DE4027197C2 - Einspritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Sie betrifft besonders eine solche Einrichtung, die einen Warmlaufzustand der Brennkraftmaschine aus der Kühlwassertemperatur detektiert und die Einspritzbeginnzeit auf der Basis eines Detektiersignals steuert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine derartige konventionelle Einspritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die z. B. in der JP 63-173 826 A (1988) beschrieben ist. In den Fig. 1 und 2 soll die Brennkraftmaschine (kurz: Maschine) von einer elektronischen Steuerung, z. B. einem Mikrocomputer, gesteuert werden. Eine Drosselklappe 8 ist abstrom von einem Luftfilter (nicht gezeigt) angeordnet, und auf der Abstromseite der Drosselklappe ist ein Ausgleichbehälter 12 vorgesehen. Am Ausgleichbehälter 12 ist ein Drucksensor 6 befestigt, der einen Druck in einem Ansaugrohr erfaßt. Eine Bypaßleitung 14 verbindet die Aufstromseite der Drosselklappe 8 mit dem Ausgleichbehälter 12 auf der Abstromseite der Drosselklappe 8 unter Umgehung der letzteren. Ein Leerlaufsteuerventil 16B ist an der Bypaßleitung 14 angeordnet. Der Öffnungsgrad des Leerlaufsteuerventils 16B wird von einem Schrittmotor 16A verstellt. Der Ausgleichbehälter 12 steht mit dem Verbrennungsraum der Maschine 20 über einen Ansaugkrümmer 18, eine Einlaßöffnung 22 und ein Einlaßventil 23 in Verbindung. Ein elektromagnetischer Einspritzer 24 ist an jedem Zylinder befestigt und ragt in den Ansaugkrümmer 18.

Der Verbrennungsraum der Maschine 20 ist über ein Auslaßventil 25, eine Auslaßöffnung 26 und einen Auspuffkrümmer 28 mit einem Dreiwegkatalysator (nicht gezeigt) verbunden. Der Auspuffkrümmer 28 enthält einen O₂-Sensor 30. Ein Kühlwassertemperatursensor 34 ist an einem Motorblock 32 so befestigt, daß er durch den Motorblock 32 in den Kühlmantel verläuft. Der Kühlwassertemperatursensor 34 erfaßt die Temperatur des Kühlwassers für die Maschine und liefert ein die Wassertemperatur bezeichnendes Signal, das der Temperatur der Maschine entspricht. Die Temperatur des Maschinenöls kann ebenfalls erfaßt werden, um die Maschinentemperatur zu bestimmen.

Für jeden Zylinder ist eine Zündkerze 38 vorgesehen, die durch den Zylinderkopf 36 der Maschine 20 in den Verbrennungsraum ragt. Jede Zündkerze 38 ist mit einer elektronischen Steuerung 44, die ein Mikrocomputer oder dergleichen ist, über einen Verteiler 40 und eine Zündvorrichtung 42 verbunden. Ein Zylindererkennungssensor 46 und ein Umdrehungswinkelsensor 48 sind am Verteiler 40 befestigt.

Nach Fig. 2 umfaßt die elektronische Steuerung 44 einen Mikroprozessor 60, einen ROM 62, einen RAM 64, einen Reserve-RAM 66, einen Ein- Ausgabebaustein 68, einen Eingabebaustein 70, Ausgabebausteine 72, 74 und Busse wie Datenbusse, Steuerbusse usw., die die vorgenannten Elemente miteinander verbinden.

Der Ein-Ausgabebaustein 68 ist mit einem A-D-Wandler 78 und einem Multiplexer gekoppelt. Der Multiplexer 80 ist einerseits mit dem Drucksensor 6 über ein Filter 7 und einen Puffer 82 und andererseits über einen Puffer 84 mit dem Kühlwassertemperatursensor 34 gekoppelt.

Der Mikroprozessor 60 ist so ausgelegt, daß er den Multiplexer 80 und den A-D-Wandler 78 steuert, so daß das durch das Filter 7 gelieferte Ausgangssignal des Drucksensors 6 und das Ausgangssignal des Kühlwassertemperatursensors 34 nacheinander in Digitalsignale umgewandelt und im RAM 64 gespeichert werden. Somit wirken der Multiplexer 80, der A-D-Wandler 78 und der Mikroprozessor 60 als Abtasteinrichtung, die die Ausgänge des Drucksensors zu vorbestimmten Zeitintervallen abtastet.

Der Eingabebaustein 70 ist einerseits mit einem Vergleicher 88, einem Puffer 86 und dem O₂-Sensor 30 und andererseits mit dem Zylindererkennungssensor 46 und dem Umdrehungswinkelsensor 48 über einen Signalformer 90 gekoppelt.

Der Ausgabebaustein 74 ist über einen Treiber 92 mit der Zündvorrichtung 42 gekoppelt.

Der Ausgabebaustein 74 ist mit dem Einspritzer 24 über einen Treiber 94, der einen Abwärtszähler enthält, gekoppelt. Ferner sind ein Taktgeber 98 und ein Zeitgeber 99 vorgesehen. Im ROM 62 sind Programme wie etwa eine Steuerroutine gespeichert.

Die im ROM 62 gespeicherte Steuerroutine wird nachstehend beschrieben.

Fig. 8 zeigt eine Hauptroutine, die jeweils zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (z. B. alle 4 ms) ausgeführt wird.

In Schritt 100 werden eine Maschinendrehzahl NE und ein Saugluftdruck PM ausgelesen, und in Schritt 102 wird ein Grund-Einspritzzeitpunkt TP auf der Basis der Drehzahl NE und des Saugluftdrucks PM berechnet. Dann wird in Schritt 104 ein Einspritzzeitpunkt TAU durch Korrektur des Grund- Einspritzzeitpunkts TP unter Anwendung der Temperatur der in die Maschine angesaugten Luft, der Temperatur des Maschinenkühlwassers oder anderer geeigneter Faktoren berechnet.

Fig. 7 zeigt eine Unterbrechungsroutine, die bei jedem Kurbelwinkel ausgeführt wird, der auf der Basis des Saugluftdrucks und der Maschinendrehzahl entsprechend Fig. 9 bestimmt wird. Wenn die Unterbrechungsroutine beginnt, wird in Schritt 110 die Einspritzbeginnzeit Ri als neueste Information auf der Basis der Maschinendrehzahl NE und des Saugluftdrucks PM aus einer Tabelle, die die Einspritzbeginnzeit darstellt (Fig. 10), berechnet.

Dann erfolgt in Schritt 112 ein Vergleich des Absolutwerts | Ri-Ri-1 | zwischen der die neueste Information darstellenden Einspritzbeginnzeit Ri und der vorher durch Berechnung gebildeten Einspritzbeginnzeit Ri-1 mit einem vorbestimmten Wert K1, um einen unregelmäßigen Luft der Maschine zum Einspritzzeitpunkt auszuschließen. Wenn der Absolutwert | Ri-Ri-1 | größer als der vorbestimmte Wert K1 ist, besteht eine große Differenz zwischen einem Sollwert für die Einspritzbeginnzeit, die in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast zu einem angenäherten Schließzeitpunkt des Einlaßventils bestimmt ist, und dem die Einspritzbeginnzeit betreffenden Rechenwert, d. h., es wird festgestellt, daß ein Zündaussetzer auftreten kann. Dann wird in Schritt 116 ein Einspritzzeit-Korrekturwert ΔR gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

ΔR = (Ri - Ri-1) · K2 (1)

wobei K2 ein Korrekturkoeffizient ist, der durch β/α dargestellt ist, d. h. durch das Verhältnis der Kurbelwinkels α zwischen dem Rechenzeitpunkt C2, zu dem die Einspritzbeginnzeit als neueste Information durch Berechnung erhalten wurde, und dem Rechenzeitpunkt C1 vor dem Rechenzeitpunkt C2, zu dem Kurbelwinkel β zwischen dem Rechenzeitpunkt C2 und der Einspritzbeginnzeit.

Wenn der Absolutwert | Ri - Ri-1 | kleiner als der vorbestimmte Wert K1 ist, ist die Differenz zwischen dem Sollwert für die Einspritzbeginnzeit und einem Rechenwert für die Einspritzbeginnzeit klein, d. h. es wird festgestellt, daß kein Zündaussetzer auftreten kann, und dann wird in Schritt 114 der Korrekturwert ΔR zu Null geändert.

In Schritt 118 wird die anzuwendende Einspritzbeginnzeit berechnet durch Addition des Korrekturwerts ΔR zu der Einspritzbeginnzeit Ri als neuester Information, die durch Berechnung gebildet wurde.

In Schritt 120 wird die Einspritzbeginnzeit Ri als die neueste Information zu der vorhergehenden Einspritzbeginnzeit Ri-1 geändert, um dadurch die beim letzten Mal verwendete Einspritzbeginnzeit zu überschreiben.

Fig. 11 zeigt eine Unterbrechungsroutine, die abläuft, wenn die anzuwendende Einspritzbeginnzeit Ri, die in Schritt 118 von Fig. 7 berechnet wurde, erhalten ist. Zu Beginn der Unterbrechungsroutine wird in Schritt 122 die Magnetspule eines Einspritzventils erregt, so daß die Kraftstoffeinspritzung beginnt. In Schritt 124 wird ein in der Hauptroutine berechneter Einspritzzeitpunkt TAU ausgelesen. In Schritt 126 wird die Einspritzendezeit berechnet durch Addition des Einspritzzeitpunkts TAU zur Momentanzeit (der Einspritzbeginnzeit), und dann wird die Einspritzendezeit als der Zeitpunkt, zu dem ein dem Einspritzventil zuzuführender Strom unterbrochen wird, in einen Abwärtszähler für den Treiber 94 gesetzt. Der Abwärtszähler beginnt mit der Abwärtszählung bis zum Stromunterbrechungszeitpunkt.

Fig. 12 zeigt eine Unterbrechungsroutine, die abläuft, wenn der Zählwert des Abwärtszählers Null wird. Wenn der Zählwert des Abwärtszählers Null ist, wird in Schritt 128 die Stromzufuhr zum Einspritzventil unterbrochen, wodurch die Einspritzung beendet wird.

Wenn bei einer Brennkraftmaschine mit der konventionellen Einspritzsteuervorrichtung, die die Einspritzbeginnzeit auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast unter Berücksichtigung einer Übergangszeit bei Beschleunigung oder Verzögerung berechnet, die Maschine gerade angelassen wurde oder nicht ausreichend warmgelaufen ist, geht die Kühlwassertemperatur, d. h. der Warmlaufzustand der Maschine, nicht in die Bestimmung des Einspritzzeitpunkts ein. Dadurch ergibt sich das Problem, daß der Durchmesser des in die Zylinder angesaugten zerstäubten Kraftstoffs aufgrund der niedrigen Kühlwassertemperatur relativ groß ist, so daß die Abgase eine große Menge unverbrannten Kohlenwasserstoff (HC) enthalten. Wie Fig. 5 zeigt, ist die Beziehung zwischen der Einspritzbeginnzeit und der austretenden Kohlenwasserstoffmenge je nach dem Warmlaufzustand der Maschine veränderlich. Insbesondere wird der Durchmesser des zerstäubten Kraftstoffs klein, wenn der Kraftstoff während eines Saughubs unter der Bedingung eingespritzt wird, daß die Kühlwassertemperatur 0°C oder niedriger ist, so daß die Kraftstoffzerstäubung durch die Ansaugluft erfolgt. Daher wird der Kraftstoff gut mit Luft vermischt, wobei eine Zeitdauer A, in der die austretende Kohlenwasserstoffmenge verringert ist, während einer Einspritzzeitdauer erhalten wird. Da die Viskosität des Kraftstoffs zunimmt, wird die Oberflächenspannung größer, wenn die Temperatur bei 0°C oder niedriger liegt. Wenn daher der Kraftstoff während des Saughubs in einem anderen als dem Zeitraum A eingespritz wird, wird auf dem Einlaßventil und der Wandung der Einlaßöffnung ein Kraftstoffilm einer Dicke von ca. 1 mm oder mehr gebildet, und es kann geschehen, daß der Kraftstoff in den Zylinder gesaugt wird und gleichzeitig in den Eckbereichen des Einlaßventils, wenn dieses zu öffnen beginnt, ein nichtzerstäubender Kraftstoffilm erhalten bleibt.

Bei Niedrigtemperatur, wobei die Zerstäubung des Kraft­ stoffs am Einlaßventil oder um dieses herum schwierig ist, wird es daher bevorzugt, die Einspritzung in einem Zeitraum zu beginnen, in dem der Saugluftdurchsatz hoch und der Hubbetrag des Einlaßventils klein ist, d. h. im Zeitraum A von Fig. 5. Dabei ist der Durchmesser des in den Zylinder angesaugten zerstäubten Kraftstoffs klein, so daß gute Be­ dingungen für die Verbrennung vorliegen, und die Kohlen­ wasserstoffmenge im Abgas ist gering.

Andererseits ist, nachdem die Maschine ausreichend warmge­ laufen ist, die Dicke des Kraftstoffilms gering, und der Kraftstoff am Einlaßventil und in der Einlaßöffnung wird in den Eckbereichen des Einlaßventils zerstäubt. Wenn also die Kraftstoffeinspritzung in einem anderen Zeitraum als während des Saughubs durchgeführt wird, um so einen Kraft­ stoffilm auf der Wandung zu bilden, ist der Durchmesser des zerstäubten Kraftstoffs im Zylinder klein, so daß auch die ausgestoßene Kohlenwasserstoffmenge gering ist. Durch Er­ fassen der Kühlwassertemperatur und durch Beginn der Ein­ spritzung im Zeitraum A beim Saughub wird also, wenn die Temperatur der Maschine unter einem vorbestimmten Wert liegt, die aus der Maschine abgeführte Kohlenwasserstoff­ menge vermindert.

Aus der JP 63-173 826 A ist bekannt, den Einspritzzeitpunkt als Funktion der Drehzahl und des Ansaugluftdruckes der Brennkraftmaschine zu berechnen. Daraufhin wird der Einspritz­ zeitpunkt abhängig von der Temperatur der in die Maschine ein­ gesaugten Luft, des Maschinenkühlwassers oder anderer geeig­ neter Parameter korrigiert, und die Kraftstoffeinspritzung wird unter Nutzung der jeweils neuesten Information des kor­ rigierten Einspritzzeitpunktes gestartet. Nicht beschrieben ist, wie dieser Einspritzzeitpunkt in der Praxis tatsächlich korrigiert wird.

In der DE 37 02 500 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzverfahren für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei dem der Einspritzzeit­ punkt abhängig von der Maschinentemperatur gesteuert wird, und zwar so, daß die Einspritzbeginnzeit für den kalten Zustand einer Brennkraftmaschine auf einen bestimmten Zeitpunkt einge­ stellt wird, und daß die Einspritzbeginnzeit für die warme Maschine auf einen bestimmten anderen Zeitpunkt eingestellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Ein­ spritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Kohlenwasserstoffmenge im Abgas im Betrieb der nicht ausreichend warmgelaufenen Maschine verringert und durch Steuerung der Einspritzbeginnzeit ein gutes Ansprechver­ halten gegenüber einer Beschleunigung oder Verzögerung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Ein­ spritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Einspritzsteuer­ einrichtung nach dem Stand der Technik für eine Brenn­ kraftmaschine;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerung für die Steuerein­ richtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung erläutert;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Einspritzbeginnzeit und der Kühlwassertemperatur zeigt, die die Bedingung einer Minimierung des Durchmessers des in einen Zylinder angesaugten Kraftstoffs erfüllt;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Einspritzbeginnzeit, der austretenden Kohlenwasserstoffmenge und dem Durchmesser von in den Zylinder angesaugten Kraftstoffteilchen zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das eine Tabelle für die Einspritzbeginnzeit zeigt;

Fig. 7 ein Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine, die abläuft, wenn bei einer konventionellen Einspritzsteuereinrichtung die Einspritzbeginnzeit berechnet wird;

Fig. 8 ein Flußdiagramm einer Hauptroutine der konventionellen Steuereinrichtung;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Saugluftdruck und einer Maschinendrehzahl zeigt;

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Tabelle für die Einspritzbeginnzeit zeigt;

Fig. 11 ein Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine, die zur Einspritzbeginnzeit abläuft; und

Fig. 12 ein Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine, die zur Einspritzendezeit abläuft.

Der Aufbau der Einspritzsteuereinrichtung entspricht allgemein demjenigen der konventionellen Einspritzsteuereinrichtung, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert wurde, wobei nur Verarbeitungsabläufe in einer Betriebseinheit, die im wesentlichen den Mikroprozessor 60 in der elektronischen Steuerung 44 umfaßt, und die Vorgabe von Daten verschieden sind. Die Einzelheiten der Verarbeitungsvorgänge sind in dem Flußdiagramm von Fig. 3 gezeigt. Die Verarbeitungsvorgänge zur Berechnung der Einspritzzeitdauer TAU und die Einführung der Unterbrechungsroutine, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zur Einspritzbeginnzeit ausgeführt wird, entsprechen den Vorgängen in der konventionellen Steuereinrichtung und werden daher nicht nochmals beschrieben.

Zuerst wird in Schritt 201 abgefragt, ob die Kühlwassertemperatur TW höher als eine vorbestimmte Temperatur TW0 ist. Wenn die Kühlwassertemperatur TW unter der vorbestimmten Temperatur TW0 liegt, wird festgestellt, daß die Maschine nicht ausreichend warmgelaufen ist, und die Operation entsprechend Schritt 202 ausgeführt. In Schritt 202 wird aus einer Tabelle, die vorher experimentell ermittelte Beziehungen der Kühlwassertemperatur zur Einspritzbeginnzeit entsprechend Fig. 4 enthält, die Einspritzbeginnzeit bei kalter Maschine Rw abgerufen.

In Schritt 203 wird die in Schritt 202 erhaltene Einspritzbeginnzeit bei kalter Maschine Rw als die Einspritzbeginnzeit Ri angenommen. Dann wird die Operation von Schritt 212 ausgeführt.

Wenn in Schritt 201 die Kühlwassertemperatur TW höher als die vorbestimmte Temperatur TW0 ist, wenn also die Maschine ausreichend warmgelaufen ist, wird die Einspritzbeginnzeit Ri aus einer Tabelle (Fig. 6) berechnet, die vorher auf der Basis einer Maschinendrehzahl NE und einer Einspritzzeitdauer TAU in Schritt 210 erstellt wurde, und dann wird Schritt 212 ausgeführt.

Die Operationen der Schritte 212-220 sind die gleichen wie die Operationen der Schritte 112-120 in dem Flußdiagramm von Fig. 7 für die konventionelle Steuereinrichtung. Dabei wird ein Korrekturwert ΔR für die Einspritzbeginnzeit unter Berücksichtigung der Differenz zwischen einer Soll-Einspritzbeginnzeit und einem tatsächlichen Wert derselben berechnet; die Einspritzbeginnzeit Ri wird mit dem Korrekturwert ΔR korrigiert; und die Steuerung der Ein- oder Abschaltung des elektrischen Stroms zu einem Einspritzventil erfolgt auf der Basis des korrigierten Werts Ri und der Einspritzzeitdauer TAU.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Korrekturkoeffizient K2, der zum Berechnen des Korrekturwerts ΔR genützt wird, ungeachtet der Kühlwassertemperatur bestimmt. Der Korrekturkoeffizient K2, der durch das Kurbelwinkelverhältnis β/α bestimmt ist, kann aber auch in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur bestimmt werden.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurde ferner eine Einspritzsteuereinrichtung vom Geschwindigkeits/Dichte-Typ beschrieben, bei der zum Erfassen einer Maschinenlast der Druck im Ansaugrohr genützt wird. Es kann aber auch eine Einspritzsteuereinrichtung vom Durchflußmengenmesser-Typ verwendet werden, bei der eine in die Maschine angesaugte Luftmenge von einem Durchflußmengenmesser gemessen und auf der Basis der gemessenen Saugluftmenge und der Maschinendrehzahl eine Grundeinspritzzeit bestimmt wird.

Gemäß der Erfindung kann also die Einspritzbeginnzeit aufgrund eines kalten oder warmen Zustands der Maschine dadurch gesteuert werden, daß zu einem vorbestimmten Zeitpunkt die Einspritzbeginnzeit auf der Basis der Maschinendrehzahl und eines Einspritzzeitpunkts berechnet wird, und diese Einspritzbeginnzeit wird auf der Basis der Kühlwassertemperatur korrigiert. Somit kann der Durchmesser des in einen Zylinder angesaugten zerstäubten Kraftstoffs im Hinblick auf die Beziehung zwischen dem je nach Maschinentemperatur veränderlichen Kraftstoffdurchmesser und der Einspritzbeginnzeit verringert werden, so daß Kraftstoff und Luft im Zylinder ausreichend vermischt werden. Dadurch ergeben sich gute Verbrennungsbedingungen, wodurch der Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Abgas verringert wird.

Claims (1)

1. Einspritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt die Einspritzbe­ ginnzeit (Ri) auf der Basis einer Maschinendrehzahl (NE) und einer Einspritzzeit (TAU) berechnet, die Einspritz­ beginnzeit (Ri) auf der Basis der Temperatur (TW) des Maschinenkühlwassers korrigiert, und die Kraftstoffein­ spritzung unter Nutzung der jeweils neuesten Information der korrigierten Einspritzbeginnzeit beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß
   die Einspritzsteuereinrichtung dann, wenn die Kühlwasser­ temperatur (TW) einen vorbestimmten Wert (TW0) unter­ schreitet, ein die Einspritzbeginnzeit (Ri) für den kalten Zustand der Maschine angebender Referenzwert (Rw) aus einer Tabelle abruft, die eine Beziehung zwischen der Kühlwassertemperatur (TW) und der Einspritzbeginnzeit (Ri) darstellt, und dieser Referenzwert (Rw) als die Einspritzbeginnzeit (Ri) verwendet, und
   dann, wenn die Kühlwassertemperatur (TW) den vorbestimmten Wert (TW0) überschreitet, die Einspritzbeginnzeit (Ri) aus einer Tabelle abgerufen wird, die eine Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl (NE) und der Einspritzzeit (TAU) darstellt.