DE3838054A1

DE3838054A1 - Kraftstoffeinspritzregelung fuer kraftfahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE3838054A1
Application number: DE3838054A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Sogawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1989-05-18
Also published as: GB2212298A; GB8826121D0; DE3838054C2; JPH01125533A; US4884548A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraft fahrzeugmotor mit einer Einlaßleitung, einem Drossel ventil in der Einlaßleitung, sowie mit einer Kraft stoffeinspritzvorrichtung.

Ganz allgemein bezieht sie sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraftfahrzeugmotor in Abhängigkeit vom Drosselöff nungswinkel und von der Motordrehzahl.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage wird in Abhängigkeit vom Drosselöffnungswinkel R und der Motordrehzahl N ein Impulsbreite- bzw. -dauersignal T _p für einen Grundeinspritzimpuls rechnerisch ermit telt. Die Werte für die Dauer des Grundeinspritzim pulses T _p sind dabei in einer Tabelle (vgl. Fig. 9) gespeichert und werden während des Motorbetriebs zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung entsprechend ab gerufen bzw. abgeleitet. Während eines labilen Über gangszustands bei der Einregelung des Motorbetriebs zustands wird die Impulsdauer T _p des Grundeinspritz impulses in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie Motordrehzahl, Druck in einer Einlaßleitung, Kühlmitteltemperatur und Fahrzeuggeschwindigkeit so korrigiert und eingeregelt, daß ein zu fettes oder zu mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch verhindert wird; hierzu wird u. a. auf die japanischen Offenlegungs schriften 58-48 720 und 58-41 230 verwiesen.

Da jedoch zwischen dem Drosselventil und einem Motor zylinder ein freier Raum vorhanden ist, beispielswei se in Form einer dem Drosselventil nachgeschalteten Kammer, wird die Veränderung der Menge der jeweils pro Arbeitsspiel des Motors im Ansprechen auf eine Veränderung des Drosselöffnungswinkels während des Einregelungszustands angesaugten Luft verzögert. Wird somit das Drosselventil rasch geöffnet, so wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch fett. Und andererseits wird bei rascher Schließung des Drosselventils das Luft- Kraftstoff-Gemisch mager.

Um diesem Mangel abzuhelfen, wird vorzugsweise die in den Motorzylinder pro Arbeitsspiel angesaugte Luftmenge hochgerechnet und aufgrund der abgeschätz ten Menge die Dauer des Grundeinspritzimpulses ent sprechend korrigiert.

Hierzu wird auf Fig. 2a und 2b verwiesen, wobei die in Fig. 2a schematisch dargestellte Einlaßvorrichtung in etwa deckungsgleich mit der in Fig. 2b dargestell ten elektrischen Schaltung ist. Dabei entspricht der Druck P in der Einlaßleitung 2 hinter dem Drosselven til 3 und in der Kammer 5 der Spannung V, während eine Menge Q _R der Stromstärke I _R in Fig. 2b entspricht. P ₀ weist den Druck vor dem Drosselventil 3 aus und entspricht der Spannung V ₀ in Fig. 2b. Ei nem am Drosselventil 3 herrschenden Widerstand ent spricht der Widerstand R _R, während einem Widerstand im Motor 1 ein Widerstand R _e entspricht. Mit anderen Worten handelt es sich beim Wert R _R um eine Variable, die vom Drosselöffnungswinkel R bestimmt wird, wäh rend R _e eine Variable darstellt, die von der Motor drehzahl N abhängt. Die Beziehungen zwischen den Spannungswerten V, V ₀ und den Widerstandsgrößen R _R, R _e lassen sich durch die nachstehenden Gleichungen verdeutlichen:

C · dV/dt = (V ₀ - V)/R _R - V/R _e

V = [R _e/(R _R + R _e)] × V ₀ × (1 - e ^- ^t ^/ ^τ)

(Ausgangswert = 0)

τ = C × R _R · R _e/(R _R + R _e)

wobei C eine Konstante ist, die das Füllungsvermögen der Einlaßleitung hinter dem Drosselventil und der Drosselkammer 5 bezeichnet, und τ eine Zeitkonstante darstellt. Damit ergibt sich, daß der Druck P gegen über der Motordrehzahl N verzögert ist, und der Dros selöffnungswinkel R mit einer Verzögerung bzw. Nach eilung erster Ordnung sich aus der Zeitkonstante τ bestimmt.

Geht man davon aus, daß die Dauer T _p des Grundein spritzimpulses proportional zum Druck P ist, so gilt

T _p = KP

wobei K eine vom Füllungsgrad abhängige Konstante ist. Die Impulsbreite bzw. Impulsdauer T _p des Grund einspritzimpulses verändert sich nämlich entsprechend den Schwankungen des Drucks P. Somit liegt vorzugs weise bei der Impulsdauer T _p des Grundeinspritzimpul ses gegenüber einer Dauer des Grundeinspritzimpulses T _p* eine Nacheilung bzw. Verzögerung erster Ordnung vor, die durch die Zeitkonstante τ bestimmt wird, wobei der Betrag der Impulsdauer T _p* als Wert in Ab hängigkeit vom Drosselöffnungswinkel R und der Motor drehzahl N in einer Tabelle festgehalten ist.

Demgegenüber liegt nun der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine Einrichtung zum Regeln der Kraftstoff einspritzung zu schaffen, bei welcher eine zu fette bzw. zu magere Einstellung des Luft-Kraftstoff-Gemi sches während des Einregelungszustands verhindert wird und durch regelnden Ausgleich der Verzögerung bei der Veränderung der angesaugten Luftmenge das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem optimalen Wert gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Einrich tung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Kurbelwinkelmesser zur Erfassung der Motordreh zahl in Abhängigkeit von dieser ein Motodrehzahlsi gnal erzeugt; daß in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Drosselventils ein Drosselstellungs-Signalgeber ein Drosselstellungs-Signal erzeugt; daß eine Erfas sungseinrichtung entsprechend dem Motordrehzahlsignal und dem Drosselstellungssignal ein Impulsdauersignal für den Grundeinspritzimpuls erzeugt; daß eine Rech nereinrichtung zur Ableitung eines Verzögerungssi gnals aus Variablen in Abhängigkeit vom Motordrehzahl signal und vom Drosselstellungssignal vorgesehen ist, und daß eine Regelungseinrichtung zur Regelungskor rektur des Impulsdauersignals für den Grundeinspritz impuls unter Verwendung des Verzögerungssignals und zur Erzeugung eines Impulsdauersignals für den Kraft stoffeinspritzimpuls zum Betrieb der Kraftstoffein spritzvorrichtung vorgesehen ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung stellt das Verzögerungssignal eine Zeitkonstante dar, die eine Nacheilung erster Ordnung ergibt.

Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Übersicht der erfindungs gemäßen Einrichtung;

Fig. 2a und 2b jeweils eine schematische Darstellung einer Einlaßvorrichtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerung;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung der einzelnen Arbeitsschritte der Steuerung aus Fig. 3;

Fig. 5a bis 5f jeweils eine graphische Darstellung der Gegebenheiten bei Veränderung verschie dener Werte;

Fig. 6 eine Kurve zur Darstellung der Charakteristik eines Ausgangssignals eines O₂-Sensors;

Fig. 7 und 8 jeweils eine Kurve zur Veranschauli chung der Beziehungen zwischen den Wider standswerten R _e und der Motordrehzahl N, so wie zwischen dem Wert R _R und dem Drosselöff nungswinkel R, und

Fig. 9 eine Wertetabelle, aus der die Dauer des Grundeinspritzimpulses abzulesen ist.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß in der Einlaßleitung 2 eines Motors 1 eine Drosselkammer 5 abströmseitig von einem Drosselventil 3 vorgesehen ist, welche die intermittierend auftretenden Stöße der Ansaugluft auffängt. In der Einlaßleitung sind neben dem Einlaß ventil mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 6 zur Versorgung jedes Zylinders im Motor 1 mit Kraft stoff angeordnet. Zur Erfassung der jeweils herr schenden Betriebsparameter sind verschiedene Senso ren, Meßfühler und Signalgeber vorgesehen, nämlich ein Drosselstellungs-Signalgeber 7, ein Kühlmittel- Temperaturfühler 8, ein Kurbelwinkelmesser 9, ein Frischluftfühler 10 und ein Luftdruckmesser 4. In einer Auslaßleitung 22 befindet sich außerdem ein O₂-Sensor 11 mit der in Fig. 6 dargestellten Charak teristik. Die von den verschiedenen Meßfühlern, Sen soren und Signalgebern abgegebenen Signale werden einer Steuerung 12 zugeführt, die mit einem Mikrocom puter ausgerüstet ist und zur Betriebssteuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 6 und einer Zünd spule 13 dient.

Die Steuerung 12 umfaßt einen ROM-Speicher, in dem in Form einer Tabelle die Werte für die Impulsdauer T _p* des Grundeinspritzimpulses im eingeregelten Zu stand gespeichert sind; die Koordinaten dieser Tabel le entsprechen dabei der Motordrehzahl N und dem Drosselöffnungswinkel R.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Steuerung 12 eine Einrichtung 14 zur Erfassung der Dauer des Grundein spritzimpulses aufweist; zu dieser Einrichtung gehört ebenfalls eine Tabelle, in welche die Motordrehzahl N, die vom Kurbelwinkelmesser 9 erfaßt wird, und der Drosselöffnungswinkel R, der vom Drosselstellungs- Signalgeber 7 gemeldet wird, übernommen werden, wor auf anschließend die für den stabilen bzw. eingere gelten Betriebszustand geltende Impulsbreite T _p* des Grundeinspritzimpulses als Funktion der aus der Ta belle im ROM-Speicher entnommenen Daten ermittelt wird. Wie Fig. 7 und 8 veranschaulichen, läßt sich als Funktion der Motordrehzahl N ein Widerstandswert R _e ermitteln, während ein Widerstandswert R _R in Ab hängigkeit vom Öffnungswinkel R des Drosselventils 3 ermittelt werden kann. Die ermittelten Widerstands werte R _R und R _e werden dementsprechend jeweils als Funktion der Variablen R und N in den Tabellen 15 und 16 abgespeichert. Außerdem werden die Widerstandssignale R _R und R _e einem Zeitkonstanten- Rechner 17 zugeführt, in welchem eine Zeitkonstante τ für eine Nacheilung bzw. Verzögerung erster Ordnung beim Druck P in der Einlaßleitung nach folgender Formel ermittelt wird:

τ = C × R _R · R _e/(R _R + R _e)

wobei C eine Konstante ist, die dem Füllungsvermögen der Einlaßleitung unterhalb des Drosselventils und der Drosselkammer 5 entspricht.

Die Zeitkonstante τ wird einer Korrektureinrichtung 18 zugeführt, welche die Dauer bzw. Breite des Grund einspritzimpulses auf der Grundlage der Grundein spritzimpulsbreite T _p* einregelt. Unter Einbeziehung einer Impulsbreite T _pn _{- 1}, die im vorstehend beschrie benen Rechnungsschritt ermittelt wurde, wird nun eine Einspritzimpulsbreite T _pn gemäß folgender Formel er rechnet:

T _pn = (T _p* + t/Δ t · T _pn _{- 1})/(1 + ^τ/ _Δ _-t)

wobei Δ t dem zeitlichen Abstand zwischen den Rech nungsvorgängen entspricht.

Die Steuerung 12 weist außerdem einen Rechner 19 zur Ermittlung eines Korrekturkoeffizienten auf, in wel chem in Abhängigkeit vom Luftdruck, der Kühlmittel temperatur T _w und der Frischlufttemperatur T _A, die von den Sensoren und Meßfühlern 4, 8 und 10 durch entsprechende Signale gemeldet werden, ein Mischfak tor K _COEF zur Korrektur berechnet wird. Zur Berech nung eines Korrekturkoeffizienten K _FB zur Regelung in Abhängigkeit von einer vom O₂-Sensor 11 gemeldeten Ausgangsspannung ist ein Rechner 20 zur Ermittlung eines Regelungs-Korrekturkoeffizienten vorgesehen.

Nach entsprechender Korrektur des Impulsdauersignals T _p für den Grundeinspritzimpuls wird dieses zusammen mit den Koeffizienten K _COEF und K _FB einem Rechner 21 zur Ermittlung der Einspritzimpulsdauer zugeführt, in welchem die Impulsdauer T _i des abgegebenen Ein spritzimpulses nach folgender Gleichung berechnet wird:

T _i = T _p × K _COEF × K _FB + T _s

wobei T _s eine Konstante zur Spannungskorrektur ist. Das Impulsdauersignal T _i wird den Einspritzvorrich tungen 6 zugeführt.

Nachstehend wird nun die Funktionsweise der Anlage unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm in Fig. 4 erläutert. Aus dem vom Drosselstellungs-Signalgeber 7 kommenden Ausgangssignal wird das Signal für den Drosselöffnungswinkel R abgeleitet, während die Mo tordrehzahl N auf der Grundlage des vom Kurbelwinkel messer 9 kommenden Ausgangssignals berechnet wird (Arbeitsschritt S 101). Im Arbeitsschritt S 102 wird aus der in der Einrichtung 14 gespeicherten Tabelle die Impulsdauer T _p* für den Grundeinspritzimpuls ent nommen. Aus den Tabellen R _R und R _e 15, 16 werden die Widerstandswerte R _R und R _e jeweils entsprechend dem Drosselöffnungswinkel R und der Motordrehzahl N (Ar beitsschritt S 103) entnommen. Im Zeitkonstantenrech ner 17 wird in Arbeitsschritt S 104 auf der Grundlage der Signale R _R, R _e und C die Zeitkonstante τ rechne risch bestimmt. Nun wird im nächsten Schritt die Im pulsdauer T _pn des Grundeinspritzimpulses im jeweili gen Betriebsprogramm in Abhängigkeit von der gerade ermittelten Zeitkonstante t, der Impulsdauer T _p* des Grundeinspritzimpulses und der Impulsdauer T _pn _{- 1} des Grundeinspritzimpulses, der im vorhergehenden Pro grammdurchlauf ermittelt worden war, berechnet (Ar beitsschritt S 105). Durch Korrektur der Impulsdauer T _pn des Grundeinspritzimpulses erhält man in Abhän gigkeit von dem Mischkoeffizienten K _COEF für den Kor rekturfaktor und vom Regelungs-Korrekturfaktor K _FB die Einspritz-Impulsdauer T _i.

Aus Fig. 5a bis 5f wird deutlich, daß im labilen Ein regelungszustand, in dem das Drosselventil 3 rasch geöffnet oder geschlossen wird (Fig. 5a) der Druck in der Einlaßleitung so ansteigt, wie Fig. 5b dies zeigt. Dabei verändert sich die Impulsdauer T _p* für den Grundeinspritzimpuls, der in der Tabelle für den Übergangszustand gespeichert ist, gemäß Fig. 5c. Fig. 5d veranschaulicht die Veränderung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von der Im pulsdauer T _p* des Grundzündimpulses, wobei das Luft- Kraftstoff-Verhältnis bei Beschleunigung (Bereich A) klein (fettes Gemisch) und bei Verlangsamung (Be reich B) groß (mageres Gemisch) wird.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird jedoch die Dauer des Grundeinspritzimpulses so korrigiert, daß in Abhängigkeit vom Aufnahmevermögen der Einlaß leitung eine Nacheilung bzw. Verzögerung erster Ord nung vorliegt. Somit verändert sich, wie Fig. 5e ver anschaulicht, die korrigierte Impulsdauer T _p des Grundeinspritzimpulses nur langsam und dementspre chend wird während des Einregelungszustands das Luft- Kraftstoff-Gemisch weder zu fett noch zu mager, wie aus Fig. 5f entnehmbar ist.

Auch wenn vorstehend nur ein bevorzugtes Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt und erläutert wur de, so handelt es sich hier klar erkennbar nur um ein Anschauungsbeispiel, wobei verschiedene Verände rungen und Modifizierungen im Rahmen der Erfindung möglich sind, wie er in den beiliegenden Ansprüchen umrissen wird.

Claims

1. Einrichtung zum Regeln der Kraftstoffeinsprit zung bei einem Kraftfahrzeugmotor mit einer Einlaß leitung, einem Drosselventil in der Einlaßleitung, sowie mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, da durch gekennzeichnet, daß ein Kurbelwinkelmesser (9) zur Erfassung der Motordrehzahl in Abhängigkeit von dieser ein Motordrehzahlsignal (N) erzeugt; daß in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Drosselventils (3) ein Drosselstellungs-Signalgeber (7) ein Drossel stellungs-Signal (R) erzeugt; daß eine Erfassungsein richtung (14) entsprechend dem Motordrehzahlsignal (N) und dem Drosselstellungssignal (R) ein Impuls dauersignal (T _p) für den Grundeinspritzimpuls er zeugt; daß eine Rechnereinrichtung (17, 18, 21) zur Ableitung eines Verzögerungssignals (τ) aus Variablen in Abhängigkeit vom Motordrehzahlsignal (N) und vom Drosselstellungssignal (R) vorgesehen ist, und daß eine Regelungseinrichtung (19, 20) zur Regelungskor rektur des Impulsdauersignals (T _p) für den Grundein spritzimpuls unter Verwendung des Verzögerungssignals (τ) und zur Erzeugung eines Impulsdauersignals (T _i) für den Kraftstoffeinspritzimpuls zum Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verzögerungssignal (τ) eine Zeit konstante darstellt, welche eine Nacheilung erster Ordnung ergibt.