DE10000111C2

DE10000111C2 - Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10000111C2
Application number: DE10000111A
Authority: DE
Inventors: Noboru Tokuyasu; Toshiharu Nogi; Takuya Shiraishi; Yoko Nakayama; Yoshihiro Sukegawa; Yusuke Kihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JP2000204954A; US6199534B1; JP3534634B2; DE10000111A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für Brennkraftmaschi nen und insbesondere eine Steuervorrichtung für Brennkraftma schinen mit Direkteinspritzung.

Aus JP 00 10-205338-A ist eine herkömmliche Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt, bei der im oberen Teil jedes Kolbens ein Hohlraum ausgebildet ist, durch den der Kraftstoffsprühstrahl, der von einem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, in die Umgebung der Zündkerze gelenkt wird.

Da jedoch die Tiefe des im oberen Teil jedes Kolbens ausgebildeten Hohlraums ungefähr 15 mm beträgt, besteht das Problem, daß die HC-Menge im Abgas ansteigt, da der in den Hohlraum eingesprühte Kraftstoff an der Wandoberfläche des Hohlraums anhaftet.

Daher haben die Erfinder eine Brennkraftmaschine mit Direktein spritzung untersucht, bei der der obere Teil des Kolbens entweder eine flache Oberfläche oder eine Oberfläche mit einigen flachen Rillen mit einer Tiefe von wenigen Millimetern aufweist, so daß die Anhaftung von Kraftstoff auf der Kolbenoberfläche vermieden wird; die Aufgabe des Hohlraums wird durch die Strömung der angesaugten Luft übernommen, d. h. der Kraftstoffsprühstrahl wird durch eine vertikale Luftströmung (Wirbel) in die Umgebung der Zündkerze gelenkt. In der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mit dieser Konstruktion besteht jedoch das Problem, daß es in einigen Situationen nicht möglich ist, zum Zeitpunkt der Zündung in der Umgebung der Zündkerze ein brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch zu bilden, wodurch die Verbrennung instabil wird.

Die DE 197 00 194 A1 zeigt eine Steuervorrichtung für einen Direk teinspritzmotor, die ein Gasströmungs-Steuerventil zum Erzeugen einer Wirbelströmung im Zylinder steuert. Durch Steuerung einer Kraftstoffeinspritzbreite wird die einem gewünschten Drehmoment entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge mit konstantem Druck in den Zylinder eingespritzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrich tung für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung zu schaffen, mit der nicht nur ein reineres Abgas, sondern auch eine stabilere Verbrennung erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuervorrichtung nach An spruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kolben, der im Zylinder gleitend angeordnet ist, eine im wesentlichen ebene obere Oberfläche auf.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Steuereinrichtung einen Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt, der den Druck des eingespritzten Kraftstoffs entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine bei konstantem Öffnungswinkel des Luft bewegungssteuerventils ändert, sowie einen TCV-Öffnungswinkel steuerabschnitt, der den Öffnungswinkel des Luftbewegungssteuer ventils entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine bei konstantem Druck des eingespritzten Kraftstoffs ändert, wobei die Steuerung durch Umschalten zwischen dem Kraftstoffdruck- Steuerabschnitt und dem TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgeführt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht zur Erläuterung des Gesamtaufbaus des Kraft stoffeinspritzsystems, das eine Steuervorrichtung für Brennkraftma schinen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet;

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Zustände im Zylinder wäh rend des Verbrennungshubs, wenn Kraftstoff im Verdichtungshub eingespritzt wird;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes im Zylinder während der zweiten Hälfte des Verdichtungshubs;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes des Luft-/Kraft stoffgemischs im Zylinder in dem Fall, in dem die Energie Ea der Luft größer als die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls ist;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes des Luft-/Kraft stoffgemischs im Zylinder in dem Fall, in dem die Energie Ea der Luft kleiner als die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls ist;

Fig. 6 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der Konfiguration der Steuereinheit, die die Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steu ereinheit nach Fig. 6;

Fig. 8 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuereinheit nach Fig. 6;

Fig. 9 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der Konfiguration des Kraftstoffdruck-Steuerabschnitts gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 10 einen Graphen zur Erläuterung eines beispielhaften Kenn feldes, das in dem Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt des Kraftstoffdruck-Steuerabschnitts nach Fig. 9 verwendet wird;

Fig. 11 einen Graphen zur Erläuterung eines beispielhaften Kenn feldes, das in dem Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt des Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitts nach Fig. 9 verwendet wird;

Fig. 12 einen Blockschaltplan zur Erläuterung der Konfiguration des TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 einen Graphen zur Erläuterung eines beispielhaften Kenn feldes, das in dem Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt des TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitts nach Fig. 12 verwendet wird;

Fig. 14 einen Graphen zur Erläuterung eines beispielhaften Kenn feldes, das in dem Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt des TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitts nach Fig. 12 verwendet wird;

Fig. 15 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuereinheit, die die Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung bildet;

Fig. 16 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuereinheit nach Fig. 15;

Fig. 17 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuereinheit, die die Steuervorrichtung für Brennkraftmaschi nen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung bildet; und

Fig. 18 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuereinheit nach Fig. 17.

Zunächst wird der Gesamtaufbau des Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung einer Steuervorrichtung für Brennkraftmaschi nen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 1 erläutert.

Die Brennkraftmaschine umfaßt ein Kraftstoffeinspritzventil 2, das Kraftstoff direkt in die Brennkammer 1 einspritzt, eine Zündkerze 3, die im wesentlichen in der Mitte der Brennkammer 1 vorgesehen ist, einen Kolben 4 mit einer im wesentlichen flachen oberen Oberfläche, ein Lufteinlaßventil 5, ein Lufteinlaßrohr 6, ein Luftbewegungssteu erventil 7 (im folgenden mit TVC bezeichnet), das im Lufteinlaßrohr 6 vorgesehen ist, um eine Wirbelluftströmung zu erzeugen, sowie eine Drosselklappe 8, die im Lufteinlaßrohr 6 auf der Einlaßseite des TCV 7 vorgesehen ist. Der Kolben 4 ist ein sogenannter flacher Kolben, dessen obere Oberfläche entweder eine ebene Oberfläche oder einige Rillen mit einer Tiefe von lediglich einigen wenigen Millimetern besitzt.

Das Kurbelwinkelsignal, das die Brennkraftmaschinendrehzahl N angibt, das Drosselklappensensorsignal, das den Drosselklappenöff nungswinkel T angibt, der vom Drosselklappensensor 10 erfaßt wird, das Fahrpedalniederdrückungswinkelsignal, das den Fahrpe dalniederdrückungsgrad angibt, das Kraftstoffdruck-Signal, das von einem Kraftstoffdruck-Sensor 11 erfaßt wird, sowie weitere Signale werden in die Steuereinheit 100 eingegeben, die die Brennkraftma schine steuert. Die Steuereinheit 100 gibt das TCV-Steuersignal, das den Motor 7M ansteuert, der den Öffnungswinkel des TCV 7 ändert, das Drosselklappensteuersignal, das den Motor 8M ansteuert, der den Öffnungswinkel der Drosselklappe 8 ändert, und das Steuersi gnal für das Kraftstoffdruck-Einstellventil 12 aus.

Der Kraftstoff wird von einem Kraftstofftank 13 von einer Nieder druck-Kraftstoffpumpe 14 und von einer Hochdruck-Kraftstoff pumpe 15 gefördert und dem Kraftstoffeinspritzventil 2 zugeführt. Der ausgeübte Kraftstoffdruck wird durch das Kraftstoffdruck- Einstellventil 12 bestimmt.

Nun werden mit Bezug auf Fig. 2 die Zustände im Zylinder während des Verbrennungsprozesses zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinsprit zung im Verdichtungshub erläutert. Fig. 2 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Zustände im Zylinder während des Verbrennungs prozesses zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung im Verdich tungshub. Fig. 2a zeigt den Zustand während des Ansaughubs, in dem das Lufteinlaßventil 5 geöffnet ist und der Kolben 4 sich nach unten bewegt, wodurch sich die Luft durch die im Lufteinlaßrohr 6 vorgesehene Drosselklappe 8 und durch das TCV 7 bewegt und in die Brennkammer 1 angesaugt wird. Wenn der Öffnungswinkel des TCV 7 klein ist, wird die in der Brennkammer 1 gebildete Wirbel strömung 20 stärker.

In der in Fig. 2b gezeigten zweiten Hälfte des Verdichtungshubs, der nach dem Durchgang des Kolbens 4 durch den unteren Totpunkt beginnt, wird vom Kraftstoffeinspritzventil 2, das unterhalb des Lufteinlaßventils 5 angeordnet ist, auf der Grundlage des anhand der Brennkraftmaschinendrehzahl und des angeforderten Drehmo ments berechneten Kraftstoffeinspritzimpulsbreite Kraftstoff einge spritzt. Der eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl 21 wird zu der im wesentlichen in der Mitte der Brennkammer angeordneten Zündker ze 3 mittels des Wirbels 20, d. h., mittels der turbulenten Luftströ mung, gelenkt.

Wie in Fig. 2c gezeigt ist, hat sich zum Zündzeitpunkt in der Nähe der Zündkerze 3 ein brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch 22 gebildet, so daß durch den Funken ein Flammenkern gebildet wird.

Wie in Fig. 2d gezeigt ist, breitet sich die Flamme während des Expansionshubs aus.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 3 der Zustand im Zylinder während der zweiten Hälfte des Verdichtungshubs erläutert.

Die Stärke der in der Brennkammer 1 gebildeten Wirbelluftströmung 20, d. h. die Energie Ea der Luft, wird durch den Öffnungswinkel des TCV 7 eingestellt. Andererseits wird der Druck des an das Kraftstoffeinspritzventil 2 zugeführten Kraftstoffs anhand der Be triebsbedingungen gesteuert, wobei der Kraftstoffdruck mit zuneh mender Last ansteigt. Die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls 21, der vom Kraftstoffeinspritzventil 2 ausgestoßen wird, hängt stark vom Kraftstoffdruck ab. Die Luft-/Kraftstoffgemisch-Verteilung, die von den Werten der Energie Ea der Luft und der Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls abhängt, wird mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 erläutert.

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes des Luft-/ Kraftstoffgemischs im Zylinder, wenn die Energie Ea größer als die Energie Ef ist, während Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zustandes des Luft-/Kraftstoffgemischs ist, wenn die Energie Ea kleiner als die Energie Ef ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird, wenn die Energie Ea der Luft größer als die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls ist, durch die Luft auf den Kraftstoffsprühstrahl 21 ein Druck ausgeübt, so daß er in der Brennkammer auf seiten des Lufteinlaßventils bleibt, weshalb in der Nähe der Zündkerze 3 kein brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch ge bildet wird und die Verbrennung instabil wird.

Wenn andererseits, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Energie Ea der Luft kleiner als die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls ist, erreicht der Kraftstoffsprühstrahl 21 die Auslaßseite der Brennkammer. Da somit der Kraftstoff an der Oberfläche des Kolbens 4 oder an den Seitenwänden der Brennkammer 1 anhaften kann, wird das Luft-/ Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 1 verschoben, so daß in der Nähe der Zündkerze zum Zündzeitpunkt kein zufriedenstellendes brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet wird und die Verbren nung instabil wird.

Mit anderen Worten, in einer Brennkraftmaschine, in der der Kraft stoffsprühstrahl 21 durch die Luft geführt wird, muß, damit zum Zündzeitpunkt ein brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch in der Nähe der Zündkerze gebildet wird, die Energie Ea der Luftströmung in bezug auf die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen optimiert werden. Daher wird anhand der Steuereinheit 100 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Nähe der Zündkerze ein brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet und wird eine gute Verbrennung erzielt, indem die Energien Ea und Ef optimiert werden.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 6 die Konfiguration der Steuereinheit erläutert, die für die Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Fig. 6 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration der Steu ereinheit zeigt. Die Steuereinheit 100 der Erfindung umfaßt einen Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt 110 und einen TCV-Öffnungswin kelsteuerabschnitt 120. Der Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt 110 steuert den Motor 7M, der den Öffnungswinkel des TCV 7 ändert, und das Kraftstoffdruck-Einstellventil 12 auf der Grundlage des Solldrehmoments T und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Insbesondere wird der Kraftstoffdruck entsprechend der Drehzahl N der Brennkraftmaschine geändert, wenn der Öffnungswinkel des TCV 7 fest ist. Außerdem steuert der TCV-Öffnungswinkelsteuer abschnitt 120 den Motor 7M, der den Öffnungswinkel des TCV 7 ändert, und das Kraftstoffdruck-Einstellventil 12 auf der Grundlage des Solldrehmoments T, der Brennkraftmaschinendrehzahl N und des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses und ändert insbesondere den Öffnungswinkel des TCV 7 entsprechend der Brennkraftmaschinen drehzahl N bei konstantem Kraftstoffdruck.

Der Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt 110 und der TCV-Öffnungswin kelsteuerabschnitt 120 werden durch den Schaltabschnitt 130 in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl N gewählt.

Nun wird die Funktionsweise der Steuereinheit, die für die Steuer vorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 erläutert.

Die Fig. 7 und 8 sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionswei se der Steuereinheit 100. Hierbei zeigt Fig. 7 die Steuerung des Kraftstoffdrucks und des TCV-Öffnungswinkels durch die Steuer einheit, während Fig. 8 Beispiele für die Steuerung des Kraftstoff drucks und des TCV-Öffnungswinkels zeigt.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, steuert die Steuereinheit im Bereich niedri ger Drehzahl bis zu ungefähr 1000 min^-1 und im Bereich mittlerer Drehzahl von 2500 bis 3500 min^-1 den Kraftstoffdruck bei konstan tem TCV-Öffnungswinkel, während sie im Drehzahlbereich von 1000 bis 2500 min^-1 den TCV-Öffnungswinkel bei konstantem Kraftstoff druck steuert.

Mit anderen Worten, bei Drehzahlen unterhalb von 1000 min^-1 und im Bereich von 2500 bis 3500 min^-1 wird der TCV-Öffnungswinkel konstant gehalten, da die Stärke der Wirbelluftströmung (die Ener gie Ea der Luft) mit steigender Brennkraftmaschinendrehzahl N ansteigt, indem die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls entspre chend der Zunahme der Stärke der Wirbelluftströmung geändert wird. Die Werte von Ea und Ef werden in den genannten Drehzahl bereichen in dieser Weise optimiert.

Im Drehzahlbereich von 1000 min^-1 bis 2500 min^-1 wird die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls konstant gehalten, während die Stärke der Wirbelluftströmung mit zunehmender Brennkraftmaschinen drehzahl N ansteigt, wenn jedoch der TCV-Öffnungswinkel vergrößert wird, wird die Energie Ea der Luft nahezu konstant gehalten. Daher werden die Werte von Ea und Ef in diesem Drehzahlbereich in der eben erläuterten Weise optimiert.

Nun werden mit Bezug auf die Fig. 8a und 8b konkrete Beispiele für die Steuerung des Kraftstoffdrucks und des TCV-Öffnungswinkels erläutert. In Fig. 8a nimmt der Kraftstoffdruck proportional zur Brennkraftmaschinendrehzahl beginnend bei der Leerlaufdrehzahl bis zu 1000 min^-1 von 3 MPa bis 5 MPa zu. Hierbei wird der TCV- Öffnungswinkel auf einem dem vollständig geschlossenen Zustand des TCV 7 entsprechenden Wert gehalten, wie in Fig. 8b gezeigt ist.

Im Bereich von 1000 bis 2500 min^-1 der Brennkraftmaschinendreh zahl N wird der Kraftstoffdruck konstant bei 5 MPa gehalten, wie in Fig. 8a gezeigt ist, hingegen wird der TCV-Öffnungswinkel in Ab hängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl vom vollständig geschlossenen zum vollständig geöffneten Wert geändert.

Wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl N über 2500 min^-1 zu nimmt, wird, wie in Fig. 5a gezeigt ist, der Kraftstoffdruck beginnend bei 5 MPa proportional zur Brennkraftmaschinendrehzahl erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird der TCV-Öffnungswinkel auf dem dem vollständig geöffneten Zustand des TCV 7 entsprechenden Wert gehalten, wie in Fig. 8b gezeigt ist.

Der Steuerblock wird vereinfacht, indem das Steuerverfahren in Abhängigkeit vom Bereich der Drehzahl in der oben beschriebenen Weise bestimmt wird. Auch im Bereich hoher Drehzahlen von mehr als 3500 min^-1 wird das TCV 7 vollständig geöffnet gehalten, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Drehzahlbereich mit homogener Ladung mit Einspritzung während des Ansaughubs betrieben wird.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 9 bis 11 die Konfiguration des Kraftstoffdruck-Steuerabschnitts 110 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Fig. 9 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration des Kraftstoff druck-Steuerabschnitts 110 zeigt, während Fig. 10 ein Diagramm ist, das ein beispielhaftes Kennfeld angibt, das in dem Soll-TCV- Öffnungswinkelberechnungsabschnitt verwendet wird, und Fig. 11 ein Diagramm ist, das ein beispielhaftes Kennfeld zeigt, das in dem Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt verwendet wird.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, umfaßt der Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt 110 einen Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für stöchiometrische Ladung) 111, einen Soll-TCV-Öffnungswinkel berechnungsabschnitt (für homogene und magere Ladung) 112, einen Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für Schichtla dung und magere Ladung) 113, einen Schaltabschnitt 114, einen Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt 115 und einen Span nungsumsetzerabschnitt 116.

In dem Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für stöchio metrische Ladung) 111, in dem Soll-TCV-Öffnungswinkelberech nungsabschnitt (für homogene und magere Ladung) 112 und in dem Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für Schichtladung und magere Ladung) 113 werden das Solldrehmoment und die Brennkraftmaschinendrehzahl N eingegeben. Anhand eines Soll- TCV-Öffnungswinkelkennfeldes wird der Soll-TCV-Öffnungswinkel ausgegeben, der dem Solldrehmoment T und der Brennkraftmaschi nendrehzahl N entspricht. Ferner kann das Solldrehmoment T aus der Brennkraftmaschinendrehzahl N und aus dem Drosselklap penöffnungswinkel Tθ erhalten werden. Das Soll-TCV-Öffnungs winkelkennfeld ist in drei Teile unterteilt, die der stöchiometrischen Ladung, der homogenen und mageren Ladung bzw. der Schichtla dung und mageren Ladung entsprechen, wobei der Sollöffnungswin kel des TCV durch den Schaltabschnitt 114 gewählt wird.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist das Soll-TCV-Öffnungswinkelkennfeld ein Kennfeld, in dem der TCV-Öffnungswinkel groß ist, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl N klein ist und auch das Solld rehmoment T klein ist, wobei der TCV-Öffnungswinkel kleiner wird, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl N zunimmt und das Solld rehmoment T ebenfalls zunimmt.

Der gewählte Soll-TCV-Öffnungswinkel wird als TCV-Steuersignal an den Motor 7M ausgegeben, der den Öffnungswinkel des TCV 7 ändert, außerdem wird der Soll-TCV-Öffnungswinkel auch an den Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt 115 ausgegeben.

Der Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt 115 nimmt auf das Soll-Kraftstoffdruck-Kennfeld anhand des gewählten Soll-TCV- Öffnungswinkels und der Brennkraftmaschinendrehzahl N Bezug und erhält den Soll-Kraftstoffdruck. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist in dem Soll-Kraftstoffdruck-Kennfeld der Soll-Kraftstoffdruck niedrig, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl N klein ist und der TCV- Öffnungswinkel groß ist, wobei der Kraftstoffdruck zunimmt, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl N zunimmt und der TCV- Öffnungswinkel klein ist.

Der Spannungsumsetzerabschnitt 116 setzt den Soll-Kraftstoff druck, der vom Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt 115 erhalten wird, in ein Spannungssignal um und liefert dieses Span nungssignal an das Kraftstoffdruckeinstellventil 12, um den Kraft stoffdruck zu steuern.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 12 bis 14 die Konfiguration des TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitts 120 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, umfaßt der TCV-Öffnungswinkelsteuer abschnitt 120 einen Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt 121, einen Spannungsumsetzerabschnitt 122, einen Soll-TCV-Öffnungs winkelberechnungsabschnitt (für stöchiometrische Ladung) 123, einen Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für homogene und magere Ladung) 124, einen Soll-TCV-Öffnungswinkelberech nungsabschnitt (für Schichtladung und magere Ladung) 125 und einen Schaltabschnitt 114.

Der Soll-Kraftstoffdruck-Berechnungsabschnitt 121 nimmt auf das Soll-Kraftstoffdruck-Kennfeld anhand des gewählten Solldrehmo ments T und der Brennkraftmaschinendrehzahl N Bezug und erhält den Soll-Kraftstoffdruck. Das Soll-Drehmoment T kann auch an hand der Brennkraftmaschinendrehzahl N und des Drosselklappen öffnungswinkels Tq erhalten werden. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist in dem Soll-Kraftstoffdruck-Kennfeld der Soll-Kraftstoffdruck niedrig, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl niedrig ist und der TCV- Öffnungswinkel groß ist, wobei der Kraftstoffdruck zunimmt, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl N ansteigt und der TCV- Öffnungswinkel klein ist.

Der Spannungsumsetzerabschnitt 122 setzt den vom Soll-Kraft stoffdruck-Berechnungsabschnitt 121 erhaltenen Soll-Kraftstoff druck in ein Spannungssignal um und liefert es an das Kraftstoff druck-Einstellventil 12, um dadurch den Kraftstoffdruck zu steuern.

In den Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für stöchio metrische Ladung) 123, den Soll-TCV-Öffnungswinkelberechnungs abschnitt (für homogene und magere Ladung) 124 und den Soll- TCV-Öffnungswinkelberechnungsabschnitt (für Schichtladung und magere Ladung) 125 werden der Soll-Kraftstoffdruck und die Brenn kraftmaschinendrehzahl N eingegeben, wobei anhand eines Soll- TCV-Öffnungswinkelkennfeldes der Soll-TCV-Öffnungswinkel ausge geben wird, der dem Soll-Kraftstoffdruck und der Brennkraftma schinendrehzahl N entspricht. Das Soll-TCV-Öffnungswinkelkenn feld ist in drei Teile für stöchiometrische Ladung, homogene und magere Ladung bzw. Schichtladung und magere Ladung unterteilt, wobei der Soll-Öffnungswinkel des TCV 7 durch den Schaltabschnitt 126 in Übereinstimmung mit dem Soll-Kraftstoffdruck gewählt wird. Der Soll-Kraftstoffdruck kann auch anhand der Brennkraftmaschi nendrehzahl N und des Drehmoments T erhalten werden.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist in dem Soll-TCV-Öffnungswinkelkenn feld der TCV-Öffnungswinkel groß, wenn die Brennkraftmaschinen drehzahl N und der Soll-Kraftstoffdruck niedrig sind, wobei der TCV- Öffnungswinkel kleiner wird, wenn die Brennkraftmaschinendreh zahl N zunimmt und der Soll-Kraftstoffdruck hoch ist.

Der gewählte Soll-TCV-Öffnungswinkel wird als TCV-Steuersignal an den Motor 7M ausgegeben, der den Öffnungswinkel des TCV 7 ändert.

In dem obigen Beispiel wird die Brennkraftmaschinendrehzahl N in drei Stufen unterteilt, nämlich weniger als 1000 min^-1, 1000 bis 2500 min^-1 und mehr als 2500 min^-1. Das Schalten zwischen dem Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt und dem TCV-Öffnungswinkel steuerabschnitt erfolgt für jede dieser drei Stufen. Im Bereich von Brennkraftmaschinendrehzahlen von weniger als 3500 min^-1 kann auch eine weitere Unterteilung in mehrere zusätzliche Stufen erfol gen, wie in Fig. 7 durch die unterbrochene Linie gezeigt ist, wobei anhand dieser weiteren Drehzahl zwischen dem Kraftstoffdruck- Steuerabschnitt und dem TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitt umgeschaltet wird.

Der Steuerbereich für den Kraftstoffdruck und die TCV-Öffnungs winkeländerung hängt vom TCV-Strömungswegbereich ab.

Wie bisher beschrieben worden ist, ist es in einer Brennkraftma schine mit Direkteinspritzung mit Kolben mit flacher Oberfläche erfindungsgemäß möglich, in der Umgebung der Zündkerze zum Zündzeitpunkt ein brennbares Luft-/Kraftstoffgemisch zu bilden, da zwischen dem Kraftstoffdruck-Steuerabschnitt, der den Kraftstoff druck bei konstantem TCV-Öffnungswinkel steuert, und dem TCV- Öffnungswinkelsteuerabschnitt, der den TCV-Öffnungswinkel bei konstantem Kraftstoffdruck steuert, in Abhängigkeit von der Dreh zahl der Brennkraftmaschine erfolgt, so daß nicht nur ein reineres Abgas, sondern auch eine stabile Verbrennung erhalten werden können.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 15 und 16 eine Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der Gesamtaufbau des Kraftstoffeinspritzsy stems, das eine Steuervorrichtung gemäß der Erfindung verwendet, ist demjenigen von Fig. 1 ähnlich, wobei die Steuereinheit, die die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bildet, einen Kraftstoffdruck- Steuerabschnitt 110 und einen TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitt 120 wie in Fig. 6 gezeigt enthält.

Die Fig. 15 und 16 sind Diagramme zur Erläuterung der Funktions weise der Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei zeigt Fig. 15 die allgemeine Steuerung des Kraft stoffdrucks und des TCV-Öffnungswinkels durch die Steuereinheit, während Fig. 16 konkrete Beispiele für die Steuerung des Kraftstoff drucks und des TCV-Öffnungswinkels zeigt.

Wie in Fig. 15 gezeigt ist, steuert die Steuereinheit 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Bereich niedriger Brennkraftmaschinendrehzahl bis zu 1500 min^-1 den Kraftstoff druck bei konstantem TCV-Öffnungswinkel, während sie im Bereich von Brennkraftmaschinendrehzahlen von 1500 bis 3500 min^-1 den TCV-Öffnungswinkel bei konstantem Kraftstoffdruck steuert.

Im Drehzahlbereich von weniger als 1500 min^-1 werden die Werte von Ea und Ef durch Ändern der Energie Ef des Kraftstoffsprüh strahls entsprechend der Zunahme der Stärke der Wirbelluftströ mung optimiert, da der TCV-Öffnungswinkel konstant bleibt und die Stärke der Wirbelluftströmung (Energie Ea der Luft) mit steigender Brennkraftmaschinendrehzahl N zunimmt.

Im Drehzahlbereich von 1500 bis 3500 min^-1 wird die Energie Ef des Kraftstoffsprühlstrahls konstant gehalten, wobei die Werte von Ea und Ef, da die Stärke der Wirbelluftströmung mit zunehmender Brennkraftmaschinendrehzahl N ansteigt, durch Erhöhen des TCV- Öffnungswinkels in der Weise optimiert werden, daß die Energie Ea der Luft nahezu konstant gehalten wird.

Wie in Fig. 16a gezeigt ist, wird im Bereich von der Leerlaufdrehzahl bis zu 1500 min^-1 der Kraftstoffdruck von 3 MPa bis 7 MPa propor tional zur Brennkraftmaschinendrehzahl N erhöht. Während dieses Vorgangs wird der TCV-Öffnungswinkel auf einem dem vollständig geschlossenen Zustand des TCV 7 entsprechenden Wert gehalten, wie in Fig. 16b gezeigt ist.

Im Drehzahlbereich von 1500 bis 3500 min^-1 wird der Kraftstoff druck, wie in Fig. 16a gezeigt ist, konstant auf 7 MPa gehalten, wobei der TCV-Öffnungswinkel, wie in Fig. 16b gezeigt ist, entspre chend der Brennkraftmaschinendrehzahl vom vollständig geschlos senen Zustand zum vollständig geöffneten Zustand geändert wird.

Somit ist es möglich, die Steuerlogik zu vereinfachen, indem das Steuerverfahren in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich bestimmt wird. Weiterhin wird in einem hohen Drehzahlbereich oberhalb von 3500 min^-1 das TCV 7 vollständig geöffnet, wobei die Brennkraftma schine mit homogener Ladung und Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs betrieben wird.

Hierbei ist der Betriebsbereich mit hohem Kraftstoffdruck groß, wobei die Umwandlung der den Kraftstoffsprühstrahl bildenden Partikel in noch feinere Partikel gefördert wird, was sich auf die Qualität des Abgases günstig auswirkt.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 17 und 18 eine Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Der Gesamtaufbau des Kraftstoffeinspritzsy stems, das die Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß der dritten Ausführung der Erfindung verwendet, ist demjenigen von Fig. 1 ähnlich, wobei die Steuereinheit einen Kraftstoffdruck- Steuerabschnitt 110 und einen TCV-Öffnungswinkelsteuerabschnitt 120 wie in Fig. 6 gezeigt umfaßt.

Die Fig. 17 und 18 sind Diagramme zur Erläuterung der Funktions weise der Steuereinheit der dritten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei zeigt Fig. 17 die allgemeine Steuerung des Kraftstoffdrucks und des TCV-Öffnungswinkels durch die Steuereinheit, während Fig. 18 ein konkretes Beispiel der Steuerung des Kraftstoffdruck und des TCV-Öffnungswinkels zeigt.

Wie in Fig. 18 gezeigt ist, steuert die Steuereinheit 100 der dritten Ausführungsform der Erfindung im niedrigen Drehzahlbereich bis zu 1500 min^-1 den TCV-Öffnungswinkel bei konstantem Kraftstoffdruck, während sie im Drehzahlbereich von 1500 bis 3500 min^-1 den Kraftstoffdruck bei konstantem TCV-Öffnungswinkel steuert.

Mit anderen Worten, im Drehzahlbereich unterhalb von 1500 min^-1 werden die Werte von Ea und Ef durch Erhöhen des TCV-Öffnungs winkels optimiert, da die Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls auf einem festen Wert gehalten wird und die Stärke der Wirbelluftströ mung (Energie Ea der Luft) mit steigender Brennkraftmaschinen drehzahl N zunimmt, wodurch die Energie Ea der Luft im wesentli chen konstant gehalten wird.

Im Drehzahlbereich von 1500 bis 3500 min^-1 werden die Werte von Ea und Ef durch Ändern der Energie Ef des Kraftstoffsprühstrahls entsprechend der Zunahme der Stärke der Wirbelluftströmung optimiert, da der TCV-Öffnungswinkel konstant gehalten wird und die Stärke der Wirbelluftströmung (Energie Ea der Luft) mit steigen der Brennkraftmaschinendrehzahl N zunimmt.

Wie in Fig. 18a gezeigt ist, wird im Bereich der Brennkraftmaschi nendrehzahl von der Leerlaufdrehzahl bis 1500 min^-1 der Kraft stoffdruck auf 3 MPa konstant gehalten, während der TCV- Öffnungswinkel, wie in Fig. 18b gezeigt ist, von dem dem vollständig geschlossenen Zustand des TCV 7 entsprechenden Wert entspre chend der Brennkraftmaschinendrehzahl bis zu dem dem vollstän dig geöffneten Zustand des TCV 7 entsprechenden Wert geändert wird. Im Bereich der Brennkraftmaschinendrehzahl N von 1500 bis 3500 min^-1 wird der Kraftstoffdruck proportional von 3 MPa bis 10 MPa erhöht. Hierbei wird der TCV-Öffnungswinkel im vollständig geöffneten Zustand konstant gehalten, wie in Fig. 18b gezeigt ist.

Somit ist es möglich, die Steuerlogik zu vereinfachen, indem das Steuerverfahren in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich bestimmt wird. Weiterhin wird das TCV 7 im Bereich hoher Drehzahlen ober halb von 3500 min^-1 vollständig geöffnet gehalten, wobei die Brenn kraftmaschine mit homogener Ladung und Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs betrieben wird.

Bei diesem Verfahren ist im niedrigen Drehzahlbereich bis zu 2000 min^-1 aufgrund des niedrigen Kraftstoffdrucks die an die Kraftstoffpumpe zu liefernde Energie gering, so daß der Kraftstoff verbrauch gesenkt werden kann.

Bei zwei Kraftstoffeinspritzvorgängen, einer während des Ansaug hubs und ein weiterer während des Verdichtungshubs, wird durch Ausführen des ersten Kraftstoffeinspritzvorgangs während des Ansaughubs ein vorläufiges Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet, wäh rend der zweite Kraftstoffeinspritzvorgang für die Zündung während der zweiten Hälfte des Verdichtungshubs erfolgt. In einem solchen Fall wird die Kompensation des Kraftstoffdrucks vorzugsweise durch das Soll-Kraftstoffdruck-Kennfeld wie in den Fig. 9 und 12 gezeigt unter Verwendung der Impulsbreite für die Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungshubs bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher der Kraftstoffdruck durch die Einspritzimpulsbreite während des Ver dichtungshubs während der zweiten Einspritzung korrigiert.

Erfindungsgemäß ist es in einer Brennkraftmaschine mit Direktein spritzung möglich, ein reineres Abgas und eine stabilere Verbren nung zu erhalten.

Claims

1. Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit
einer Einrichtung (2) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (1) der Brennkraftmaschine und
einem Luftbewegungssteuerventil (7), das die Stärke der Wirbel luftströmung im Zylinder (1) einstellt,
gekennzeichnet durch
ein Kraftstoffdruckeinstellventil (12) zum Einstellen eines varia blen Drucks des eingespritzten Kraftstoffs und
eine Steuereinrichtung (100) zum Steuern des Öffnungswinkels des Luftbewegungssteuerventils (7) und des Kraftstoffdruckein stellventils (12) entsprechend der Drehzahl (N) der Brennkraft maschine.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4), der im Zylinder (1) gleitend angeordnet ist, eine im wesentlichen ebene obere Oberfläche aufweist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinrichtung (100) einen Kraftstoffdruck-Steuerab schnitt (110), der den Druck des eingespritzten Kraftstoffs entsprechend der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine bei kon stantem Öffnungswinkel des Luftbewegungssteuerventils (7) än dert, sowie einen Öffnungswinkel-Steuerabschnitt (120), der den Öffnungswinkel des Luftbewegungssteuerventils (7) entsprechend der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine bei konstantem Druck des eingespritzten Kraftstoffs ändert, umfaßt und
die Steuerung durch Umschalten zwischen dem Kraftstoffdruck- Steuerabschnitt (110) und dem Öffnungswinkel-Steuerabschnitt (120) in Abhängigkeit von der Drehzahl (N) der Brennkraftma schine ausgeführt wird.