DE19645715A1

DE19645715A1 - Steuervorrichtung für Motoren mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE19645715A1
Application number: DE19645715A
Authority: DE
Inventors: Kousaku Shimada; Yoshiya Takano; Masami Nagano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2016-11-07
Also published as: JPH09126003A; US5718203A; JP3819462B2; DE19645715C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Steuer vorrichtungen für Motoren mit Direkteinspritzung und insbesondere eine derartige Steuervorrichtung, mit der der Kraftstoff in die Zylinder des Motors während eines Verdichtungshubs, in dem der Druck im entsprechenden Zylinder ansteigt, direkt eingespritzt wird.

Es sind bereits mehrere verschiedene Typen von Benzinmo toren bekannt, bei denen der Kraftstoff direkt in die Zylinder eingespritzt wird (siehe z. B. JP 79370-A (1993)). In einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung (im folgenden einfach als Motor bezeichnet) wird der Druck der Kraftstoffeinspritzung so eingestellt, daß der Kraft stoffdruck stets höher als der Druck in den Zylindern ist.

In dem obenerwähnten Motor mit Direkteinspritzung nimmt der Druck in einem Zylinder während der Kraftstoffein spritzung während eines Verdichtungshubs, insbesondere in der späten Phase des Verdichtungshubs, zu, wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt der Verdichtung annähert.

Daher nimmt die Differenz zwischen dem Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck ab, wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt der Verdichtung annähert, so daß die Druckdifferenz nicht konstant gehalten werden kann. Ferner besteht bei dem obigen Direkteinspritzungsmotor das Problem, daß dann, wenn der Kraftstoff in der späten Phase des Verdichtungshubs eingespritzt wird, die einge spritzte Kraftstoffmenge geringer ist als die Menge, die in der frühen Phase des Verdichtungshubs eingespritzt wird, selbst wenn die Einspritzdauer jeweils gleich ist, so daß das verwirklichte Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis kleiner als das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis wird.

Es sind folgende Gegenmaßnahmen für das obige Problem vorgeschlagen worden.

(1) Aus der JP 116243-A (1992) ist eine Motorsteuerein richtung bekannt, die den Druck in jedem Zylinder erfaßt, das Kraftstoffeinspritzzeitintervall bestimmt, die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge verwirklicht, indem sie die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge auf der Grund lage der Differenz zwischen dem erfaßten Druck im Zylin der und dem Kraftstoffdruck im vorhergehenden Verdich tungshub schätzt, und ein Einspritzventil im nachfolgen den Verdichtungshub während des bestimmten Zeitintervalls öffnet.
(2) Aus der JP 1837-A (1993) (Gebrauchsmuster) ist eine weitere Motorsteuereinrichtung bekannt, die das Ansaugluft-Auffüllverhältnis in jedem Zylinder, das den Be triebszuständen des Motors entspricht, schätzt, den Druck im Zylinder während der Kraftstoffeinspritzzeit auf der Grundlage einer vorbereiteten Kurve des Drucks des ver dichteten Gases gegenüber dem Ansaugluft-Auffüllverhältnis erfaßt, einen Korrekturfaktor für das Einspritzzeit intervall auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfaßten Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck be stimmt und das Einspritzzeitintervall durch Multiplizie ren des in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck vorgegebenen Basis-Einspritzzeitintervalls mit dem bestimmten Korrek turfaktor korrigiert.

Die erste Motorsteuereinrichtung steuert den Motor in der Weise, daß das Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis angenähert gleich dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis ist, indem das Kraftstoffeinspritzzeitintervall bestimmt wird und die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge durch Schätzen der tatsäch lich eingespritzten Kraftstoffmenge auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfaßten Druck im Zylinder und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck verwirklicht wird, die Steuereinrichtung erfordert jedoch in jedem Zylinder einen Drucksensor, der den Druck im Zylinder im vorherge henden Verdichtungshub erfaßt. Ferner müssen in jedem Zeitschritt Δt zwei Signale bezüglich des Drucks im Zylinder bzw. des Kraftstoffdrucks von analogen in digi tale Signale umgesetzt werden, außerdem muß das korri gierte Einspritzzeitintervall, das der Soll-Einspritz menge entspricht, auf der Grundlage der berechneten Differenz zwischen den beiden digitalisierten und gespei cherten Signalen des Drucks im Zylinder bzw. des Kraft stoffdrucks berechnet werden. Daher besteht bei dieser Motorsteuereinrichtung das folgende Problem: Falls der Zeitschritt Δt groß ist, kann ein genaues korrigiertes Einspritzzeitintervall nicht bestimmt werden. Falls jedoch der Zeitschritt Δt klein ist, behindert die Re chenzeit, die für die Berechnung des korrigierten Ein spritzzeitintervalls erforderlich ist, andere Steuerver arbeitungen in dem Maß, in dem das Rechenvermögen des verwendeten Mikrocomputers erschöpft ist.

Die zweite Motorsteuereinrichtung korrigiert das Ein spritzzeitintervall durch Multiplizieren des Basis-Ein spritzzeitintervalls, das in Abhängigkeit vom Kraft stoffdruck vorgegeben ist, mit dem Korrekturfaktor, der auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfaßten Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck bestimmt wird, der Kraftstoffdruck und der Druck im Zylinder werden jedoch lediglich zu einem Zeitpunkt in der Endphase der Einspritzung bestimmt. Daher besteht bei der zweiten Motorsteuereinrichtung das folgende Problem: Da die Steuereinrichtung nicht berücksichtigt, daß die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Druck im Zylinder abnimmt, wenn der Druck im Zylinder den oberen Verdich tungstotpunkt erreicht, wird das korrigierte Einspritz zeitintervall (Einspritzmenge) von dieser Steuereinrich tung nicht genau erhalten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung zu schaffen, die einen Mehrzylindermo tor mit Direkteinspritzung in der Weise steuern kann, daß der in die einzelnen Zylinder des Motors während eines Verdichtungshubs direkt eingespritzte Kraftstoff in einer Menge eingespritzt wird, bei der das Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis gleich im wesentlichen dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuervorrichtung für einen Mehrzylindermotor mit Direkt einspritzung, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt, sowie durch ein Verfahren zum Steuern eines Mehrzylindermotors mit Direkteinspritzung, das die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung gerichtet.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung enthält eine Einrichtung zum Erfassen der Ansaugluftdurchflußmenge in jeden der Zylin der, eine Einrichtung zum Erfassen des Kurbelwinkels jedes Zylinders, eine Einrichtung zum Beaufschlagen des Kraftstoffs mit Druck und zum Einstellen des Kraftstoff drucks, eine Einrichtung zum Erfassen der Stellung einer Drosselklappe, eine Einrichtung zum Bestimmen einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der erfaßten Ansaugdurchflußmenge, um so das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verwirklichen, eine Einrichtung zum Bestimmen einer Basis-Kraftstoffeinspritzzeit für jede Einspritzeinrichtung einschließlich eines Kraftstoffeinspritz-Anfangszeitpunkts und eines Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts, die der bestimmten Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge entspricht, und eine Einrichtung zum Steuern der entsprechenden Zündkerze, damit sie den Kraftstoff zu einem Zeitpunkt zündet, der von der Steuer vorrichtung festgelegt wird. Die Steuervorrichtung ent hält erfindungsgemäß eine Steuereinheit, die die Kraft stoffeinspritzzeit erneut bestimmt, indem sie die be stimmte Basis-Kraftstoffeinspritzzeit korrigiert, so daß eine angenommene Abnahme der eingespritzten Kraftstoff menge, die durch eine Abnahme der Differenz zwischen dem Druck in jedem der Zylinder und dem Kraftstoffdruck verursacht wird, in Abhängigkeit von der Annäherung an den oberen Totpunkt in einem Verdichtungshub kompensiert werden kann.

Ferner enthält die Steuereinheit eine Druckänderungs-Schätzeinrichtung zum vorhergehenden Schätzen von Ände rungen des Drucks im Zylinder anhand des Beginns und des Endes der Kraftstoffeinspritzung, eine Einrichtung zum Berechnen der Differenz zwischen dem geschätzten Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck, eine Einrichtung zum Berechnen der angenommenen Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmenge, die durch die Abnahme der Differenz zwischen dem Druck in den Zylindern und dem Kraftstoff druck im Verdichtungshub hervorgerufen wird, sowie eine Einrichtung zum Bestimmen eines zusätzlichen Kraftstoff einspritzzeitintervalls zur bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzzeit, um die angenommene Abnahmemenge des einge spritzten Kraftstoffs zu kompensieren.

Ferner enthält die Druckänderungs-Schätzeinrichtung eine Einrichtung zum Speichern von Standard-Signalformen von Änderungen des normierten Drucks im Zylinder während des gesamten Verdichtungshubs, die am oberen Totpunkt den Wert 1 besitzen, in Form einer Tabelle, die durch Ände rungswerte des normierten Drucks als Funktion von Kurbel winkeländerungen gegeben ist, sowie eine Einrichtung zum Berechnen eines Druckumwandlungskoeffizienten, um den tatsächlichen Druck im Zylinder unter Verwendung der gespeicherten Tabelle entsprechend den Betriebszuständen des Motors zu schätzen, wobei die Motorsteuereinheit den tatsächlichen Druck im Zylinder durch Multiplizieren des normierten Drucks in der gespeicherten Tabelle mit dem berechneten Druckumwandlungskoeffizienten schätzt.

Ferner enthält die Einrichtung zum Berechnen eines Druck umwandlungskoeffizienten eine Einrichtung zum Speichern des Spitzenwerts des Drucks im Zylinder im oberen Tot punkt der Verdichtung unter der Annahme, daß der Kraft stoff in einem Verdichtungshub nicht gezündet wird, als Kennfeld der Spitzenwerte von zwei Parametern, nämlich die Motordrehzahl und die Drosselklappenstellung, gegeben sind, sowie eine Einrichtung zum Bestimmen des Spitzen werts, der der auf der Grundlage des erfaßten Kurbelwin kels erhaltenen Motordrehzahl und der erfaßten Drossel klappenöffnung entspricht, unter Verwendung des gespei cherten Kennfeldes.

Ferner korrigiert die Motorsteuereinheit den Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt und/oder den Zündzeitpunkt ent sprechend den Betriebszuständen des Motors.

Ferner werden in der obenerwähnten Steuereinheit die Betriebszustände des Motors als Änderungen eines Signals der Motordrehzahl erfaßt.

Ferner werden in der obenerwähnten Steuereinheit Be triebszustände des Motors auf der Grundlage der geschätz ten Motorlast beurteilt.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Betrei ben einer Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkt einspritzung geschaffen, wobei die Steuervorrichtung versehen ist mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Ansaugluftdurchflußmenge in jeden der Zylinder, einer Einrichtung zum Erfassen eines Kurbelwinkels jedes der Zylinder, einer Einrichtung zum Beaufschlagen des Kraft stoffs mit Druck und zum Einstellen des Kraftstoffdrucks, einer Einrichtung zum Erfassen der Stellung einer Dros selklappen, einer Einrichtung zum Bestimmen der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der erfaßten Ansaugluftdurchflußmenge, um so das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verwirklichen, einer Einrichtung zum Bestimmen einer Basis-Kraftstoffeinspritzzeit jeder Einspritzeinrichtung einschließlich eines Kraftstoffein spritz-Startzeitpunkts und eines Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts, die der bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, sowie einer Einrichtung zum Steuern einer Zündkerze, so daß sie den Kraftstoff in einem durch die Steuervorrichtung bestimmten Zündzeit punkt zündet. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:
vorheriges Schätzen von Änderungen des Drucks im Zylinder anhand des Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkts und des Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts,
Berechnen der Differenz zwischen dem geschätzten Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck,
Berechnen einer angenommenen Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmenge, die durch die Abnahme der Differenz zwischen dem Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck in einem Verdichtungshub hervorgerufen wird, und
Bestimmen eines zusätzlichen Kraftstoffeinspritzzeitin tervalls zur bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzzeit, um die angenommenen Abnahme der eingespritzten Kraftstoff menge zu kompensieren.

Wie oben erwähnt, kann durch Anwenden der vorliegenden Erfindung eine Motorsteuerung, durch die das Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis im wesentlichen gleich dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis für einen Motor mit Direktein spritzung ist, durch die folgenden Steuerschritte ver wirklicht werden: durch vorhergehendes Schätzen von Änderungen des Drucks im Zylinder anhand des Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkts und des Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts, durch Berechnen der Differenz zwischen dem geschätzten Druck im Zylinder und dem Kraftstoffdruck, durch Berechnen der angenommenen Abnahme der eingespritz ten Kraftstoffmenge, die durch die Abnahme der Differenz zwischen dem Druck in den Zylindern und dem Kraftstoff druck im Verdichtungshub hervorgerufen wird, und durch Bestimmen eines zusätzlichen Kraftstoffeinspritzzeitin tervalls zur bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzzeit, um die angenommene Abnahme der eingespritzten Kraftstoff menge zu kompensieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines Motors mit Direkteinspritzung mit einer Motorsteuervorrichtung gemäß der bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der in Fig. 1 gezeigten Motorsteuervorrichtung;

Fig. 3 einen Graphen, der Änderungen des Drucks in einem Zylinder des in Fig. 1 gezeigten Motors mit Di rekteinspritzung angibt;

Fig. 4 ein funktionales Blockschaltbild der Motorsteuer vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm, in dem die Zeit durch Änderungen des Kurbelwinkels gegeben ist und das Operationen der Motorsteuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein beispielhaftes Flußdiagramm, das Operationen der erfindungsgemäßen Motorsteuervorrichtung zeigt;

Fig. 7 die Inhalte einer Tabelle, die für die Berechnung einer Quadratwurzel, die ihrerseits für die Inte gration des Druckverhältnisses erforderlich ist, verwendet wird;

Fig. 8 ein funktionales Blockschaltbild, das die Prozeß schritte der Integration des Druckverhältnisses veranschaulicht;

Fig. 9 Graphen zum Vergleichen der Leistungseigenschaf ten eines Motors mit Druckdifferenz-Korrektur bzw. eines Motors ohne Druckdifferenz-Korrektur;

Fig. 10 ein funktionales Blockschaltbild einer Stoßindex-Berechnungseinrichtung, das den Prozeß der Be rechnung des Stoßindexes veranschaulicht; und

Fig. 11 einen Graphen, der die Inhalte einer Tabelle angibt, in der zwei Steuerverstärkungen der Mo torsteuervorrichtung zum Einstellen des Ein spritzzeitpunkts bzw. des Zündzeitpunkts in Ab hängigkeit von der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge dargestellt sind.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines Motors mit Direkteinsprit zung mit einer Motorsteuervorrichtung gemäß der bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

In dem in Fig. 1 gezeigten Mehrzylindermotor wird Ansaug luft von einem Ansaugabschnitt 2a eines Luftfilters 2 angesaugt. Die Ansaugluft strömt durch einen Luftdurch flußmengenmesser 3 in einen Drosselklappenkörper 6a, in dem eine Drosselklappe 5 angebracht ist, und tritt in einen Sammler 6 ein. Die in den Sammler 6 geleitete Ansaugluft wird auf die Ansaugrohre 7a verteilt, wovon jedes mit einem der Zylinder 7 des Motors 1 verbunden ist, und in eine Verbrennungskammer 7b des jeweiligen Zylinders 7 geleitet.

Der Kraftstoff wie etwa Benzin wird in einem Kraftstoff tank 14 durch eine erste Kraftstoffpumpe 10 einer ersten Druckbeaufschlagung unterworfen und dann durch eine zweite Kraftstoffpumpe 11 einer zweiten Druckbeaufschla gung unterworfen. Der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird einem Kraftstoffeinspritzsystem zugeführt, das Einspritzeinrichtungen 9 enthält, wovon je eine in einem Zylinder angeordnet ist. Der Kraftstoff wird durch die erste Kraftstoffpumpe 10 mit einem Druck von beispiels weise 294 kPa beaufschlagt und durch einen Kraftstoff druckregler 12 konstant gehalten. Ferner wird der Kraft stoff durch die zweite Kraftstoffpumpe 11 mit einem Druck von beispielsweise 2940 kPa beaufschlagt, durch einen Kraftstoffdruckregler 13 konstant gehalten und von der im Zylinder 7 angebrachten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 9 in den jeweiligen Zylinder 7 eingespritzt.

Vom Ansaugluftdurchflußmengenmesser 3 wird ein die An saugluftdurchflußmenge angebendes Signal ausgegeben und in eine Steuereinheit 15 eingegeben.

Ferner ist am Drosselklappenkörper 6a ein Drosselklappen sensor 4 angebracht, der die Stellung der Drosselklappe 5 erfaßt und ein Ausgangssignal in die Steuereinheit 15 eingibt.

Weiterhin ist an jeder Nockenwelle (in der Figur nicht gezeigt) ein Kurbelwinkelsensor 16 angebracht, der ein für die Erfassung der Motordrehzahl verwendetes Kurbel winkelsignal POS und ein die Referenz-Drehposition einer Kurbelwelle 7c angebendes Referenzwinkelsignal REF aus gibt, die ebenfalls in die Steuereinheit 15 eingegeben werden. Als Sensor für die Erfassung des Kurbelwinkels kann auch ein Kurbelwinkelsensor 21 verwendet werden.

An jedem Abgasrohr 19, das das Abgas aus dem entsprechen den Zylinder leitet, ist ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor (L/K-Sensor) 18 angebracht, wobei ein von diesem L/K-Sensor 18 ausgegebenes Signal in die Steuereinheit 15 eingegeben wird. Stromabseitig vom L/K-Sensor 18 ist im Abgasrohr 19 eine Katalysatorvorrichtung 20 angebracht, ferner ist in der Verbrennungskammer 7c jedes Zylinders 7 eine Zündkerze 8 vorgesehen und über eine Zündspule 22 mit der Fahrzeugbatterie verbunden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt der Hauptteil der Steuer einheit 15 eine Mikroprozessoreinheit MPU, einen Fest wertspeicher ROM oder EPROM, einen Schreib-Lese-Speicher RAM, eine Schnittstelleneinheit E/A mit einem A/D-Umsetzer, und dergleichen. Die Steuereinheit 15 nimmt Signale von den verschiedenen obenerwähnten Sensoren entgegen, um Betriebszustände des Motors 1 zu erfassen. Ferner führt die Steuereinheit 15 einen Rechenprozeß aus, um verschie dene Arten von Steuersignalen zu erzeugen, um die einzu spritzende Kraftstoffmenge und den Zündzeitpunkt zu steuern, und schickt die erzeugten Steuersignale an Vorrichtungen, die an jedem Zylinder vorgesehen sind, etwa die Einspritzeinrichtung 9, die Zündspule 22 usw.

Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen einem Korrekturbe trag für die Kraftstoffeinspritzung und Änderungen des Drucks in jedem Zylinder, wenn der Kraftstoff in dem obenerwähnten Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung in einem Verdichtungshub eingespritzt wird, wobei die Druckänderungen in einem Zylinder in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel während des Intervalls vom Beginn des Ver dichtungshubs bis zum Ende des entsprechenden Verbren nungshubs dargestellt sind.

Wenn der Motor 1 ohne Verbrennung betrieben wird, wie durch die Strichlinie in Fig. 3 gezeigt ist, nimmt der Druck im Zylinder bis zu dem Druckpegel zu, der 180° des Kurbelwinkels, d. h. dem oberen Totpunkt (OTP) ent spricht, und nimmt hier den Spitzenwert an, anschließend fällt er bis auf den Druckpegel ab, der dem unteren Totpunkt (UTP) entspricht. Die durchgezogene Linie in Fig. 3 zeigt Druckänderungen im Zylinder, wenn der Kraft stoff in der Nähe des Endes des Verdichtungshubs gezündet wird, wobei er direkt nach dem Zünden steil ansteigt und nach der Druckspitze steil abfällt.

Obwohl der Druck des Kraftstoffs, der durch die Kraft stoffpumpe 11 zum zweiten Mal mit Druck beaufschlagt wird, durch den Regler 13 eingestellt wird, um einen im wesentlichen konstanten Druck aufrechtzuerhalten, wie durch ein Liniensegment AB in Fig. 3 gezeigt ist (z. B. 2940 kPa), ändert sich der Druck im Zylinder wie durch eine Kurve FC in Fig. 3 gezeigt ist. Daher nimmt die Differenz zwischen dem Druck im Hochdruckbereich (auf Seiten des Kraftstoffsystems) und dem Druck im Nieder druckbereich (auf Seiten des Zylinders), wobei beide Bereiche durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 9 getrennt sind, ab, wenn sich der Kurbelwinkel 180° annä hert, wie durch die Liniensegmente AF und BC in Fig. 3 gezeigt ist. Das heißt, selbst wenn der Kraftstoff wäh rend einer Periode (Winkelintervall) gleicher Länge eingespritzt wird, die für einen Verdichtungshub durch das Liniensegment AB gezeigt ist und gleich derjenigen in einem Ansaughub ist, ist die Kraftstoffmenge, die in einem Verdichtungshub eingespritzt wird, geringer als die in einem Ansaughub eingespritzte Kraftstoffmenge. Quanti tativ ist die in einem Ansaughub eingespritzte Kraft stoffmenge durch den Bereich der Fläche ABDE gegeben, während die in einem Verdichtungshub eingespritzte Kraft stoffmenge durch den kleineren Bereich der Fläche ABCF gegeben ist. Da folglich das Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis größer als das soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis wird, ist es notwendig, die Kraftstoffeinspritzzeit zu verlängern, indem zur Basis-Kraftstoffeinspritzzeit, die für die Kraftstoffeinspritzung für einen Ansaughub bestimmt wird, ein Korrekturbetrag hinzugefügt wird. Ein Verfahren zum Erhalten des Korrekturbetrags wird später erläutert.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung gemäß der vorlie genden Erfindung.

Eine Basiseinspritzmengen-Berechnungseinrichtung 41 er zeugt auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und der Ansaugluftdurchflußmenge Qa, die vom Kurbelwinkelsensor 16 bzw. vom Ansaugluftdurchflußmengenmesser 3 erfaßt werden, eine Basis-Einspritzmenge Tp. Das Zeitintervall Ti zum Einspritzen von Kraftstoff durch die Einspritzein richtung 9 wird durch Multiplizieren der von der Basis einspritzmengen-Berechnungseinrichtung 41 erzeugten Ba siseinspritzmenge Tp mit zwei Koeffizienten bestimmt. Einer der Koeffizienten wird mittels einer Sucheinrich tung 42 für ein Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis-Kennfeld erhalten. Das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis wird in dem Kennfeld in Abhängigkeit von den beiden Parametern der Drehzahl Ne und der Basiseinspritzmenge Tp gesucht.

Der andere der beiden Koeffizienten wird durch eine Einspritzzeit-Korrektureinrichtung 46 für Druckdifferenz änderungen erhalten. Dieser Koeffizient ist eines der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung und wird auf der Grundlage eines Einspritz-Endzeitpunkts erhalten, der seinerseits unter Verwendung des von einer Schätzeinrich tung 44 für den Druck im Zylinder geschätzten Drucks und einer Sucheinrichtung 43 für den Einspritz-Endzeitpunkt, die ein Kennfeld für den Einspritz-Endzeitpunkt durch sucht, das von den zwei Parametern der Drehzahl Ne und der Ansaugluftdurchflußmenge Qa abhängt, bestimmt. Ein Verfahren für die Erhaltung dieses Koeffizienten wird später mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 genauer erläutert.

Eine Sucheinrichtung 45 für ein Basiszündzeitpunkt-Kennfeld bestimmt auf der Grundlage der Drehzahl Ne und der Ansaugluftdurchflußmenge Qa einen Zündzeitpunkt, der entsprechend den Betriebszuständen des Motors weiter korrigiert werden kann. Ein Stoßindex Q des Motors, einer der Indizes, die Betriebszustände des Motors angeben, wird durch eine Stoßindex-Berechnungseinrichtung 49 unter Verwendung von Schwankungskomponenten eines Signals der Drehzahl Ne erhalten. Falls sich die Stabilität der Verbrennung im Motor verschlechtert, was eine Zunahme des Stoßindexes zur Folge hat, wird die Verbrennung im Motor durch Einstellen des Einspritzzeitpunkts oder des Zünd zeitpunkts stabilisiert. Korrekturbeträge für den Zünd zeitpunkt und für den Einspritzzeitpunkt werden propor tional zu Verstärkungen G₁ 47 bzw. G₂ 48 erhalten, die als Funktionen der einer Motorlast entsprechenden Basis einspritzmenge wie in Fig. 11 gezeigt gespeichert sind. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Funktionen als Tabellen dargestellt und gespeichert.

Im folgenden wird mit Bezug auf das in Fig. 10 gezeigte funktionale Blockschaltbild ein Verfahren für die Erhal tung des Stoßindexes Q unter Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Stoßindex-Berechnungseinrichtung 49 erläutert. Zunächst wird in ein Bandpaßfilter 101 die Drehzahl Ne eingegeben. Falls das Durchlaßband des Filters 101 bei spielsweise auf ein Frequenzband von 1 Hz bis 9 Hz einge stellt ist, besitzt ein Ausgangssignal des Filters 101 nur Komponenten des Stoßdrehmoments, das von einer Effektivwert-Umsetzungseinrichtung 102 in einen Effektivwert umgesetzt wird, der als Stoßindex des Motors verwendet wird. Die Verarbeitung des Stoßindexes erfolgt durch einen Mikrocomputer in der Steuereinheit 15 in einer periodischen Zeitunterbrechung oder einer periodischen Drehzahlunterbrechung.

Im folgenden werden die Operationen der Schätzeinrichtung 44 für den Druck im Zylinder mit Bezug auf Fig. 5 im einzelnen erläutert. Zunächst wird eine Standard-Druckänderungskurve im Betrieb ohne Verbrennung, wie in Fig. 3 erläutert worden ist, durch ihren Spitzenwert normiert, wie in Fig. 5 durch die Kurve 501 gezeigt ist, und als Tabelle des normierten Drucks in Abhängigkeit vom Kurbel winkel gespeichert. Eine Kurve 502 zeigt die Ist-Druckänderungen im Zylinder, die durch Multiplizieren der normierten Kurve 501 mit einem Druckumwandlungskoeffi zienten K geschätzt werden. Da der Druckumwandlungskoef fizient K, d. h. der Spitzenwert des Ist-Drucks im Zylin der, von Betriebszuständen des Motors abhängt, wird der Druckumwandlungskoeffizient K als Kennfeld des Koeffizi enten K in Abhängigkeit von den zwei Parametern der Motordrehzahl Ne und der Basiseinspritzmenge Tp oder in Abhängigkeit von den zwei Parametern der Motordrehzahl Ne und der Öffnung Θ_TH der Drosselklappe gespeichert.

Die Operationen der Einspritzzeit-Korrektureinrichtung 46 für die Druckdifferenz wird ebenfalls mit Bezug auf Fig. 5 im einzelnen erläutert. Eine Linie 503 zeigt Änderungen des Kraftstoffeinspritzmengen-Verhältnisses, das ohne Berücksichtigung der Abnahme der Druckdifferenz bestimmt wird, wenn die Einspritzung beim Kurbelwinkel Θ₁ begonnen und beim Kurbelwinkel Θ₂ beendet wird. Anderer seits zeigt eine Linie 504 Änderungen des Kraftstoffeinspritzmengen-Verhältnisses, das unter Berücksichtigung der Abnahme der Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und der Kurve 502, die die tatsächliche Druckänderung angibt, erhalten wird. Der Wert der Einspritzmengen-Kurve 503, die unter der Annahme einer konstanten Druckdiffe renz erhalten wird, ist beim Kurbelwinkel Θ₂ zu 100% definiert, während die geringe Menge beim Kurbelwinkel Θ₂ der Einspritzmengenkurve 504, die durch die Abnahme der Druckdifferenz bedingt ist, mit KTi% bezeichnet ist. Somit kann unter der Bedingung einer Änderung der Druck differenz eine Verschlechterung der Motorbetriebseigen schaften durch die Einrichtung zum Korrigieren des Ein spritzzeitintervalls verhindert werden, indem zum Basis-Einspritzzeitintervall 505, das unter der Bedingung einer konstanten Druckdifferenz festzusetzen ist, ein Korrek turbetrag 506 für das Einspritzzeitintervall addiert wird, wobei der Korrekturbetrag 506 durch Multiplizieren des Basis-Einspritzzeitintervalls 505 mit einem Faktor KTi erhalten wird.

Im folgenden werden die Operationen der Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung gemäß der vorlie genden Erfindung mit Bezug auf das in Fig. 6 gezeigte Flußdiagramm beschrieben.

Zunächst wird der Druckumwandlungskoeffizient K von der Zylinderdruck-Schätzeinrichtung 44 im Schritt 601 des Flußdiagramms erhalten, indem das Spitzendruck-Kennfeld für die bestimmte Basiseinspritzmenge Tp und die erfaßte Drehzahl Ne durchsucht wird. Im Schritt 602 wird der Einspritzendzeitpunkt Θ₂ durch Durchsuchen eines Ein spritzendzeitpunkt-Kennfeldes in der Sucheinrichtung 43 für die bestimmte Basiseinspritzmenge Tp und die erfaßte Motordrehzahl Ne erhalten. Im Schritt 603 wird der Basis-Einspritzstartzeitpunkt Θ₁ berechnet. Der Startzeitpunkt Θ₁ wird durch Subtrahieren des Einspritzzeitintervalls 505 vom Einspritzendzeitpunkt Θ₂ erhalten.

Weiterhin wird im Schritt 604 der normierte Druck P(Θ) im Zylinder gesucht, woraufhin im Schritt 605 die Quadrat wurzel des Verhältnisses der Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Ist-Druck im Zylinder zum Kraft stoffdruck integriert wird. Die Integration erfolgt im Kurbelwinkelintervall Θ₁-Θ₂, indem die Beurteilung im Schritt 606 und der Prozeß im Schritt 607 wiederholt werden. Die aus der Integration sich ergebende Menge entspricht der Differenz KTi zwischen der Einspritzmenge 504 und der Einspritzmenge 503 beim Kurbelwinkel Θ₂ in Fig. 5. Im Schritt 608 wird der Korrekturbetrag Θ_c für das Einspritzzeitintervall 505 durch Multiplizieren des Kurbelwinkelintervalls Θ₁-Θ₂ mit KTi erhalten.

Schließlich wird der Einspritzstartzeitpunkt im Schritt 609 von Θ₁ nach Θ₁′ nach vorn verschoben, woraufhin die durch das Flußdiagramm dargestellte Verarbeitung beendet ist und zurückspringt.

Die im Flußdiagramm von Fig. 6 gezeigte Verarbeitung wird in einem Ausstoßhub beendet, der einem Verdichtungshub vorhergeht, in dem die Ergebnisse der Verarbeitung tat sächlich benutzt werden, wie im unteren Teil von Fig. 5 gezeigt ist. Das heißt, das Setzen des Einspritzstart zeitpunkts Θ₁′ und des Einspritzendzeitpunkts Θ₂ wird dadurch ausgeführt, daß der Winkel REF, der ab dem Ende der obenerwähnten Verarbeitung zum zweiten Mal angegeben ist, als Ursprung der Zeitachse zum Setzen der Zeitpunkte Θ₁′ und Θ₂ betrachtet wird.

Im Schritt 605 des Flußdiagramms von Fig. 6 ist in der Integration des Verhältnisses der Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Ist-Druck im Zylinder zum Kraft stoffdruck die Berechnung einer Quadratwurzel erforder lich. Falls das Rechenvermögen des in der Steuereinheit 15 verwendeten Mikrocomputers für die Verarbeitung des Flußdiagramms von Fig. 6 nicht ausreicht, ist es günstig, die Beziehung zwischen Werten (Ausgängen) der Quadratwur zel und Werten (Eingängen) eines veränderlichen Inter valls 0-1, wie durch eine Kurve in Fig. 7 gezeigt ist, als Tabelle in einer Speichereinrichtung im Mikrocomputer zu speichern, um durch Durchsuchen der Tabelle den erfor derlichen Quadratwurzel-Wert für einen gegebenen Eingang zu erhalten. Der Prozeß im Schritt 605 kann durch das in Fig. 8 gezeigte Blockschaltbild veranschaulicht werden, in dem die obenerwähnte Tabelle für die Quadratwurzel-Berechnung verwendet wird. Nachdem eine Variable, für die die Quadratwurzel berechnet werden soll, im voraus erhal ten worden ist, wird die Quadratwurzel für die erhaltene Variable im Block 801 unter Verwendung der Tabelle, die die in Fig. 7 gezeigte Kurve darstellt, berechnet, wor aufhin im Block 802 die Integration ausgeführt wird.

Fig. 9 ist ein Graph, der Betriebseigenschaften des Motors für einen Betrieb mit Einspritzzeitintervall-Korrektur für eine Druckdifferenz-Abnahme (was einer Einspritzmengen-Korrektur entspricht) wie in der bevor zugten Ausführungsform der Erfindung mit Betriebseigen schaften des Motors ohne Einspritzzeitintervall-Korrektur für die Druckdifferenzabnahme vergleicht.

In Fig. 9 sind Änderungen der Betriebsparameter des Motors 1 mit Direkteinspritzung gezeigt, wenn der Ein spritzstartzeitpunkt während des Intervalls vom Zeitpunkt 901 zum Zeitpunkt 902 aus der Phase eines Ansaughubs zur späteren Phase eines Verdichtungshubs verschoben ist. Strichpunktlinien zeigen Änderungen der Betriebsparameter für Operationen mit Einspritzzeitintervall-Korrektur für die Druckdifferenzabnahme, während Strichlinien die Änderungen für Operationen mit konstanter Einspritzzeit zeigen. In Fig. 9 ist gezeigt, daß das Stoßdrehmoment des Motors 1 über eine Stoßgrenze hinaus schwankt, wodurch die Leistung des Motors 1 stark verschlechtert wird, wenn das Einspritzzeitintervall konstant ist, und daß das Luft-/Kraftstoffverhältnis größer als das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis wird, wenn das Einspritzzeitinter vall nicht korrigiert wird, selbst wenn der Einspritz startzeitpunkt zur Mitte des Verdichtungshubs verschoben wird. Da andererseits in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung während des Intervalls vom Zeitpunkt 901 zum Zeitpunkt 902 die Einspritzzeitintervall-Korrektur für die Druckdifferenzabnahme, in der das Einspritzzeit intervall verlängert wird, ausgeführt wird, wird das Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis nicht vom Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis verschoben, so daß das Stoßdrehmoment nicht ansteigt, wodurch gute Betriebseigenschaften des Motors sichergestellt sind.

Die vorliegende Erfindung kann nicht nur durch die oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern in vielen ver schiedenen Arten innerhalb des durch die Ansprüche defi nierten Rahmens verwirklicht werden.

Da wie oben erwähnt die Steuervorrichtung für den Motor mit Direkteinspritzung das Einspritzzeitintervall korri giert, indem sie die angenommene Abnahme der eingespritz ten Kraftstoffmenge aufgrund der Abnahme der Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Druck in jedem Zylinder schätzt und indem das Einspritzzeitintervall um den Betrag verlängert wird, der der obenerwähnten Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmenge entspricht, wird das Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnis mit dem Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis in Übereinstimmung gehalten und kann eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften des Motors aufgrund einer Verschlechterung des Ist-Luft-/Kraftstoffverhältnisses verhindert werden.

Claims

1. Steuervorrichtung für Mehrzylindermotor (1) mit Direkteinspritzung, mit
einer Einrichtung (3), die die Ansaugluftdurch flußmenge (Qa) in jeden Zylinder (7) erfaßt,
einer Einrichtung (16), die den Kurbelwinkel (Θ) jedes der Zylinder (7) erfaßt,
einer Einrichtung (10 bis 13), die den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und den Kraftstoffdruck einstellt,
einer Einrichtung (4), die die Stellung einer Drosselklappe (5) des Motors erfaßt,
einer Einrichtung (41), die auf der Grundlage der erfaßten Luftdurchflußmenge (Qa) eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) bestimmt, um das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verwirklichen,
einer Einrichtung (43), die ein Basis-Kraftstoffeinspritzzeitintervall für jede Einspritzeinrichtung (9) des Motors (1) einschließlich eines Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkts und eines Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts, das der bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) entspricht, bestimmt, und
einer Einrichtung (45), die die jeweiligen Zünd kerzen (8) des Motors (1) in der Weise steuert, daß der Kraftstoff zu einem Zündzeitpunkt, der von der Steuervor richtung bestimmt wird, gezündet wird, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (15), die erneut ein Kraft stoffeinspritzzeitintervall bestimmt, indem sie das bestimmte Basis-Kraftstoffeinspritzzeitintervall in der Weise korrigiert, daß eine angenommene Abnahme der einge spritzten Kraftstoffmenge, die durch eine Abnahme der Differenz zwischen dem Druck in jedem der Zylinder (7) und dem Kraftstoffdruck in Abhängigkeit von der Annähe rung an den oberen Totpunkt (OTP) im Verdichtungshub be wirkt wird, im Verdichtungshub kompensiert wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuereinheit (15) enthält:
eine Druckänderungs-Schätzeinrichtung (44), die im voraus den Druck im Zylinder (7) zwischen dem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt und dem Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkt schätzt,
eine Einrichtung, die die Differenz zwischen dem geschätzten Druck im Zylinder (7) und dem Kraftstoffdruck (Pp) berechnet,
eine Einrichtung (46), die eine angenommene Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmenge, die durch die Abnahme der Differenz zwischen dem Druck im Zylinder (7) und dem Kraftstoffdruck (Pp) hervorgerufen wird, im Ver dichtungshub berechnet, und
eine Einrichtung (46), die ein zusätzliches Krafstoffeinspritzzeitintervall zum bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzzeitintervall bestimmt, mit dem die angenommene Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmenge kompensiert wird.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß
die Druckänderungs-Schätzeinrichtung (44) eine Einrichtung, die eine Standardsignalform für Änderungen des normierten Drucks (P(Θ)) im Zylinder (7) während des gesamten Verdichtungshubs, die am oberen Totpunkt (OTP) den Wert 1 besitzt, als Tabelle speichert, die durch Werte der Änderungen des normierten Drucks (P(Θ)) in Abhängigkeit von Kurbelwinkel-Änderungen gegeben ist, sowie eine Einrichtung enthält, die einen Druckumwand lungskoeffizienten (K) berechnet, um den Ist-Druck im Zylinder (7) unter Verwendung der gespeicherten Tabelle entsprechend den Betriebszuständen des Motors (1) zu schätzen, und
die Motorsteuereinheit (15) den Ist-Druck im Zylinder (7) durch Multiplizieren des normierten Drucks (P(Θ)) in der gespeicherten Tabelle mit dem berechneten Druckumwandlungskoeffizienten (K) schätzt.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen des Druckumwandlungskoeffizienten (K) enthält:
eine Einrichtung, die die Spitzenwerte des Drucks im Zylinder (7) am oberen Totpunkt (OTP) der Verdichtung unter der Annahme, daß der Kraftstoff im Verdichtungshub nicht gezündet wird, als Spitzenwert-Kennfeld für die zwei Parameter der Motordrehzahl (Ne) und der anhand der Ansaugluftdurchflußmenge (Qa) und der Motordrehzahl (Ne) geschätzten Motorlast speichert, und
eine Einrichtung, die den Spitzenwert, der der Motordrehzahl (Ne), die auf der Grundlage des erfaßten Kurbelwinkels (Θ) erhalten wird, und der geschätzten Motorlast (Qa, Ne) entspricht, durch Durchsuchen des gespeicherten Kennfeldes bestimmt.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Berechnen eines Kraftstoffumwandlungskoeffizienten (K) enthält:
eine Einrichtung, die den Spitzenwert des Drucks im Zylinder (7) im oberen Totpunkt (OTP) der Verdichtung unter der Annahme, daß der Kraftstoff im Verdichtungshub nicht gezündet wird, als Kennfeld von Spitzenwerten für die zwei Parameter der Motordrehzahl (Ne) und der Stel lung der Drosselklappe (5) speichert, und
eine Einrichtung, die den Spitzenwert, der der Motordrehzahl (Ne), die auf der Grundlage des erfaßten Kurbelwinkels (Θ) erhalten wird, und der erfaßten Stel lung der Drosselklappe (5) entspricht, durch Durchsuchen des gespeicherten Kennfeldes bestimmt.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Motorsteuereinheit (15) entsprechend den Betriebszuständen des Motors (1) den Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt und/oder den Zündzeitpunkt korrigiert.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Betriebszustände des Motors (1) als Änderun gen eines die Motordrehzahl (Ne) angebenden Signals erfaßt werden.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Betriebszustände des Motors (1) auf der Grundlage der geschätzten Motorlast beurteilt werden.

9. Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung für einen Mehrzylindermotor (1) mit Direkteinspritzung, wobei die Steuervorrichtung versehen ist mit
einer Einrichtung (3), die die Ansaugluftdurch flußmenge (Qa) in jeden Zylinder (7) erfaßt,
einer Einrichtung (16), die den Kurbelwinkel (Θ) jedes der Zylinder (7) erfaßt,
einer Einrichtung (10 bis 13), die den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und den Kraftstoffdruck einstellt,
einer Einrichtung (4), die die Stellung einer Drosselklappe (5) des Motors erfaßt,
einer Einrichtung (41), die auf der Grundlage der erfaßten Luftdurchflußmenge (Qa) eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) bestimmt, um das Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu verwirklichen,
einer Einrichtung (43), die ein Basis-Kraftstoffeinspritzzeitintervall für jede Einspritzeinrichtung (9) des Motors (1) einschließlich eines Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkts und eines Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkts, das der bestimmten Basis-Kraftstoffeinspritzmenge (Tp) entspricht, bestimmt, und
einer Einrichtung (45), die die jeweiligen Zünd kerzen (8) des Motors (1) in der Weise steuert, daß der Kraftstoff zu einem Zündzeitpunkt, der von der Steuervor richtung bestimmt wird, gezündet wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
vorheriges Schätzen von Änderungen des Drucks im Zylinder (7) zwischen dem Kraftstoffeinspritz-Startzeitpunkt und dem Kraftstoffeinspritz-Endzeitpunkt,
Berechnen der Differenz zwischen dem geschätzten Druck im Zylinder (7) und dem Kraftstoffdruck (Pp),
Berechnen einer angenommenen Abnahme der einge spritzten Kraftstoffmenge, die durch die Abnahme der Differenz zwischen dem Druck in den Zylindern (7) und dem Kraftstoffdruck (Pp) in einem Verdichtungshub bewirkt wird, und
Bestimmen eines zusätzlichen Krafstoffeinspritz zeitintervalls zum bestimmten Basis-Krafstoffeinspritzzeitintervall, um die angenommene Abnahme der einge spritzten Kraftstoffmenge zu kompensieren.