DE69115722T2

DE69115722T2 - Steuergerät zur Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses für einen Fahrzeugmotor

Info

Publication number: DE69115722T2
Application number: DE69115722T
Authority: DE
Inventors: Takao Fukuma; Toshio Takaoka; Keisuke Tsukamoto; Hirofumi Yamasaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: EP0440211A3; JPH03225045A; EP0440211B1; US5092297A; EP0440211A2; DE69115722D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses für einen Fahrzeugmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes Steuergerät zur Steuerung des Luft- Kraftstoffverhältnisses ist in der JP-A-59 196 932 offenbart. Dieses Steuergerät bestimmt das Luft-Kraftstoffverhältnis, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich zu der Temperatur des Motorkühlwassers verwendet wird, nachdem der Motor gestartet wurde. Wenn entweder die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Kühlwassertemperatur einen jeweiligen vorbestimmten Wert übersteigt, wird das Luft- Kraftstoffverhältnis vom fetten zum mageren Gemisch umgeschaltet. Es können jedoch Betriebszustände auftreten, in denen das Luft-Kraftstoffverhältnis nicht zweckmäßig gesetzt wird. Daher können Fehlzündungen und eine instabile Verbrennung auftreten.
Weiterhin wird bei dem Steuergerät zur Steuerung des Luft- Kraftstoffverhältnisses der JP-A-59 170 431 die Zeit gezählt, aber die Entscheidung, ob ein fettes oder ein mageres Gemisch verwendet wird, hängt nicht von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Daher arbeitet dieses Steuergerät nur mit konstanten Werten.
Motoren, die mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben werden, das im Hauptbetriebsbereich der Motoren ein Luft-Kraftstoffverhältnis hat, das größer als ein stöchiometrisches Verhältnis ist, sind als Magerbrennmotoren bekannt. Üblicherweise werden die Magerbrennmotoren mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben, und wenn eine Beschleunigung oder ein Betrieb unter hoher Last erforderlich ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, mit dem der Motor betrieben wird, auf das stöchiometrische Verhältnis oder ein geringeres (fettes) Verhältnis umgeschaltet, so daß eine hohe Motorleistung erhalten werden kann, ohne die Abgasemissionen oder den Kraftstoffwirkungsgrad zu verschlechtern.
Wenn ein Motor nicht ausreichend warm ist, ist es schwierig, in den Zylindern bei einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch eine stabile Verbrennung zu erhalten. Daher wird üblicherweise ein Magerbrennmotor während der Warmlaufphase mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffgemisch betrieben, und das Luft-Kraftstoffverhältnis wird in den mageren Zustand umgeschaltet, nachdem der Motor vollständig seine Betriebstemperatur erreicht hat. Der Zeitpunkt, zu dem das Luft-Kraftstoffverhältnis auf das Verhältnis des mageren Gemisches umgeschaltet wird, d.h., der Abschluß der Motorwarmlaufphase, wird üblicherweise durch Erfassung der Motorkühlung, wie beispielsweise eines Kühlwassers, bestimmt.
Die JP-A-58-48727 offenbart einen Motor, der mit einem Gemisch mit stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers geringer als der vorbestimmte Wert ist. Wenn die Temperatur des Kühlwassers den vorbestimmten Wert erreicht, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis zum mageren Verhältnis umgeschaltet.
Nichtsdestotrotz ist der tatsächliche Faktor, der den Zustand der Verbrennung in den Zylindern beeinflußt, die Wandtemperatur der Brennkammer und nicht die Kühlwassertemperatur. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches nur durch die Kühlwassertemperatur bestimmt wird, kann daher in einigen Fällen eine stabile Verbrennung nicht erhalten werden. Wenn beispielsweise der Motor abgestellt wird, nachdem er vollständig seine Betriebstemperatur erreicht hat, und dann innerhalb einer relativ kurzen Zeit wieder angelassen wird, wird manchmal die Verbrennung instabil und Fehlzündungen treten auf. Dies beruht auf dem Unterschied der Kühlgeschwindigkeiten des Kühlwassers und der Wand der Brennkammer. Aufgrund einer hohen spezifischen Wärme ist nämlich die Kühlgeschwindigkeit des Kühlwassers gering, die Kühlgeschwindigkeit der Wand der Brennkammer ist jedoch relativ groß. Wenn der Motor angehalten wird, während er seine vollständige Betriebstemperatur erreicht hat, fällt daher die Temperatur des Kühlwassers sehr langsam ab; tatsächlich ändert sich die Temperatur des Kühlwassers über mehrere Minuten nicht. Wenn daher beim Stand der Technik der Motor nach einem kurzen Anhalten für mehrere Minuten wieder gestartet wird, wird daher das Luft-Kraftstoffverhältnis unmittelbar nach dem Motoranlassen mager, da die Kühlwassertemperatur immer noch höher als der vorbestimmte Wert ist. Nichtsdestotrotz fällt die Wandtemperatur der Brennkammer schneller ab, und selbst innerhalb eines kurzen Anhaltens für mehrere Minuten wird die Wandtemperatur der Brennkammer für eine stabile Verbrennung des mageren Luft- Kraftstoffgemisches zu niedrig. Wenn der Motor beim Stand der Technik nach einem kurzen Anhalten wieder angelassen wird, treten folglich manchmal eine instabile Verbrennung oder Fehlzündungen aufgrund eines ungeeigneten Umschaltens auf das magere Gemisch auf.
Um dieses Problem zu lösen, sollte daher das Umschalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches, das dem Motor zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der Wandtemperatur der Brennkammer gesteuert werden. Eine zuverlässige Messung der Wandtemperatur der Brennkammer mit herkömmlichen Vorrichtungen ist jedoch sehr schwierig. Daher wird eine Steuerung in Übereinstimmung mit der Wandtemperatur als nicht praktisch erwägt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiter zu bilden, daß Fehlzündungen und eine instabile Verbrennung verhindert werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgezeigten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das Steuergerät zur Steuerung des Luft- Kraftstoffverhältnisses kann ein ungeeignetes Umschalten zu einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch verhindern, wenn die Wandtemperatur der Brennkammer niedrig ist, und kann so das Auftreten von Fehlzündungen und einer instabilen Verbrennung verhindern.
Die Erfindung wird vollständiger durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der im Folgenden dargestellten Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden.
In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ansicht eines Motors;
Fig. 2 ein Flußdiagramm der Auswahl des Betriebsmodus des Motors;
Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Setzen der Fahrzeuggeschwindigkeit V&sub0; und der Zeit nach dem Motoranlassen darstellt;
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Programms zum Betätigen des Wirbel-Steuerventils in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Betriebsmodus;
Fig. 5 ein Flußdiagramm des Programms zum Einstellen des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Gemisches in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Betriebsmodus; und
Fig. 6 ein Flußdiagramm des Programms zum Einstellen des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Betriebsmodus.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Steuergeräts zum Steuern des Luft-Kraftstoffverhältnisses gemäß der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 stellt Bezugszeichen 10 einen Zylinderblock eines Motors dar und 12 ist eine Zylinderbohrung. Wie in der Fig. gezeigt ist, ist jeder Zylinder des Motors mit zwei Einlaßkanälen 12a, 12b und zwei Auslaßkanälen 14a, 14b versehen. Einlaßventile 16a, 16b und Auslaßventile 18a, 18b sind an den jeweiligen Kanälen 12a, 12b und 14a, 14b vorgesehen.
Ein erster Einlaßkanal 12a ist als ein schraubenformiger Kanal ausgebildet, der den Einlaßluftstrom ablenkt, um dadurch einen Wirbel in dem Zylinder zu erzeugen. Der zweite Einlaßkanal 12b ist als ein Einlaßkanal der herkömmlichen geraden Bauart ausgebildet. Die Einlaßkanäle 12a und 12b sind über einen Einlaßluftdurchtritt 20 mit einem Ausgleichsbehälter 22 und einer Drosselklappe 24 verbunden und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 26 ist in der Nähe jedes Zylinders in dem Einlaßluftdurchtritt 20 montiert. Die Auslaßkanäle 14a und 14b sind mit einem Abgaskrümmer 28 verbunden
Bezugszeichen 30 steht für einen Verteiler, der (nicht gezeigten) Zündkerzen in den jeweiligen Zylindern Elektrizität mit hoher Spannung zuführt.
Jeder geradlinige Einlaßkanal 12b ist mit einem Wirbelsteuerventil 32 ausgestattet, das entweder in der geöffneten oder geschlossenen Position ist. Wenn das Wirbelsteuerventil 32 in der geschlossenen Position ist, ist der gerade Kanal 12b geschlossen und die gesamte Einlaßluft strömt durch den schraubenförmigen Kanal 12a in den Motorzylinder. Entsprechend bildet der Einlaßluftstrom einen starken Wirbel in dem Motorzylinder. Dadurch kann eine stabile Verbrennung des mageren Luft-Kraftstoffgemisches erhalten werden. Wenn im Gegensatz dazu das Wirbelsteuerventil 32 in der geöffneten Position ist, strömt die Einlaßluft durch beide Einlaßkanäle 12a, 12b in den Zylinder, wodurch das Volumen der Einlaßluft ansteigt.
Das Wirbelsteuerventil 32 weist eine Ventilklappe 32a auf, die mit einem Stellglied 38 über einen Arm 34 und eine Stange 36 verbunden ist.
Das Stellglied 38 weist eine Membran 40 auf, und eine Feder 41 spannt die Membran nach unten vor. Wenn auf die Oberseite der Membran 40 ein negativer Druck eingeführt wird, bewegen sich die Membran 40 und die Stange 36 gegen die Kraft der Feder 41 nach oben, und das Wirbelsteuerventil 32 wird in die geöffnete Position bewegt. Wenn im Gegensatz dazu der Umgebungsdruck auf die Oberseite der Membran 40 eingeführt wird, wird das Wirbelsteuerventil 32 durch die Feder 41 nach unten in die geschlossene Position gezwungen.
Die auf der Oberseite der Membran 40 ausgebildete Kammer ist mit dem auf dem Ausgleichsbehälter 22 ausgebildeten Druckkanal 22a über ein Zeitgebungssteuerventil 42, ein solenoidbetriebenes 3-Wege-Ventil 44 und ein Rückschlagventil 46 verbunden.
Das Zeitgebungssteuerventil 42 umfaßt eine Öffnung 42a und ein Rückschlagventil 42b, die parallel zueinander angeordnet sind. Das Zeitgebungssteuerventil 42 hält die Öffnungsgeschwindigkeit des Wirbelsteuerventils 32 auf einem geeigneten Niveau, indem die Geschwindigkeit der Einführung der Umgebungsluft auf die Oberseite der Membran 40 geregelt wird. Das Rückschlagventil 46 hält den negativen Druck auf der Oberseite der Membran 40 aufrecht, wenn der Druck in dem Ausgleichsbehälter 22 größer wird.
Das solenoidbetätigte 3-Wege-Ventil 44 weist drei Anschlüsse 44a, 44b und 44c auf. Wenn das Solenoid entregt ist, ist der Anschluß 44a mit dem Anschluß 44c in Verbindung und die Oberseite der Membran 40 ist zum Druckkanal 22a des Ausgleichsbehälters 22 offen. Wenn andererseits das Solenoid erregt ist, steht der Anschluß 44a mit dem Anschluß 44b in Verbindung und die Oberseite der Membran 40 ist über einen Filter 48 und die Öffnung 42a des Zeitgebungssteuerventils 42 zur Umgebung offen.
Eine elektronische Steuereinheit 50 ist vorgesehen, um das Wirbelsteuerventil 32 zu steuern, indem das Solenoid des 3- Wege-Ventils 44 erregt und entregt wird. Die elektronische Steuereinheit 50 ist als ein Digitalcomputer aufgebaut, der einen ROM (Nur-Lese-Speicher) 52, einen RAM (Lese-Schreib- Speicher) 53, eine CPU (zentrale Recheneinheit) 54, einen Eingabekanal 55 und einen Ausgabekanal 56 aufweist. Der ROM 52, das RAM 33, die CPU 54 und der Eingabekanal 55 und der Ausgabekanal 56 sind über einen bidirektionalen Bus 51 miteinander verbunden.
Die elektronische Steuereinheit 50 steuert auch den Betrag des durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 26 eingespritzten Kraftstoffes und die Zündzeitgebung gemäß der Erfindung. Entsprechend ist der Ausgabekanal 56 der elektronischen Steuereinheit 50 mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 26 und dem solenoidbetätigten 3-Wege-Ventil 44 über entsprechende Antriebsschaltkreise 60 und 61 und mit dem Verteiler 30 über einen Zündschaltkreis 62 verbunden. Ein Absolutdrucksensor 72, der eine zum Absolutdruck PM im Ausgleichsbehälter 22 proportionale Ausgangsspannung erzeugt, ist in dem Ausgleichsbehälter 22 montiert. Die Ausgangsspannung des Absolutdrucksensors 72 wird in den Eingabekanal 55 über einen A/D-Wandler 64 eingegeben.
Kurbelwinkelsensoren 74 und 76 sind auf dem Verteiler 30 montiert. Der erste Kurbelwinkelsensor 74 erfaßt eine Bezugslage der Kurbelwinkeldrehung und erzeugt bei einer Drehung der Kurbelwelle um beispielsweise jeweils 720 Grad ein Pulssignal. Der zweite Kurbelwinkelsensor 76 erfaßt den Drehwinkel der Kurbelwelle und erzeugt bei einer Drehung der Kurbelwelle um beispielsweise jeweils 30 Grad ein Pulssignal.
Die Ausgänge der Kurbelwinkelsensoren 74, 76 werden in den Eingabekanal 55 eingegeben und die Motordrehzahl NE wird durch die CPU 54 aus dem Pulsausgang des Kurbelwinkelsensors 76 berechnet.
Ein Drosselsensor 79 ist auf der Drosselklappe 24 montiert und erzeugt eine Ausgabespannung, die proportional zum Grad der Öffnung der Drosselklappe 24 ist. Die Ausgabe des Drosselsensors 74 wird in den Eingabekanal 55 über einen A/D- Wandler 65 eingegeben. Das Bezugszeichen 80 bezeichnet einen Anlaßschalter, der dem Eingabekanal 55 ein Startsignal überträgt, wenn der (nicht gezeigte) Anlassermotor des Motors betätigt wird. Die elektronische Steuereinheit 50 ist mit einer eingebauten Uhr 54a versehen, die einen Zeitpuls für die CPU 54 erzeugt. Wenn das Anlassen des Motors abgeschlossen ist, startet die elektronische Steuereinheit 50 die Zählung der Pulse der Uhr 54a, um damit die nach dem Anlassen verstrichene Zeit zu messen. Ein Geschwindigkeitssensor 82 erzeugt eine Ausgabespannung, die proportional zu einer Geschwindigkeit des durch den Motor angetriebenen Fahrzeugs ist. Ein Kühlungstemperatursensor 84, der eine zur Kühlwassertemperatur proportionale Ausgabespannung erzeugt, ist am Motor montiert. Die Ausgaben des Geschwindigkeitssensors 82 und des Kühltemperatursensors 84 werden über entsprechende A/D-Wandler 66 und 67 in den Eingabekanal 55 eingegeben.
Fig. 2 zeigt das Programm zur Auswahl des Betriebsmodus des Motors, d.h., des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Luft- Kraftstoffgemisches, das dem Motor zugeführt wird. Dieses Programm wird durch die elektronische Steuereinheit 50 als ein Teil des Hauptprogramms zum Steuern des Motors abgearbeitet
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird im Schritt 100 bestimmt, ob der Motor gerade angelassen wird. Es wird bestimmt, daß der Motor gerade angelassen wird, wenn ein Startsignal von dem Anlaßschalter 80 übertragen wird und die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 400 upm) ist. Wenn der Motor gerade angelassen wird, geht das Programm zu Schritt 110 über, in dem eine Kennung XSCV gesetzt wird. Die Kennung XSCV stellt den Betriebsmodus des Motors dar. Wenn die Kennung XSCV gesetzt ist, wird der Motor umgeschaltet, um mit einem fetten Luft-Kraftstoffgemisch betrieben zu werden.
Wenn bestimmt wird, daß der Motor bereits angelassen wurde, d.h., wenn die Motorgeschwindigkeit höher als der vorbestimmte Wert ist, wird im Schritt 120 bestimmt, ob die Kühlwassertemperatur THW geringer als der vorbestimmte Wert (beispielsweise 80 C) ist. Die Kühlwassertemperatur wird aus der Ausgabe des Kühltemperatursensors 84 berechnet.
Wenn die Temperatur THW kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, wird im Schritt 130 die Kennung XSCV gesetzt. Wenn die Temperatur THW größer als der vorbestimmte Wert ist, geht das Programm zu Schritt 140 über. Im Schritt 140 wird bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit Va, die durch den Geschwindigkeitssensor 82 erfaßt wird, geringer als ein Wert V&sub0; ist. Der Wert V&sub0; wird als Funktion der Zeit T&sub0; nach dem Abschluß des Anlassens des Motors bestimmt. Die Zeit T&sub0; wird gemessen, indem die Zeitsignale der Uhr 54a gezählt werden. Fig. 3 zeigt eine typische Beziehung des Wertes V&sub0; und der Zeit T&sub0;. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Beziehung von V&sub0; und T&sub0; in Fig. 3 in dem ROM 52 in Form einer numerischen Tabelle gespeichert.
Die Geschwindigkeit V&sub0; wird aus der Tabelle durch die CPU 54 bestimmt.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Va größer oder gleich V&sub0; ist, wird die Kennung XSCV im Schritt 150 zurückgesetzt. Wenn die Kennung XSCV zurückgesetzt ist, wird der Motor umgeschaltet, um mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben zu werden. Wenn die Motorgeschwindigkeit Va geringer als V&sub0; ist, wird das Programm beendet, ohne das Setzen der Kennung XSCV zu verändern.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wählt das Programm immer den Betriebsmodus mit fettem Gemisch während des Motoranlassens aus. Es schaltet nicht in den Betriebsmodus mit magerem Gemisch um, bis die Fahrzeuggeschwindigkeit Va größer oder gleich V&sub0; wird, selbst wenn die Kühlwassertemperatur höher als der vorbestimmte Wert ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, verringert sich der Wert für V&sub0; mit der Zeit T&sub0; und wird zu Null, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist (beispielsweise 300 Sekunden). Nachdem diese vorbestimmte Zeit verstrichen ist und die Kühlwassertemperatur höher als der vorbestimmte Wert ist, schaltet daher der Betriebsmodus automatisch unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit Va in einen Betrieb mit magerem Gemisch um.
In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß V&sub0; ein Parameter ist, der von der Wandtemperatur der Brennkammer des Motors abhängt. Es wird angenommen, daß die Wandtemperatur der Brennkammer eine Funktion der Zeit nach dem Anlassen ist und ein akkumulierter Wert der Motorbetriebslast nach dem Anlassen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann zweckmäßigerweise als ein Parameter verwendet werden, der den akkumulierten Wert der Motorbetriebslast anzeigt, da sie die Gesamtarbeit darstellt, die durch den Motor zum Beschleunigen des Fahrzeugs von einem Stillstand zu einer vorgegebenen Geschwindigkeit geleistet wurde.
Daneben gibt es andere Parameter, die von der akkumulierten Motorbetriebs last abhängen; beispielsweise können Parameter wie die akkumulierten Werte der Motorumdrehungen, des Einlaßkrümmerdrucks, oder der Gesamtbetrag des eingespritzten Kraftstoffes verwendet werden. Die Motorumdrehungen und der Einlaßkrümmerdruck variieren jedoch während des Motorbetriebes stark. Aufgrund dieser Schwankungen umfassen die akkumulierten Werte dieser Parameter relativ große Fehler. Auch der Gesamtbetrag des eingespritzten Kraftstoffes ist stark durch die Kühlwassertemperatur beeinflußt und ein kompliziertes Korrekturverfahren ist zur Berechnung erforderlich. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann zweckmäßigerweise und zuverlässigerweise verwendet werden, weil diese Probleme nicht auftreten, wenn damit die Wandtemperatur der Brennkammer geschätzt wird.
Wie aus Schritt 140 der Fig. 2 verständlich ist, tritt, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit Va den Wert Va überstiegen hat und der Betriebsmodus in den Magergemischmodus umgeschaltet wurde, ein Umschalten des Betriebsmodus (d.h., vom Magergemischmodus zum Fettgemischmodus) bei diesem Ausführungsbeispiel selbst dann nicht auf, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als der Wert V&sub0; wird.
Fig. 4 stellt das Programm zum Umschalten der Position des Wirbel-Steuerventils gemäß dem ausgewählten Betriebsmodus dar. Dieses Programm wird durch die elektronische Steuereinheit 50 durch aufeinanderfolgende Unterbrechungen in vorbestimmten Intervallen abgearbeitet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird im Schritt 180 bestimmt, ob die Kennung XSCV gesetzt ist. Die Kennung XSCV stellt den ausgewählten Betriebsmodus dar und wird durch das Programm aus Fig. 2 gesetzt oder zurückgesetzt.
Wenn die Kennung XSCV im Schritt 180 gesetzt ist, dann wird im Schritt 185 das Solenoid des 3-Wege-Ventus 44 entregt.
Wie zuvor erläutert wurde, ist, wenn das Solenoid entregt ist, der Druckkanal 22a des Ausgleichsbehälters 22 mit der Oberseite der Membran 40 des Stellglieds 38 über das Rückschlagventil 42b in Verbindung, und daher bewegt sich die Membran 40 gegen die durch die Feder 41 ausgeübte Kraft nach oben. Diese Bewegung der Membran 40 veranlaßt das Wirbelsteuerventil 32 zur Bewegung in die geschlossene Position, und wenn das Wirbelsteuerventil 32 in der geschlossenen Position ist, wird der negative Druck in dem Stellglied 38 durch das Rückschlagventil 46 aufrechterhalten, so daß das Wirbelsteuerventil 32 in der geschlossenen Position gehalten wird, selbst wenn der Druck in dem Ausgleichsbehälter 22 größer wird.
Wenn die Kennung XSCV zurückgesetzt wird, wird im Schritt 190 das Solenoid des 3-Wege-Ventils 44 entregt und die Oberseite der Membran 40 des Stellglieds 38 ist dann über den Filter 48 und das Rückschlagventil 42a des Zeitgebungssteuerventils 42 zur Umgebung offen. Entsprechend wird die Membran 40 durch die Feder 41 nach unten gedrückt und das Wirbelsteuerventil 32 wird in die offene Position bewegt. Die Öffnungsgeschwindigkeit des Wirbelsteuerventils 32 wird in geeigneter Weise durch die Öffnung 42a gesteuert, und seine Schließgeschwindigkeit wird durch das Rückschlagventil 42 aufrechterhalten.
Fig. 5 zeigt das Programm zum Bestimmen des Betrags des einzuspritzenden Kraftstoffes, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches in Übereinstimmumg mit dem Betriebsmodus einzustellen, der durch das Programm aus Fig. 2 ausgewählt ist. Dieses Programm wird unmittelbar vor dem Einspritzen des Kraftstoffs abgearbeitet, wenn der durch die Sensoren 74, 76 erfaßte Kurbelwinkel einen vorbestimmten Winkel erreicht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 werden im Schritt 210 der Einlaßkrümmerluftdruck (der Druck im Ausgleichsbehälter 22) PM, die Motordrehzahl NE, die Kühlwassertemperatur THW jeweils durch die Sensoren 72, 76, 84 eingelesen und im Schritt 220 wird ein Standardbetrag der Kraftstoffeinspritzung Tp als eine Funktion des Krümmerdrucks PM und der Motordrehzahl NE bestimmt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Standardbetrag Tp in dem ROM 52 der elektronischen Steuereinheit 50 in Form einer numerischen Tabelle gespeichert. Es sollte bemerkt werden, daß, wenn der Standardbetrag Tp vorgesehen ist, das Luft- Kraftstoffverhältnis das stöchiometrische Verhältnis annimmt.
Dann wird im Schritt 230 bestimmt, ob die Kühlwassertemperatur THW geringer als eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 50 ºC) ist. Wenn THW geringer als der vorbestimmte Wert ist, wird im Schritt 250 ein berichtigter Betrag der Kraftstoffeinspritzung TAU bestimmt, indem ein Korrekturfaktor FWL mit dem Standardbetrag der Kraftstoffeinspritzung Tp multipliziert wird. Der Korrekturfaktor FWL wird als Funktion der Kühlwassertemperatur bestimmt und ist in dem ROM 52 in Form einer numerischen Tabelle gespeichert. Die Aufgabe des Korrekturfaktors FWL liegt darin, das Luft- Kraftstoffverhältnis des Gemisches fett zu machen, so daß eine stabile Verbrennung erhalten wird, wenn die Kühlwassertemperatur niedrig ist. Es sollte bemerkt werden, daß der Korrekturfaktor größer als der Wert "1,0" ist. Dann wird im Schritt 280 die Kraftstoffeinspritzzeit Ti auf der Basis des bestimmten Wertes TAU berechnet und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 26 wird für die Zeit Ti geöffnet, so daß der erforderliche Betrag des Kraftstoffs TAU eingespritzt wird.
Wenn die Kühlwassertemperatur THW größer oder gleich dem vorbestimmten Wert im Schritt 230 ist, dann wird im Schritt 240 entschieden, ob die Kennung XSCV gesetzt ist. Wenn die Kennung XSCV gesetzt ist, dann wird im Schritt 260 der berichtigte Betrag der Kraftstoffeinspritzung TAU durch Multiplikation eines Korrekturfaktors Fs für fettes Gemisch mit dem Standardbetrag der Kraftstoffeinspritzung Tp bestimmt. Der Korrekturfaktor Fs für fettes Gemisch ist ein konstanter oder variabler Wert, der dazu verwendet wird, den korrigierten Betrag der Kraftstoffeinspritzung so zu setzen, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches geringer (fetter) oder gleich dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis wird. Es sollte bemerkt werden, daß der Korrekturfaktor gleich oder größer als der Wert "1,0" ist. Nachdem im Schritt 260 das TAU gesetzt ist, wird im Schritt 260 die Kraftstoffeinspritzzeit Ti gesetzt. Wenn die Kennung XSCV im Schritt 240 zurückgesetzt wurde, wird im Schritt 270 der berichtigte Betrag der Kraftstoffeinspritzung TAU bestimmt, indem ein Korrekturfaktor Fmager für mageres Gemisch mit dem Standardbetrag der Kraftstoffeinspritzung Tp multipliziert wird. Der Korrekturfaktor Fmager für mageres Gemisch ist ein konstanter oder variabler Wert, der dazu verwendet wird, den korrigierten Betrag der Kraftstoffeinspritzung TAU so zu setzen, daß das Luft- Kraftstoffverhältnis des Gemisches größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis wird. Es sollte bemerkt werden, daß der Korrekturfaktor Fmager für mageres Gemisch einen Wert annimmt, der kleiner als der Wert "1,0" ist.
Fig. 6 stellt das Programm zur Auswahl des Zündzeitpunktes in Übereinstimmung mit dem durch das Programm aus Fig. 2 ausgewählten Betriebsmodus dar. Dieses Programm wird durch die elektronische Steuereinheit 50 als Teil des Hauptprogramms zum Steuern des Motors abgearbeitet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 entsprechen die Schritte 310, 320, 330 den Schritten 210, 220, 230 in Fig. 5. Wenn die Kühlwassertemperatur THW geringer als der vorbestimmte Wert ist, wird ein Zündzeitpunkt SAWL für den Kaltzustand als ein gesetzter Zündzeitpunkt SA ausgewählt.
SAWL ist eine Funktion von PM, NE und THW und ist im ROM 52 in der Form einer numerischen Tabelle gespeichert. Es sieht einen Zündzeitpunkt vor, der für das fette Gemisch, das durch den Korrekturfaktor FWL im Schritt 250 der Fig. 5 verwirklicht wird, geeignet ist.
In ähnlicher Weise werden SAS (Schritt 350) und SAmager (Schritt 360) zum Setzen des Zündzeitpunkts SA in Übereinstimmung mit dem Setzen der Kennung XSCV ausgewählt.
SAS und SAmager sind Funktionen von PM und NE und sehen einen Zündzeitpunkt vor, der jeweils für das im Schritt 260 verwirklichte fette Gemisch und für das im Schritt 270 in Fig. 2 verwirklichte magere Gemisch geeignet ist. Da das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches und der Zündzeitpunkt sowie die Position des Wirbelsteuerventils in Übereinstimmung mit dem durch Fig. 2 ausgewählten Betriebsmodus umgeschaltet werden, kann eine stabile Verbrennung sowohl für ein fettes als auch für ein mageres Gemisch erhalten werden.
Wenn gemäß der Erfindung der Motor angelassen wird, wird der Betriebsmodus so lange nicht auf den Modus des mageren Luft- Kraftstoffgemisches umgeschaltet, bis entschieden wird, daß die Wandtemperatur der Brennkammer groß genug ist, um eine stabile Verbrennung mit dem mageren Luft-Kraftstoffgemisch zu stützen. Daher können die Fehlzündungen, die durch ein ungeeignetes Umschalten auf mageres Gemisch, wenn der Motor bei einer hohen Kühlwassertemperatur wiederangelassen wird, verhindert werden und ein stabiler Betrieb des Motors ist unter allen Betriebszuständen sichergestellt.
Ein Steuergerät zur Steuerung des Luft- Kraftstoffverhältnisses für einen Kraftfahrzeugmotor wird vorgeschlagen, durch das das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches, das einem Kraftfahrzeugmotor zugeführt wird, auf ein mageres Gemisch gewechselt wird, wenn die Motorkühltemperatur größer als ein vorbestimmter Wert ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein Wert ist, der mittels einer nach dem Motoranlassen verstrichenen Zeit bestimmt wird.

Claims

1. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses für einen Fahrzeugmotor mit folgenden Bauteilen einer Vorrichtung (84) zum Erfassen einer Temperatur einer Motorkühlung,

einer Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) zur Auswahl von Betriebsmodi des Motors, wobei die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) einen Betriebsmodus mit fettem Gemisch auswählt, in dem der Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Verhältnis betrieben wird, wenn die Motorkühlungstemperatur geringer als ein vorbestimmter Wert ist, und wobei die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) einen Betriebsmodus mit magerem Gemisch auswählt, in dem der Motor mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis größer als das stöchiometrische Verhältnis betrieben wird, wenn die Kühltemperatur größer als der vorbestimmte Wert ist, einer Luft-Kraftstoffverhältnissetzvorrichtung (26, 44) zum Einstellen eines Luft-Kraftstoffverhältnisses eines Luft- Kraftstoffgemisches in Übereinstimmung mit dem Betriebsmodus, der durch die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) ausgewählt ist,

einer Anlaßerfassungsvorrichtung (80, 55) zum Erfassen eines Anlassens (100) des Motors,

einer Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung (82) zum Erfassen einer Geschwindigkeit eines durch den Motor angetriebenen Fahrzeugs und

einer Verhinderungsvorrichtung (54) zum Verhindern einer Auswahl des Magergemischbetriebsmodus durch die Betriebsmodusauswahlvorrichtung während einer Zeitspanne vom Anlassen (100) des Motors bis die Geschwindigkeit (Va) des Fahrzeugs einen vorbestimmten Wert (V&sub0;) erreicht, gekennzeichnet durch

einer Zeitmeßvorrichtung (54a) zum Messen einer Zeit, die nach dem Abschluß des Anlassens (100) des Motors verstrichen ist, wobei der vorbestimmte Wert (V&sub0;) der Fahrzeuggeschwindigkeit als eine abfallende Funktion der Zeit bestimmt wird, die nach dem Abschluß des Anlassens (100) des Motors verstrichen ist.

2. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert (V&sub0;) der Fahrzeuggeschwindigkeit zu Null wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit dem Abschluß des Anlassens des Motors verstrichen ist.

3. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßerfassungsvorrichtung (80, 55) bestimmt, daß das Motoranlassen abgeschlossen ist, wenn die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert erreicht, nachdem das Motoranlassen gestartet wurde.

4. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) einen Betriebsmodus mit fettem Gemisch während des Anlassens des Motors unabhängig vonder Motorkühlungstemperatur auswählt.

5. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges einmal den vorbestimmten Wert (V&sub0;) erreicht hat, die Verhinderungsvorrichtung (54) nicht die Auswahl des Magergemischmodus verhindert, selbst wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs danach geringer als der vorbestimmte Wert (V&sub0;) wird.

6. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- Kraftstoffverhältnissetzvorrichtung (26, 44) Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (26) und eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung (60) umfaßt, die einen Betrag des Kraftstoffes steuert, der dazu benötigt wird, ein Luft-Kraftstoffverhältnis in Übereinstimmung mit dem durch die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) ausgewählten Betriebsmodus zu erhalten.

7. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- Kraftstoffverhältnissetzvorrichtung (26, 44) desweiteren eine Zündzeitpunktssteuervorrichtung umfaßt, die einen Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem durch die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) ausgewählten Betriebsmodus steuert.

8. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- Kraftstoffverhältnissetzvorrichtung (26, 44) weiterhin eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Einlaßluftwirbels innerhalb der Motorzylinder umfaßt, wenn der Betriebsmodus mit magerem Gemisch durch die Betriebsmodusauswahlvorrichtung (50) ausgewählt ist.

9. Steuergerät zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen eines Einlaßluftwirbels schraubenförmige Kanäle (12a) und geradlinige Kanäle (12b) der Motorzylinder für Einlaßluft und Wirbelsteuerventile (32) umfaßt, die Einlaßluftdurchtritte zu den geraden Kanälen (12b) schließen, wenn der Betriebsmodus mit magerem Gemisch ausgewählt ist, so daß Einlaßluft zum Motor in die Motorzylinder nur durch die schraubenförmigen Kanäle (12a) strömt.