DE19809009B4

DE19809009B4 - Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE19809009B4
Application number: DE19809009A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Kadota
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH11132081A; JP3913864B2; US6041757A; KR19990036479A; KR100317595B1; DE19809009A1

Abstract

Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, umfassend:
verschiedene Sensoren (20) zur Ausgabe von Daten, welche Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (1) wiedergeben,
wobei die verschiedenen Sensoren (20) einen Sensor für den Drosselöffnungsgrad (Θ), einen Ansaugluftmenge-Sensor (2) zur Ausgabe von Daten, welche der Menge an Luft (Qa) entsprechen, die von dem Verbrennungsmotor (1) angesaugt wird, und einen Kurbelwinkelsensor (5) zur Ausgabe von Daten umfassen, welche der Drehzahl (Ne) des Verbrennungsmotors entsprechen;
Einspritzer (11A), um den Treibstoff direkt in die Zylinder des Verbrennungsmotors (1) einzuspritzen; und
eine Steuereinheit (8B) zum Bestimmen der Treibstoffmengen, welche den Zylindern zugeführt werden, auf der Grundlage der angesaugten Luftmenge (Qa) und einem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis (A/Fo) und zur Steuerung der Einspritzer (11A) auf der Grundlage der Treibstoffzuführungsmengen;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (8B) in einem Betrieb, bei dem ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis (A/Fo) aufrecht erhalten wird und die Ansaugluftmenge (Qa) bei Aufrechterhaltung dieses Ziel-Luft/Treibstoffverhältnisses (A/Fo) zunimmt, die...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welches z.B. aus DE 196 45 715 A1 bekannt ist.
Bei für Kraftfahrzeuge verwendeten Verbrennungsmotoren sind Treibstoffeinspritzer im allgemeinen in einem Ansaugkrümmer eines Ansaugrohrs angeordnet, so daß der Treibstoff den Zylindern zusammen mit der angesaugten Luft zugeführt wird.
6 ist ein Diagramm, welches den Aufbau einer konventionellen Treibstoffsteuerung (Treibstoffcontroller) für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht, welcher Einspritzer hat, die in dem Ansaugrohr vorgesehen sind.
In 6 wird ein Verbrennungsmotor 1 durch eine Vielzahl von Zylindern gebildet. Hier wird der Einfachheit halber nur ein Zylinder gezeigt.
Ein Ansaugrohr 1a und ein Abgasrohr 1b sind über eine Verbrennnungskammer des Motors 1 verbunden, und eine Kurbelwelle 1c ist mit einem Ende des Motors 1 gekoppelt.
Das Ansaugrohr 1a liefert die angesaugte Luft und den Treibstoff an den Motor 1, und das Abgasrohr 1b saugt Abgase nach der Verbrennung in dem Motor 1 ab. Die Kurbelwelle 1c dreht sich, da sie mit dem Motor 1 verbunden ist. Das Kühlwasser 1d, welches die Peripherie des Motors 1 umgibt, kühlt den Motor 1.
Eine Luftflußsensor 2, welcher in einem Einlaßanschluß des Ansaugrohrs 1a vorgesehen ist, mißt die Menge der von dem Motor 1 angesaugten Luft als Ansaugluftmenge-Daten Qa.
Ein Drosselventil 3, welches in dem Ansaugrohr 1a vorgesehen ist, wird geöffnet und geschlossen, da es mit einem Gaspedal (nicht gezeigt) in Verbindung steht, welches von einem Fahrer betätigt wird, um die Menge Qa der von dem Motor 1 angesaugten Luft einzustellen.
Ein Drossel-Öffnungssensor 4, welcher für das Drosselventil 3 vorgesehen ist, erfaßt eine Position des Drosselventils 3, d.h, erfaßt einen Drosselöffnungsgrad θ.
Ein Kurbelwinkelsensor, welcher in Beziehung zu der Kurbelwelle 1b vorgesehen ist, gibt ein Pulssignal bzw. Kurbelwinkelsignal SGT synchron mit der Umdrehung der Kurbelwelle 1c aus. Das Kurbelwinkelsignal SGT stellt die Drehzahl-Daten des Motors 1 und die Winkelpositions-Daten der Kurbelwelle 1c dar.
Ein Wassertemperatursensor 6 zur Erfassung der Temperatur Tw des Kühlwassers 1d arbeitet als eine Vorrichtung zur Erfassung des Warmzustands des Motors 1.
Ein Sauerstoffsensor 7, welcher in dem Abgasrohr 1b vorgesehen ist, erfaßt die Sauerstoffkonzentration Do in den von dem Motor 1 in das Abgasrohr 1b abgelassenen Abgasen.
Eine Steuerschaltung 8, welche durch einen Mikrocomputer gebildet wird, empfängt Daten (Qa, θ, SGT, Tw, Do, usw.), welche von verschiedenen Sensoren erfaßt werden, die an verschiedenen peripheren Abschnitten des Motors montiert sind, gibt Antriebssteuersignale an verschiedene Stellglieder (Zündkerzen und Einspritzer, welche später beschrieben werden) aus, abhängig von den Betriebsbedingungen, und führt eine Anzahl von Sequenzantriebs-Steuervorgängen (Zündzeitpunkt-Steuervorgang und Treibstoffeinspritz-Steuervorgang) für jeden der Zylinder des Motors 1 durch. Somit wird der Motor 1 durch Verbrennung zu gewünschten Zündzeitpunkten und bei einem gewünschten Luft/Treibstoffverhältnis betrieben.
Eine Zündkerze 9, welche in der Verbrennungskammer in dem Zylinder des Motors 1 vorgesehen ist, wird durch ein Zündsteuersignal P aus der Steuerschaltung 8 betrieben.
Ein Umgehungsdurchgang BP (Bypaß) ist so im Verhältnis zum Ansaugrohr 1a vorgesehen, daß das Drosselventil 3 umgangen wird.
Ein Luftumgehungsventil 10 (Luftbypaßventil), welches in dem Umgehungsdurchgang BP vorgesehen ist, wird von einem Umgehungs-Steuersignal B (Bypaß-Steuersignal) aus der Steuerschaltung 8 betrieben, es öffnet und schließt den Umgehungsdurchgang BP, um so die Menge der das Drosselventil 3 umgehenden Luft einzustellen, damit das Drehmoment gesteuert wird während das Fahrzeug läuft, und die Drehzahl des Motors während des Leerlaufbetriebs (wenn das Drosselventil 3 vollständig geschlossen ist) gesteuert wird.
Ein Einspritzer 11 ist in dem Ansaugkrümmer an einer Position auf der stromabwärts liegenden Seite des Ansaugrohrs 1a montiert, und wird durch ein Einspritzsteuersignal J aus der Steuerschaltung 8 betrieben, um dem Motor 1 Treibstoff zuzuführen.
Ein Abgasrückflußrohr EP, welches das Ansaugrohr 1a mit dem Abgasrohr 1b verbindet schickt die aus dem Motor abgegebenen Abgase zurück an die Verbrennungskammer, um so die Abgase erneut zu verbrennen, zur Verminderung von NOx.
Ein Abgasrückflußventil 12 (EGR-Ventil; EGR = Exhaust Gas Reflux), welches in dem Abgasrückflußrohr EP vorgesehen ist, wird von einem Abgasrückfluß-Steuersignal E aus der Steuerschaltung 8 betrieben, um die aus dem Abgasrohr 1b in das Ansaugrohr 1a zurückfließende Abgasmenge zu steuern.
Ein Zylinderidentifikationssensor 13, welcher an der Nockenwelle des Motors 1 angebracht ist, schickt ein Zylinderidentifikationssignal SGC an die Steuerschaltung 8, um die Zylinder zu identifizieren, in welchen die Verbrennung synchron mit dem Betrieb des Ansaugventils des Motors 1 stattfindet.
Erfassungssignale Qa, θ, SGT, Tw, Do und SGC, welche aus den Sensoren 2, 4 bis 7 und 13 erhalten werden, werden in die Steuerschaltung 8 eingegeben. Stellglieder (Stellorgane) 9 bis 12 werden von den Steuersignalen P, B, J und E betrieben, welche aus der Steuerschaltung 8 ausgegeben werden.
In einer konventionellen Vorrichtung, welche wie in 6 gezeigt aufgebaut ist, wenn ein Einspritzsteuersignal J aus der Steuerschaltung 8 ausgegeben wird, wird der Einspritzer 11 abhängig von der Antriebspulsbreite des Einspritzsteuersignals J betrieben, und Treibstoff einer Menge, welche dem Einspritzsteuersignal J entspricht, wird in das Ansaugrohr 1a eingespritzt.
Wenn Treibstoff außerhalb des Zylinders eingespritzt wird, haftet der Treibstoff jedoch teilweise an den Innenwänden des Ansaugrohrs 1a und an den Ansaugventilen des Motors an, bevor er in den Zylinder des Motors 1 angesaugt wird. Treibstoff haftet insbesondere dann an, wenn die Temperatur niedrig ist (zu Beginn des Betriebs), wobei der Treibstoff weniger verdampft, oder während einer Übergangsbetriebsbedingung, bei welcher ein Ansprechen für die Treibstoffmenge erforderlich ist, was zur Emission von Abgasen führt, die schädliche Komponenten in großen Mengen enthalten.
Daher wurde in der Vergangenheit eine Direkteinspritzung vorgeschlagen, um Treibstoff direkt in die Zylinder des Motors einzuspritzen.
Die Direkteinspritzung erregt Aufmerksamkeit als ein idealer Motor, und bietet die folgenden Wirkungen (1) bis (4), wenn sie für Benzinmotoren in allgemeinen Kraftfahrzeugen verwendet wird.
(1) Verringerung der Giftgasmenge in Abgasen.
Der Treibstoff wird nahe der Zündkerze 9 (siehe 6) direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt. Daher kann das Luft/Treibstoffverhältnis verringert werden (magere Verbrennung), ohne daß eine Verzögerung im Transport des Treibstoffs berücksichtigt werden muß, was die Möglichkeit eröffnet, die Mengen an giftigem HC-Gas und CO-Gas zu verringern.
(2) Verbesserung des Treibstoffverbrauchs.
Der Treibstoff wird abhängig von dem Zündzeit punkt kurz vor der Zündung eingespritzt. Daher wird zum Zeitpunkt der Zündung eine entzündliche Treibstoffwolke um die Zündkerze 9 gebildet, und die Verteilung des Mischgases, welches Treibstoff enthält, wird ungleichmäßig, was die Schaffung einer geschichteten Verbrennung (stratified combustion) ermöglicht. Dies ermöglicht eine größere Verringerung des auftretenden Luft/Treibstoffverhältnisses (macht das Luft/Treibstoffverhältnis mager) der Menge des zugeführten Treibstoffs zur Menge der in den Zylinder des Motors 1 angesaugten Luft.
Weil bei geschichteter Verbrennung auch ein erhöhter Abgasrückfluß die Zündfähigkeit nicht negativ beeinträchtigt, kann dies zu einer Erhöhung der Ansaugluftmenge (Qa) führen. Daher nimmt der Pumpverlust ab und der Treibstoffverbrauch wird verringert.
(3) Erhöhung der Ausgangsleistung des Motors 1.
Die Mischluft konzentriert sich um die Zündkerze 9, und folglich nimmt das Endgas (Mischgas in einem von der Zündkerze 9 entfernten Gebiet) ab, was eine Verringerung des Klopfens bewirkt. Aufgrund der geschichteten Verbrennung tritt daher weniger Klopfen auf, und das Verdichtungsverhältnis des Motors 1 kann erhöht werden.
Ferner verdampft der Treibstoff in dem Zylinder, und der verdampfte Treibstoff entnimmt der Luft in dem Zylinder die Verdampfungswärme. Daher nimmt die Dichte der Ansaugluft zu, die Volumeneffizienz wird erhöht und der Motor 1 erzeugt eine höhere Ausgangsleistung.
(4) Verbesserung der Steuerbarkeit.
Da der Treibstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, wird die Zeitverzögerung zwischen dem Zuführen des Treibstoffs und der Erzeugung einer Ausgangsleistung durch den Motor 1 durch Verbrennen des Treibstoffs im Vergleich mit dem Fall der Vorrichtung in der 6 verkürzt. Dies ermöglicht die Verwirklichung eines Motors, welcher schnell auf die Wünsche eines Fahrers anspricht.
Bei der Direkteinspritzung existiert ein Magerbetriebsmodus, in welchem der Treibstoff in sehr kleiner Menge während des Verdichtungstakts zugeführt wird, um eine sehr magere geschichtete Verbrennung zu schaffen, zur Verbesserung der Emissionen und des Treibstoffverbrauchs, und ein stöchiometrischer Betriebsmodus, in welchem der Treibstoff in einer erforderlichen Menge während des Ansaugtakts zugeführt wird, um eine erhöhte Leistung zu erzeugen, unter Verlaß auf die Zündung eines gewöhnlichen, homogenen Mischgases.
In dem Verdichtungstakt-Einspritzmodus (magerer Betrieb) wird der Betrieb im Vergleich mit dem Ansaugtakt-Einspritzmodus (stöchiometrischer Betrieb) auf der mageren Seite durchgeführt. Daher muß die Luft Qa in einer erhöhten Menge 1 relativ zu einem gegebenen Drosselöffnungsgrad θ (Gaspedal- Öffnungsgrad) zugeführt werden. Daher muß die Menge Qa der angesaugten Luft, welche gewöhnlich nur durch die Gaspedalbetätigung des Fahrers gesteuert wird, durch ein weiteres System erhöht werden.
7 ist ein Diagramm, welches den Aufbau einer konventionellen Direkteinspritzung eines Verbrennungsmotors veranschaulicht, welche z.B. in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 186034/1987 offenbart ist, wobei in der Figur die gleichen Bestandteile wie die oben beschriebenen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden, deren Beschreibung aber nicht wiederholt wird.
Die hier gezeigte Treibstoffsteuervorrichtung korrigiert die Treibstoffeinspritzmenge abhängig von einer Veränderung im Treibstoffdruck, um eine Fluktuation im Motordrehmoment zu unterdrücken.
In 7 steuert die Steuerschaltung 8A z.B. die Menge des zugeführten Treibstoffs im Verhältnis zur Steuerung des Treibstoffs und der Einspritzzeit, sie gibt ein Einspritzsteuersignal J aus, treibt den Einspritzer 11A zumindest entweder während des Ansaugtakts oder des Verdichtungstakts an, um dadurch den Treibstoff einzuspritzen. Hier wird ein zu steuernder Zylinder auf der Grundlage eines Zylinderidentifikationssignals SGC identifiziert, um den Einspritzer 11A jedes Zylinders zu steuern.
Der Einspritzer 11A ist nicht in dem Ansaugrohr 1a montiert, sondern ist direkt in der Verbrennungskammer eines Zylinders des Motors 1 montiert, und wurde dafür ausgelegt bei hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck zu arbeiten, um Hochdrucktreibstoff innerhalb einer kurzen Zeitperiode während des Ansaugtakts oder des Verdichtungstakts einzuspritzen.
Ein Einspritzer-Treiber 14 (injector driver), welcher zwischen der Steuerschaltung 8A und dem Einspritzer 11A eingefügt ist, wandelt das Einspritzsteuersignal J aus der Steuerschaltung 8A in ein Einspritzsteuersignal K für den Hochgeschwindigkeits- und Hochdruckbetrieb, um dadurch den Einspritzer 11A zu betätigen.
Ansprechend auf das Einspritzsteuersignal J aus der Steuerschaltung 8A gibt der Einspritzer-Treiber 14 ein Einspritzsteuersignal K mit verstärkter großer elektrischer Leistung aus, um Treibstoff mit einem Druck einzuspritzen, welcher den Druck in dem Zylinder überwindet.
Das Luftumgehungsventil 10A dient dazu, das Drehmoment während des Magerbetriebs zu steuern, einschließlich wenn das Fahrzeug fährt, zusätzlich zur Steuerung der Drehzahl des Motors während der Leerlaufbedingung, in welcher das Drosselventil 3 vollständig geschlossen ist, und wurde ausgelegt um den Steuerungsbereich der durch den Umgehungsdurchgang angesaugten Luft zu erhöhen.
Im folgenden wird der Betrieb der konventionellen Direkteinspritzung für einen Verbrennungsmotor, welche in 7 gezeigt wird, unter Bezugnahme auf ein Flußdiagramm in 8, ein Zeitdiagramm in 9 und Diagramme in den 10 bis 13 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 9 wird eine Maximalmenge Qmax von Ansaugluft, welche eine obere Grenze der Ansaugluftmenge Qa ist, ausschließlich abhängig von den Betriebsbedingungen, wie dem Drosselöffnungsgrad θ, usw. betrieben.
In diesem Fall wird das Luft/Treibstoffverhältnis A/F so gesteuert, daß es ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo wird, und die zugeführte Treibstoffmenge F nimmt abhängig von einer Erhöhung der Ansaugluftmenge Qa zu.
Wenn die Ansaugluftmenge Qa anormal über die Maximalmenge Qmax von angesaugter Luft zunimmt, und die Motordrehzahl Ne eine erste maximale Drehzahl Nmax1 (siehe durchgezogene Linie in 9) überschreitet, wird der Treibstoff unterbrochen und die Treibstoffzuführmenge F wird auf 0 gesetzt.
Wenn die Motordrehzahl Ne aufgrund der Treibstoffunterbrechung unter eine zweite maximale Drehzahl Nmax2 (siehe gepunktete Linie in 9) fällt, wird die Treibstoffzuführmenge F erneut eingestellt und die Motordrehzahl Ne nimmt zu.
Die zweite maximale Drehzahl Nmax2 wurde um ungefähr 100 U/min niedriger eingestellt als die erste maximale Drehzahl Nmax1.
Somit wird durch Schaffen einer Hysterese zwischen der ersten maximalen Drehzahl Nmax1 und der zweiten maximalen Drehzahl Nmax2 ein Pendeln unterdrückt.
Begleitend zu einer Erhöhung der Ansaugluftmenge Qa nimmt die Motordrehzahl Ne ab einer Zeit t1 zusammen mit dem Motordrehmoment Te zu.
Da das Motordrehmoment Te und die Motordrehzahl Ne aufgrund der Unterbrechung des Treibstoffs begrenzt werden, wird die Ansaugluftmenge Qa zu einem Zeitpunkt t2 unterdrückt, aufgrund einer Abnahme der Motordrehzahl Ne.
10 ist ein Diagramm eines zweidimensionalen Kennfelds zum Betreiben eines Ziel-Motordrehmoments To, wobei die Abszisse die Motordrehzahl Ne wiedergibt, und die Ordinate den Drosselöffnungsgrad θ.
In 10 wird ein Ziel-Motordrehmoment To1 ausschließlich abhängig von der erfaßten Motordrehzahl Ne1 und dem Drosselöffnungsgrad θ1 berechnet.
11 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Luft/Treibstoffverhältnis A/F und dem Motordrehmoment Te veranschaulicht, und zeigt Kennlinien, wenn die Ansaugluftmenge Qa auf vorbestimmte Werte Q1 bis Q3 eingestellt wird.
In diesen Kennlinien wird das Motordrehmoment Te in der Nähe (A/F = 13) des stöchiometrischen Luft/Treibstoffverhältnisses (A/F = 14.7) zu einem Maximum, unabhängig von der Ansaugluftmenge Qa. Mit der Maximalmenge Q3 von angesaugter Luft erhöht sich das Motordrehmoment T4 auf ein Maximum.
Strichpunktierte Linien sind Kennlinien, die erhalten werden, indem die Luft/Treibstoffverhältnisse A/F1 bis A/F3 und die Motordrehmomente T1 bis T3 aufgetragen werden, wenn die Treibstoffzuführmenge F an einem vorbestimmten Wert auf jeder der Kennlinien festgelegt wird.
Wenn die Treibstoffzuführmenge F konstant eingestellt ist, wie durch eine strichpunktierte Linie angegeben, nimmt das Motordrehmoment Te leicht zu, begleitet von einer Erhöhung der Ansaugluftmenge von Q1 auf Q3. Eine Fluktuation im Motordrehmoment Te wird jedoch im Vergleich mit dem Fall, daß das Luft/Treibstoffverhältnis A/F konstant eingestellt ist, unterdrückt.
Hier wird ein Zustand angenommen, bei welchem die Ansaugluftmenge erhöht wird, indem Luft durch das Luftumgehungsventil in dem Leerlaufbetriebszustand, in welchem das Drosselventil θ vollständig geschlossen ist, geleitet wird. Daher stellen die Kennlinien der Mengen Q2 und Q3 von angesaugter Luft der 11 die Fälle dar, in welchen die Ansaugluftmenge Qa aufgrund eines anormalen Zustandes in dem Ansaugsystem zugenommen hat.
12 ist ein Diagramm eines zweidimensionalen Kennfeldes zur Berechnung eines Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo und einer Maximalmenge Qmax der Ansaugluft, wobei die Abszisse die Motordrehzahl Ne darstellt, und die Ordinate das Motordrehmoment Te.
In 12 werden das Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo und die Maximalmenge Qmax der Ansaugluft ausschließlich in Abhängigkeit von der erfaßten Motordrehzahl Ne1 und des Motordrehmoments Te1 berechnet.
Repräsentativ gezeigt wird hier ein Kennfeld zum Betreiben des Ziel-Luft/Treibstoffverhältnisses A/Fo und der Maximalmenge Qmax der Ansaugluft in dem stöchiometrischen Betriebsmodus. Je nach Bedarf kann jedoch ein Kennfeld in einem anderen Betriebsmodus eingestellt werden, wie einem Magerbetriebsmodus.
13 ist ein Diagramm, welches die Charakteristik einer maximalen Drehzahl Nmax darstellt, welche in Abhängigkeit von dem Drosselöffnungsgrad θ eingestellt wird, wobei eine durchgezogene Linie die Charakteristik einer ersten maximalen Geschwindigkeit Nmax1 darstellt, und eine gestrichelte Linie die Charakteristik einer zweiten maximalen Drehzahl Nmax2 darstellt.
In 13 ist die erste maximale Geschwindigkeit Nmax1 bei einem Drosselöffnungsgrad θi (beinahe 0) nahe der Leerlaufbetriebsbedingung auf ungefähr 2500 U/min eingestellt, und die erste maximale Drehzahl Nmax1 bei einem maximalen Drosselöffnungsgrad θ ist auf ungefähr 5000 bis 6000 U/min eingestellt.
In 8 empfängt die Steuerschaltung 8A zunächst verschiedene Sensorsignale, d.h. einen Drosselöffnungsgrad θ, eine Motordrehzahl Ne, eine Ansaugluftmenge Qa, usw. (Schritt S1), und berechnet, wie in 10 gezeigt, ein Ziel-Motordrehmoment To aus dem Drosselöffnungsgrad θ und der Motordrehzahl Ne (Schritt S2).
Aus der vorliegenden Betriebsbedingung wird danach bestimmt ob der Ansaugtakt-Einspritzmodus (stöchiometrisch) oder der Verdichtungstakt-Einspritzmodus (mager) gewählt wird (Schritt S3), und es wird bestimmt, ob die vorliegende Betriebsbedingung in dem mageren Modus ist oder nicht (Schritt S4).
Wenn die Betriebsbedingung beispielsweise eine stationäre Laufbedingung ist, welche nicht eine Übergangsbedingung wie Beschleunigung oder Abbremsung ist, dann wird sie als diejenige bestimmt, in welcher der Magerbetrieb durchgeführt werden kann, d.h. sie wird als Magermodus bestimmt.
Abhängig von dem in Schritt S4 bestimmten Ergebnis werden ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo und eine maximale Menge Qmax der Ansaugluft aus der Motordrehzahl Ne und dem Drehmoment Te betrieben, indem ein Kennfeld (siehe 12) für den stöchiometrischen oder mageren Betrieb verwendet wird.
Wenn die Bedingung als Magermodus bestimmt wird (d.h. JA), werden ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo und eine maximale Menge Qmax der Ansaugluft für den Magermodus berechnet (Schritt S5). Wenn die Bedingung als der stöchiometrische Modus bestimmt wird (d.h. NEIN), werden ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo und eine maximale Menge Qmax der Ansaugluft für den stöchiometrischen Modus berechnet (Schritt S6).
Als nächstes wird die Treibstoffzuführungsmenge F aus der Ansaugluftmenge Qa und dem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo berechnet (Schritt S7), und es wird bestimmt ob die Ansaugluftmenge Qa eine maximale Menge Qmax der Ansaugluft überschritten hat (Schritt S8).
Wenn bestimmt wird, daß Qa > Qmax (d.h. JA), wird bestimmt, ob die Motordrehzahl Ne eine maximale Drehzahl Nmax überschritten hat (d.h. JA) oder nicht (Schritt S9).
Wenn bestimmt wird, daß Ne > Nmax (d.h. JA), wird der Treibstoff unterbrochen (Schritt Sl0), wie in 9 gezeigt, um zu verhindern, daß der Motor außer Kontrolle gerät.
Was den Schritt S9 anbetrifft, ist die Hysterese für die maximale Drehzahl Nmax der Einfachheit halber nicht abgebildet. Wie in den 9 und 13 gezeigt, besteht jedoch eine Hysterese zwischen der ersten maximalen Drehzahl Nmax1 zur Bestimmung von JA, und der zweiten maximalen Drehzahl Nmax2 zur Bestimmung von NEIN.
Andererseits, wenn bei Schritt S8 bestimmt wird, daß Qa ≤ Qmax (d.h. NEIN), und bei Schritt S9, daß Ne ≤ Nmax (d.h. NEIN), dann wird der Treibstoff nicht bei Schritt S10 unterbrochen, und die Verarbeitungsroutine der 8 endet.
Indem die Direkteinspritzung auf die oben beschriebene Weise verwendet wird, hält der Motor nicht an (siehe 11), trotz eines sehr mageren Verbrennungszustandes, welcher mit einem Luft/Treibstoffverhältnis AIF von nicht weniger als 30 geschaffen wird. Dementsprechend kann die Ansaugluftmenge Qa über einen vergrößerten Bereich gesteuert werden, und das Motordrehmoment Te kann ebenfalls über einen vergrößerten Bereich gesteuert werden.
Wenn das Motordrehmoment Te zu dem Zeitpunkt zu groß wird, da die Ansaugluftmenge Qa anormal zugenommen hat, muß daher die Motordrehzahl Ne von einer anormalen Erhöhung abgehalten werden.
In dem Fall der Direkteinspritzung wird insbesondere die Ansaugluftmenge durch den Umgehungsdurchgang über einen größeren Bereich gesteuert, und die Wirkung des Abgasrückflußgases muß aufgrund der mageren Verbrennung berücksichtigt werden. Dementsprechend neigt die Ansaugluftmenge Qa dazu, anormal erhöht zu sein, aufgrund der anormalen Bedingung in dem Umgehungs-Ansaugsystem bzw. in dem Abgasrückflußsystem, und eine anormale Erhöhung der Motordrehzahl Ne bleibt nicht länger vernachlässigbar.
Wie oben beschrieben, wird daher die Motordrehzahl Ne von einer anormalen Erhöhung abgehalten, indem der Treibstoff unterbrochen wird, mit der maximalen Drehzahl Nmax als Referenz.
Die erste maximale Drehzahl Nmax1 wurde jedoch in dem Leerlaufbetrieb auf ungefähr 2500 U/min eingestellt. Wenn die Ansaugluftmenge Qa anormal zugenommen hat aufgrund einer anormalen Bedingung in dem Ansaugsystem einschließlich der Abgasrückführung, nimmt die Motordrehzahl Ne daher anormal bis zu 2500 U/min zu, obwohl der Treibstoff unterbrochen ist.
Bei der in 6 gezeigten herkömmlichen Saugrohreinspritzung neigt der Motor jedoch dazu anzuhalten, wenn die Ansaugluftmenge Qa erhöht wird. Daher wird die Ansaugluftmenge nicht in starkem Maß gesteuert. Mit anderen Worten, die Ansaugluftmenge Qa wird nicht zu groß, und die Motordrehzahl Ne nimmt nur in vernachlässigbarem Maß anormal zu.
Andererseits wird bei der herkömmlichen Direkteinspritzung die Motordrehzahl Ne dadurch von einer anormalen Erhöhung abgehalten, daß der Treibstoff auf der Grundlage der maximalen Ansaugluftmenge Qmax und der maximalen Drehzahl Nmax unterbrochen wird, wodurch jedoch das Problem bleibt, daß es nicht möglich ist, eine anormale Erhöhung der Motordrehzahl Ne zu unterdrücken, welche durch eine anormalen Erhöhung der Ansaugluftmenge Qa verursacht wird, insbesondere während der Leerlaufbetriebsbedingung.

Aus EP 0 501 541 A1 ist es bekannt, eine Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine mit Direkteinspritzung zur Abmilderung von Transienten im Motordrehmoment, die dann entstehen, wenn im Schubbetrieb die Treibstoffzufuhr abgeschaltet wird, derart zu steuern, dass einem Übergangsbetriebszustand die Treibstoffeinspritzung in eine progressiv zunehmende Anzahl von Zylindern unterbrochen wird.

Aus DE 195 36 098 A1 ist ein System zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung bekannt, welches die Verbrennungstemperatur berücksichtigt. Aus DE 197 11 477 A1 ist ein System bekannt, welches im Prinzip so arbeitet wie in 9 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um das oben erwähnte Problem zu lösen, und ihre Aufgabe ist es, ein verbessertes Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschreiben.

Erfindungsgemäß wird ein Steuersystem geschaffen, bei welchem ein oberer Grenzwert der Treibstoffzuführungsmenge abhängig von der Betriebsbedingung eingestellt wird, und die Treibstoffzuführungsmenge (Antriebsbreite für den Einspritzer) unterbrochen wird in Abhängigkeit vom Gaspedalöffnungsgrad (erforderliches Drehmoment) eines Fahrers, um ein fehlersicheres Verhalten gegenüber einer Erhöhung der Ansaugluftmenge (Erhöhung des Motordrehmoments), welches von einem defekten Umgehungsventil oder dergleichen bewirkt wird, zu bieten, und um zuverlässig eine anormale Erhöhung der Motordrehzahl zu unterdrücken.

1 ist ein funktionales Blockdiagramm, welches eine Steuerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist ein Flußdiagramm, welches einen Steuersequenzvorgang gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 ist ein Zeitdiagramm zur Erklärung des Steuersequenzvorgangs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Kennfelddiagramm zur Berechnung einer maximalen Menge zugeführten Treibstoffs (oberer Grenzwert) durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer maximalen Menge von zugeführtem Treibst off in 1 (Schritt S12 in 2);
5 ist ein Diagramm, welches den Vorgang zur Berechnung einer Breite zum Antreiben des Einspritzers durch die Einspritzer-Steuervorrichtung der 2 veranschaulicht;
6 ist ein Diagramm, welches den Aufbau einer konventionellen Treibstoffsteuerung für einen Verbrennungsmotor auf der Grundlage eines Systems zum Einspritzen von Treibstoff in das Ansaugrohr veranschaulicht;
7 ist ein Diagramm, welches den Aufbau einer allgemeinen Direkteinspritzung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht;
8 ist ein Flußdiagramm, welches einen Steuersequenzvorgang durch eine konventionelle Direkteinspritzung für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht;
9 ist ein Zeitdiagramm zur Erklärung des Steuersequenzvorgangs durch die konventionelle Direkteinspritzung für den Verbrennungsmotor;
10 ist ein Kennfeld zum Betreiben eines Ziel-Motordrehmoments durch die konventionelle Direkteinspritzung für den Verbrennungsmotor;
11 ist ein Diagramm mit Kennlinien, welche eine Beziehung zwischen dem Luft/Treibstoffverhältnis und dem Drehmoment veranschaulichen, unter Verwendung einer allgemeinen Direkteinspritzung für den Verbrennungsmotor;
12 ist ein Kennfeld zum Betreiben eines Ziel-Luft/Treibstoffverhältnisses und einer maximaler Menge von angesaugter Luft durch eine konventionelle Direkteinspritzung für den Verbrennungsmotor; und
13 ist ein Kennliniendiagramm, welche eine Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der Motordrehzahl durch die konventionelle Direkteinspritzung für den Verbrennungsmotor veranschaulichen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein funktionales Blockdiagramm, welches eine Steuerschaltung 8B nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und in welcher der nicht gezeigte Aufbau mit dem in 7 gezeigten übereinstimmt.
Hier wird der Einfachheit halber jeder Block auf eine Weise gezeigt, daß er parallel verarbeitet wird. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß in der Praxis jeder Block auf eine serielle Weise bearbeitet wird, synchron mit einem Kurbelwinkelsignal SGT, wie es in dem Flußdiagramm (später beschrieben) der 2 gezeigt ist.
In 1 schließen die verschiedenen Sensoren 20 den oben erwähnten (siehe 7) Ansaugluftmenge-Sensor 2, den Drosselöffnungsgrad-Sensor 4, den Kurbelwinkelsensor 5 und den Wassertemperatursensor 6 ein, und schicken eine Vielzahl von Erfassungssignalen als die Betriebszustände anzeigende Daten an eine Steuerschaltung 8B.
Die Steuerschaltung 8B begrenzt die Antriebsbreite Tj (entspricht der Treibstoffzuführungsmenge) eines Einspritzsteuersignals J, welches an einen Einspritzer 11A über einen Einspritzer-Treiber 14 angelegt wird, auf einen oberen Grenzwert, welcher von den Betriebsbedingungen abhängt, und stellt den oberen Grenzwert auf einen niedrigen Wert, wenn die Kühlwassertemperatur Tw hoch ist.
Die Steuerschaltung 8B enthält eine Maximaldrehzahls-Betriebsvorrichtung 81 zum Betreiben einer maximalen Drehzahl Nmax in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, und eine Drehzahlserhöhung-Bestimmungsvorrichtung 82 zur Bestimmung einer anormalen Erhöhung der Motordrehzahl Ne, und eine Treibstoffunterbrechungs-Steuervorrichtung 83 zur Ausgabe eines Treibstoffunterbrechungssignals FC ansprechend auf ein Bestimmungssignal HN aus der Drehzahlserhöhung-Bestimmungsvorrichtung 82.
Die Steuerschaltung 8B enthält ferner eine Maximaltreibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 84 zum Betreiben einer maximalen Menge Fmax von zugeführtem Treibstoff, abhängig von den Betriebsbedingungen, eine Ziel-Motordrehmoment-Betriebsvorrichtung 85 zum Betreiben eines Ziel-Motordrehmoments To abhängig von den Betriebsbedingungen, eine Steuermodus-Betriebsvorrichtung 86 zur Bestimmung eines Steuermodus M auf der Grundlage der Betriebsbedingungen, und eine Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis-Betriebsvorrichtung 87 zum Betreiben eines Ziel Luft/Treibstoffverhältnisses A/Fo abhängig von den Betriebsbedingungen und von dem Steuermodus M.
Die Steuerschaltung 8B enthält ferner eine Treibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 88 zum Betreiben der Menge F von zugeführtem Treibstoff, auf der Grundlage des Ziel-Motordrehmoments To und des Ziel-Luft/Treibstoffverhältnisses A/Fo, und eine Einspritzer-Steuervorrichtung 89 zur Ausgabe eines Einspritzsteuersignals J auf der Grundlage der Treibstoffzuführungsmenge F.
Die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 schaltet das Einspritzsteuersignal J ansprechend auf das Treibstoffunterbrechungssignal FC aus, und begrenzt die Antriebsbreite Tj des Einspritzsteuersignals J ansprechend auf die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax.
Die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 hat eine Treibstoffunterbrechungsfunktion, welche ansprechend auf das Treibstoffunterbrechungssignal FC arbeitet, und eine Abschneidefunktion, welche ansprechend auf die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax arbeitet, und gibt ein Abschneidesignal FL aus, wenn das Einspritzsteuersignal J (Antriebsbreite Tj für den Einspritzer 11A) auf den oberen Grenzwert begrenzt wurde.
Die Steuerschaltung 8B enthält ferner eine Luft/Treibstoffverhältnis-Betriebsvorrichtung 91 zum Betreiben eines praktischen Luft/Treibstoffverhältnisses A/F auf der Grundlage der Betriebsbedingungen (Ansaugluftmenge Qa) und der Treibstoffzuführungsmenge F, eine Subtrahiervorrichtung zum Betreiben eine Abweichungsmenge ΔA/F zwischen dem Luft/Treibstoffverhältnis A/F und dem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo, und eine Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung 93 zur Bestimmung eines Defekts in dem Ansaugsystem auf der Grundlage der Abweichungsgröße ΔA/F und des Abschneidesignals FL.
Die Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung 93 gibt ein Defektbestimmungssignal HQ aus, welches einen Defekt in dem Ansaugsystem anzeigt, wenn ein Zustand, in welchem die Abweichungsgröße ΔA/F größer als ein vorbestimmter Wert γ ist, länger als eine vorbestimmte Zeitspanne TH anhält.
Der Steuersequenzvorgang gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und die 7, 10 und 11 beschrieben.
2 ist ein Flußdiagramm, welches den Steuersequenzvorgang nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und 3 ist ein Zeitdiagramm, welches den Steuersequenzvorgang nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
In der 2 sind die Schritte S3, S4, S7, S9 und S10 die gleichen wie die oben beschriebenen (siehe 8), und werden hier nicht ausführlich beschrieben.
4 ist ein Kennfelddiagramm zum Betreiben einer maximalen Treibstoffzuführungsmenge Fmax durch die Maximaltreibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 82 der 1 (siehe Schritt S12 in 2). 5 ist ein Kennliniendiagramm, welches eine maximale Antriebsbreite Tj des Einspritzsteuersignals J, welches aus der Einspritzer-Steuervorrichtung 89 der 1 ausgegeben wird, veranschaulicht, und zeigt eine Einspritzer- Antriebsbreite Tj, die abhängig von der maximalen Treibstoffzuführungsmenge Fmax begrenzt wird.
In 2 liest die Steuerschaltung 8B zunächst einen Drosselöffnungsgrad θ, eine Motordrehzahl Ne, eine Ansaugluftmenge Qa, eine Kühlwassertemperatur Tw, usw. als Betriebsbedingungsdaten (Schritt S11).
Dann bestimmt die Ziel-Motordrehmoment-Betriebsvorrichtung 85 in der Steuerschaltung 8B ein Ziel-Motordrehmoment To aus einem Kennfeld (siehe 10), und die Maximaltreibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 84 bestimmt aus einem Kennfeld eine maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax (oberer Grenzwert für das Abschneiden) (Schritt S12).
Das bedeutet, daß hinsichtlich des Ziel-Motordrehmoments To, wie oben beschrieben, der Gaspedal-Öffnungsgrad des Fahrers aus dem Drosselöffnungsgrad θ erfaßt wird, und ein Ziel-Motordrehmoment To1 abhängig von der Motordrehzahl Ne1 berechnet wird, indem der erfaßte Drosselöffnungsgrad θ1 als ein von dem Motor 1 zu erzeugendes Drehmoment angesehen wird.
Ferner wird die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax mittels eines Kennfeldes, wie es in 4 gezeigt ist, berechnet. Das bedeutet, daß die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax1 ausschließlich aus der erfaßten Motordrehzahl Ne1 und dem Ziel-Motordrehmoment To1 berechnet wird.
Konkret gesprochen betreibt die Maximaltreibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 84 eine Treibstoffzuführungsmenge F, welche zur Erzielung des Ziel-Motordrehmoments To notwendig ist, und berechnet eine maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax1 aus der Motordrehzahl Ne1 (Drehgeschwindigkeit) der 4 auf der Grundlage der Treibstoffzuführungsmenge F.
Die Motordrehzahl Ne neigt dazu mit einer Erhöhung der Kühlwassertemperatur Tw anormal zuzunehmen. Daher korrigiert die Maximaltreibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 84 die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax abhängig von der Kühlwassertemperatur Tw, und stellt die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax ansprechend auf die Kühlwassertemperatur Tw niedrig ein.
Als nächstes bestimmt die Steuermodus-Bestimmungsvorrichtung 86 den Steuermodus M abhängig von den Betriebsbedingungen (Schritte S3, S4), die Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis-Betriebsvorrichtung 87 betreibt (Schritt S15) ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo für den Magermodus oder betreibt (Schritt S16) ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo für den stöchiometrischen Modus, abhängig von dem Steuermodus M.
Ferner betreibt die Treibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 88 (Schritt S7) die Treibstoffzuführungsmenge F abhängig von der Ansaugluftmenge Qa, dem Ziel-Motordrehmoment To und dem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo, und die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 gibt ein Einspritzsteuersignal J aus, welches von der Treibstoffzuführungsmenge F abhängt.
5 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Antriebsbreite Tj des Einspritzsteuersignals J und der Treibstoffzuführungsmenge F. Die Antriebsbreite Tj wird ausschließlich in Abhängigkeit von den Spezifikationen des Einspritzers 11A bestimmt (siehe 7), und die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 berechnet ausschließlich die Antriebsbreite Tj1, welche ein oberer Grenzwert zum Betreiben des Einspritzers ist und der maximalen Treibstoffzuführungsmenge Fmax1 entspricht.
Dementsprechend, wenn die Treibstoffzuführungsmenge F die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax überschreitet, schneidet die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 die Antriebsbreite Tj des Einspritzsteuersignals J ab, um die Treibstoffzuführungsmenge F so zu begrenzen, daß sie nicht größer ist als die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax, zur Unterdrückung einer anormalen Erhöhung des Motordrehmoments Te.
Nun wird unter Bezugnahme auf 11 der Betrieb zur Unterdrückung des Motordrehmoments Te durch Abschneiden der Treibstoffzuführungsmenge F beschrieben.
In 11 zeigt eine Kennlinie, auf welcher das Motordrehmoment Te auf dem niedrigsten Pegel bleibt, die Charakteristiken, die gegeben sind, wenn das Luftumgehungsventil 10A sich in einem feherfreien Zustand befindet. Die anderen beiden Kennlinien zeigen die Charakteristiken, die gegeben sind, wenn die Menge Qa der von dem Motor angesaugten Luft übermäßig zugenommen hat, aufgrund eines defekten Luftumgehungsventils 10A.
Wie oben beschrieben, wird das Motordrehmoment Te in der Nähe von A/F = 13 maximal, und nimmt ab wenn A/F < 13 (Zustand, bei welchem der Treibstoff in übermäßigen Mengen zugeführt wird) und A/F > 13 (Zustand, bei welchem der Treibstoff in kleinen Mengen zugeführt wird). In der konventionellen Vorrichtung der 6 findet die Verbrennung nur innerhalb eines Bereiches des Luft/Treibstoffverhältnisses von ungefähr A/F ≤ 16 statt. Durch Verwenden der Direkteinspritzung der 7, kann der Motor jedoch selbst in einem Bereich des Luft/Treibstoffverhältnisses von A/F ≥ 30 betrieben werden (obwohl die Ausgangsleistung abnimmt).
Wenn beispielsweise die Ansaugluftmenge Qa von einem normalen Wert Q1 auf einen anormalen Wert Q3 übermäßig zugenommen hat, nimmt das Motordrehmoment T1 unter der normalen Bedingung auf einen anormalen Wert T4 zu, wenn das Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo so gesteuert wird, daß es konstant bleibt.
Indem die Treibstoffzuführungsmenge F mit einer maximalen Treibstoffzuführungsmenge Fmax. abgeschnitten wird, verschiebt sich jedoch das Luft/Treibstoffverhältnis A/F fortschreitend zur mageren Seite, von einem normalen Wert A/F1 zu A/F2 und zu A/F3, wie durch eine strichpunktierte Linie angezeigt.
Daher verschiebt sich das Motordrehmoment Te (Motorausgangsleistung) von einem Motordrehmoment T1 unter der normalen Bedingung auf leicht erhöhte Motordrehmomente T2, T3, welche eine Verringerung in dem Pumpverlust begleiten, d.h. die Zunahme wird auf einen ausreichenden Grad unterdrückt.
Der aus dem Einspritzer 11A dem Motor 1 zugeführte Treibstoff verbrennt nicht ganz, und die Treibstoffzuführungsmenge F wird nicht direkt von dem Motordrehmoment Te wiedergegeben. Der Verbrennungszustand ist unterschiedlich, abhängig von den Betriebsbedingungen. Insbesondere wenn die Kühlwassertemperatur niedrig ist, wird die Verdampfung des Treibstoffs nicht gefördert, und es ist wünschenswert die Treibstoffzuführungsmenge F zu erhöhen.
Daher bestimmt die Maximaltreibstoffzuführungsmengen-Betriebsvorrichtung 84 ob die Kühlwassertemperatur Tw niedriger als eine vorbestimmte Temperatur α ist (Schritt S18), und erkennt, daß der Motor 1 in einem Kaltzustand ist, wenn bestimmt wird, daß Tw < α (d.h. JA), und das Programm schreitet zu einem Schritt S24 fort, welcher später beschrieben wird.
Das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt S18 wird beim nächstem Schritt S12 reflektiert, und der obere Grenzwert der Treibstoffzuführungsmenge F (Antriebsbreite Tj für die Einspritzung 11A) oder die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax wird auf einen großen Wert gesetzt.
Daher, wenn die Kühlwassertemperatur Tw niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur α, wird die Treibstoffzuführungsmenge F erhöht.
Wenn bei Schritt S18 bestimmt wird, das Tw ≥ α (d.h. NEIN), wird dann bestimmt, ob die Treibstoffzuführungsmenge F größer ist als die maximalen Treibstoffzuführungsmenge Fmax oder nicht (Schritt S19).
Wenn bestimmt wird, daß F < Fmax (d.h. NEIN), schreitet das Programm zum Schritt S24 fort. Wenn bestimmt wird, daß F ≥ Fmax (d.h. JA), wird die Treibstoffzuführungsmenge F auf die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax abgeschnitten (Schritt S20).
Wie in 3 gezeigt, nimmt daher das Luft/Treibstoffverhältnis A/F zu (verschiebt sich zur mageren Seite), ab einer Zeit t3, zur welcher die Treibstoffzuführungsmenge F die maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax überschreitet, und das Motordrehmoment Te wird auf das maximale Motordrehmoment Tmax abgeschnitten.
Das bedeutet, daß die Pulsbreite (Antriebsbreite Tj) des Einspritzsteuersignals J abgeschnitten wird, abhängig von dem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo unter einer normalen Bedingung, und das Luft/Treibstoffverhältnis A/F verschiebt sich von dem Luft/Treibstoffverhältnis A/F1 unter einer normalen Bedingung zu mageren Luft/Treibstoffverhältnissen A/F2, A/F3 hin (siehe 11).
In diesem Fall erfaßt ferner die Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung 93 einen übermäßigen Grad in der Ansaugluftmenge Qa abhängig von der Größe der Abweichung ΔA/F, und bestimmt den Defekt in dem Umgehungs-Ansaugsystem wie unten beschrieben.
Als erstes gibt die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 ein Abschneidesignal FC aus während die Treibstoffzuführungsmenge F abgeschnitten wird.
Ansprechend auf das Abschneidesignal FC vergleicht die Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung 93 die Größe der Abweichung ΔA/F des Luft/Treibstoffverhältnisses A/F, welches von der Subtrahiervorrichtung 92 mit einem vorbestimmten Wert β zur Bestimmung eines Defektes eingegeben wird, und bestimmt ob die Größe der Abweichung ΔA/F größer als der vorbestimmte Wert β ist oder nicht (Schritt S21).
Wenn bestimmt wird, daß ΔA/F ≤ β ist (d.h. NEIN), wird ein Anfangswert γ, welcher einer vorbestimmten Zeit TH entspricht, in einem Defektbestimmungstaktgeber TM (Defektbestimmungsuhr) eingestellt, welcher durch einen Abwärtszähler gebildet ist (Schritt S22), und das Programm schreitet zum Schritt S24.
Unter Bezugnahme auf 3 wird andererseits angenommen, daß das Luft/Treibstoffverhältnis A/F anormal zunimmt (siehe eine Strichpunkt-Kettenlinie) ab einem Zeitpunkt t1, welcher eine anormale Erhöhung in der Luftansaugmenge Qa begleitet, und die Größe der Abweichung ΔA/F des Luft/Treibstoffverhältnisses A/F nimmt zu einem Zeitpunkt t4 über den vorbestimmten Wert β zu, während die Treibstoffzuführungsmenge F abgeschnitten wird (Zeit t3 und später).
In diesem Moment wird das praktische Luft/Treibstoffverhältnis A/F größer als das Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis A/Fo, und es wird bei Schritt S21 bestimmt, daß ΔA/F > β (d.h. JA). Daher wird ein Wert eines Defektbestimmungstaktgebers TM verringert (Schritt S23), und das Programm schreitet zum Schritt S24 fort.
Bei Schritt S24 bestimmt die Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung 93 ob der Wert des Defektbestimmungstaktgebers TM auf Null abgenommen hat oder nicht.
Wenn bestimmt wird, daß TM = 0 (d.h. JA), hält der Zustand, in welchem ΔA/F > β ist für nur eine vorbestimmte Zeitspanne TH an, und es wird bestimmt, daß das Umgehungs-Ansaugsystem und das Abgasrückflußsystem (Luftumgehungsventil 10A und Abgasrückflußventil 12) defekt sind, und ein Defektbestimmungssignal HQ wird eingeschaltet (Schritt S25).
Auf diese Weise wird ein Defektbestimmungssignal HQ gebildet, um eine fehlerhafte Bestimmung aufgrund von Rauschen zu verhindern, und es wird einem externen Gerät (nicht abgebildet) eingegeben, um einen sehr zuverlässigen Alarm oder dergleichen anzuzeigen.
Andererseits, wenn bei Schritt S24 bestimmt wird, daß TM > 0 (d.h. NEIN), hält der Zustand, in welchem ΔA/F > β ist nicht für eine vorbestimmte Zeitspanne TH an. Daher wird das Umgehungs-Ansaugsystem als normal bestimmt, und das Defektbestimmungssignal HQ wird abgeschaltet (Schritt S26).
Als nächstes bestimmt die Drehzahlserhöhung-Bestimmungsvorrichtung 82 ob die Motordrehzahl Ne größer als die maximale Drehzahl Nmax ist oder nicht (Schritt S9), und gibt ein Bestimmungssignal HN aus, welches eine anormale Erhöhung der Motordrehzahl Ne anzeigt, wenn bestimmt wird, daß Ne > Nmax (d.h. JA).
Ansprechend auf das Bestimmungssignal HN gibt die Treibstoffunterbrechungs-Steuervorrichtung 83 daher ein Treibstoffunterbrechungssignal FC aus, und die Einspritzer-Steuervorrichtung 89 unterbricht den Treibstoff ansprechend auf das Treibstoffunterbrechungssignal FC (Schritt S10).
Somit endet die Verarbeitungsroutine der 2.
Durch Verwenden der oben beschriebenen Direkteinspritzung, wird eine maximale In eine Maximale Treibstoffzuführungsmenge Fmax (Einspritzer-Antriebsbreite Tj) auf der Grundlage des Gaspedalöffnungsgrads (Drosselöffnungsgrads θ) des Fahrers und der Motordrehzahl Ne berechnet, um die Treibstoffzuführungsmenge F unabhängig von den Betriebsbedingungen des Motors 1 zu begrenzen.
Das bedeutet, daß das Motordrehmoment Te begrenzt wird, um zu verhindern, daß die Motordrehzahl Ne anormal zunimmt, trotz der aufgrund eines Defektes in dem Umgehungsventil 10A übermäßigen Zunahme der Menge Qa der von dem Motor 1 angesaugten Luft, und der Betrieb des Motors 1 wird fortgesetzt, indem ein Fehlersicherheitsverhalten gegenüber einer Erhöhung in dem Bereich zur Steuerung der Motorausgangsleistung verwirklicht wird, als Ergebnis der Verwendung eines einfach ausgebildeten Logikmechanismus, aber ohne Verwendung irgendeiner besonderen Vorrichtung.

Claims

Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, umfassend: verschiedene Sensoren (20) zur Ausgabe von Daten, welche Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (1) wiedergeben, wobei die verschiedenen Sensoren (20) einen Sensor für den Drosselöffnungsgrad (Θ), einen Ansaugluftmenge-Sensor (2) zur Ausgabe von Daten, welche der Menge an Luft (Qa) entsprechen, die von dem Verbrennungsmotor (1) angesaugt wird, und einen Kurbelwinkelsensor (5) zur Ausgabe von Daten umfassen, welche der Drehzahl (Ne) des Verbrennungsmotors entsprechen; Einspritzer (11A), um den Treibstoff direkt in die Zylinder des Verbrennungsmotors (1) einzuspritzen; und eine Steuereinheit (8B) zum Bestimmen der Treibstoffmengen, welche den Zylindern zugeführt werden, auf der Grundlage der angesaugten Luftmenge (Qa) und einem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis (A/Fo) und zur Steuerung der Einspritzer (11A) auf der Grundlage der Treibstoffzuführungsmengen; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8B) in einem Betrieb, bei dem ein Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis (A/Fo) aufrecht erhalten wird und die Ansaugluftmenge (Qa) bei Aufrechterhaltung dieses Ziel-Luft/Treibstoffverhältnisses (A/Fo) zunimmt, die Breite der Einspritzsteuersignale (J) für die Einspritzer (11A) auf einen oberen Grenzwert (Fmax) begrenzt, der abhängig von der erfassten Motordrehzahl (Ne) und dem Ziel-Drehmoment (To) oder Drosselöffnungsgrad (Θ) berechnet wird.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Sensoren (20) einen Wassertemperatursensor (6) umfassen, zur Ausgabe von Daten, welche die Kühlwassertemperatur (Tw) des Motors (1) wiedergeben, und die Steuereinheit (8B) den oberen Grenzwert (Fmax) auf einen niedrigen Wert setzt, wenn die Kühlwassertemperatur (Tw) hoch ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8B) umfasst: eine Luft/Treibstoffverhältnis-Einstellvorrichtung (91) zum Einstellen eines Luft/Treibstoffverhältnisses (A/F) auf der Grundlage der Menge der angesaugten Luft (Qa) und der Treibstoffzuführungsmenge (F); und eine Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung (93) zur Bestimmung, daß das Ansaugsystem des Verbrennungsmotors (1) defekt ist, auf der Grundlage der Größe einer Abweichung (ΔA/F) zwischen dem Luft/Treibstoffverhältnis (A/F) und dem Ziel-Luft/Treibstoffverhältnis (A/Fo), wenn die Pulsbreite zur Betätigung der Einspritzer (11A) auf den oberen Grenzwert begrenzt wurde.
Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugsystemdefekt-Bestimmungsvorrichtung (93) bestimmt, dass das Ansaugsystem defekt ist, wenn eine Bedingung, bei welcher die Abweichungsstärke (ΔA/F) größer als ein vorbestimmter Wert (β) ist, länger als eine vorbestimmte Zeitspanne (TH) anhält.
Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugsystem umfasst: ein Drosselventil (3), welches in einem Ansaugrohr (1a) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, um die Menge der angesaugten Luft (Qa) einzustellen; einen Umgehungsdurchgang (BP), welcher für das Ansaugrohr (1a) vorgesehen ist, um so das Drosselventil (3) zu umgehen; und ein Luftumgehungsventil (10A) zur Einstellung der Menge der angesaugten Luft, welche durch den Umgehungsdurchgang (BP) fließt.
Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugsystem umfasst: ein Abgasrückflussrohr (EP) zum Verbinden des Abgasrohrs (1b) des Verbrennungsmotors (1) mit dessen Ansaugrohr (1a); und ein Abgasrückflussventil (12) zur Einstellung der Menge des Abgasrückflusses, der durch das Abgasrückflussrohr (EP) fließt.