DE4036080C2 - Vorrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge einer Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 38 33 122 A1 stellt eine Vorrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge der Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern vor. Diese Vorrichtung umfaßt einen Drucksensor zum Ermitteln des Innendrucks eines oder mehrerer der Zylinder. Des weiteren weist diese Vorrichtung einen Wassertemperatursensor zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers im Bereich der Zylinder auf. Darüber hinaus ist diese Vorrichtung mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Ermitteln der Sauerstoffkonzentration der Abgase aus den Zylindern versehen. Weiterhin ist bei dieser Vorrichtung ein Kurbelwinkelsensor zum Ermitteln des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine vorgesehen. Eine Regeleinrichtung dient bei dieser Vorrichtung dem Verarbeiten von Signalen, welche vom Drucksensor, Wassertemperatursensor, Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor und Kurbelwinkelsensor geliefert werden. Schließlich umfaßt diese Vorrichtung einen Einspritzer, der im Bereich eines jeden Einlaßventiles der Zylinder in einen Ansaugkrümmer einmündet. Dabei ist der Einspritzer von der Regeleinrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der von der Regeleinrichtung verarbeiteten Signale angesteuert. Dem Luftansaugstutzen ist zu dem bei dieser Vorrichtung ein Luftströmungsmesser zum Messen der Menge der angesaugten Luft vorgeordnet. Der Luftströmungsmesser ist ebenfalls mit der Regeleinrichtung zur Übertragung eines Ansaugluftmengensignales verbunden. Für die Überwachung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird ein Fehlersignal aus der Differenz eines tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) b und eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) m gebildet. Das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) b läßt sich dabei aus der Beziehung zwischen einem Mittelwert P_maxb des maximalen Zylinderinnendrucks und einem Mittelwert T_eb der Abgastemperatur durch Verarbeitungen einer Wertetabelle herleiten, wobei die Mittelwerte P_maxb und T_eb selbst in einzelnen, zuvor stattgefundenen Schritten gewonnen werden. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) m läßt sich hingegen einer Wertetabelle entsprechend dem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine entnehmen, wobei der Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine aus der Maschinendrehzahl N und Ansaugluftmenge Ga oder einem Druck Pb in dem Luftansaugstutzen gewonnen wird. Obschon sich diese Vorrichtung in der Praxis außerordentlich bewährt hat, ist die Verwendung eines Luftströmungsmessers zum Messen der Menge der angesaugten Luft zwischen Luftansaugstutzen und Drosselklappe von gewissem Nachteil. Ein solcher Luftströmungsmesser weist zwar eine hohe Meßgenauigkeit auf, ist jedoch ausgesprochen teuer und nicht zuletzt aufgrund seiner komplizierten Bauweise verhältnismäßig störanfällig. Des weiteren besteht bei dieser Vorrichtung die Gefahr, daß sich die Betriebscharakteristiken der Brennkraftmaschine beispielsweise aufgrund von Herstellungsungenauigkeiten oder sonstigen Verschleißerscheinungen ändern. Dies zieht oftmals eine nicht an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßte Kraftstoffeinspritzmenge mit der Folge einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens insgesamt nach sich. Schließlich ist diese Vorrichtung nicht dazu vorgesehen, auch entscheidend auf die Einstellung des Zündzeitpunktes einzuwirken.

Die DE 40 01 362 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern. Bei dieser Vorrichtung sind ein Drucksensor zum Ermitteln des Innendruckes eines oder mehrerer der Zylinder, ein Sauglufttemperatursensor zum Ermitteln der Temperatur der Ansaugluft in dem Ansaugkrümmer und ein Kurbelwinkelsensor zum Ermitteln des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine vorgesehen. Des weiteren ist bei dieser Vorrichtung eine Regeleinrichtung zum Verarbeiten der von dem Drucksensor, dem Sauglufttemperatursensor und dem Kurbelwinkelsensor kommenden Signale verwirklicht. Ein Einspritzer, der im Bereich eines jeden Einlaßventiles der Zylinder in einen Ansaugkrümmer einmündet, ist dabei von der Regeleinrichtung angesteuert, und zwar zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der von der Regeleinrichtung verarbeiteten Signale. Zusätzlich ist die Regeleinrichtung an eine Zündvorrichtung angelegt, welche Zündkerzen der Zylinder mit Zündspannung versorgt. Hierdurch soll die Regeleinrichtung dieser Vorrichtung auf den Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine direkt Einfluß nehmen können. Ein Wassertemperatursensor zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers im Bereich der Zylinder und ein Kurbelwinkelsensor zum Ermitteln des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine sind hingegen bei dieser Vorrichtung nicht vorhanden. Insofern ist die Funktionsweise dieser Vorrichtung ausschließlich auf den Drucksensor, den Kurbelwinkelsensor und Sauglufttemperatursensor abgestimmt. Die Überwachung des Zündzeitpunktes richtet sich daher bei dieser Vorrichtung ausnahmslos nach den Signalen, welche die Regeleinrichtung von dem Drucksensor, dem Kurbelwinkelsensor und dem Sauglufttemperatursensor erhält.

Schließlich ist aus der DE 40 05 597 A1 ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Zylindern entnehmbar. Dieses Steuersystem umfaßt einen Drucksensor zum Ermitteln des Innendrucks eines oder mehrerer der Zylinder, einen Wassertemperatursensor zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers im Bereich der Zylinder und einen Sauglufttemperatursensor zum Ermitteln der Temperatur der Ansaugluft in dem Ansaugkrümmer. Darüber hinaus weist dieses Steuersystem einen Kurbelwinkelsensor zum Ermitteln des Kurbelwinkels des Verbrennungsmotors und einen Drosselklappenöffnungssensors zum Ermitteln der Drosselklappenstellung der in den Ansaugstutzen eingebauten Drosselklappe. Eine Regeleinrichtung dieses Steuersystems empfängt von dem Drucksensor, dem Wassertemperatursensor, dem Sauglufttemperatursensor, dem Kurbelwinkelsensor sowie dem Drosselklappenöffnungssensor korrespondierende Signale und verarbeitet diese entsprechend zu einem Ausgangssignal weiter. Dieses Ausgangssignal wird an einen Einspritzer angelegt, der im Bereich eines jeden Einlaßventiles der Zylinder in einen Ansaugkrümmer einmündet. Auf diese Weise läßt sich die Kraftstoffeinspritzmenge an dem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors angleichen. Bei diesem Steuersystem ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Ermitteln der Sauerstoffkonzentration der Abgase aus den Zylindern nicht verwirklicht. Auch steht die Regeleinrichtung nicht mit der eigentlichen Zündvorrichtung des Verbrennungsmotors in Verbindung. Die Funktionsweise dieses Steuersystems ist somit von konstruktiver Ausgestaltung geprägt. Dementsprechend erfolgt beispielsweise keine Einflußnahme der Regeleinrichtung dieses Steuersystems auf den Zündzeitpunkt des Verbrennungsmotors.

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die konstruktiv einfach ausgestaltet, kostengünstig und selbst bei sich ändernden Betriebscharakteristiken der Brennkraftmaschine in Folge Verschleiß oder dergleichen ausgesprochen zuverlässig ist sowie zusätzlich den genauen Zündzeitpunkt der Zündvorrichtung von der Brennkraftmaschine einstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

So ist die Vorrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung baulich einfach ausgestaltet, und zwar ohne großen zusätzlichen Kostenaufwand hervorzurufen. Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund ihrer Konstruktion dazu geeignet, eine an den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßte Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen und bereitzustellen sowie gleichermaßen den Zündzeitpunkt einzustellen, d. h. entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine nach vorne oder nach hinten zu verschieben. Sowohl das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge als auch das Einstellen des Zündzeitpunktes lassen sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer größtmöglichen Genauigkeit vornehmen. Schließlich hat die erfindungsgemäße Vorrichtung noch den weiteren Vorteil, daß eine Abhängigkeit von sich ändernden Betriebscharakteristiken, beispielsweise wegen Herstellungsgenauigkeiten, Verschleißerscheinungen etc., ausgeschlossen ist. Aufgrund dessen läßt sich sowohl die richtige Kraftstoffeinspritzmenge als auch der richtige Zündzeitpunkt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wählen, so daß eine ordnungsgemäße Steuerung der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung somit wesentlich verbessert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Regeleinrichtung der Vorrichtung nach der Erfindung berechnet also eine Einspritzmenge oder einen Zündzeitpunkt für eine Brennkraftmaschine auf der Basis der in die Zylinder der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge. Diese Luftmenge wird auf der Basis des Innendrucks in einem Zylinder bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel berechnet. Die Einspritzmenge oder der Zündzeitpunkt wird dann durch Rückführungsregelung so korrigiert, daß die Differenz zwischen einer vorgegebenen Regelgröße, die eine Funktion des Innendrucks des Zylinders ist, und einer Führungsgröße verringert wird.

Dabei besteht keine Beschränkung auf irgendeine spezielle Regelgröße; und es kann mehr als eine Regelgröße verwendet werden. Z. B. kann eine erste Regelgröße durch Verstellen der Kraftstoffeinspritzmenge und eine zweite Regelgröße durch Verstellen des Zündzeitpunkts gesteuert werden.

Entsprechend der Erfindung wird die ange­ saugte Luftmenge in einem Zylinder der Maschine auf der Basis des Innendrucks im Zylinder berechnet. Eine Einspritz­ menge und/oder ein Zündzeitpunkt für die Maschine wird/werden auf der Basis dieser Luftmenge und eine Regelgröße wird auf der Basis des Innendrucks in einem Zylinder berechnet. Dann werden die Einspritzmenge und/oder der Zündzeitpunkt durch Rückführungsregelung so korrigiert, daß die Differenz zwischen der Regelgröße und einer Führungs­ größe verringert wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine, die mit einem Ausführungs­ beispiel der Regeleinrichtung ausgerüstet ist;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines von der Regeleinrichtung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ausgeführten Programms;

Fig. 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung des Be­ triebs des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1;

Fig. 4 ein Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine, die von der Regeleinrichtung nach Fig. 1 zur Berech­ nung eines Rückführungskoeffizienten KFB für die Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird;

Fig. 5 ein Flußdiagramm einer Unterbrechungsroutine, die von der Regeleinrichtung nach Fig. 1 zur Berech­ nung eines Rückführungskoeffizienten KSA für den Zündzeitpunkt ausgeführt wird; und

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem ge­ schätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Brennkraft­ maschine zeigt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine, die mit einer Regeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgerüstet ist. Dabei hat eine Brennkraftmaschine 1 eine Vielzahl von Zylindern 1a, von denen nur einer gezeigt ist. Jeder Zylinder 1a enthält einen hin- und hergehenden Kolben 2 und hat ein Einlaßventil 3, ein Auslaßventil 4 und eine Zünd­ kerze 5. Ein Ansaugkrümmer 6 ist mit den Zylindern 1a ver­ bunden und hat eine Drosselklappe 7 zur Einstellung der Luftdurchflußmenge zur Brennkraftmaschine 1. Ein Einspritzer 8 ist in den Ansaugkrümmer 6 im Bereich jedes Einlaßventils 3 ein­ gebaut. Ein Auspuffkrümmer 12 ist mit den Auslaßventilen 4 der Zylinder 1a verbunden.

Jeder Zylinder 1a hat einen Drucksensor 9 wie etwa ein piezoelektrisches Element, das ein elektrisches Signal, z. B. eine Spannung, erzeugt, das dem absoluten Innendruck im Zy­ linder 1a entspricht. Das Ausgangssignal des Drucksensors 9 wird einer elektronischen Regeleinrichtung 100 zugeführt. Die Tem­ peratur des Kühlwassers für die Brennkraftmaschine wird von einem Wassertemperatursensor 10 aufgenommen, der der Regeleinrichtung 100 ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal zuführt. Ein Sauglufttemperatursensor 11 ist in den Ansaugkrümmer 6 eingebaut und liefert der Regeleinrichtung 100 ein der Saugluft­ temperatur entsprechendes elektrisches Ausgangssignal. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor bzw. A/F-Sensor 13 ist im Auspuffkrümmer 12 angeordnet. Er liefert ein elektrisches Ausgangssignal an die Regeleinrichtung 100, das der Sauerstoff­ konzentration der Abgase aus den Zylindern 1a entspricht.

Die Zündkerze 5 erhält eine Zündspannung über einen Ver­ teiler 14 von einer Zündvorrichtung 16. Der Verteiler 14 umfaßt einen Kurbelwinkelsensor 15, der bei vorbestimmten Kurbel­ winkeln der Maschine 1 elektrische Ausgangssignale erzeugt und sie der Regeleinrichtung 100 zuführt. Kurbelwinkelsensoren zur Verwen­ dung in Maschinensteuer- bzw. Regelsystemen sind allgemein bekannt, und es kann jeder geeignete Typ verwendet werden. Beispiels­ weise kann der Kurbelwinkelsensor 15 einen optischen Rotations­ sensor umfassen, der eine auf der Welle des Verteilers 14 befestigte Scheibe mit einer Vielzahl von darin gebildeten Langlöchern sowie ein Paar von Lichtunterbrechern zur Er­ fassung der Rotation der Scheibe aufweist. Jeder Lichtun­ terbrecher besteht aus einem lichtaussendenden Element auf der einen Seite der Scheibe und einem Fotodetektor auf der anderen Seite der Scheibe. Während die Scheibe rotiert, erlauben die Langlöcher in der Scheibe intermittierend den Durchtritt von Licht zwischen den lichtaussendenden Elemen­ ten und den Fotodetektoren, und die Fotodetektoren erzeugen elektrische Ausgangssignale, deren Frequenz der Umlaufge­ schwindigkeit der Scheibe entspricht. Das elektrische Aus­ gangssignal eines der Lichtunterbrecher wird als Kurbel­ winkelsignal genützt. Dabei hat typischerweise das Kurbel­ winkelsignal für jeden Grad der Kurbelwellenrotation einen Impuls, obwohl die Anzahl der Rotationsgrade pro Impuls nicht kritisch ist. Das elektrische Ausgangssignal vom anderen Lichtunterbrecher wird als Zylindererkennungssignal genützt. Dieses Signal hat jedesmal, wenn der Kolben eines bestimmten Zylinders eine vorbestimmte Winkellage einnimmt, einen Impuls. Beispielsweise hat bei dem vorliegenden Aus­ führungsbeispiel das Zylindererkennungssignal jedesmal einen Impuls, wenn der Kolben 2 eines der Zylinder 1a während seines Verdichtungshubs sich am unteren Totpunkt (UT) be­ findet. Die Fig. 3b und 3c zeigen die Verläufe des Zylin­ dererkennungssignals bzw. des Kurbelwinkelsignals dieses Ausführungsbeispiels. Die Frequenzen und Signalverläufe der Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 15 sind jedoch nicht kri­ tisch und können von den in Fig. 3 gezeigten verschieden sein.

Die Regeleinrichtung 100 hat eine CPU, einen ROM und einen RAM. Aufgrund der zugeführten Signale vom Drucksensor 9, vom Wassertemperatursensor 10, vom Lufttemperatursensor 11, vom A/F-Sensor 13 und vom Kurbelwinkelsensor 15 berechnet die Regeleinrichtung 100 den Zündzeitpunkt und die Einspritzmenge und steuert den Betrieb der Zündvorrichtung 16 und der Ein­ spritzer 8, um dadurch den Zündzeitpunkt und die Einspritz­ menge der Brennkraftmaschine einzustellen.

Das Flußdiagramm von Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine Hauptroutine, die von der Regeleinrichtung 100 zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge und des Zündzeitpunkts ausgeführt wird; das Flußdiagramm von Fig. 4 zeigt eine Unterbre­ chungsroutine, die von der Regeleinrichtung 100 zur Berechnung eines Kraftstoffeinspritz-Rückführungskoeffizienten KFB ausgeführt wird; und das Flußdiagramm von Fig. 5 zeigt eine Unterbre­ chungsroutine, die von der Regeleinrichtung 100 zur Berechnung eines Zündzeitpunkt-Rückführungskoeffizienten KSA ausgeführt wird. Der Betrieb des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 wird unter Bezugnahme auf diese Flußdiagramme sowie auf Fig. 3, die ein Impulsdiagramm ist und den zeitlichen Ablauf dar­ stellt, erläutert.

Die Regeleinrichtung 100 empfängt die Ausgangssignale vom Kurbelwinkelsensor 15. In Schritt 101 wird abgefragt, ob ein vorbestimm­ ter Kurbelwinkel Ro seit einem Bezugskurbelwinkel R1 abgelaufen ist, der dem UT des Kolbens 2 im Zylinder 1a, der gerade den Verdichtungshub ausführt, entspricht. Wie Fig. 3 zeigt, entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel der Bezugskurbelwinkel R1 der Anstiegsflanke des Zylinderer­ kennungssignals vom Kurbelwinkelsensor 15. Die Regeleinrichtung 100 be­ stimmt den Kurbelwinkel durch Zählen der Anzahl von Impul­ sen des Kurbelwinkelsignals vom Kurbelwinkelsensor 15 seit dem letzten Impuls des Zylindererkennungssignals. Die Regeleinrichtung 100 wiederholt Schritt 101, bis der Kurbelwinkel Ro abge­ laufen ist. Wenn die Regeleinrichtung 100 feststellt, daß der Kurbelwinkel Ro abgelaufen ist, wird in Schritt 102 das Ausgangssignal des Drucksensors 9 ausgelesen, das den Innendruck im Zylinder 1a, der momentan seinen Verdich­ tungshub ausführt, bezeichnet. Der Innendruck Pc wird im RAM oder in einem Register der CPU gespeichert. In Schritt 103 wird das Ausgangssignal des Lufttemperatursensors 11 ausgelesen und in Schritt 104 wird das Ausgangssignal des Kühlwassertemperatursensors 10 ausgelesen. In Schritt 105 berechnet die Regeleinrichtung 100 die nominelle Saugluftmenge Qa der Ver­ brennungsluft in dem im Verdichtungshub befindlichen Zy­ linder 1a mittels der Gleichung

Qa = VRo×Pc×Cat×Cwt,

wobei VRo das Volumen des Zylinders 1a bei dem Kurbel­ winkel Ro, Pc der Innendruck, Cat ein Umrechnungsko­ effizient, der nach Multiplikation mit dem Innendruck Pc die Dichte der Luft im Zylinder 1a ergibt, und Cwt ein Korrek­ turkoeffizient ist, der die Temperaturerhöhung der Ansaug­ luft zwischen dem Zeitpunkt, zu dem sie am Lufttemperatur­ sensor 11 vorbeiströmt, und dem Zeitpunkt ihres Eintritts in den Zylinder 1a ausgleicht. Cat ist eine vorbestimmte Funktion der vom Lufttemperatursensor 11 aufgenommenen Sauglufttemperatur, und Cwt ist eine vorbestimmte Funktion der vom Wassertemperatursensor 10 aufgenommenen Kühlwasser­ temperatur. Die Beziehung zwischen Cat und der Saugluft­ temperatur sowie die Beziehung zwischen Cwt und der Kühl­ wassertemperatur kann im ROM der Regeleinrichtung 100 jeweils in Form von Nachschlagetabellen gespeichert sein. Der Wert von VRo ist eine Konstante und kann daher vorher im ROM ge­ speichert werden.

Die in Schritt 105 berechnete nominelle Saugluftmenge Qa ist größer als die tatsächliche Verbrennungsluftmenge im Zy­ linder 1a, da Qa das nach dem vorhergehenden Auslaßhub im Zylinder 1a verbleibende Abgas einschließt. Es ist daher erforderlich, die nominelle Saugluftmenge Qa in bezug auf die­ ses Abgas zu korrigieren. In Schritt 106 berechnet die Regeleinrichtung 100 die Drehzahl Ne, und in Schritt 107 wird die Ist-Saugluftmenge Qa′ (= nominelle Saugluftmenge minus restliches Abgas) berechnet unter Anwendung der Gleichung

Qa′ = Ko (Ne, Qa)×Qa.

Die Drehzahl Ne kann auf der Basis der Zeitdauer zwischen Impulsen des Kurbelwinkelsensors 15 berechnet werden. Ko ist ein Ladekorrekturkoeffizient, der eine vorbestimmte Funktion der Drehzahl Ne und der nominellen Saugluftmenge Qa ist. Diese Funktion kann im ROM in Form einer Nachschlagetabelle ge­ speichert sein.

In Schritt 108 berechnet die Regeleinrichtung 100 auf der Basis der Ist-Saugluftmenge Qa′ eine Grundkraftstoffeinspritzmenge Gfo zum Er­ reichen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) und speichert das Resultat im RAM. Die Beziehung zwischen der Grundkraftstoffeinspritzmenge Gfo, dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis (A/F) und der Ist-Saugluftmenge Qa′ kann vorher bestimmt und im ROM in Form einer Nachschlagetabelle gespeichert werden. In Schritt 109 wird aus dem RAM der Wert eines Rückführungskoeffizienten KFB für die Kraftstoffeinsprit­ zung ausgelesen, der vorher in der Unterbrechungsroutine nach Fig. 4 berechnet wurde. In Schritt 110 wird die Grundkraftstoff­ einspritzmenge Gfo korrigiert zur Bildung einer Ist-Kraftstoffein­ spritzmenge Gf gemäß der Gleichung

Gf=Gfo×(1+KFB),

und die Treiberimpulsdauer τ des Einspritzers 8 wird auf der Basis der Durchflußmengenzunahme K1 des Einspritzers 8 gemäß der Gleichung

τ=K1×Gf

berechnet. Der Wert von τ wird dann in ein spezielles Ein­ spritzregister der CPU oder in den RAM gesetzt und zur Steuerung des Einspritzers 8 für den nächsten mit Kraft­ stoff zu versorgenden Zylinder 1a oder für die nächste Durchführung der Kraftstoffeinspritzung in den momentan den Verdichtungshub ausführenden Zylinder genützt.

In Schritt 111 bestimmt die Regeleinrichtung 100 einen Grundzünd­ zeitpunkt SAo auf der Basis der Drehzahl Ne und der Ist-Saugluftmenge Qa′ in dem momentan im Verdichtungshub befindlichen Zylinder 1a. Die Beziehung zwischen SAo, der Drehzahl Ne und der Ist-Saugluftmenge Qa′ kann vorher in einer Tabelle im ROM gespeichert werden. In Schritt 112 wird aus dem RAM ein Rückführungskoeffizient KSA für den Zündzeitpunkt, der vorher in der Unterbrechungsroutine von Fig. 5 bestimmt wurde, ausgelesen. In Schritt 113 wird der Grundzündzeitpunkt SAo korrigiert unter Bildung des Ist- Zündzeitpunkts SA gemäß der Gleichung

SA=SAo×(1+KSA).

Der Ist-Zündzeitpunkt SA wird dann in ein spezielles Zünd­ zeitpunktregister der CPU oder in den RAM gesetzt. Auf der Basis des berechneten Ist-Zündzeitpunkts SA wird die Zündvor­ richtung 16 von der Regeleinrichtung 100 in konventioneller Weise so geregelt bzw. gesteuert, daß die Zündung durchgeführt wird.

Fig. 4 zeigt die Unterbrechungsroutine zur Berechnung des Rückführungskoeffizienten KFB für die Kraftstoffeinsprit­ zung, die bei dem Kurbelwinkel Rp von Fig. 3 ausgelöst wird. In Schritt 201 wird die in Schritt 107 von Fig. 2 berechnete Ist-Saugluftmenge Qa′ aus dem RAM ausgelesen und mit einem Bezugswert verglichen, um festzustellen, ob die Ma­ schinenlast innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der zur Durchführung einer Rückführungsregelung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses geeignet ist. Wenn die Maschinen­ last in dem vorbestimmten Bereich liegt, wird in Schritt 202a der Kraftstoffeinspritz-Rückführungskoeffizient KFB auf der Basis des Ausgangssignals des konventionellen A/F-Sensors 13 in kon­ ventioneller Weise berechnet, und ein Rücksprung findet statt. Wenn die Maschinenlast nicht in dem für die Rückfüh­ rungsregelung vorgegebenen Bereich liegt, wird in Schritt 202 auf der Basis des Kurbelwinkelsignals vom Kurbelwinkelsensor 15 abgefragt, ob der momentane Kurbelwinkel ein erster vor­ gegebener Kurbelwinkel R1 ist, der während des Saughubs des Zylinders 1a auftritt. Bei dem Beispiel nach Fig. 3 tritt R1 beim UT des Kolbens 2 am Ende seines Saughubs auf. Wenn der Kurbelwinkel gleich R1 ist, dann wird der Innendruck im Zylinder vom Drucksensor 9 ausgelesen und im RAM oder in einem Register der CPU als Pc1 gespeichert. Wenn der Kurbelwinkel nicht gleich R1 ist, springt die Routine zu Schritt 204. In Schritt 204 wird abgefragt, ob der momentane Kurbelwinkel gleich einem zweiten vorgege­ benen Kurbelwinkel R2 ist, der während des Auslaßhubs des Zylinders 1a auftritt. Bei dem Beispiel von Fig. 3 tritt R2 beim OT am Ende des Auslaßhubs auf. Wenn der Kurbelwinkel nicht gleich R2 ist, erfolgt ein Rücksprung, und wenn er gleich R2 ist, liest die Regeleinrichtung 100 in Schritt 205 den Innendruck im Zylinder vom Drucksensor 9 aus und speichert ihn im RAM oder in einem Register der CPU als Pc2. In Schritt 206 berechnet die Regeleinrichtung 100 das Verhältnis CR=Pc1/Pc2, und in Schritt 207 wird aus dem RAM ein vor­ her bestimmter Kurbelwinkel RP ausgelesen, bei dem der maximale Innendruck im Zylinder auftritt. Der Wert von RP wird vorher in einer nicht gezeigten Unterbrechungsroutine unter Anwendung eines Höchstpegelhalteglieds, dem das Ausgangs­ signal des Drucksensors 9 zugeführt wird, in der Regeleinrichtung 100 bestimmt und im RAM gespeichert. In Schritt 208 wird die Differenz CBT zwischen RP und dem in Schritt 111 von Fig. 2 bestimmten Grundzündzeitpunkt SAo berechnet. CBT ist ein Parameter, der gegenüber Änderungen des Luft-Kraft­ stoff-Verhältnisses hochempfindlich ist und Änderungen der Verbrennungsgeschwindigkeit in einem Zylinder 1a in bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausdrückt. In Schritt 209 wird ein geschätztes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)e berechnet mittels der Gleichung

(A/F)e=a1+a2CR+a3CBT,

wobei a1 bis a3 Konstanten sind, die vorher experimentell bestimmt werden. Fig. 6 ist ein Diagramm der Beziehung zwi­ schen dem Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem durch die obige Gleichung gegebenen geschätzten Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnis (A/F)e. Es ist ersichtlich, daß mit dieser Glei­ chung eine sehr genaue Schätzung des Luft-Kraftstoff-Ver­ hältnisses erhalten wird. In Schritt 210 wird die Differenz ΔA/F zwischen einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F und dem geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)e berech­ net. In Schritt 211 wird der Kraftstoffeinspritz-Rückführungskoeffi­ zient KFB berechnet mittels der Gleichung

KFB=KfPΔA/F+KfI ∫ (ΔA/F)dt,

wobei KfP ein proportionaler und KfI ein integraler Rück­ führungsfaktor ist. Der Kraftstoffeinspritz-Rückführungskoeffizient KFB wird dann im RAM gespeichert. Anschließend erfolgt ein Rücksprung.

Fig. 5 zeigt die Unterbrechungsroutine zur Berechnung des Rückführungskoeffizienten KSA für den Zündzeitpunkt, die bei dem Kurbelwinkel R2 in Fig. 3 ausgelöst wird. Die Rückführungsregelung des Zündzeitpunkts wird nur ausge­ führt, wenn die Maschinenlast einen vorgegebenen Wert über­ steigt, um die Genauigkeit der Zündzeitpunktsteuerung in einem Lastbereich, in dem eine Klopftendenz besteht, zu erhöhen. Daher wird in Schritt 301 die in Schritt 107 der Routine von Fig. 2 berechnete Ist-Saugluftmenge Qa′ mit einem Bezugswert Qao′ verglichen. Bei Qa′ Qao′ wird keine Rück­ führungsregelung durchgeführt, so daß in Schritt 302a der Zündzeitpunkt- Rückführungskoeffizient KSA = 0 gemacht und ein Rücksprung durchgeführt wird. Bei Qa′< Qao′ jedoch wird in Schritt 302 der Kurbelwinkel RP, bei dem der maximale Innendruck im Zylinder vorliegt, aus dem RAM ausgelesen, und in Schritt 303 wird die Differenz ΔRP zwischen einem vorbestimmten Sollwert RPO des Kurbelwinkels mit dem maximalen Innendruck im Zylinder bzw. Zylinderdruck und dem Ist-Kurbelwinkel RP mit dem maximalen Zylinderdruck berechnet. In Schritt 304 wird ΔRP mit einem vorbestimm­ ten Verstärkungsfaktor KSP multipliziert unter Bildung des Zündzeitpunkt-Rückführungskoeffizienten KSA, der im RAM ge­ speichert wird. Anschließend wird ein Rücksprung ausgeführt.

In der Hauptroutine von Fig. 2 wird in Schritt 105 die Dichte der Luft im Zylinder 1a auf der Basis der vom Saug­ lufttemperatursensor 11 gemessenen Temperatur berechnet. Anstelle einer Messung der Temperatur im Ansaugkrümmer 6 ist es theoretisch möglich, die mittlere Lufttemperatur des Kraftstoff-Luft-Gemischs in einem Zylinder 1a unter Anwen­ dung eines Temperatursensors im Zylinder 1a direkt zu messen. In der Praxis ist es aber schwierig, einen Tempe­ ratursensor im Zylinder 1a anzuordnen, und zwar wegen der extremen Wärme, der der Sensor während der Zündung ausge­ setzt ist; daher wird allgemein bevorzugt, die Saugluft­ temperatur wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Ansaugkrümmer 6 zu messen.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel werden als Regelgrößen das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)e und der dem maximalen Innendruck im Zylinder entsprechende Kurbelwinkel RP verwendet. Die Kraftstoffeinspritzung sowie der Zünd­ zeitpunkt werden so verstellt, daß die Differenz zwischen den Regelgrößen und den Sollwerten verringert wird. Es ist aber auch möglich, eine Rückführungsregelung unter Nutzung anderer Maschinenparameter als Regelgrößen durchzuführen. Beispielsweise kann als Regelgröße der mittlere effektive Druck in einem Zylinder, der eine Anzeige für das Maschi­ nendrehmoment ist, genützt werden. Unter Anwendung der OT-Lage während des Saughubs eines Zylinders als Bezugswert kann, wenn der Innendruck in vorbestimmten Intervallen wie etwa nach jeweils 4° Kurbelwellenrotation gemessen wird, der mittlere effektive Druck Pi mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

Danach kann die Einspritzmenge oder/und der Zündzeitpunkt so verstellt werden, daß die Differenz ΔPi zwischen dem gemessenen mittleren effektiven Druck Pi und einem Sollwert Pio Null wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat jeder Zylinder 1a der Brennkraftmaschine 1 seinen eigenen Drucksensor 9. Es ist aber auch möglich, weniger Drucksensoren 9 als Zylinder 1a ein­ zusetzen. Beispielsweise kann entweder ein einziger Druck­ sensor 9 für sämtliche Zylinder eingesetzt werden, oder es können halb so viele Drucksensoren 9 wie Zylinder 1a ein­ gesetzt werden, und die Einspritzmengen und Zündzeitpunkte sämtlicher oder einiger Zylinder 1a können auf der Basis des gemessenen Drucks bzw. der gemessenen Drücke einge­ stellt werden. Diese Anordnung führt zwar zu einer etwas verminderten Steuer- bzw. Regelgenauigkeit, bietet jedoch den Vorteil einer Kostensenkung.

Wenn eine Rückführungsregelung auf der Basis des Innendrucks im Zylinder durchgeführt wird, während das Abgas von einer Ab­ gasentgiftungsvorrichtung gereinigt wird (d. h., daß bei Abgasentgiftung die Einspritzung auf der Basis des Aus­ gangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors so ge­ regelt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht wird, bei dem der Entgiftungseffekt eines Katalysators maximiert wird), nimmt die Steuergenauigkeit aufgrund von Änderungen des Innendrucks im Zylinder ab. Zu diesem Zeitpunkt kann daher die Rückführungsregelung unterbrochen werden.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß eine Regeleinrichtung gemäß der Erfindung die Rückführungs­ regelung der Einspritzmenge und des Zündzeitpunkts der Brennkraftmaschine unter Nutzung von Rückführungskoeffizienten, die eine Funktion des Zylinderdrucks sind, durchführen kann. Da die Einspritzung und die Zündung durch Rückführung gesteu­ ert werden, braucht die Maschine zur Erzielung einer ex­ akten Steuerung keine Charakteristiken aufzuweisen, die mit einer Basis-Maschine übereinstimmen. Selbst wenn also auf­ grund von herstellungsbedingten Abweichungen Unterschiede zwischen Brennkraftmaschinen bestehen, kann jede Brennkraftmaschine exakt gesteuert werden. Daher können die Herstellungskosten der Brennkraftmaschine gesenkt und die Genauigkeit der Maschinen­ steuerung erhöht werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Vielzahl von Zylindern (1a), umfassend einen Drucksensor (9) zum Ermitteln des Innendrucks eines oder mehrerer der Zylinder (1a), einen Wassertemperatursensor (10) zum Ermitteln der Temperatur des Kühlwassers im Bereich der Zylinder (1a), einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (13) zum Ermitteln der Sauerstoffkonzentration der Abgase aus den Zylindern (1a), einen Kurbelwinkelsensor (15) zum Ermitteln des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine (1), einer Regeleinrichtung (100) zum Verarbeiten von vom Drucksensor (9), Wassertemperatursensor (10), Luft-Kraftstoff- Verhältnissensor (13) und Kurbelwinkelsensor (15) gelieferten Signalen, und einen Einspritzer (8), der im Bereich eines jeden Einlaßventiles (3) der Zylinder (1a) in einen Ansaugkrümmer (6) einmündet, wobei der Einspritzer (8) von der Regeleinrichtung (100) zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der von der Regeleinrichtung (100) verarbeiteten Signale angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Sauglufttemperatursensor (11) zum Ermitteln der Temperatur der Ansaugluft in dem Ansaugkrümmer (6) angeordnet ist, der mit der Regeleinrichtung (100) zum Liefern von Signalen verbunden ist, und
daß eine Zündkerze (5) der Zylinder (1a) mit Zündspannung versorgende Zündvorrichtung (16) vorgesehen ist, die von der Regeleinrichtung (100) zusätzlich zum Einstellen des Zündzeitpunktes entsprechend der von der Regeleinrichtung (100) verarbeiteten Signale angesteuert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Berechnen eines Kraftstoffeinspritz-Rückführungskoeffizienten (KFB) zum Korrigieren einer Grundkraftstoffeinspritzmenge (Gfo) unter Erhalt einer Ist-Kraftstoffeinspritzmenge (Gf) und eines Zündzeitpunkt-Rückführungskoeffizienten (KSA) zum Korrigieren eines Grundzündzeitpunktes (SAO) unter Erhalt eines IST-Zündzeitpunktes (SA) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung Mittel zum Berechnen einer nominellen Saugluftmenge (Qa) aus den vom Drucksensor (9), Wassertemperatursensor (10), Kurbelwinkelsensor (15) und Sauglufttemperatursensor (11) gelieferten Signalen, einer Drehzahl (Ne) und einer Ist- Saugluftmenge (Qa′) umfaßt, auf deren Basis die Grundkraftstoffeinspritzmenge (Gfo) und der Grundzündzeitpunkt (SAO) berechenbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Vergleich der Ist- Saugluftmenge (Qa′) mit einem vorbestimmten Bezugswert umfaßt, wobei der Kraftstoffeinspritz-Rückführungskoeffizient (KFB) wahlweise unter zugrundelegen der von dem Luft- Kraftstoff-Verhältnissensors (13) gelieferten Signale ermittelbar bzw. unter Bestimmen einer Differenz (ΔA/F) von einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) und einem geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)e berechenbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Berechnen des geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F)e gemäß der Gleichung (A/F)e = a1 + a2CR + a3CBTmit
CR = das Verhältnis von vom Drucksensor (9) im Zylinder (1a) bei zwei verschiedenen Kurbelwinkeln der Brennkraftmaschine (1) gemessenen Drücken (PC1, PC2),
CBT = die Differenz zwischen einem Ist-Kurbelwinkel (up), bei dem der vom Drucksensor (9) gemessene Druck maximal ist, und dem berechneten Grundzündzeitpunkt (SAo), sowie a1-a3=Konstanten umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Berechnen des Kraftstoffeinspritz- Rückführungskoeffizienten (KFB) mittels der Gleichung KFB = KfPΔA/F + KfI∫ (ΔA/F)dt,wobei KfP ein proportionaler und KfI ein integraler Rückführungsfaktor ist, aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Berechnen des Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine (1) aufweist, bei dem der vom Drucksensor (9) im Zylinder (1a) gemessene Druck maximal ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Berechnen des mittleren effektiven Drucks im Zylinder (1a) über eine Mehrzahl von Kolbenhüten aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Vergleich der Ist-Saugluftmenge (Qa′) mit einem Bezugswert (Qa′) umfaßt, wobei der Zündzeitpunkt-Rückführungskoeffizient (KSA) wahlweise gleich Null setzbar bzw. unter Bestimmen einer Differenz (ΔξP) von einem vorgegebenen Sollwert (uPO) des Kurbelwinkels mit maximalem Zylinderdruck und dem Ist-Kurbelwinkel (uP) mit maximalem Zylinderdruck berechenbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (100) Mittel zum Berechnen des Zündzeitpunkt-Rückführungskoeffizienten (KSA) durch Multiplizieren der Differenz (ΔξP) mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor (KSP) aufweist.