes ΔPi
zwischen den so gemessenen Zylinderdrücken Pi1, Pi2
unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen den
beiden Drücken, wie aus Fig. 7 hervorgeht. Danach wird eine
erste bzw. eine Basismenge Gfi an Brennstoff, der von der
entsprechenden Einspritzvorrichtung 5 in den Zylinder #i
eingespritzt werden soll, basierend auf der zuvor
berechneten Ansaugluftmenge Ga, berechnet. Dann wird die
der berechneten Brennstoffmenge entsprechende Impulsbreite
für die Brennstoffeinspritzung in einem nicht dargestellten
und in der ECU 100′ enthaltenen
Brennstoffeinspritzungsregister gesetzt.
Anschließend, wenn sich die Kurbelwelle des Motors 1
weiterdreht um eine vorgeschriebene Kurbelposition TDC2 zu
erreichen, in welcher der Kolben die Zylinder #i den oberen
Totpunkt erreicht, beginnt die ECU 100′ mit der Prozedur
bezüglich der Durchführung der Brennstoffeinspritzung, das
heißt, sie betätigt die Brennstoffeinspritzvorrichtung 5
zum Einspritzen der ersten bzw. der Basiseinspritzmenge in
den Zylinder #i. Bei den Kurbelpositionen Θ₃, Θ₄ wird
eine Prozedur zur Messung es Innendruckes im Zylinder #j,
wie der beim Zylinder #i erfolgten Messung, durchgeführt,
um die Drücke Pj1, Pj2 im Zylinder #j in den genannten
Kurbelpositionen zu messen und eine Differenz Δ Pj
zwischen den Drücken Pj1, Pj2 zu berechnen. Weiter wird
entsprechend der Beschleunigungsbestimmungsinterruptroutine
der Fig. 3 ermittelt, ob die Differenz dP =
ΔPi - ΔPj) größer als ein vorbestimmter Wert dP₀
ist (d. h., dP = (ΔPi - ΔPj) < dP₀). Dies dient
dazu festzustellen, ob der Motor 1 beschleunigt wird.
Gleichzeitig wird eine zweite oder zusätzliche
Brennstoffeinspritzmenge für die Beschleunigung berechnet
und in einem nicht dargestellten Register der ECU 100′
gesetzt. Falls ermittelt wird, daß sich der Motor
beschleunigt, wird die zusätzliche Brennstoffmenge zur
Beschleunigung in den Zylinder #i eingespritzt, und zwar
während eines Motorhubs (das heißt bei der dargestellten
Ausführungsform während eines Arbeitshubes), nach der
ersten Einspritzung der Basisbrennstoffmenge, die
normalerweise während jedes Explosions- oder Arbeitstaktes
des Zylinders im stationären Betriebszustand des Motors im
oberen Totpunkt stattfindet.
Nachfolgend wird die Berechnung der Basiseinspritzmenge,
die von der ECU 100′ in Übereinstimmung mit dem
Hauptprogramm durchgeführt wird, unter besonderer
Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 2 beschrieben. Als
erstes werden das Zylinderidentifikationssignal und das
Kurbelwinkelsignal, welche vom Signalgenerator 120
ausgegeben werden, gelesen. Dann wird in Schritt 101
ermittelt, ob das Zylinderidentifikationssignal, das
Rechteckimpulse besitzt, die während des Kompressionshubes
eines spezifischen Zylinders im unteren Totpunkt ansteigen,
einen hohen Pegel aufweist. Falls die Antwort "JA" lautet,
geht das Programm nach Schritt 102 über, in welchem ein
vorgeschriebener Kurbelwinkel Θ, der beispielsweise ab
Anfang der abfallenden Flanke des Rechteckimpulses des
Zylinderidentifikationssignals gemessen wird, erreicht
worden sein muß. Ist die Antwort "JA", geht das Programm
nach Schritt 103 über, in welchem das Ausgangssignal Pi
des Drucksensors 11 für den Zylinder #i ausgelesen und in
einem RAM oder einem Register in der ECU 100′ als Pi1
gespeichert wird. Wenn auch der Status der verschiedenen
Signale jeweils als Beispiel in Fig. 5 dargestellt ist,
sind die Wellenformen des Kurbelwinkelsignals und des
Zylinderidentifikationssignals nicht auf die in Fig. 5
dargestellten Formen beschränkt. Die Signale können andere
Wellenformen aufweisen, bei denen während jedes
Kompressionshubes Ausgangsimpulse bei vorgeschriebenen
Kurbelwinkeln erzeugt werden.
Danach wird in Schritt 104 bestimmt, ob der Kurbelwinkel
sich an den Wert des vorgeschriebenen zweiten Kurbelwinkels
Θ₂ annähert oder ihn erreicht. Falls die Antwort "JA"
lautet, geht das Programm nach Schritt 103 über, wo das
Ausgangssignal Pi des Drucksensors 11 ausgelesen und als
Wert Pi2 im RAM oder im Register des Mikroprozessors
gespeichert wird. Lautet andererseits in Schritt 102 die
Antwort "NEIN", springt das Programm nach Schritt 104; und
falls die Antwort in Schritt 104 ebenfalls negativ ist,
kehrt das Programm nach Schritt 101 zurück. In Schritt 106
wird auf der Basis der jeweils in den Schritten 103, 105
erhaltenen Zylinderinnendruckdaten Pi1, Pi2 die
Differenz Δ P₁ zwischen den Drücken Pi1, Pi2
berechnet und im RAM gespeichert. Im Schritt 107 wird die
Ausgabe ta des Ansauglufttemperatursensors 14 ausgelesen
und im RAM gespeichert. In Schritt 108 wird unter
Verwendung der Beziehung zwischen der Druckdifferenz ΔPi
und der Ansaugluftmenge Ga gemäß Fig. 7 die Menge der in
den Zylinder #i eingesaugten Menge der Einlaßluft Gai wie
folgt berechnet:
Gai = (a × ΔPi + b) × f(ta)
darin sind a und b Konstanten, die durch Experiment
vorbestimmt werden; und f(ta) ist ein
Korrekturkoeffizient für die Umwandlung des die
Motortemperatur darstellenden Ausgangssignals ta des
Ansauglufttemperatursensors 14 in ein entsprechendes
Luftdichtesignal. Dabei können als exemplarische Werte für
die Konstanten a und b jeweils die Werte 0.1 und 0.02
gelten. Darüber hinaus kann durch Korrigieren der
Ansaugluftdichte auf der Basis des Ausgangssignals ta des
Einlaßlufttemperatursensors 14 im Prinzip eine genaue
Korrektur erfolgen, falls die Durchschnittstemperatur der
Mischung in jedem Zylinder herangezogen wird. Es ist vom
praktischen Standpunkt aus jedoch schwierig, die
Mischtemperatur zu erfassen, weil ein im Zylinder
angeordneter Temperatursensor einer extremen Hitze
ausgesetzt ist, die durch die Verbrennung der Mischung
während des Arbeitshubes erzeugt wird. Aus diesem Grunde
wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die
Temperatur der Einlaßluft im Einlaßrohr 3 anstelle einer
derartigen Temperaturkorrektur verwendet.
Anschließend wird in Schritt 109 eine passende
einzuspritzende Brennstoffmenge Gfi zur Bildung des
vorgeschriebenen Luft-Brennstoffverhältnisses (A/F)
berechnet, und zwar auf der Basis der Einlaßluftmenge
Gai, der in Schritt 108 unter Verwendung der Formel:
Gfi = [Gai/(A/F)] × Kf
wobei Kf ein Korrekturkoeffizient zum Korrigieren der
einzuspritzenden Brennstoffmenge in Übereinstimmung mit den
Betriebsbedingungen des Motors 1, wie etwa dem Aufwärmen
des Motors, ist.
In Schritt 110 wird die so berechnete
Brennstoffeinspritzmenge Gfi in eine entsprechende
Impulsbreite Pwi zum Betätigen der Einspritzvorrichtung 5
umgewandelt, und zwar nach folgender Formel:
Gwi = Gfi/Kinj;
wobei Kinj ein Umwandlungskoeffizient für die Umwandlung
der Brennstoffeinspritzmenge in die Breite eines Impulses
zum Betätigen der Einspritzvorrichtung 5 ist. Die so
berechnete Impulsbreite Pwi wird in einem
Einspritzungsregister im Mikroprozessor gespeichert, womit
die Prozeßabwicklung der Hauptroutine endet.
Im stationären Betriebszustand des Motors 1 veranlaßt die
ECU 100′ die Leistungsversorgung der Einspritzvorrichtung 5
auf der Basis von Daten, die im Einspritzungsregister des
Mikroprozessors im Rahmen der oben beschriebenen
Hauptroutine gesetzt werden, die bei einem vorgeschriebenen
Kurbelwinkel Θ₅ in Übereinstimmung mit einer
Brennstoffeinspritzstartinterruptroutine für den
stationären Betriebszustand ausgeführt wird. Die erste bzw.
die Basisbrennstoffeinspritzung kann bei dem im Arbeitshub
vorausgehenden Kompressionshub erfolgen.
Der oben beschriebene Prozeßablauf wird für die übrigen
Zylinder in gleicher Weise durchgeführt. Es wird also die
Druckdifferenz ΔPj zwischen den Innendrücken Pj1,
Pj2 im Zylinder #j bei den Kurbelwinkeln Θ₃, Θ₄
berechnet, um eine passende Brennstoffeinspritzmenge Pwj
zu finden.
Als nächstes soll eine zweite bzw. eine zusätzliche
Interruptroutine für die
Beschleunigungsbrennstoffeinspritzung unter Bezugnahme auf
die Flußdiagramme der Fig. 3 und 4 beschrieben werden, die
im Anschluß an die oben erläuterte erste
Basisbrennstoffeinspritzung bei stationärem Betrieb
ausgeführt wird. Fig. 3 veranschaulicht die
Beschleunigungsermittlungsinterruptroutine. Gemäß Fig. 3
wird in Schritt 201 die für den Zylinder #i im RAM
gespeicherte Druckdifferenz ΔPi ausgelesen, und dann
wird in Schritt 202 die im RAM gespeicherte
Druckdifferenz ΔPj ausgelesen. In Schritt 203 wird die
Änderungsrate ΔP zwischen den Druckdifferenzen ΔPi
und ΔPj berechnet (dP = ΔPi - ΔPj). In Schritt 204
wird darüber entschieden, ob die Änderungsraten dP der
Druckdifferenz größer als ein vorgeschriebener Wert dP₀
für die Motorbeschleunigungsermittlung ist oder nicht.
Lautet die Antwort "JA", wird der Motor 1 als im Zustand
der Beschleunigung befindlich angesehen und das Programm
geht nach Schritt 205 über, in welchem eine zweite
Brennstoffeinspritzmarke aktiviert wird. Aufgrund dieser
Marke wird die Leistungsversorgung der
Brennstoffeinspritzvorrichtung 5 für den Zylinder #i zum
Einspritzen einer zusätzlichen Brennstoffmenge in
Übereinstimmung mit einer zweiten
Brennstoffeinspritzinterruptroutine ausgelöst, wie in Fig.
4 dargestellt. In Schritt 206 wird eine zweite bzw. eine
zusätzliche Brennstoffmenge dGfi auf der Basis der
nachfolgenden Formel berechnet:
dGfi = Kacc × dP;
wobei Kacc ein Beschleunigungskorrekturkoeffizient ist.
In Schritt 207 wird eine zweite
Brennstoffeinspritzimpulsbreite dPwi auf der Basis der
obigen zweiten bzw. zusätzlichen Brennstoffmenge dGfi wie
folgt berechnet:
dPwi = Kinj × dGfi;
wobei Kinj ein Umwandlungskoeffizient für die Umsetzung
der Einspritzmenge in die Impulsbreite ist. Die so
erhaltene zweite Brennstoffeinspritzimpulsbreite dPwi
wird im Einspritzungsregister des Mikroprozessors
gespeichert, und damit ist die Interruptroutine beendet.
Andererseits endet jedoch die erste Interruptroutine im
Falle, daß im Schritt 204 die Antwort "NEIN" lautet.
Nach Beendigung der obigen
Beschleunigungsermittlungs-Interruptprozeßfolge wird die
zweite Brennstoffeinspritzinterruptroutine der Fig. 4 bei
einem vorgeschriebenen Kurbelwinkel zur Durchführung einer
zweiten Brennstoffeinspritzung ausgeführt. Gemäß Fig. 4
wird in Schritt 301 entschieden, ob die zweite
Brennstoffeinspritzmarke eingeschaltet ist oder nicht. Ist
sie eingeschaltet, geht das Programm nach Schritt 302 über,
in welchem bestimmt wird, ob die Kurbelposition des Motors
1 mit dem Winkel Θ₄ zur Ablösung der zweiten
Brennstoffeinspritzung zusammentrifft. Falls die Antwort
"JA" lautet, wird in Schritt 303 die Leistungsversorgung
der Einspritzvorrichtung 5 für den Zylinder #i zur
Betätigung der Vorrichtung ausgelöst. Danach wird in
Schritt 304 weiter darüber entschieden, ob der Zeitpunkt
zur Beendigung der zweiten Brennstoffeinspritzung gekommen
ist oder nicht. Lautet die Antwort "NEIN", kehrt das
Programm nach Schritt 303 zur Fortsetzung der zweiten
Brennstoffeinspritzung zurück. Lautet die Antwort "JA",
geht das Programm nach Schritt 305 über, wo die
Leistungszufuhr zur Einspritzvorrichtung 5 des Zylinders #i
zum Schließen der Vorrichtung abgeschaltet wird. Damit ist
die Interruptroutine beendet.
Fig. 6 zeigt den Betriebsablauf des Brennstoffsteuergerätes
gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie unter
Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben. Genauer gesagt
handelt es sich bei Fig. 6 um ein Taktzeitdiagramm, das die
Beziehung zwischen der Zylinderdruckmeßtaktzeit, bezogen
auf den Motorkurbelwinkel, und die Taktzeiten für die erste
und zweite Brennstoffeinspritzung jedes Zylinders
veranschaulicht. Da die Druckdaten für jeden Zylinder #i,
die von der ECU 100′ nach einer Änderung der Drosselöffnung
gemessen werden, der Menge der in den Zylinder #i während
eines Ansaughubes (a) vor der Beschleunigung angesaugten
Einlaßluft entspricht, fällt die erste bzw. die
Basisbrennstoffmenge zu knapp bzw. unzureichend für die
nach Beginn der Beschleunigung in den Zylinder #i während
des folgenden Ansaughubes (b) einzusaugende Einlaßluftmenge
aus. Dieser Mangel an Brennstoff wird jedoch durch die
zweite Brennstoffeinspritzung kompensiert.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform die Ermittlung der
Motorbeschleunigung und der zweiten Brennstoffeinspritzung
auf der Basis der Änderungsrate des Unterschiedes zwischen
dem Innendruck des Zylinders #i während dessen
Kompressionshub und dem Innendruck des Zylinders #j während
dessen Kompressionshub erfolgt, kann sie auch aufgrund der
Änderungsrate des Unterschiedes zwischen den Innendrücken
der Zylinder #i während des N-ten und (N + 1)-ten
Kompressionshubes des Zylinders durchgeführt werden. Die
genannten Größen können weiter auch auf der Basis der
Änderungsrate (dP = ΔPi, N + 1 - ΔPim) zwischen dem
Durchschnitt
der Differenz der internen Drücke (ΔPil - ΔPiN) und
der Differenz der Innendrücke Pi, N + 1 des Zylinders #i
während der N-ten und (N+1)-ten Kompressionshübe des
Zylinders ermittelt werden.
Obwohl bei der obigen Ausführungsform der Erfindung ein
Drucksensor 110 für jeden Zylinder vorgesehen ist und die
in jeden Zylinder 1a einzuspritzende Brennstoffmenge auf
der Basis der Ausgangssignale des Drucksensors gesteuert
wird, kann auch ein einzelner Drucksensor oder eine
kleinere Anzahl von Drucksensoren (beispielsweise halb so
viel wie die Anzahl der Zylinder) für alle Zylinder
verwendet werden, so daß die Brennstoffversorgung aller
Zylinder oder eines Teils derselben aufgrund des
Ausgangssignals dieser Sensoren gesteuert wird. In diesem
Falle können die Gesamtherstellungskosten verringert
werden, obwohl das mit einer gewissen Beeinträchtigung der
Steuergenauigkeit verbunden ist.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
während der Beschleunigung des Motors eine zusätzliche
Brennstoffmenge in einem auf die erste
Brennstoffeinspritzung folgenden Motorhub auf der Basis der
Änderungsrate der Differenz der Zylinderinnendrücke
eingespritzt, so daß die Ansprechreaktion der
Brennstoffsteuerung auf die Motorbeschleunigung in einem
erheblichen Umfang verbessert werden kann. Dadurch wird die
Steuergenauigkeit erhöht, ohne das Ausgangsdrehmoment zu
verringern. Als Folge ergeben sich gute Fahreigenschaften
des Fahrzeugs, in welchem das vorliegende
Brennstoffsteuergerät installiert ist.
Claims (4)
1. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, mit den
Schritten:
- - Bestimmen eines ersten bzw. zweiten Innendrucks (Pi1 bzw. Pi2) in einem ersten Zylinder (#i) des Verbrennungsmotors während eines Kompressionshubs bei einer ersten bzw. zweiten vorbestimmten Kurbelwinkelposition (Θ₁ bzw. Θ₂);
- - Berechnen einer Ansaugluftmenge (Ga) auf der Grundlage der Differenz ΔPi zwischen dem ersten (Pi1) und dem zweiten (Pi2) Innendruck;
- - Berechnen einer Brennstoff-Basismenge (Gfi) für den ersten Zylinder auf der Grundlage der Ansaugluftmenge (Ga);
- - Einspritzen der berechneten Brennstoff-Basismenge (Gfi) in den ersten Zylinder;
gekennzeichnet durch
- - Bestimmen eines dritten bzw. vierten Innendrucks (Pj1 bzw. Pj2) in einem zweiten Zylinder (#j) des Motors während eines Kompressionshubs und Berechnen der Differenz ΔPj zwischen dem dritten (Pj1) und vierten (Pj2) Innendruck;
- - Erfassen, ob der Motor beschleunigt wird, aus dem Vergleich der Differenz (dP) zwischen ΔPi und ΔPj mit einem vorbestimmten Wert (dP₀); und
- - falls der Motor beschleunigt wird, während der Beschleunigung des Motors Einspritzen einer zusätzlichen Brennstoffmenge in den ersten Zylinder (#i), nachdem die Brennstoff-Basismenge (Gfi) einspritzt worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Erfassung einer Beschleunigung dies Motors die
Differenz ΔPj zwischen dem dritten und vierten
Innendruck des ersten Zylinders (#i) beim
vorangehenden Kompressionshub des ersten Zylinders
(#i) berechnet wird.
3. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche Kraftstoffmenge auf der Grundlage
der Differenz zwischen ΔPi und ΔPj berechnet wird.
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