DE19522659C2 - Kraftstoffzufuhrsystem und Kraftstoffzufuhrverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Kraftstoffzufuhrsystem und Kraftstoffzufuhrverfahren für eine VerbrennungskraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffzufuhrsystem und ein
Kraftstoffzufuhrverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine,
insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine mit magerer
Verbrennung, nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw.
12.
In den letzten Jahren wurden Verbrennungskraftmotoren mit
magerer Verbrennung (sogenannte Magermotoren) geschaffen, bei
denen unter vorherbestimmten Betriebsbedingungen eine magere
Verbrennung bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis durchgeführt
wird, das magerer ist als das stöchiometrische Luft/Kraft
stoffverhältnis.
Bei solchen Magermotoren wird das Luft/Kraftstoffverhältnis
während der mageren Verbrennung so hoch wie möglich einge
stellt (mit anderen Worten ein Luft/Kraftstoffgemisch so mager
wie möglich eingestellt), damit die Emission von NOx verrin
gert werden kann. Der Wert des Luft/Kraftstoffverhältnisses
wird im allgemeinen nahe einer Grenze (Magergrenze) einge
stellt, innerhalb derer das Luft/Kraftstoffgemisch einer
stabil verbrannt werden kann.
Die Durchführung einer solchen Magerverbrennung ermöglicht es,
den Benzinverbrauch deutlich zu verbessern, während die Emis
sion von NOx unterdrückt wird.
Zur Durchführung der Magerverbrennung wird der Verbrennungs
zustand im allgemeinen durch ein Steuergerät gesteuert. Bei
einer solchen Steuerung wird das Motordrehmoment anhand der
Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle geschätzt.
Außerdem ist beispielsweise in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung (Kokai) Nr. SHO 58-217732 eine Technik be
schrieben, bei der der Verbrennungszustand als stabil bestimmt
und das Luft/Kraftstoffverhältnis daher zur mageren Seite hin
bestimmt wird, wenn Schwankungen der Motordrehzahl klein sind,
der Verbrennungszustand jedoch als instabil bestimmt und das
Luft/Kraftstoffverhältnis auf eine fette Seite gesteuert wird,
wenn diese Schwankungen groß sind.
Bei der erwähnten Technik, bei der ein Motordrehmoment anhand
der Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle gesetzt wird, wird
die Schätzung und Steuerung des Zustands des Motors jedoch
ständig auf der Basis sich verändernder Momentanwerte durch
geführt. Es wurde nicht erwägt, eine stabile und präzise
Steuerung in vorherbestimmten Intervallen durchzuführen wäh
rend die probabilistische und statistische Eigenschaft des
Drehmoments berücksichtigt wird. Auf der anderen Seite tritt
das folgende Problem auf, wenn die Steuerung so durchgeführt
wird, daß eine magere Verbrennung möglich ist, während die
Stabilität bzw. Instabilität der Verbrennung erfaßt wird, wie
es bei der Technik der Fall ist, die in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. SHO 58-217732 be
schrieben ist.
Die Bestimmung des Verbrennungszustands wird nämlich in einem
Magerverbrennungsbereich durchgeführt. Es wird angenommen, daß
der Betriebszustand eines Motors wieder in einen Magerver
brennungsbereich eintritt, nachdem er den Magerverbrennungs
bereich verlassen hat. Jeder Versuch, Abweichungen zwischen
den Zylindern von Anfang an zu bestimmen, führt zu dem Pro
blem, daß keine Magerverbrennung an der Verbrennungsgrenze
erhalten werden kann, bis diese Bestimmung vollkommen durch
geführt ist.
In einem Betriebsbereich, in dem Kraftstoff beispielsweise in
einer relativ großen Menge oder in einer relativ kleinen Menge
eingespritzt wird, kann in einigen Fällen keine Linearität
bezüglich der Kraftstoffeinspritzcharakteristik eines Injek
tors aufrechterhalten werden. In diesem Fall fehlt es den
ersten Daten an der Genauigkeit, so daß die Bestimmung des
Verbrennungszustands, nämlich die Bestimmung der Drehzahl
schwankungen nicht korrekt durchgeführt werden kann, weshalb
es möglich ist, eine präzise Steuerung des Luft/Kraftstoff
verhältnisses zur Erreichung einer Verbrennung an der Mager
grenze durchzuführen. Dies kann in einigen Fällen zu einer
instabilen Verbrennung jenseits einer Verbrennungsgrenze
führen.
Aus der EP 0 490 393 A2 ist ein Verfahren zum Betrieb einer
Verbrennungsmaschine mit möglichst magerem Gemisch bekannt, bei
dem Verbrennungsschwankungen erfaßt und das Luft/Kraftstoff
verhältnis auf Basis der erfaßten Verbrennungsschwankungen
derart gesteuert wird, daß ein Betrieb an der Magergrenze
möglich wird. Das Luft/Kraftstoffverhältnis wird in einem
Schritt angereichert oder in einem anderen Schritt abgemagert,
wenn eine Drehmomentänderung größer als ein oberer Grenzwert
bzw. kleiner als ein unterer Grenzwert ist. Je nach Größe der
Verbrennungsschwankung ist jedoch auch vorgesehen, keine
Korrektur des Luft/Kraftstoffverhältnisses durchzuführen.
Die Korrektur findet auch in Betriebszuständen statt, in
denen keine Linearität bezüglich der Einspritzeinrichtung
herrscht, so daß die Genauigkeit der Verbrennungsgrenzensteue
rung verringert ist.
Aus der EP 04 24 630 A2 und der DE 41 22 139 A1 ist es bekannt
Verbrennungsschwankungen jedes Zylinders aus der Drehzahl zu
berechnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffzu
fuhrsystem und ein Kraftstoffzufuhrverfahren für eine Ver
brennungsmaschine zu schaffen, die es ermöglichen, sofort eine
magere Verbrennung an einer Verbrennungsgrenze zu erreichen,
wenn der Betriebszustand des Motors einen Magerverbrennungs
bereich erreicht hat und außerdem eine Magerverbrennung bei
einem noch magereren Luft/Kraftstoffverhältnis in der Nähe der
Verbrennungsgrenze ermöglichen, während eine stabile Verbren
nung in einem weiten Betriebsbereich beibehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffzufuhrsystem und ein
Kraftstoffzufuhrverfahren nach den Patentansprüchen 1 bzw. 12
gelöst.
Da bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffzufuhrsystem die Aktua
lisierung der Steuerdaten nur in einem Betriebsbereich er
folgt, in dem das Einspritzverhalten linear ist, wird für
jeden Zylinder eine genaue Steuerung der Verbrennungsgrenze
und somit eine stabile Verbrennung erreicht.
Die Steuerwert-Halteeinrichtung kann vorzugsweise eine Bestim
mungseinrichtung zur Bestimmung des letzten Steuerwertes auf
der Basis des unmittelbar zuvor aktualisierten Steuerwertes
und des Erfassungswertes aufweisen. Bei dieser Ausführungsform
wird der Steuerwert der vorhergehenden Steuerung immer bei dem
Steuerwert für die momentane Steuerung berücksichtigt, so daß
die in der Nähe der Verbrennungsgrenze zuzuführende Kraft
stoffmenge optimal eingestellt werden kann.
Der erste Betriebszustand kann durch eine Ansaugluftmenge und
eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine definiert werden.
Dies ermöglicht es, sehr genaue Erfassungswerte zu halten, die
der Belastung der Verbrennungskraftmaschine entsprechen, so
daß eine Magerverbrennung in der Nähe der Verbrennungsgrenze
stabilisiert werden kann.
Das System kann außerdem eine Begrenzungseinrichtung aufwei
sen, die den Steuerwert, der in der Steuerwert-Halteeinrich
tung gehalten ist, so begrenzt, daß er gleich oder größer als
ein vorherbestimmter Wert ist, der in einem stabilen Magerbe
trieb erreicht werden kann. Hierdurch wird der Betrieb in dem
Magerverbrennungsbereich stabilisiert, so daß die Fahreigen
schaften verbessert werden.
Das System kann außerdem eine Setzeinrichtung aufweisen, die
das Luft/Kraftstoffverhältnis so setzt, daß es in einem ande
ren als dem ersten Betriebszustand fetter ist als der Wert in
der Nähe der Magerverbrennungsgrenze.
Bei dieser Ausführungsform wird das Kraftstoffverhältnis in
dem Betriebszustand, der anders als der erste Betriebszustand
ist, fetter als der Wert in der Nähe der Magerverbrennungs
grenze, wodurch Fehlzündungen oder dergleichen verhindert
werden können und die Fahreigenschaften verbessert werden
können.
Das System kann außerdem eine Bestimmungseinrichtung aufwei
sen, die die zuzuführende Kraftstoffmenge auf der Basis des in
der Steuerwert-Halteeinrichtung gehaltenen Wertes bestimmt,
wenn die Verbrennungskraftmaschine nach dem Verlassen des
ersten Betriebszustands wieder in den ersten Betriebszustand
zurückkehrt. Wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftma
schine in den ersten Betriebszustand zurückkehrt, wird die
zuzuführende Kraftstoffmenge wieder anhand des Steuerwertes
gesetzt, der während des Betriebes unmittelbar vor dem Ver
lassen des ersten Betriebszustands ermittelt wurde. Es ist
daher nicht mehr erforderlich, die Abweichungen zwischen den
Zylindern wieder von Beginn an zu ermitteln, weshalb sofort in
einen Zustand übergegangen werden kann, in dem eine Magerver
brennung an der Verbrennungsgrenze gesteuert wird.
Das System kann außerdem eine Setzeinrichtung aufweisen, die
in einem anderen als dem ersten Betriebszustand das Luft/
Kraftstoffverhältnis auf der Basis des in der Steuerwerthalte
einrichtung gehaltenen Steuerwertes auf ein mageres Luft/
Kraftstoffverhältnis setzt. Auch wenn der Steuerwert nicht
genau berechnet werden kann, ist es möglich, eine gleichmäßige
Magerverbrennung durch Verwendung eines genauen Wertes zu
erhalten, der zuvor erhalten wurde.
Das System kann außerdem eine Setzeinrichtung aufweisen, die
in einem zweiten Betriebszustand, der anders als der erste
Betriebszustand ist, das Luft/Kraftstoffverhältnis auf der
Basis des erhaltenen Steuerwertes auf ein mageres Luft/Kraft
stoffverhältnis setzt, das Luft/Kraftstoffverhältnis jedoch in
einem dritten Betriebszustand, der anders als der erste und
der zweite Betriebszustand ist, auf ein Luft/Kraftstoffver
hältnis setzt, das fetter als das magere Luft/Kraftstoffver
hältnis ist. Auch wenn der Steuerwert in dem zweiten Betriebs
zustand nicht genau berechnet werden kann, ist es ebenfalls
möglich, eine gleichmäßige Magerverbrennung durch einen genau
en Wert zu erhalten, der zuvor erhalten wurde. Darüber hinaus
wird in dem dritten Betriebszustand außerhalb des Magerbe
triebsbereichs das Luft/Kraftstoffverhältnis auf die fettere
Seite gesetzt, daß die Fahreigenschaften verbessert werden
können.
Die Werthalteeinrichtung kann eine Einrichtung aufweisen, die
den Steuerwert auch während des Stillstands der Verbrennungs
kraftmaschine hält. Bei dieser Ausführungsform ist es auch
nach einem Neustart der Verbrennungskraftmaschine immer noch
möglich sofort in einen Zustand überzugehen, in dem eine
Magerverbrennung an der Verbrennungsgrenze gesteuert wird.
Die Verbrennungskraftmaschine kann mehrere Zylinder aufweisen,
die jeweils mit der Verbrennungsschwankungs-Erfassungsein
richtung der Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung und der
Steuerwert-Halteeinrichtung versehen sind, und die Kraftstoff
zufuhreinrichtung kann eine Bestimmungseinrichtung aufweisen,
die auf der Basis des Steuerwertes an den einzelnen Zylindern
jeweils die den einzelnen Zylindern zuzuführende Kraftstoff
menge bestimmt. Hierdurch kann die jedem Zylinder zuzuführende
Kraftstoffmenge korrigiert werden und daher eine feine Steue
rung der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden.
Außerdem kann die Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrich
tung eine Erfassungseinrichtung umfassen, die als schwankenden
Verbrennungswert der Verbrennungskraftmaschine einen schwan
kenden Wert der Winkelbeschleunigung einer durch die Verbren
nungskraftmaschine angetriebenen Welle erfaßt und eine Bestim
mungseinrichtung umfassen, die einen normalisierten Schan
kungswert durch Normalisierung des schwankenden Werts anhand
eines Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine bestimmt.
Das System kann außerdem eine Berechnungseinrichtung aufwei
sen, die einen Bestimmungswert für eine verschlechterte Ver
brennung, indem sie den normalisierten Schwankungswert, der
durch die Bestimmungseinrichtung für den normalisierten
Schwankungswert erhalten wurde, mit einer vorherbestimmten
Schwelle vergleicht. Die Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung
weist außerdem eine Einrichtung auf, die einen der schwanken
den Werte und die Schwelle abhängig von dem Betriebszustand
der Verbrennungskraftmaschine modifiziert. Die Steuerwert-Aktu
alisierungseinrichtung kann eine Berechnungseinrichtung
aufweisen, die den Steuerwert so berechnet, daß der Bestim
mungswert für die verschlechterte Verbrennung sich einem
vorherbestimmten Basiswert annähert. Aufgrund dieses Aufbaus
wird der Schwankungswert der Winkelbeschleunigung der durch
die Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Welle durch die
Winkelbeschleunigungs-Schwankungserfassungseinrichtung und
durch die Erfassungseinrichtung des normalisierten Schwan
kungswertes als Schwankungswert der Verbrennungskraftmaschine
erfaßt, der Schwankungswert entsprechend des Betriebszustands
der Verbrennungsmaschine normalisiert und der normalisierte
Schwankungswert berechnet. Zusätzlich wird durch die Berech
nungseinrichtung für den Bestimmungswert für die verschlech
terte Verbrennung der durch die Erfassungseinrichtung für den
normalisierten Schwankungswert erhaltene normalisierte Schwan
kungswert mit der vorherbestimmten Schwelle verglichen, um den
Bestimmungswert für die verschlechterte Verbrennung zu bestim
men. Außerdem werden in der Steuerwert-Aktualisierungsein
richtung die auf diesen Werten basierenden Steuerdaten berech
net, so daß der Bestimmungswert für die verschlechterte Ver
brennung sich dem vorherbestimmten Basiswert annähert. Der
Verbrennungszustand wird deswegen dem Betriebszustand der
Verbrennungskraftmaschine entsprechend gesteuert, weshalb es
möglich ist, in einem weiteren Betriebsbereich einen Betrieb
an der Magerverbrennungsgrenze durchzuführen.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffzufuhrverfahrens in
dem Erfassungsschritt für die schwankende Verbrennung auf der
Basis des schwankenden Verbrennungszustands erfaßt wird, daß
sich die Verbrennungskraftmaschine im ersten Betriebszustand
befindet, wird der Steuerwert für die Bestimmung der zuzufüh
renden Kraftstoffmenge in dem Steuerwert-Aktualisierungs
schritt wiederholt auf der Basis des Wertes aktualisiert, der
in dem Erfassungsschritt für die schwankende Verbrennung
erfaßt wurde. Wenn durch die Erfassungseinrichtung für die
schwankende Verbrennung erfaßt wird, daß sich die Verbren
nungskraftmaschine außerhalb des ersten Betriebszustandes
befindet, wird der Steuerwert auf dem Steuerwert-Halteschritt
auf dem Wert gehalten, auf den der Steuerwert in dem unmittel
bar vorhergehenden ersten Betriebszustand aktualisiert wurde.
Schwankungen in der eingespritzten Kraftstoffmenge werden
deshalb korrigiert, wodurch es möglich ist, eine Magerver
brennung in der Nähe der Verbrennungsgrenze durchzuführen.
Der Steuerwert-Aktualisierungsschritt kann die Bestimmung des
letzten Steuerwertes auf der Basis des unmittelbar zuvor
aktualisierten Steuerwerts und des Erfassungswertes umfassen.
Bei dieser Ausführungsform kann der Steuerwert der vorherge
henden Steuerung immer bei dem Steuerwert für die momentane
Steuerung in dem Steuerwert-Aktualisierungsschritt berücksich
tigt werden, so daß die in der Nähe der Verbrennungsgrenze
zuzuführende Kraftstoffmenge optimal eingestellt werden kann.
Der erste Betriebszustand kann durch eine Ansaugluftmenge und
eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine definiert werden.
Hierdurch wird es ermöglicht, einen sehr genauen Erfassungs
wert zu erhalten, der der Last an der Verbrennungskraftmaschi
ne entspricht, so daß eine Magerverbrennung in der Nähe der
Verbrennungsgrenze stabilisiert werden kann.
Bei dem Verfahren kann außerdem der in der Steuerwert-Hal
teeinrichtung gehaltene Steuerwert so begrenzt werden, daß er
gleich oder größer als der vorherbestimmte Wert ist, durch den
eine stabile Magerverbrennung erreicht werden kann. Hierdurch
wird der Betrieb in dem Magerverbrennungsbereich stabilisiert,
so daß die Fahreigenschaften verbessert werden können.
Bei dem Verfahren kann außerdem in einem anderen als dem ersten
Betriebszustand das Luft/Kraftstoffverhältnis so gesetzt
werden, daß es fetter ist als der Wert in der Nähe der Mager
verbrennungsgrenze. Hierdurch wird das Luft/Kraftstoffverhält
nis in dem Betriebszustand, der anders ist als der erste
Betriebszustand, fetter als der Wert in der Nähe der Magerver
brennungsgrenze, wodurch Fehlzündungen oder dergleichen ver
hindert werden können und die Fahreigenschaften verbessert
werden.
Bei dem Verfahren kann außerdem die zuzuführende Kraftstoff
menge auf der Basis des in dem Steuerwert-Halteschritt gehal
tenen Steuerwertes bestimmt werden, wenn die Verbrennungs
kraftmaschine nach Verlassen des ersten Betriebszustands
wieder in den ersten Betriebszustand eintritt. Demgemäß wird
die zuzuführende Kraftmaschine wieder anhand des Steuerwertes
gesetzt, der während des Betriebes unmittelbar vor dem Ver
lassen des ersten Betriebszustands ermittelt wurde, wenn der
Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine wieder in den
ersten Betriebszustand eintritt. Es ist deshalb nicht notwen
dig, Schwankungen zwischen den Zylindern wieder von Beginn an
zu ermitteln, weshalb es möglich ist, sofort in einen Zustand
überzugehen, in dem eine Magerverbrennung an der Verbrennungs
grenze gesteuert wird.
Bei dem Verfahren kann außerdem in einem anderen als dem
ersten das Luft/Kraftstoffverhältnis auf der Basis des in dem
Steuerwert-Halteschritt gehaltenen Steuerwertes auf ein mage
res Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt werden. Auch wenn der
Steuerwert nicht genau berechnet werden kann, ist es immer
noch möglich, eine gleichmäßige Magerverbrennung zu erreichen,
indem ein genauer Wert verwendet wird, der zuvor in dem Steu
erwert-Halteschritt erhalten wurde.
Der erste Betriebszustand kann durch eine Ansaugmenge und eine
Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden. Dies
macht es möglich, einen sehr genauen Erfassungswert zu erhal
ten, der einer Last an der Verbrennungskraftmaschine ent
spricht, so daß eine Magerverbrennung in der Nähe der Ver
brennungsgrenze stabilisiert werden kann.
Bei dem Verfahren kann außerdem der Steuerwert, der in der
Steuerwert-Halteerinrichtung gehalten ist, so begrenzt werden,
daß er gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist,
der eine stabile Magerverbrennung erreichen kann. Hierdurch
wird der Betrieb in der Magerverbrennungszone stabilisiert, so
daß die Fahreigenschaften verbessert werden können.
Bei dem Verfahren kann außerdem das Luft/Kraftstoffverhältnis
in einem zweiten Betriebszustand, der anders ist als der erste
Betriebszustand, auf der Basis des gehaltenen Steuerwertes auf
ein mageres Kraftstoffverhältnis gesetzt werden. In einem
dritten Betriebszustand, der anders als der erste und der
zweite Betriebszustand ist, kann das Luft/Kraftstoffverhältnis
wieder auf einer Seite gehalten werden, die fetter ist als das
magere Luft/Kraftstoffverhältnis. Auch wenn der Steuerwert in
dem zweiten Betriebszustand nicht genauer berechnet werden
kann, ist es ebenfalls möglich, eine gleichmäßige Magerver
brennung zu erreichen, indem ein genauer Wert verwendet wird,
der zuvor erhalten wurde. Darüber hinaus wird das Luft/Kraft
stoffverhältnis in dem dritten Betriebszustand außerhalb des
Magerverbrennungsbereiches auf die fettere Seite gesetzt, so
daß die Fahreigenschaften verbessert werden können.
In dem Werthalteschritt kann außerdem der Steuerwert während
des Stillstands des Motors gehalten werden. Hierdurch ist es
auch nach einem Neustart der Verbrennungsmaschine immer noch
möglich, sofort in einen Zustand überzugehen, in dem eine
Magerverbrennung an der Verbrennungsgrenze gesteuert wird.
Der Erfassungsschritt für den schwankenden Verbrennungszustand
kann außerdem einen Erfassungsschritt für die Schwankung der
Winkelbeschleunigung erfassen, bei dem als Verbrennungsschwan
kungswert der Verbrennungskraftmaschine ein Schwankungswert
der Drehbeschleunigung einer durch die Verbrennungsmaschine
angetriebenen Welle erfaßt wird, und einen Erfassungsschritt
für einen normalisierten Schwankungswert umfassen, indem ein
normalisierter Schwankungswert durch Normalisierung des
Schwankungswertes entsprechend einem Betriebszustand der
Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Dieses Verfahren kann
außerdem einen Berechnungsschritt für einen Bestimmungswert
für eine verschlechterte Verbrennung, bei dem ein Bestimmungs
wert für eine verschlechterte Verbrennung durch Vergleich des
normalisierten Schwankungswertes, der in dem Bestimmungs
schritt für den normalisierten Schwankungswert erhalten wurde,
mit einer vorherbestimmten Schwelle verglichen wird, und einen
Schritt zur Modifizierung eines Schwankungswertes und der
Schwelle abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungs
kraftmaschine umfassen. In dem Steuerwert-Aktualisierungs
schritt kann der Steuerwert so berechnet werden, daß der
Bestimmungswert für die verschlechterte Verbrennung sich einem
vorherbestimmten Grundwert nähert. Hierdurch wird der Schwan
kungswert der Winkelbeschleunigung der durch die Verbrennungs
kraftmaschine angetriebenen Welle durch die Erfassungsein
richtung für die Schwankung der Drehbeschleunigung und durch
die Erfassungseinrichtung für den normalisierten Schwankungs
wert erfaßt, der Schwankungswert entsprechend dem Betriebs
zustand der Verbrennungskraftmaschine normalisiert und der
normalisierte Schwankungswert berechnet. Zusätzlich wird durch
die Berechnungseinrichtung für den Bestimmungswert für die
verschlechterte Verbrennung der durch die Erfassungseinrichtung
für den normalisierten Schwankungswert erhaltene normalisierte
Schwankungswert mit der vorherbestimmten Schwelle verglichen,
um den Bestimmungswert für die verschlechterte Verbrennung zu
bestimmen. Außerdem wird in der Steuerwert-Aktualisierungsein
richtung der auf diesen Werten basierende Steuerwert so be
rechnet, daß der Bestimmungswert für die verschlechterte
Verbrennung sich an den vorherbestimmten Grundwert annähert.
Der Verbrennungszustand wird deshalb entsprechend dem Be
triebszustand der Verbrennungskraftmaschine gesteuert, wodurch
es möglich ist, in einem weiteren Betriebsbereich einen Be
reich an der Magerverbrennungsgrenze durchzuführen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Steuerblockdiagramm, das den Aufbau
eines Kraftstoffzufuhrsystems für eine Verbrennungs
kraftmaschine mit magerer Verbrennung zeigt;
Fig. 2 ein Diagramm des Gesamtaufbaus eines Motorsystems, das
mit dem Kraftstoffzufuhrsystem für die Verbrennungs
kraftmaschine mit magerer Verbrennung ausgerüstet ist;
Fig. 3 ein Hardware-Blockdiagramm, das eine Steuerausrüstung
eines Motorsystems zeigt, in dem das Kraftstoffzufuhr
system für die Verbrennungskraftmaschine eingebaut ist;
Fig. 4 ein Diagramm der Betriebskennwerte des Kraftstoffzu
fuhrsystems der Verbrennungskraftmaschine, das einen
Betriebsbereich zeigt, in dem Erfassungswerte wirksam
sind;
Fig. 5 ein Diagramm der Betriebskennwerte des Kraftstoffzu
führsystems der Verbrennungskraftmaschine, das ein
Umschalten des Betriebsbereichs zeigt, in dem Erfas
sungsdaten wirksam sind;
Fig. 6(a) bis 6(c) schematisch Betriebskennwerte des Kraft
stoffzufuhrsystems für die Verbrennungskraftmaschine,
das die Beziehungen zwischen der Injektorantriebsdauer
jedes an einem Mehrzylindermotor angebrachten Injektors
und einer Abweichung zeigt;
Fig. 7 ein Fließdiagramm zur Beschreibung der Betriebsweise
des Kraftstoffzufuhrsystems für die Verbrennungskraft
maschine.
Die in Fig. 2 gezeigte Verbrennungskraftmaschine 1 (im folgen
den Motor genannt) weist einen Ansaugkanal 3 und einen Aus
laßkanal 4 auf, die jeweils mit einer Verbrennungskammer 2 in
Verbindung stehen. Die Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 3
und der Verbrennungskammer 2 wird durch ein Einlaßventil 5
gesteuert, während die Verbindung zwischen dem Auslaßkanal 4
und der Verbrennungskammer 2 durch ein Auslaßventil 6 gesteu
ert wird.
Der Einlaßkanal 3 ist mit einem Luftfilter 7, einem Drossel
ventil 8 und einem als Kraftstoffzufuhreinrichtung dienenden
elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) 9
versehen, die stromaufwärts des Einlaßkanals 3 aufeinanderfol
gend angeordnet sind. Der Auslaßkanal 4 ist dahingegen mit
einem Dreiwegekatalysator 10 und einem nicht dargestellten
Auspufftopf (Geräuschdämpfer) versehen, die stromabwärts des
Auslaßkanals 4 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Jeder
Zylinder des Motors 1 ist mit seinem eigenen Injektor 9 ver
sehen. Außerdem ist der Einlaßkanal 3 mit einem Ausgleichs
behälter 3a versehen.
Der Dreiwegekatalysator 10 dient zur Beseitigung von CO, HC
und NOx, während der Motor mit einem stöchiometrischen Luft/
Kraftstoffverhältnis betrieben wird.
Das Drosselventil 8 ist mit einem Gaspedal (nicht gezeigt)
über einen Seilzug so verbunden, daß die Stellung des Drossel
ventils 8 entsprechend dem Hub des Gaspedals geregelt wird.
Der Ansaugkanal 3 ist mit einer ersten Bypassleitung 11A
versehen, die das Drosselventil 8 umgeht. In die Bypassleitung
11A ist ein Schrittmotorventil (nachstehend als "STM-Ventil"
bezeichnet) 12 eingesetzt, das als ISC-Ventil (Leerlaufdreh
zahlsteuerventil) dient. In der ersten Bypassleitung 11A ist
außerdem ein erstes Leerlaufluftventil 13 der Wachsbauart
seitlich zu dem STM-Ventil 12 angeordnet, dessen Öffnungen
entsprechend der Temperatur des Motorkühlmittels reguliert
wird.
Das STM-Ventil 12 besteht aus einem Ventilelement 12a, das mit
einem Ventilsitzabschnitt in Kontakt gebracht werden kann, der
in der ersten Bypassleitung 11A ausgebildet ist, einem
Schrittmotor (ISC-Stellantrieb) 12b zur Steuerung der Stellung
des Ventilelements und einer Feder 12c, die das Ventilelement
senkrecht gegen den Ventilsitzabschnitt vorspannt (d. h. in
einer solchen Richtung, daß die erste Bypassleitung 11A durch
das Ventilelement geschlossen wird).
Durch schrittweise Einstellung der Position des Ventilelements
12a (entsprechend der Anzahl der Schritte) bezüglich des
Ventilsitzabschnittes durch den Schrittmotor 12b kann die
Öffnung zwischen dem Ventilsitzabschnitt und dem Ventilelement
12a, d. h. die Position des STM-Ventils 12 gesteuert werden.
Durch Steuerung der Position des STM-Ventils 12 mittels einer
elektronischen Steuereinheit (ECU) 25 als Steuereinrichtung,
die nachstehend beschrieben wird, kann dem Motor 1 durch die
erste Bypassleitung 11A unabhängig von der Betätigung des
Gaspedals durch den Fahrer Luft zugeführt werden. Durch Ver
änderung der Position des STM-Ventils 12 kann die durch die
Drosselbypassleitung 11A eingeführte Luftmenge gesteuert
werden.
Anstatt des Schrittmotors 12b kann ein Gleichstrommotor als
ISC-Stellantrieb verwendet werden.
Der Einlaßkanal 3 ist zusätzlich mit einer zweiten Bypass
leitung 11B versehen, die ebenfalls das Drosselventil 8 um
geht. Ein Luftbypassventil 14 ist in die zweite Bypassleitung
11B eingesetzt.
Das Luftbypassventil 14 besteht aus einem Ventilelement 14a,
das mit einem in der zweiten Bypassleitung 11B ausgebildeten
Ventilsitzabschnitt in Kontakt gebracht werden kann, und einem
Stellantrieb 14b der Membranart zur Steuerung der Stellung des
Ventilelements 14a. Mit der Membrankammer des Stellantriebs
14b ist eine Steuerleitung 141 verbunden, die mit dem Ein
laßkanal 3 stromaufwärts des Drosselventils 8 in Verbindung
steht. In die Steuerleitung 141 ist ein elektromagnetisches
Ventil 142 zur Steuerung eines Bypassventils angeordnet.
Durch Steuerung der Stellung des Elektromagnetventils 142
mittels der ECU 25 ist es ebenfalls möglich, dem Motor 1
Einlaßluft durch die zweite Bypassleitung 11B unabhängig von
der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer zuzuführen.
Außerdem kann die während der Umgehung des Drosselventils 8
anzusaugende Luftmenge durch Veränderung der Stellung des
Elektromagnetventils 142 gesteuert werden. Der Grundbetriebs
modus des Elektromagnetventils 142 ist so, daß es während
einer Magerverbrennung offen ist und ansonsten geschlossen
ist.
Zwischen dem Auslaßkanal 4 und dem Einlaßkanal 3 ist eine
Abgasrückführleitung (EGR-Leitung) 80 eingesetzt, um das Abgas
zu dem Einlaßsystem zurückzuführen. Ein EGR-Ventil 81 ist in
die EGR-Leitung 80 eingesetzt.
Das EGR-Ventil 81 besteht aus einem Ventilelement 81a, das mit
einem in der EGR-Leitung 80 ausgebildeten Ventilsitzabschnitt
in Kontakt gebracht werden kann, und einem Stellantrieb 81b
der Membranbauart zur Steuerung der Position des Ventilele
ments 81a. Mit der Membrankammer des Stellantriebs 81b ist
eine Steuerleitung 82 verbunden, die mit der Einlaßleitung 3a
stromaufwärts des Drosselventils 8 in Verbindung steht. In die
Steuerleitung 82 ist ein Elektromagnetventil 83 zur Steuerung
des EGR-Ventils eingesetzt.
Durch Steuerung der Stellung des Elektromagnetventils 83
mittels der ECU 25 kann Abgas in das Einlaßsystem durch die
EGR-Leitung 80 zurückgeführt werden.
Eine Kraftstoffdruckregeleinrichtung 15 wird ansprechend auf
einen Unterdruck in dem Einlaßkanal 3 betätigt, um die Kraft
stoffmenge zu steuern, die von einer nicht gezeigten Kraft
stoffpumpe zu einem nicht gezeigten Kraftstofftank zurückge
führt wird, so daß der Druck des durch den Injektor 9 ein
zuspritzenden Kraftstoffs gesteuert werden kann.
Zur Steuerung des Motorsystems sind verschiedene Sensoren
angeordnet. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Abschnitt,
an dem die Luft, die durch den Luftfilter 7 geströmt ist, in
den Einlaßkanal 3 strömt, mit einem Luftströmungssensor (An
saugluftmengensensor) 17 zur Erfassung der Ansaugluftmenge aus
einer Karmanwirbelinformation, einem Einlaßlufttemperatur
sensor 18 als Erfassungseinrichtung für einen Parameter der
Ansauglufttemperatur und einem Atmosphärendrucksensor 19
versehen.
Der Ansauglufttemperatursensor 18 ist zur Erfassung der Tempe
ratur der Ansaugluft des Motors 1 vorgesehen.
An der Stelle, an der das Drosselventil 8 an dem Einlaßkanal 3
angeordnet ist, sind sowohl ein Drosselstellungssensor 20 in
Form eines Potentiometers zur Erfassung der Stellung des
Drosselventils 8 als auch ein Leerlaufschalter 21 angebracht.
Auf der Seite des Auslaßkanals 4 ist dahingegen ein Sauer
stoffkonzentrationssensor (nachstehend einfach als "O₂-Sensor"
bezeichnet) 22 zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration
(O₂-Konzentration) in dem Abgas angeordnet. Außerdem sind ein
Kühlmitteltemperatursensor 23 zur Erfassung der Temperatur des
Kühlmittels des Motors 1, ein Kurbelwinkelsensor 24 (Fig. 3)
zur Erfassung eines Kurbelwinkels (der außerdem als Drehzahl
sensor zur Erfassung einer Motordrehzahl Ne dienen kann), ein
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 30 etc. angeordnet.
Die Erfassungssignale dieser Sensoren und des Schalters werden
an die ECU 25 eingegeben, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Der Hardwareaufbau der ECU 25 ist in Fig. 3 gezeigt. Die ECU
25 besteht aus einer Recheneinrichtung, deren Hauptkomponente
eine CPU (Prozessor) 26 ist. In die CPU 26 werden Erfassungs
signale von dem Einlaßlufttemperatursensor 18, dem Atmosphä
rendrucksensor 19, dem Drosselstellungssensor 20, dem
O₂-Sensor 22, dem Kühlmitteltemperatursensor 23 und dergleichen
über eine Eingangsschnittstelle (I.I) 28 und einen A/D-Wandler
29 eingegeben.
Erfassungssignale von dem Luftströmungssensor 17, dem Leer
laufschalter 21, dem Kurbelwinkelsensor 24, dem Fahrzeugge
schwindigkeitssensor 30 und dergleichen werden der CPU 26
direkt über eine Eingangsschnittstelle (I.I) 35 eingegeben.
Über eine Buslinie tauscht die CPU 26 außerdem Werte mit einem
ROM (Speichereinrichtung) 36, in dem verschiedene Werte zu
sammen mit Programmwerten und Festwerten gespeichert sind, und
außerdem mit einem RAM 37 aus, das aktualisiert wird, d. h.
aufeinanderfolgend überschrieben wird.
Als Ergebnis der Berechnung der CPU 26 gibt die ECU 25 Signale
zur Steuerung des Betriebszustands des Motors 1, beispiels
weise verschiedene Steuersignale wie ein Kraftstoffeinspritz
steuersignal, ein Zündzeitpunktsteuersignal, ein ISC-Steuersig
nal, ein Bypassluftsteuersignal und ein EGR-Steuersignal aus.
Das Kraftstoffeinspritzsteuersignal (Luft/Kraftstoffverhält
nis-Steuersignal) wird von der CPU 26 über einen Injektorso
lenoidtreiber 39 an einen Injektorsolenoid 9a (genauer gesagt
einen Transistor für den Injektorsolenoid 9a) ausgegeben, der
zum Antrieb des Injektors 9 angeordnet ist. Das Zündzeitpunkt
steuersignal wird von der CPU 26 über einen Zündspulentreiber
40 an einen Leistungstransistor 41 ausgegeben, so daß Strom
von dem Leistungstransistor 41 über eine Zündspule 42 einem
Verteiler 43 zugeführt wird, damit einzelne Zündkerzen 16
aufeinanderfolgend Zündfunken erzeugen.
Das ISC-Steuersignal wird von der CPU 26 über den Motortreiber
44 an den Schrittmotor 12b ausgegeben, während das Bypassluft
steuersignal von der CPU 26 über einen Bypassluftventiltreiber
45 an den Solenoid 142a des Elektromagnetventils 142 ausgege
ben wird.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist die ECU 25 zur Durchführung
der Kraftstoffeinspritzsteuerung des Motors 1 mit einer Ver
brennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50, einer Steuer
wert-Aktualisierungseinrichtung 51 und einer Korrekturein
richtung 52 versehen. Zur Kraftstoffeinspritzsteuerung wird
die Antriebsdauer des Injektors gesteuert.
Die Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50 ist zur
Erfassung von Verbrennungsschwankungen in dem Motor 1 angeord
net. In der Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung 51 wird der
Steuerwert (oder ein Korrekturkoeffizient) zur Korrektur der
Kraftstoffeinspritzdauer berechnet und auf der Basis einer
Information über den Betriebszustand des Motors von der Ver
brennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50 aktualisiert.
Die Korrektureinrichtung 52 dient zur Korrektur der Kraft
stoffeinspritzdauer anhand eines Korrekturwertes, der durch
die Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung 51 berechnet wurde.
Die Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50, die
Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung 51 und die Korrekturein
richtung 52 werden nachstehend genauer erläutert. Die Ver
brennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50 erfaßt jeden
Schwankungszustand der Verbrennung in dem Motor 1 während
einer Magerverbrennung und besteht aus einer Winkelbeschleuni
gungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50A zur Erfassung
jedes schwankenden Werts der Winkelbeschleunigung als Ver
brennungsschwankungswert des Motors 1 und einer Erfassungsein
richtung 50B für einen normalisierten Schwankungswert, die den
Schwankungswert entsprechend dem Betriebszustand des Motors
zur Bestimmung eines normalisierten Schwankungswerts normali
siert.
In der Winkelbeschleunigungsschwankungs-Erfassungseinrichtung
50A wird eine Winkelbeschleunigung Acc durch den Kurbelwinkel
sensor 24 erfaßt. Durch Bestimmung einer Differenz ΔAcc zwi
schen einem geglätteten Wert AccAV, der durch Glätten (Mittel
wertbildung) der Winkelbeschleunigung Acc erhalten wurde, und
der von dem Kurbelwinkelsensor 24 ausgegegebenen Winkelbe
schleunigung Acc wird der Schwankungszustand der Verbrennung
in dem Motor erfaßt.
In der Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50 wird
ein schwankender Beschleunigungswert ΔAcc(n) durch folgende
Formel berechnet:
ΔAcc(n) = Acc(n) - AccAV(n)
Das Suffix (n) in der oben genannten Formel bedeutet, daß der
Zyklus die n-te (momentane) Zündung in einem bestimmten Zylin
der ist.
Außerdem wird AccAV(n) durch Durchführung einer Primärfilter
verarbeitung entsprechend folgender Formel berechnet:
AccAV(n) = α·AccAV(n-1) + (1-α)·Acc(n)
wobei α ein aktualisierender Verstärkungsfaktor in der Primär
filterverarbeitung ist.
In der Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50 wird
der Schwankungswert ΔAcc(n) dem Betriebszustand des Motors
entsprechend durch die Erfassungseinrichtung 50B zur Normali
sierung des Schwankungswerts normalisiert und der normalisier
te Schwankungswert IAC(n) entsprechend der folgenden Formel
berechnet:
IAC(n) = ΔAcc(n) · Kte(Ev, Ne)
wobei Kte(Ev, Ne) ein Ausgangskorrekturkoeffizient ist, der auf
der Basis des Liefergrads Ev der anzusaugenden Luft und der
Motordrehzahl Ne gesetzt ist, die aus einem Erfassungssignal
des Kurbelwinkelsensors 24 oder dergleichen berechnet wurde.
Der Ausgangskorrekturkoeffizient wird mit Hilfe einer Kenn
linie (nicht gezeigt) gesetzt, die in der ECU 25 gespeichert
ist.
Der Zustand jeder Schwankung der Verbrennung in dem Motor 1
wird auf die oben beschriebene Weise durch die Verbrennungs
schwankungs-Erfassungseinrichtung 50 erfaßt.
Die Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung 51 berechnet und
aktualisiert dahingegen einen Korrekturkoeffizienten Kac auf
der Basis mehrerer Erfassungswerte [beispielsweise der oben
erwähnten Werte ΔAcc(n) und IAC(n)], so daß der Verbrennungs
zustand des Motors sich während der Magerverbrennung an eine
Magergrenze annähern kann.
In der Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung 51 wird der
normalisierte Schwankungswert IAC(n) zuerst mit einer vorher
bestimmten Schwelle IACTH verglichen, um einen Schlechtver
brennungsbestimmungswert Vac und die Anzahl der Zyklen mit
verschlechterter Verbrennung (nachstehend als "Schlechtver
brennungs-Zyklenanzahl" bezeichnet) Ndet zu bestimmen. Dieser
Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert Vac wird durch Summierung
der Menge der Verschlechterungen bestimmt, in denen jeder
normalisierte Schwankungswert IAC(n) geringer ist als die
vorherbestimmte Schwelle IACTH, und wird gemäß folgender
Formel berechnet:
Vac(j) = Σ{IAC(j)<IACTH} · {IACTH-IAC(j)}
In der oben stehenden Formel ist {IAC(j)<IACTH} eine Funktion,
die den Wert "1" hat, wenn IAC(j)<IACTH und "0" ergibt, wenn
diese Bedingung nicht erfüllt ist. Wenn jeder normalisierte
Schwankungswert IAC(n) geringer ist als die vorherbestimmte
Schwelle IACTH, wird die Differenz als Verschlechterungsmenge
summiert.
Demgemäß wird der Schlechtverbrennungs-Erfassungswert Vac(j)
durch Summierung jeder Verschlechterungsmenge erhalten, die
den Unterschied zwischen dem Schwellwert IACTH und dem norma
lisierten Schwankungswert IAC(j) darstellt, so daß die Aus
wirkungen der Werte um die Schwelle minimiert werden können,
um den Verschlechterungszustand präzise wiederzuspiegeln.
Der Buchstabe "j" weist auf einen bestimmten Zylinder des
Motors hin. Ein Wert, dem "j" zugefügt ist, entspricht einer
Zylindernummer oder dergleichen.
Die Schlechtverbrennungs-Zyklusanzahl Ndet(j) ist die Anzahl
der Zyklen, in denen der Verbrennungszustand in dem entspre
chenden Zylinder auf der Basis der Erfassungsinformation von
der Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung 50 innerhalb
von vorgegebenen Steuerzyklen, beispielsweise 128 (oder 256
Zyklen) bestimmt worden ist, und wird durch folgende Formel
ausgedrückt.
Ndet(j) = Σ{IAC(j)<IACTH}
Als nächstes wird die Berechnung des Korrekturkoeffizienten
Kac genauer erläutert. Der Korrekturkoeffizient Kac wird für
jeden Zylinder auf der Basis der Schlechtverbrennungs-Zyklus
anzahl Ndet(j) des entsprechenden Zylinders berechnet. Durch
Vergleich der Größe der Schlechtverbrennungs-Zyklusanzahl
Ndet(j) für diesen Zylinder mit zwei Schwellen (N1 und N2)
wird der Korrekturkoeffizient Kac berechnet, wobei N1 eine
Schlechtverbrennungs-Zyklusanzahl ist, bei deren Unterschrei
ten das Luft/Kraftstoffverhältnis magerer gemacht wird und N2
eine Schlechtverbrennungs-Zyklusanzahl ist, nach deren Über
schreiten das Luft/Kraftstoffverhältnis angereichert wird. Zur
Berechnung des Korrekturkoeffizienten Kac werden folgende drei
Fälle (1) bis (3) unterschieden:
In diesem Fall wird der Korrekturkoeffizient Kac gemäß folgen
der Formel gesetzt, so daß das Luft/Kraftstoffverhältnis
angereichert wird.
Kac(j) = Kac(j-1) + Kar(Vac-Vaco)
In diesem Fall wird der Korrekturkoeffizient Kac entsprechend
der folgenden Formel gesetzt, so daß das Luft/Kraftstoffver
hältnis auf dem gleichen Niveau gehalten wird.
Kac(j) = Kac(j-1)
In diesem Fall wird der Korrekturkoeffizient Kac entsprechend
folgender Formel so gesetzt, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis
magerer gemacht wird.
Kac(j) = Kac(j-1) + Kal(Vaco-Vac)
In den oben genannten Formeln (1) bis (3) bedeutet Kar einen
Anreicherungsverstärkungsfaktor, Kal einen Verstärkungsfaktor
für die Abmagerung und Vaco eine erlaubte Änderung einer
kumulativen Verschlechterung in der Beschleunigung. Diese
erlaubte Veränderung Vaco der kumulativen Verschlechterung in
der Beschleunigung ist ein Wert, der einem Sollwert (10% oder
ähnlich) von COV (Veränderungskoeffizient) entspricht. Da
durch, daß jegliche Kraftstoffkorrektur innerhalb des Berei
ches von ΔVac zu beiden Seiten der erlaubten Veränderung Vaco
der kumulativen Verschlechterung in der Beschleunigung verhin
dert wird, ist es möglich, das Auftreten eines Fehlers zu
verhindern, der ansonsten durch Auswertung der Drehschwankun
gen innerhalb der begrenzten Dauer (128 Zyklen) oder durch
eine Berechnung auf der Basis eines Wertes verursacht würde,
der kleiner ist als die Schwelle.
Der Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert Vac wird nach einer
vorherbestimmten Anzahl von Verbrennungen, beispielsweise nach
jedem 128-ten (oder 256-ten) Zyklus aktualisiert. Da die
Steuerung durchgeführt wird, während der Verbrennungszustand
über eine relativ lange Zeitdauer ermittelt wird, kann die
Steuerung in einer stabilen und genauen Weise durchgeführt
werden, in der statistische Eigenschaften widergespiegelt
werden.
Nach Berechnung von (Vac-Vaco) nach einer Anreicherungskorrek
tur und von (Vaco-Vac) nach einer Abmagerungskorrektur werden
ihre unteren Grenzen auf 0 gesetzt.
Der oben beschriebene Korrekturkoeffizient Kac(j) ist so
ausgelegt, daß er nach oben und nach unten hin begrenzt werden
kann und beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 0,9 bis
1,1 (ausschließlich) liegt, d. h. folgende Ungleichungen er
füllt: 0,9<Kac(j)<1,1. Der Korrekturkoeffizient Kac(j) ist
deswegen so gesetzt, daß er eine abrupte Korrektur verhindert
und eine Korrektur allmählich durchführt, so daß das Auftreten
eines Stoßes oder dergleichen verhindert werden kann und die
Steuerung konstant durchgeführt werden kann.
Nach der Berechnung des Korrekturkoeffizienten Kac in der oben
beschriebenen Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung 51 zur
Annäherung des Verbrennungszustands des Motors an die Mager
grenze während der Magerverbrennung wird eine Kraftstoffein
spritzdauer Tinj in der Korrektureinrichtung 52 gesetzt.
Die Kraftstoffeinspritzdauer Tinj wird durch folgende Formel
ausgedrückt:
Tinj = TB · Kac · Ketc ± Kacc/dec + TD
In der oben stehenden Formel bedeutet TB eine Grundantriebs
zeit (Grundimpulseinspritzdauer) des Injektors 9, die anhand
einer Information über die angesaugte Luftmenge, die von dem
Luftströmungssensor 17 erfaßt wurde, und einer Information
über die Motordrehzahl Ne von dem Kurbelwinkelsensor 24 ge
setzt wird. TD ist eine Korrekturantriebsdauer, die zur Kor
rektur der Antriebsdauer einer Batteriespannung von einem
nicht gezeigten Sensor entsprechend hinzugefügt oder abgezogen
wird.
Außerdem ist Ketc ein Korrekturkoeffizient, der andere Elemen
te als der Korrekturkoeffizient Kac enthält. Kacc/dec ist ein
Korrekturkoeffizient, der einer Beschleunigung oder Verzöge
rung des Motors entspricht. Kacc wird nach einer Beschleuni
gung addiert und Kdec nach einer Verzögerung subtrahiert.
Der durch die oben beschriebene Steuerwert-Aktualisierungsein
richtung 51 berechnete Korrekturkoeffizient Kac wird nur dann
aktualisiert, wenn die folgenden Bedingungen vorhanden sind:
- A. Der gesteuerte Betriebszustand des Motors ist ein Magerverbrennungszustand.
- B. Der Leerlaufschalter 21 ist ausgeschaltet.
- C. Der Betriebszustand des Motors 1 ist ein erster Be triebszustand.
Der Begriff "erster Betriebszustand" bezeichnet einen Be
triebszustand, in dem der Motor 1 in einem Betriebsbereich
verbleibt, in dem die Erfassungswerte wirksam sind. Dieser in
Fig. 4 gezeigte Bereich wird nachstehend als X-Bereich be
zeichnet. Dieser X-Bereich wird durch den Liefergrad der in
den Motor 1 angesaugten Luftmenge und die Drehzahl (d. h. die
Motordrehzahl) definiert. Wenn durch eine Betriebszustands-Er
fassungseinrichtung (nicht gezeigt), die aus dem Luftströ
mungssensor 17 und dem Kurbelwinkelsensor 24 zusammengesetzt
ist, festgestellt wird, daß der Betriebszustand des Motors
alle der drei folgenden Bedingungen 1 bis 3 erfüllt, wird
bestimmt, daß sich der Betriebszustand des Motors innerhalb
des X-Bereiches befindet.
- 1. Die Motordrehzahl Ne liegt innerhalb des Bereiches zwi schen zwei Schwellen (XXZONNEL,XXZONNETH), d. h. XXZONNELNeXXZONNETH.
- 2. Der Liegergrad Ev der angesaugten Luftmenge liegt innerhalb des Bereiches zwischen zwei Schwellen (Ev-L, Ev-H), d. h. Ev-LEvEv-H.
- 3. Der Schalthebel des Getriebes ist in dem D-Bereich (im Falle eines mit einem Automatikgetriebe ausgestatteten Fahrzeugs) oder ist in dem dritten Gang oder höher (im Falle eines mit einem Handschaltgetriebe ausgestatteten Fahrzeugs).
Wenn alle diese Bedingungen erfüllt sind, wird der Korrektur
koeffizient Kac aktualisiert.
Ein solcher X-Bereich wird wie untenstehend beschrieben ge
setzt.
Fig. 6(a) bis Fig. 6(c) sind beispielsweise Diagramme, die
jeweils die Beziehungen zwischen der Antriebsdauer jedes an
einem 6-Zylindermotor angebrachten Injektors 9 und der Abwei
chung der Strömungsratensteigung zeigen. Es sind nur verschie
dene Beispiele gezeigt. Wie es anhand dieser Diagramme gezeigt
ist, verschlechtert sich die Linearität des Betriebes des
Injektors in Bereichen, in denen Kraftstoff in kleinen bzw.
großen Mengen eingespritzt wird. Da die Steuerung einer Ver
brennungsgrenze während der Magerverbrennung, d. h. die Steue
rung einer Verbrennungsgrenze auf der Basis von Schwankungen
der Verbrennung während der Ermittlung der Schwankungen der
Verbrennung eine hohe Genauigkeit erfordert, ist es schwer,
die Steuerung richtig durchzuführen, wenn die Linearität des
Betriebes des Injektors gering ist. Deswegen werden solche
Bereiche ausgeschlossen und die Magerverbrennung in Bereichen
durchgeführt, in denen die Abweichung jedes Injektors 9 in
nerhalb von 0 bis ±1% liegt und die Linearität des Injektors
beibehalten wird. Hierdurch ist es möglich, eine genaue Ver
änderungskorrektur (d. h. eine Steuerung eines Kraftstoffgrenz
wertes für jeden Zylinder) richtig durchzuführen. Der durch
den Liefergrad Ev und die Motordrehzahl Ne definierte X-Be
reich entspricht diesem Magerverbrennungs-Steuerbereich, in
dem die Linearität des Injektors beibehalten wird. Dies bedeu
tet, daß der Ermittlungsbereich zur Durchführung einer Grenz-Ma
gerverbrennung zur Innenseite des X-Bereiches hin begrenzt
ist, obwohl die Magerverbrennung selbst in einem Bereich
durchgeführt wird, der größer als der X-Bereich ist.
Der Liefergrad Ev entspricht der Last des Motors 1. Diese
Motorlast kann sich abhängig von der Verwendungsweise eines
elektrischen Systems ändern. Genauer gesagt sind Schwankungen
der Motorlast (d. h. des Liefergrades Ev) nach oben und nach
unten ansprechend auf ein EIN/AUS-Schalten einer Klimaanlage
relativ deutlich.
Bei dem erfindungsgemäßen System ist deshalb die Größe des
X-Bereichs abhängig davon, ob die Klimaanlage an- oder ausge
schaltet ist, schaltbar, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Durch Umschalten der oberen und unteren Schwellen Ev-H und
Ev-L des Liefergrads Ev der angesaugten Luftmenge abhängig
davon, ob die Klimaanlage an- oder ausgeschaltet ist und daher
durch Umschalten der Größe des X-Bereiches kann eine sehr
genaue Steuerung des Verbrennungsgrenzwertes durchgeführt
werden.
Obwohl die Schwellen der Motordrehzahl Ne in dem oben genann
ten Fall nicht verändert werden, können die Schwellen der
Motordrehzahl Ne abhängig davon verändert werden, ob die
Klimaanlage an- oder ausgeschaltet ist. Es ist außerdem mög
lich, sowohl die Schwellen des Liefergrades Ev als auch die
Schwellen der Motordrehzahl Ne zu verändern.
Die ECU 25 ist außerdem mit einer Steuerwert-Halteeinrichtung
53 versehen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn der Betriebs
bereich des Motors 1 den X-Bereich verläßt, wird der Korrek
turkoeffizient Kac als Steuerwert zum Zeitpunkt eines Betrie
bes im X-Bereich vor dem Verlassen durch die Steuerwert-Hal
teeinrichtung 53 gehalten oder mit anderen Worten gespeichert.
Zu den Fällen, in denen ein Betrieb außerhalb des X-Bereiches
(des ersten Betriebszustands) erfolgt, gehört der Fall, daß
der Betriebszustand des Motors 1 ein Magerverbrennungszustand
außerhalb des in Fig. 4 gezeigten X-Bereichs ist (dieser Fall
wird nachstehend als "zweiter Betriebszustand" bezeichnet) und
außerdem der Fall, daß der Motor 1 in einem anderen als dem
Magerverbrennungszustand betrieben wird (dieser Fall wird
nachstehend als "dritter Betriebszustand" bezeichnet). In dem
zweiten Betriebszustand korrigiert die Korrektureinrichtung 52
die zuzuführende Kraftstoffmenge mittels des in der Steuer
wert-Halteeinrichtung 53 gehaltenen Korrekturkoeffizienten
Kac. In dem dritten Betriebszustand wird der Betrieb jedoch
dadurch durchgeführt, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis auf
einen Wert gesetzt wird, der fetter ist als das magere Luft/
Kraftstoffverhältnis.
Die Korrektureinrichtung 52 ist mit einer Rückkehrzeit-Korrek
tureinrichtung 54 versehen, so daß, wenn der Motor 1 nach
Verlassen einer Magerverbrennung wieder zur Magerverbrennung
zurückkehrt, die während der Magerverbrennung nach der Rück
kehr zuzuführende Kraftstoffmenge durch den in der Steuer
wert-Halteeinrichtung 53 gehaltenen Korrekturkoeffizient Kac
korrigiert wird.
Wenn der Betrieb des Motors 1 wieder zu einer Magerverbrennung
übergeht, nachdem der Betrieb von einer Magerverbrennung zu
einem normalen Luft/Kraftstoffverhältnis zurückgekehrt ist,
wird die Kraftstoffeinspritzdauer deshalb wieder mittels des
Korrekturkoeffizienten gesetzt, der während der unmittelbar
vorhergehenden Magerverbrennung ermittelt wurde. Es ist deswe
gen nicht mehr erforderlich, Abweichungen innerhalb der Zylin
der von Beginn an zu ermitteln, wodurch es möglich ist, sofort
in einen Zustand überzugehen, in dem eine Magerverbrennung an
dem Verbrennungsgrenzwert gesteuert wird.
Die ECU 25 ist außerdem mit einer Motorstillstandszeit-Steuer
wert-Halteeinrichtung 55 versehen. Diese Motorstillstands-
Steuerwert-Halteeinrichtung 55 hält den Steuerwert (d. h. den
Korrekturkoeffizienten) zum Zeitpunkt der Magerverbrennung
auch wenn der Motor 1 angehalten wird. Wenn der Motor 1 wieder
gestartet wird und zu einer Magerverbrennung kommt, wird die
während der Magerverbrennung zuzuführende Kraftstoffmenge
sofort durch den in der Maschinenstillstandszeit-Steuerwert-
Halteeinrichtung 55 gehaltenen Korrekturkoeffizienten Kac
korrigiert.
In der Praxis ist die Maschinenstillstandszeit-Steuerwert-Halte
einrichtung 55 nicht als eine von der Steuerwert-Hal
teeinrichtung eigenständige Einheit angeordnet, sondern die
Steuerwert-Halteeinrichtung 53 wird außerdem als Maschinen
stillstandszeit-Steuerwert-Halteeinrichtung 55 verwendet. Die
Steuerwert-Halteeinrichtung 53 speichert den Korrekturkoeffi
zienten Kac auch während des Stillstands des Motors weiter,
während sie von einer Batterie gestützt wird.
Die Kraftstoffeinspritzantriebsdauer wird deswegen auch nach
einem Neustart des Motors 1 mit Hilfe des Korrekturkoeffizien
ten gesetzt, der in der unmittelbar vorhergehenden Magerver
brennung ermittelt wurde. Deswegen ist es ebenfalls möglich,
sofort in einen Magerverbrennungszustand überzugehen, in dem
die Verbrennungsgrenze gesteuert wird.
Dort, wo der in der Steuerwert-Halteeinrichtung 53 gehaltene
Korrekturkoeffizient Kac verwendet wird, wird der Korrekturko
effizient Kac auf einen Wert begrenzt, der gleich oder größer
als ein vorherbestimmter Wert (z. B. 1,0) ist, um eine stabile
Magerverbrennung zu erhalten.
Da das erfindungsgemäße Kraftstoffzufuhrsystem auf die oben
beschriebene Weise aufgebaut ist, kann das erfindungsgemäße
Kraftstoffzufuhrverfahren mittels der in dem Fließdiagramm von
Fig. 7 gezeigten Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Als erstes wird in einem Schritt S1 bestimmt, ob sich der
Motor in einem Magerverbrennungsbereich befindet oder nicht.
Wenn sich der Motor 1 in dem Magerverbrennungsbereich befin
det, geht die Routine zu dem Schritt S2 weiter. Wenn sich der
Motor 1 nicht in dem Magerverbrennungsbereich befindet, wird
ein Betrieb mit einem stöchiometrischen oder einem fetten
Luft/Kraftstoffverhältnis durchgeführt.
In dem Schritt S2 wird bestimmt, ob der Betriebszustand des
Motors 1 innerhalb des in Fig. 4 gezeigten X-Bereiches liegt.
Wenn festgestellt wird, daß der Betriebszustand des Motors 1
innerhalb des X-Bereiches liegt, geht die Routine zu Schritt
S3 weiter. Wenn der Betriebszustand des Motors 1 außerhalb des
X-Bereiches liegt, geht die Routine dahingegen zu Schritt S9
weiter, und der Zählwert wird auf 0 gesetzt (N=0).
Die Routine geht weiter zu Schritt S10, wo ein Korrekturkoef
fizient Kac(j) gleich Kac(j-1) gesetzt wird [Kac(j)=Kac(j-1)],
Kac(j) wird dann in Schritt S11 auf einen vorherbestimmten
Wert begrenzt (in diesem Fall 1). Die Routine geht dann zu dem
Schritt S12 weiter, wo mittels des auf diese Weise begrenzten
Korrekturkoeffizienten Kac(j) eine Kraftstoffeinspritzdauer
gemäß der folgenden Formel gesetzt wird (Korrekturschritt):
Tinj = TB · Kac · Ketc ± Kacc/dec + TD
Die Routine geht dann zu Schritt S13 weiter, wo der gespei
cherte Wert Kac(j-1) des vorhergehenden Korrekturkoeffizienten
auf den gespeicherten Wert Kac(j-1) des momentanen Korrektur
koeffizienten geändert wird und der Wert des Korrekturkoeffi
zienten Kac(j-1) batteriegestützt gespeichert wird.
Wenn die Routine zu den Schritten S2 und S3 weitergeht, wird
bestimmt, ob die Anzahl der Steuerzyklen 128 Zyklen erreicht
hat, d. h. ob die Ermittlung der Verbrennungsschwankungen
vollendet worden ist. Es wird in diesem Schritt bestimmt, ob
der Zählwert N gleich 128 ist (N=128).
Bis der Zählwert N 128 erreicht, wird der Zählwert schritt
weise um 1 erhöht (N=N+1). Dann wird Kac(j) gleich Kac(j-1)
gesetzt [Kac(j)=Kac(j-1)], und die Routine geht zu Schritt S7
weiter.
Wenn der Zählwert N 128 erreicht hat, geht die Routine zu
schritt S4 weiter, so daß die Anzahl Ndet der verschlechterten
Zyklen pro Zylinder, der Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert
Vac und der Zykluszählwert N alle zurückgesetzt werden.
Die Routine geht dann zu Schritt S5 (Verbrennungsschwankungs-Er
fassungsschritt) weiter, wo die Anzahl Ndet der verschlech
terten Zyklen pro Zylinder und der Schlechtverbrennungs-Be
stimmungswert Vac entsprechend den Werten der Drehschwankungen
während der 128 Zyklen berechnet werden.
Dieser Verbrennungsschwankungs-Erfassungsschritt umfaßt einen
Winkelbeschleunigungsschwankungs-Erfassungsschritt, einen
Erfassungsschritt für einen normalisierten Schwankungswert
und einen Erfassungsschritt für eine Schlechtverbrennungs
information. In dem Winkelbeschleunigungsschwankungs-Erfas
sungsschritt wird eine Winkelbeschleunigung Acc durch den
Kurbelwinkelsensor 24 und ein dem Schwankungszustand der
Verbrennung in dem Motor 1 entsprechender Winkelbeschleuni
gungs-Schwankungswert ΔAcc(n) erfaßt, indem die Differenz ΔAcc
zwischen einem geglätteten Wert AccAV, der durch Glätten der
Winkelbeschleunigung Acc erhalten wird und der von dem Kurbel
winkelsensor 24 ausgegebenen Winkelbeschleunigung Acc bestimmt
wird. Der Beschleunigungs-Schwankungswert ΔAcc(n) wird gemäß
der folgenden Formel berechnet:
ΔAcc(n) = Acc(n) - AccAV(n)
AccAV(n) wird seinerseits durch Durchführung einer Primärfil
terverarbeitung gemäß der folgenden Formel berechnet:
AccAV(n) = α·AccAV(n-1) + (1-α)·Acc(n)
wobei α ein aktualisierender Verstärkungsfaktor in der Primär
filterverarbeitung ist.
In dem Erfassungsschritt für den normalisierten Schwankungs
wert wird der Schwankungswert ΔAcc(n) dem Betriebszustand des
Motors 1 entsprechend normalisiert. Der normalisierte Schwan
kungswert IAC(n) wird daher gemäß der folgenden Formel berech
net:
IAC(n) = ΔAcc(n)·Kte(Ev, Ne)
Aus dem Vorgehenden geht hervor, daß der Schwankungszustand
der Verbrennung in dem Motor 1 in dem Verbrennungsschwankungs-Er
fassungschritt erfaßt wird.
Als nächstes wird in dem Schlechtverbrennungs-Informations
mengen-Erfassungsschritt ein Korrekturkoeffizient Kac auf der
Basis mehrerer in dem Verbrennungsschwankungs-Erfassungs
schritt erhaltene Erfassungswerte berechnet, der erforderlich
ist, damit der Verbrennungszustand in dem Motor 1 sich während
einer Magerverbrennung an eine Magergrenze annähern kann.
In dem Steuerwert-Aktualisierungsschritt werden der Schlecht
verbrennungs-Bestimmungswert Vac und die Anzahl Ndet(j) der
Zyklen mit schlechter Verbrennung, die die Schlechtverbren
nungs-Informationsmengen bilden, für jeden Zylinder gemäß der
folgenden Formeln berechnet:
Vac(j) = Σ{IAC(j)<IACTH} · {IACTH-IAC(j)}
Ndet(j) = Σ{IAC(j)<IACTH}
Der Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert Vac(j) wird durch
Summierung jeder Verschlechterungsmenge erhalten, die den
Unterschied zwischen dem Schwellwert IACTH und dem normali
sierten Schwankungswert IAC(j) anzeigt, so daß die Auswirkun
gen der Werte um die Stelle herum minimiert werden können, um
den Verschlechterungszustand präzise wiederzuspiegeln.
Auf der Basis dieser Anzahl Ndet(j) von Zyklen mit verschlech
terter Verbrennung und des Schlechtverbrennungs-Bestimmungs
wertes Vac wird der Korrekturkoeffizient Kac(j) in Schritt S6
berechnet (Steuerwert-Aktualisierungsschritt). Durch Vergleich
der Größe der Anzahl Ndet(j) von Zyklen mit verschlechterter
Verbrennung eines vorgegebenen Zylinders mit zwei Schwellen
(N1, N2) wird der Korrekturkoeffizient Kac berechnet, wobei
folgende drei Fälle (1) bis (3) unterschieden werden.
Kac(j) = Kac(j-1) + Kar(Vac-Vaco)
Kac(j) = Kac(j-1)
Kac(j) = Kac(j-1) + Kal(Vaco-Vac)
In Schritt S7 wird die Kraftstoffeinspritzdauer entsprechend
der folgenden Formel gesetzt (Korrekturschritt):
Tinj = TB·Kac·Ketc ± Kacc/dec + TD
Die Routine geht dann zu Schritt S8 (Steuerwert-Halteschritt)
weiter, wo ein aktualisierter Wert Kac(j) als Korrekturkoeffi
zient Kac(j-1) gesetzt wird, der zu diesem Zeitpunkt zu spei
chern ist. Der-Wert dieses Korrekturkoeffizienten Kac(j-1)
wird batteriegestützt gespeichert. Dieser Schritt S8 wird auch
während des Stillstands des Motors weiter durchgeführt. In
diesem Fall entspricht der Schritt 8 dem Maschinenstillstands
zeit-Steuerwert-Halteschritt.
Danach kehrt die Routine zu Schritt S1 zurück, und die gleiche
Routine wird wiederholt.
Der Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert Vac(j) und die Anzahl
Ndet(j) der Zyklen mit verschlechterter Verbrennung wird für
jeden Zylinder in Intervallen einer voreingestellten Anzahl
von Verbrennungen, beispielsweise bei jedem 128-ten (oder
256-ten) Zyklus wie oben beschrieben durchgeführt. Da bei der
Durchführung der Steuerung der Verbrennungszustand über eine
relativ lange Zeitdauer ermittelt wird, wird eine stabile und
genaue Korrektur durchgeführt, die statistische Eigenschaften
widerspiegelt.
Außerdem werden sowohl die untere Grenze von (Vac-Vaco) zum
Zeitpunkt einer Anreicherungskorrektur als auch die von (Vaco-
Vac) zum Zeitpunkt einer Abmagerungskorrektur nach der Berech
nung auf 0 begrenzt.
Der oben beschriebene Korrekturkoeffizient Kac(j) kann eben
falls nach oben und nach unten hin begrenzt werden. Beispiels
weise ist er so gesetzt, daß er innerhalb des Bereiches von
0,9 bis 1,1 (ausschließlich) liegt [0,9<Kac(j)<1,1]. Der
Korrekturkoeffizient Kac(j) ist deswegen so gesetzt, daß er
eine abrupte Korrektur vermeidet und eine allmähliche Korrek
tur durchführt, so daß ein Auftreten eines Stoßes oder der
gleichen verhindert werden kann und die Steuerung stabil
durchgeführt werden kann.
Der in dem oben erwähnten Steuerwert-Aktualisierungsschritt
berechnete Korrekturkoeffizient Kac wird nur dann aktuali
siert, wenn die drei Bedingungen A bis C erfüllt sind. Beson
ders wegen der Bedingung C, nämlich der Bedingung, daß der
Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des in Fig. 4 gezeigten
X-Bereiches liegt, wird die Linearität des Injektors aufrecht
erhalten und der Korrekturkoeffizient Kac auf der Basis eines
Schwankungswertes der Verbrennung unter Bedingungen guter
Erfassungsgenauigkeit und Steuergenauigkeit aktualisiert,
wodurch eine geeignete Steuerung durchgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch der X-Bereich so
umgeschaltet werden, daß sein Abdeckungsbereich abhängig davon
vergrößert wird, ob die Klimaanlage eingeschaltet ist oder
nicht. Durch Umschalten der oberen Grenzschwelle Ev-H und der
unteren Grenzschwelle Ev-L des Liefergrades der Menge der
angesaugten Luft abhängig davon, ob die Klimaanlage ein- oder
ausgeschaltet ist, ist eine sehr feine Steuerung eines Ver
brennungsgrenzwertes möglich.
Wenn der Betriebsbereich des Motors 1 den X-Bereich verläßt,
wird der Korrekturkoeffizient Kac vor diesem Verlassen in dem
Steuerwert-Halteschritt gehalten (gespeichert). Wenn der
Betriebsbereich des Motors den Magerverbrennungsbereich ver
läßt, wird der vor diesem Verlassen erhaltene Korrekturkoeffi
zient Kac(j) ebenfalls gehalten.
Wenn der Betriebszustand des Motors 1 ein Magerverbrennungs
zustand ist und außerhalb des in Fig. 4 gezeigten X-Bereiches
liegt, wird die während der Magerverbrennung zuzuführende
Kraftstoffmenge in dem Korrekturschritt mit Hilfe des in dem
Steuerwert-Halteschritt gehaltenen Korrekturkoeffizienten Kac
korrigiert. Hierdurch kann die Magerverbrennung noch genauer
an dem Verbrennungsgrenzwert gesteuert werden.
Wenn der Betriebszustand des Motors 1 wieder zu einer Mager
verbrennung zurückkehrt, nachdem er einmal den Betriebszustand
bei einem normalen Luft/Kraftstoffverhältnis verlassen hat,
wird die Kraftstoffeinspritzantriebsdauer wieder mit Hilfe des
Korrekturkoeffizienten gesetzt, der während der unmittelbar
vorhergehenden Magerverbrennung ermittelt wurde. Es ist des
halb nicht notwendig, Abweichungen innerhalb der Zylinder
wieder von Anfang an zu ermitteln, wodurch es möglich ist,
sofort in einen Zustand überzugehen, in dem eine Magerver
brennung an der Verbrennungsgrenze gesteuert wird.
Während eines Stillstands des Motors dient der Steuerwert-Halte
schritt auch als Motorstillstandzeit-Steuerwert-Halte
schritt, so daß der Korrekturkoeffizient zum Zeitpunkt der
Magerverbrennung auch dann gehalten wird, wenn der Motor
angehalten wird. Daraus folgt, daß die während der Magerver
brennung zuzuführende Kraftstoffmenge durch den in dem Motor
stillstandszeit-Steuerwert-Halteschritt gehaltenen Korrektur
koeffizient Kac korrigiert wird, wenn die Maschine neu gestar
tet wird und ihr Betriebszustand ein Magerverbrennungszustand
wird.
Es ist deswegen auch nach Neustarten des Motors 1 immer noch
möglich, sofort in einen Zustand überzugehen, in dem eine
Magerverbrennung an der Verbrennungsgrenze gesteuert wird, da
die Kraftstoffeinspritzantriebsdauer mit Hilfe des Korrektur
koeffizienten gesetzt wird, der während der unmittelbar vor
hergehenden Magerverbrennung ermittelt wurde.
Nach Durchführung einer Korrektur durch das oben beschriebene
Halten eines Korrekturkoeffizienten wird der in dem Steuer
wert-Halteschritt gehaltene Korrekturkoeffizient so begrenzt,
daß er gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert (bei
spielsweise 1,0) ist, so daß eine stabile Magerverbrennung
erreicht werden kann.
Durch die vorliegende Erfindung werden außerdem weitere Vor
teile erreicht. Durch die vorliegende Erfindung wurde es
ermöglicht, eine Schätzung von Verbrennungsschwankungen durch
zuführen, wobei probabilistische Eigenschaften des Motordreh
moments berücksichtigt werden. Es wird außerdem ermöglicht,
auf der Basis dieser Schätzung eine Steuerung des Luft/Kraft
stoffverhältnisses durchzuführen. Deswegen kann eine Steuerung
des Verbrennungszustands des Motors mittels einer an dem
Fahrzeug angebrachten Recheneinheit auf Echtzeitbasis durch
geführt werden, wobei die probabilistische Eigenschaft der
Verbrennungsschwankungen in Betracht gezogen werden.
Es ist außerdem möglich, Differenzen der Verbrennungsgrenzen
innerhalb der Zylinder aufgrund von Abweichungen des Luft/
Kraftstoffverhältnisses sicher zu korrigieren, die durch
Unterschiede der Formen der Injektoren und Einlaßleitungen und
die Zeitsteuerung der Ventile verursacht werden. Deswegen kann
jeder einzelne Zylinder auf die Verbrennungsgrenze eingestellt
werden, wodurch es möglich ist, die Emission von NOx zu mini
mieren.
Darüber hinaus kann die Erfassung und Steuerung der Drehzahl
schwankungen der einzelnen Zylinder durch nur einen Kurbelwin
kelsensor durchgeführt werden, weshalb eine sehr genaue Mager
verbrennungssteuerung mit sehr wenig Aufwand durchgeführt
werden kann.
Claims (23)
1. Kraftstoffzufuhrsystem für eine Verbrennungskraftma
schine mit
- - einer Kraftstoffzufuhreinrichtung (9) zur Steuerung der zuzuführenden Kraftstoffmenge,
- - einer Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung
(50) zur Erfassung eines Schwankungszustands der
Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine (1)
und - - einer Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung (25), die entsprechend einem vorherbestimmten Steuerwert auf der Basis eines Erfassungswertes von der Verbren nungsschwankungs-Erfassungseinrichtung (50) eine Kraftstoffmenge bestimmt, die von der Kraftstoff zufuhreinrichtung (9) zuzuführen ist, um ein Luft/ Kraftstoffverhältnis der Verbrennungskraftmaschine auf einem Wert in der Nähe einer Magerverbrennungs grenze zu halten, und die Kraftstoffzufuhreinrich tung (9) auf der Basis des Wertes der so bestimmten Kraftstoffmenge steuert, gekennzeichnet durch
- - eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (17, 24) zur Erfassung eines Betriebszustands der Ver brennungskraftmaschine (1),
- - eine Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung (51) für eine wiederholte Aktualisierung des vorherbestimm ten Steuerwertes auf der Basis des Erfassungswer tes, wenn durch die Betriebszustands-Erfassungsein richtung (17, 24) erfaßt worden ist, daß sich die Verbrennungskraftmaschine (1) in einem ersten Be triebszustand befindet, und
- - eine Steuerwert-Halteeinrichtung (53) zum Halten des Steuerwerts auf einem Wert, auf den der Steuer wert in dem unmittelbar vorhergehenden ersten Be triebszustand aktualisiert wurde, wenn durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (17, 24) erfaßt wurde, daß sich die Verbrennungskraftmaschi ne (1) außerhalb des ersten Betriebszustandes be findet.
- - wobei der erste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, in dem die Linearität bezüglich der Kraftstoffeinspritzeigenschaften der Kraftstoff zufuhreinrichtung beibehalten wird.
2. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuerwert-Halteeinrichtung (51) eine
Einrichtung zur Bestimmung des letzten Steuerwertes auf
der Basis des unmittelbar vorher aktualisierten Steuerwer
tes und des Erfassungswertes aufweist.
3. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Setzeinrichtung, die in einem anderen als dem
ersten Betriebszustand das Luft/Kraftstoffverhältnis
fetter setzt als den Wert in der Nähe der Magerverbren
nungsgrenze.
4. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der
zuzuführenden Kraftstoffmenge auf der Basis des in der
Steuerwert-Halteeinrichtung (53) gehaltenen Steuerwerts,
wenn die Verbrennungskraftmaschine nach Verlassen des
ersten Betriebszustands wieder in den ersten Betriebs
zustand zurückkehrt.
5. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Setzeinrichtung, die das Luft/Kraftstoffver
hältnis in einem anderen als dem ersten Betriebszustand
auf der Basis des in der Steuerwert-Halteeinrichtung (53)
gehaltenen Steuerwerts auf ein mageres Luft/Kraftstoff
verhältnis setzt.
6. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Setzeinrichtung, die das Luft/Kraftstoffver
hältnis in einem zweiten Betriebszustand, der anders ist
als der erste Betriebszustand, auf der Basis des gehalte
nen Steuerwertes auf ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis
setzt, das Luft/Kraftstoffverhältnis jedoch in einem
dritten Betriebszustand, der anders als der erste und der
zweite Betriebszustand ist, auf ein Luft/Kraftstoffver
hältnis setzt, das fetter ist als das magere Luft/Kraft
stoffverhältnis.
7. Kraftstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 1, 5 und
6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Betriebszustand
durch eine Ansaugluftmenge und eine Drehzahl der Verbren
nungskraftmaschine (1) definiert ist.
8. Kraftstoffzufuhrsystem nach einem der Ansprüche 1, 5 und
6, gekennzeichnet durch eine Begrenzungseinrichtung zur
Begrenzung des Steuerwertes, der in der Steuerwert-Hal
teeinrichtung (53) gehalten ist, auf einen Wert, der
gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist, der
eine stabile Magerverbrennung erreichen kann.
9. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Steuerwert-Halteeinrichtung (53) eine
Einrichtung enthält, die den Steuerwert auch während dem
Stillstand der Verbrennungskraftmaschine (1) hält.
10. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, wobei die Ver
brennungskraftmaschine mehrere Zylinder aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder der Zylinder mit der Verbren
nungsschwankungs-Erfassungseinrichtung (50), der Steuer
wert-Aktualisierungseinrichtung (51) und der Steuerwert-Halte
einrichtung (53) versehen ist und daß die Kraftstoff
zufuhreinrichtung (9) eine Bestimmungseinrichtung auf
weist, die auf der Basis des Steuerwerte der einzelnen
Zylinder die jeweils den einzelnen Zylindern zuzuführenden
Kraftstoffmengen bestimmt.
11. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verbrennungsschwankungs-Erfassungsein
richtung (50) eine Einrichtung (50A), die als Verbren
nungsschwankungswert der Verbrennungskraftmaschine (1)
einen Schwankungswert der Winkelbeschleunigung einer von
der Verbrennungskraftmaschine (1) angetriebenen Welle
erfaßt, und eine Einrichtung (50B) umfaßt, die einen
normalisierten Schwankungswert bestimmt, indem der
Schwankungswert entsprechend einem Betriebszustand der
Verbrennungskraftmaschine (1) normalisiert wird, und daß
eine Berechnungseinrichtung vorgesehen ist, die einen
Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert berechnet, indem sie
den normalisierten Schwankungswert, der durch die Bestim
mungseinrichtung (50B) für den normalisierten Schwankungs
wert erhalten wurde, mit einer vorherbestimmten Schwelle
vergleicht, wobei die Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung
(25) eine Modifizierungseinrichtung umfaßt, die einen der
Schwankungswerte und die Schwelle abhängig von dem Be
triebszustand der Verbrennungskraftmaschine modifiziert,
und die Steuerwert-Aktualisierungseinrichtung (50) eine
Berechnungseinrichtung umfaßt, die den Steuerwert so
berechnet, daß der Schlechtverbrennungs-Bestimmungswert
sich an einen vorherbestimmten Grundwert annähert.
12. Kraftstoffzufuhrverfahren für eine Verbrennungskraft
maschine, bei dem
- - eine Kraftstoffmenge, die von einer Kraftstoffzu fuhreinrichtung zuzuführen ist, um ein Luft/Kraft stoffverhältnis der Verbrennungskraftmaschine (1) auf einem Wert in der Nähe einer Magerverbrennungs grenze zu halten, entsprechend einem vorherbestimm ten Steuerwert auf der Grundlage von durch eine Verbrennungsschwankungs-Erfassungseinrichtung (50) erhaltenen Erfassungsdaten bestimmt wird und
- - die Kraftstoffzufuhreinrichtung auf der Basis des Wertes der so bestimmten Kraftstoffmenge gesteuert wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Erfassung eines Betriebszustands der Verbrennungs kraftmaschine (1);
- - wiederholte Aktualisierung des vorherbestimmten Steuerwerts auf der Basis des Erfassungswertes in dem Betriebszustands-Erfassungsschritt, wenn in dem Betriebszustand-Erfassungsschritt festgestellt wurde, daß sich die Verbrennungskraftmaschine in einem ersten Betriebszustand befindet; und
- - Halten des Steuerwertes auf einem Wert, auf den der Steuerwert in dem unmittelbar vorhergehenden ersten Betriebszustand aktualisiert wurde, wenn in dem Betriebszustands-Erfassungsschritt erfaßt wurde, daß sich die Verbrennungskraftmaschine (1) außer halb des ersten Betriebszustands befindet.
- - wobei der erste Betriebszustand ein Betriebszustand ist, in dem die Linearität bezüglich der Kraftstoffeinspritzeigenschaften der Kraftstoff zufuhreinrichtung beibehalten wird.
13. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Steuerwert-Aktualisierungsschritt
die Bestimmung des letzten Steuerwertes auf der Basis des
unmittelbar zuvor aktualisierten Steuerwerts und des
Erfassungswertes umfaßt.
14. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis in einem
anderen Betriebszustand als dem ersten Betriebszustand auf
eine fettere Seite gesetzt wird als der Wert in der Nähe
der Magerverbrennungsgrenze.
15. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zuzuführende Kraftstoffmenge auf der
Basis des in dem Steuerwert-Halteschritt gehaltenen Steu
erwertes bestimmt wird, wenn die Verbrennungskraftmaschine
nach Verlassen des ersten Betriebszustands wieder in den
ersten Betriebszustand zurückkehrt.
16. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß in einem anderen Betriebszustand als dem
ersten Betriebszustand das Luft/Kraftstoffverhältnis auf
der Basis des in dem Steuerwert-Halteschritt gehaltenen
Steuerwerts auf eine mageres Luft/Kraftstoffverhältnis
gesetzt wird.
17. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß in einem zweiten Betriebszustand, der
anders ist als der erste Betriebszustand, das Luft/Kraft
stoffverhältnis auf der Basis des gehaltenen Steuerwerts
auf ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt wird,
das Luft/Kraftstoffverhältnis jedoch in einem dritten
Betriebszustand, der anders ist als der erste und der
zweite Betriebszustand, auf eine Seite gesetzt wird, die
fetter ist als das magere Luft/Kraftstoffverhältnis.
18. Kraftstoffzufuhrverfahren nach einem der Ansprüche 12, 16
und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Betriebs
zustand durch eine Ansaugluftmenge und eine Drehzahl der
Verbrennungskraftmaschine (1) definiert wird.
19. Kraftstoffzufuhrverfahren nach einem der Ansprüche 12, 16
und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Steuerwert-Halte
schritt gehaltene Steuerwert auf einen Wert begrenzt
wird, der gleich oder größer ist als ein vorherbestimmter
Wert, der eine stabile Magerverbrennung erreichen kann.
20. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Steuerwert-Halteschritt auch das
Halten des Steuerwerts während des Stillstands der Ver
brennungskraftmaschine (1) umfaßt.
21. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, wobei die
Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsschwankungs-
Zustands-Erfassungsschritt, der Steuerwert-Aktualisie
rungsschritt und der Steuerwert-Halteschritt unabhängig
bei jedem der mehreren Zylinder durchgeführt werden.
22. Kraftstoffzufuhrverfahren nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Verbrennungsschwankungszustands-Er
fassungsschritt einen Winkelbeschleunigungsschwankungs-Er
fassungsschritt, in dem als Verbrennungsschwankungswert
der Verbrennungskraftmaschine (1) ein Schwankungswert der
Winkelbeschleunigung einer von der Verbrennungskraftma
schine (1) angetriebenen Welle erfaßt wird, und einen
Erfassungsschritt für einen normalisierten Schwankungswert
umfaßt, in dem ein normalisierter Schwankungswert dadurch
bestimmt wird, daß der Schwankungswert einem Betriebs
zustand der Verbrennungskraftmaschine (1) entsprechend
normalisiert wird, wobei in einem Schlechtverbrennungs-Be
stimmungswert-Berechnungsschritt eine Berechnung eines
Schlechtverbrennungs-Bestimmungswerts durchgeführt wird,
indem der normalisierte Schwankungswert, der in dem Be
stimmungsschritt für den normalisierten Wert erhalten
wurde, mit einer vorherbestimmten Schwelle verglichen
wird, in einem Modifizierungsschritt ein Schwankungswert
und die Schwelle abhängig von dem Betriebszustand der Ver
brennungskraftmaschine modifiziert werden, und in dem
Steuerwert-Aktualisierungsschritt die Berechnung des
Steuerwerts so durchgeführt wird, daß sich der Schlecht
verbrennungs-Bestimmungswert an einen vorherbestimmten
Grundwert annähert.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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