DE69831838T2

DE69831838T2 - Brennstoffeinspritzsteuerungssystem für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69831838T2
Application number: DE69831838T
Authority: DE
Inventors: Hiraku Yokohama-shi Ooba
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: JPH1162679A; KR19990023730A; DE69831838D1; EP0898069A2; EP0898069A3; EP0898069B1; KR100287663B1; JP3536606B2; US6062191A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
In letzter Zeit wird die Technik der Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung weiterentwickelt, indem geschichtete Ladungsverbrennung und homogene Ladungsverbrennung verwendet werden, um die Kraftstoffeffizienz und das Emissionsverhalten zu verbessern.
Ein Steuersystem für einen Motor dieses Typs betreibt den Motor im unteren und mittleren Lastbereich im Schichtladebetrieb, indem der Kraftstoff während des Verdichtungstakts direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird, so dass nur um die Zündkerze herum eine geschichtete, brennbare Mischung gebildet wird. Die so erzielte geschichtete Ladungsverbrennung ermöglicht eine stabile Verbrennung bei einem sehr mageren Gemisch, so dass hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz und des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine eine deutliche Verbesserung erreicht wird.
In einem hohen Drehzahlbereich, d.h. oberhalb einer vorbestimmten Motordrehzahl, wird die Brennkraftmaschine im homogenen Ladebetrieb gefahren, so dass ein Verlangen nach höherem Ausgangsdrehmoment erfüllt wird. Bei der homogenen Ladungsverbrennung wird der Kraftstoff während des Einlasstakts eingespritzt, so dass ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt wird. (Bei einigen Beispielen ist für den homogenen Ladebetrieb ein separates Kraftstoff-Einspritzventil im Einlasskanal vorgesehen.)
Das Steuersystem ändert die Verbrennungs-Betriebsart zwischen der homogenen Ladungsverbrennung und der geschichteten Ladungsverbrennung entsprechend einer oder mehrerer Motor-Betriebsbedingungen.
Ein in der Japanese Patent Provisional (Kokai) Publication No. 63 (1988)–138118 veröffentlichtes Steuersystem für eine Brennkraftmaschine ist so aufgebaut, dass es stets sowohl die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs und den Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung als auch die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs und den Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung berechnet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zur Verfügung zu stellen, so dass ein störungsfreier Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
Hinsichtlich des apparativen Aspekts wird dieses Ziel mittels einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mit den im unabhängigen Anspruch 1 bezeichneten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Hinsichtlich des steuerungstechnischen Aspekts wird dieses Ziel mittels eines Verfahrens zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mit den im unabhängigen Anspruch 14 bezeichneten Merkmalen gelöst. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in dem abhängigen Anspruch dargelegt.
Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt, die in der Lage sind, das Wechseln einer Verbrennungs-Betriebsart in einer Brennkraftmaschine problemlos und unverzüglich auszuführen. Die oben beschriebene Vorrichtung und das oben beschriebene Verfahren sind, genauer gesagt, in der Lage, unverzüglich von einer geschichteten Ladungsverbrennung zu einer homogenen Ladungsverbrennung zu wechseln, ohne dass stets sowohl die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs und der Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung als auch die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs und der Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung berechnet werden müssen.
Darüber hinaus können die oben beschriebene Vorrichtung und das oben beschriebene Verfahren die Belastung für Berechnungen verringern, wie etwa die Belastung von Computersystemen oder den Aufwand für die Berechnung von Mengen des einzuspritzenden Kraftstoffs und Einspritzzeitpunkten.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der begleitenden Zeichnungen beschrieben und erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Die 2–9 zeigen ein Steuerverfahren, das von dem in 1 dargestellten Steuersystem ausgeführt wird.
2 ist ein Flussdiagramm, dass eine Haupt-Steuerroutine zum Einstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerroutine zur Anforderung des Einstellens des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts bei geschichteter Ladungsverbrennung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm dass eine Steuerroutine zum Berechnen der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerroutine zum Einstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts bei homogener Ladungsverbrennung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerroutine zum Einstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts bei geschichteter Ladungsverbrennung zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerroutine zum Messen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts bei homogener und geschichteter Ladungsverbrennung zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerroutine zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung bei homogener Ladungsverbrennung zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerroutine zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung bei geschichteter Ladungsverbrennung zeigt.
10 ist ein Zeitdiagramm, dass eine Folge von Ereignissen zeigt, die in dem in 1 gezeigten Steuersystem während des Übergangs von der geschichteten Ladungsverbrennung zur homogenen Ladungsverbrennung auftreten.
11 ist ein Zeitdiagramm, dass eine Folge von Ereignissen zeigt, die in dem in 1 gezeigten Steuersystem während des Übergangs von der homogenen Ladungsverbrennung zur geschichteten Ladungsverbrennung auftreten.
12 ist ein Blockdiagramm, das beispielhaft eine Anordnung funktionaler Abschnitte zeigt, die das in 1 gezeigte Steuersystem haben kann.
1 zeigt ein Motorsystem oder eine Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das in 1 gezeigte Motorsystem stellt sich in Gestalt eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine dar, welches einen Eingabeabschnitt einschließlich einer Reihe von Eingabevorrichtungen, einen Steuerabschnitt und einen Ausgabeabschnitt einschließlich verschiedener Ausgabevorrichtungen aufweist, die als Stellglieder dienen.
Der Eingabeabschnitt enthält in diesem Beispiel einen Beschleuniger-Positionssensor 1 zur Erfassung einer Position eines Beschleunigersystems einer Brennkraftmaschine 4 (im Sinne einen dazugehörigen Motor kennzeichnend), einen Kurbelwinkelsensor 2, einen Luftflussmesser (Luftflusssensor) 3 zum Erfassen der Menge der vom Motor 4 angesaugten Luft pro Zeiteinheit, und einen Temperatursensor 5 zum Erfassen der Temperatur eines Motor-Kühlwassers. Der Beschleunigersensor 1 dieses Ausführungsbeispiels erfasst den Öffnungsgrad (oder Grad des Niederdrückens) eines Beschleunigerpedals eines Fahrzeugs, in dem dieses Motorsystem installiert ist. Der Kurbelwinkelsensor 2 dieses Beispiels erzeugt periodisch ein POS-Signal für jede Kurbelwinkeleinheit und ein REF-Signal zur Kennzeichnung einer Referenzposition des Kolbens (z.B. 110° vor OT) eines jeden Zylinders. Das Steuersystem kann die Motordrehzahl Ne durch das Messen der Anzahl der POS-Signale pro Zeiteinheit, oder durch das Messen des Wiederkehrintervalls zwischen den einzelnen REF-Signalen ermitteln.
Der Motor 4 besteht aus einer Zylinderblock-Baugruppe, die mit einem Kraftstoffeinspritzer 6 und einer Zündkerze 7 für jeden Zylinder ausgerüstet ist. Der Kraftstoffeinspritzer 6 jedes Zylinders spritzt den Kraftstoff als Reaktion auf ein Kraftstoffeinspritz-Steuersignals direkt in die Brennkammer 12 des Zylinders ein, und die Zündkerze 7 löst die Zündung in der Brennkammer 12 aus.
Das Kraftstoff-Einspritzsystem für diesen Motor 4 ist so aufgebaut, dass die Kraftstoffeinspritzer 6 entweder im geschichteten Ladebetrieb oder im homogenen Ladebetrieb arbeiten. In niedrigen und mittleren Lastbereichen, spritzt der Kraftstoff-Einspritzer 6 jedes Zylinders den Kraftstoff während des Verdichtungstakts in die Brennkammer 12 ein, so dass in der Nähe der Zündkerze 7 eine geschichtete brennbare Mischung entsteht, und dass eine geschichtete Ladungsverbrennung mit einem sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch erreicht wird. In einem hohen Lastbereich wird der Kraftstoff-Einspritzer 6 jedes Zylinders im homogenen Ladebetrieb gesteuert, d.h. der Kraftstoff-Einspritzer 6 spritzt den Kraftstoff während des Einlasstakts in die Brennkammer 12 ein, so dass im gesamten Zylinder ein homogenes Gemisch entsteht, wodurch eine homogene Verbrennung und dadurch eine höhere Ausgangsleistung erzielt wird. Die Kraftstoffeinspritzer 6 diesen als Stellglied (oder Teil eines Stellglieds) zum Steuern der Verbrennungsbedingungen in dem Motor 4. Die Brennkraftmaschine 4 aus 1 ist ein Motor mit Direkteinspritzung und Funkenzündung, die mindestens im homogenen Ladebetrieb und im geschichteten Ladebetrieb arbeiten kann.
Eine Drosselklappe 9 befindet sich in einem Lufteinlasskanal 8 für den Motor 4. Ein Drosselklappensteller (oder eine Drosselklappen-Steuereinheit) 10 ist so angeordnet, dass er den Öffnungsgrad der Drosselklappe 9 elektronisch steuern kann.
Eine Motorsteuereinheit (oder Steuerung) 11 empfängt Signale von dem Eingabeabschnitt und erfasst so Eingabeinformationen über den Betriebszustand des Motors. Sie steuert den Öffnungsgrad der Drosselklappe 9 mit Hilfe des Drosselklappenstellers 10 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs (oder Kraftstoffmenge) und die Kraftstoff-Einspritzzeitpunkte eines jeden Kraftstoffeinspritzers 6 und die Zündzeitpunkte für jede Zündkerze 7 entsprechend der ermittelten Betriebsbedingungen des Motors.
Die Motorsteuereinheit 11 stellt eine Hauptkomponente des Steuerabschnitts dar. Die Steuereinheit 11 schließt z.B. mindestens einen Computer mit ein, der mindestens einen Prozessor (CPU) und einen Speicherabschnitt mit ROM und RAM enthält.
Die 2–9 zeigen ein Steuerverfahren für die Kraftstoffeinspritzung, das von der in 11 dargestellten Motorsteuereinheit ausgeführt wird.
2 zeigt eine grundlegende Steuerroutine zum Einstellen eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts (I/T). Die Steuereinheit 11 führt die in 2 gezeigte Routine immer dann aus, wenn die Steuereinheit 11 ein Referenzsignal REF von dem Kurbelwinkelsensor 2 empfängt.
In einem Schritt S1 stellt die Steuereinheit 11 den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt entsprechend des homogenen Ladebetriebs auf den Einlasstakt (oder Ansaugtakt) ein.
In einem Schritt S2 bestimmt die Steuereinheit 11, ob eine Anforderung für das Einstellen eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes für den geschichteten Ladebetrieb vorliegt.
Ist dies der Fall, setzt die Steuereinheit 11 die Routine nach dem Schritt S2 mit einem Schritt S3 fort, in dem sie den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt gemäß des geschichteten Ladebetriebs auf den Verdichtungstakt einstellt.
Liegt keine Anforderung zum Einstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes auf den geschichteten Ladebetrieb vor, so beendet die Steuereinheit 11 diese Routine, ohne den Einspritzzeitpunkt für den geschichteten Ladebetrieb zu berechnen.
Der Einspritzzeitpunkt im Einlasstakt für die homogene Ladungsverbrennung wird somit unabhängig davon eingestellt, ob die Betriebsart die einer geschichteten Ladungsverbrennung oder die einer homogenen Ladungsverbrennung ist, während der Einspritzzeitpunkt im Verdichtungstakt für die geschichtete Ladungsverbrennung nur dann eingestellt wird, wenn diese Einstellung angefordert wird (d.h. wenn die Antwort in dem Schritt S2 positiv ist).
3 zeigt eine Routine zur Bestimmung, ob eine Anforderung für das Einstellen eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes für den geschichteten Ladebetrieb vorliegt.
In einem Schritt S11 ermittelt die Steuereinheit 11, ob die gewünschte Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die homogene Ladungsverbrennung ist oder nicht.
In diesem Beispiel ermittelt die Steuereinheit 11 die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart in folgender Weise.
Die Steuereinheit 11 ermittelt zunächst die gewünschte Ziel-Verbrennungs-Betriebsart (homogene oder geschichtete Ladungsverbrennung). Sie ermittelt ferner ein Ziel-Äquivalenzverhältnis entsprechend der Betriebsbedingungen des Motors, wie etwa der Motordrehzahl und der Motorlast, indem sie beispielsweise auf ein oder mehrere vordefinierte Kennliniendiagramme zurückgreift. Die Steuereinheit 11 verwendet in diesem Beispiel die Motordrehzahl und die Motorlast als Basisparameter für die Ermittlung der gewünschten Verbrennungs-Betriebsart und des Ziel-Äquivalenzverhältnisses. Sie verwendet ferner eine oder mehrere weitere Betriebsbedingungen des Motors, wie etwa die Motor-Kühlwassertemperatur, als zusätzliche Parameter. Wenn das Ziel-Äquivalenzverhältnis schrittweise als Reaktion auf eine schrittweise Veränderung der Motorbetriebsbedingungen geändert wird, so dass ein Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart zwischen der geschichteten und der homogenen Ladungsverbrennung erforderlich wird, ist es nicht möglich, das tatsächliche Äquivalenzverhältnis des Motors sofort zu ändern, und zwar wegen einer Verzögerung bei der Änderung der Lufteinlassmenge, die wiederum in einer Verzögerung der Bewegung der Drosselklappe 9 und einer Verzögerung auf Grund des Volumens im Einlasssystem begründet ist. Das Steuersystem gemäß dieses Beispiels ermittelt deshalb ein verzögertes Ziel-Äquivalenzverhältnis TFBYAD, indem es eine Phasenverzögerungskorrektur des Ziel-Äquivalenzverhältnisses durchführt, um so mit der verzögerten Änderung der Lufteinlassmenge Schritt zu halten, und verändert das Motorausgangsdrehmoment gleichmäßig, indem es das um die Verzögerung korrigierte (d.h. verzögerte) Äquivalenzverhältnis verwendet. Darüber hinaus gestattet das Steuersystem gemäß dieses Beispiels einen Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart, wenn sich das verzögerte Äquivalenzverhältnis in einem vorbestimmten (überlappenden) Bereich befindet, um so eine stabile Verbrennung sowohl vor als auch nach dem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart zwischen der geschichteten Ladungsverbrennung und der homogenen Ladungsverbrennung zu gewährleisten. In diesem Bereich überlappen sich das gewünschte Äquivalenzverhältnis für die homogene Ladungsverbrennung und das Äquivalenzverhältnis für die geschichtete Ladungsverbrennung. In diesem Beispiel wählt das Steuersystem entweder die homogene Ladungsverbrennung oder die geschichtete Ladungsverbrennung aus, indem es das verzögerte Äquivalenzverhältnis mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, der einen Bereich definiert, welcher für den Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart geeignet ist. Das Steuersystem wählt beispielsweise die homogene Ladungsverbrennung als Verbrennungs-Betriebsart aus, wenn das verzögerte Äquivalenzverhältnis gleich oder größer ist als der Grenzwert TFACH; und es wählt die geschichtete Ladungsverbrennung aus, wenn das verzögerte Äquivalenzverhältnis kleiner ist als der Grenzwert TFACH. Die Motor-Steuereinheit 11 erzeugt z.B. im Signalzustand eine Auswahlsignal (entsprechend der positiven Antwort JA in dem Schritt S11), um die homogene Ladungsverbrennung auszuwählen, wenn ein Motorbetriebsparameter, der die Motorlast angibt, sich aus einem Bereich (etwa dem der niedrigen oder mittleren Last), der die geschichtete Ladungsverbrennung erfordert, in einen Bereich (etwa dem der hohen Last) bewegt, der eine homogene Ladungsverbrennung erfordert, und wenn das verzögerte Äquivalenzverhältnis einen vorbestimmten Bereich erreicht. in dem ein Wechsel von der geschichteten Ladungsverbrennung zur homogenen Ladungsverbrennung erlaubt ist.
Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die geschichtete Ladungsverbrennung ist, dann fährt die Steuereinheit 11 von Schritt S11 direkt mit einem Schritt S12 fort. Die Steuereinheit 11 erzeugt in dem Schritt S12 ein Anforderungssignal, welches die Anfor derung des Einstellens des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung in dem Schritt S3 anzeigt. Wenn die geschichtete Ladungsverbrennung als Ziel-Verbrennungs-Betriebsart eingestellt ist, dass ist die geschichtete Ladungsverbrennung für alle Zylinder möglich und deshalb fordert das Steuersystem das Einstellen des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung unverzüglich an.
Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die homogene Ladungsverbrennung ist, dann fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S11 mit einem Schritt S13 fort, um festzustellen, ob für einen oder mehrere Zylinder des Motors 4 eine Anforderung für den Einspritzzeitpunkt gemäß der geschichteten Ladungsverbrennung erhalten geblieben ist. Ist dies der Fall, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S13 mit dem Schritt s12 fort, um das Einstellen des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung anzufordern. Liegt keine Anforderung zum Einstellen des Einspritzzeitpunktes auf den geschichteten Ladebetrieb vor, so beendet die Steuereinheit 11 diese Routine, ohne das Anforderungssignal für das Einstellen des Einspritzzeitpunkts für den geschichteten Ladebetrieb zu erzeugen.
Bei einem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart von der homogenen Ladungsverbrennung zur geschichteten Ladungsverbrennung wird der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt verzögert. Das Steuersystem kann deshalb die Einspritzung im geschichteten Ladebetrieb ab dem ersten Verdichtungstakt nach dem Wechsel der verbrennungs-Betriebsart ausführen. Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die geschichtete Ladungsverbrennung ist, ist es somit ausreichend, nur den Einspritzzeitpunkt für den geschichteten Ladebetrieb zu berechnen, auch im Übergangszustand unmittelbar nach dem Wechsel von dem homogenen Ladebetrieb.
Bei einem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart von der geschichteten Ladungsverbrennung zur homogenen Ladungsverbrennung wird im Gegensatz dazu der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt nach vorn verschoben. Das Steuersystem entsprechend dieses Ausführungsbeispiels geht deshalb davon aus, dass die Notwendigkeit der Berechnung des Einspritzzeitpunkts für den geschichteten Ladebetrieb nicht unmittelbar nach dem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart zur homogenen Ladungsverbrennung erlischt. Im Übergangszustand nach einem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart zur homogenen Ladungsverbrennung fährt das Steuersystem bei einem oder mehreren Zylindern mit der Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt, also gemäß des geschichteten Ladebetriebs fort. Wenn die Einspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung bei einem oder mehreren Zylindern erforderlich ist, dann erzeugt die Steuereinheit 11 das Anforderungssignal, mit dem das Einstellen der Einspritzzeitpunktes gemäß geschichtetem Ladebetrieb angefordert wird, auch nachdem ein Wechsel der Ziel-Verbrennungs-Betriebsart zur homogenen Ladungsverbrennung erfolgt ist.
Das Steuersystem kann so aufgebaut sein, dass Motorbetriebsbedingungen wie die Motorlast und die Motordrehzahl überwacht werden, und dass geprüft wird ob gemäß den Motorbetriebsbedingungen eine Anforderung zum Einstellen des Einspritzzeitpunkts gemäß geschichteter Ladungsverbrennung vorliegt. Das Steuersystem kann alternativ so aufgebaut sein, dass nur durch Abfragen der Anforderung jedes Zylinders für die Kraftstoffeinspritzung gemäß geschichtetem Ladebetrieb bestimmt wird, ob ein Anforderungssignal erzeugt wird.
4 zeigt eine Routine zur Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs (entsprechend eines Kraftstoff-Einspritzmenge-Berechnungsabschnitts 101 in 12). Die Steuereinheit 11 führt den in 4 gezeigten Prozess periodisch in regelmäßigen Intervallen bestimmter Länge (z.B. aller 10 ms) aus.
In einem Schritt S21 ermittelt die Steuereinheit 11, ob die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die homogene Ladungsverbrennung ist oder nicht.
Ist dies der Fall, fährt die Steuereinheit 11 von Schritt S21 mit einem Schritt S22 fort und berechnet eine Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung.
In diesem Beispiel wird die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für homogene Ladungsverbrennung in folgender Weise ermittelt. Zunächst berechnet die Steuereinheit 11 aus der Motordrehzahl Ne und der tatsächlichen Lufteinlassmenge Q, die vom Luftstrommesser 3 ermittelt wurde, eine Basismenge Tp des einzuspritzenden Kraftstoffs (Tp = k·Q/Ne; k ist eine Konstante). Die Basismenge Tp des einzuspritzenden Kraftstoffs ist eine Kraftstoffmenge bei einem Norm-Äquivalenzverhältnis {mit dem Wert 1, entsprechend des normalen theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses}. Die Basismenge Tp des einzuspritzenden Kraftstoffs wird anschließend mit Hilfe des oben erwähnten phasenverzögerten Ziel-Äquivalenzverhältnis TFBYAD, eines Korrekturkoeffizienten THOS, der aus einer Motorbetriebsbedingung wie etwa der Motorkühlwassertemperatur ermittelt wird, einem Verbrennungseffizienzfaktor (oder einem Verbrennungseffizienz-Korrekturkoeffizienten) ITAF und einer Batteriespannungs-Korrekturmenge Ts entsprechend der folgenden Gleichung modifiziert. CTIH = Tp·TFBYAD·THOS·ITAFH + Ts
In dieser Gleichung wird der Verbrennungseffizienz-Korrekturfaktor ITAF auf einen Verbrennungseffizienz-Korrekturfaktor ITAFH für den homogenen Ladebetrieb eingestellt. Die Verbrennungseffizienz ist variabel in Abhängigkeit von dem Ziel-Äquivalenzverhältnis und einer EGR-Rate (Abgasrückführungsrate). Die Verbrennungseffizienz wird zudem von der Verbrennungs-Betriebsart beeinflusst. Die Steuereinheit 11 ermittelt deshalb den Verbrennungseffizienzfaktor ITAF auf der Basis der Parameter Ziel-Äquivalenzverhältnis und der EGR-Rate, indem sie auf ein Kennliniendiagramm für den homogenen Ladebetrieb und ein Kennliniendiagramm für den geschichteten Ladebetrieb zurückgreift. In dem Schritt S22 ermittelt die Steuereinheit 11 den Verbrennungseffizienzfaktor ITAFH für homogene Ladungsverbrennung, indem sie auf das Kennliniendiagramm für die homogene Ladungsverbrennung zurückgreift, und nutzt diesen zur Ermittlung von CTIH. Die Verbrennungseffizienz für den homogenen Ladebetrieb unterscheidet sich von der Verbrennungseffizienz für den geschichteten Ladebetrieb, und deshalb berechnet das Steuersystem die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs separat für jede der beiden Verbrennungs-Betriebsarten. Das Steuersystem gemäß dieses Ausführungsbeispieles ist so aufgebaut, dass nur die Menge des einzuspritzenden Kraft stoffs für die ausgewählte Verbrennungs-Betriebsart berechnet wird. Diese Anordnung kann die Berechnungslast im Vergleich zu einer Anordnung, bei der stets beide Einspritzmengen, also die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für den homogenen Ladebetrieb und die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für den geschichteten Ladebetrieb berechnet werden, verringern.
In einem Schritt S22' setzt die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung gleich Null.
In einem Schritt S23 stellt die Steuereinheit 11 die in dem Schritt S22 berechnete Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH als nächste Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETHn für die homogene Ladungsverbrennung für den Zylinder Nr. n ein, der als nächster eine Kraftstoffeinspritzung erhalten soll.
In einem Schritt S24 setzt die Steuereinheit 11 ein CTIH-Berechnungs-Flag FCTIH (Zustandssignal), um anzuzeigen, dass die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung abgeschlossen ist.
Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die geschichtete Ladungsverbrennung ist, dann fährt die Steuereinheit 11 von Schritt S11 mit einem Schritt S12 fort. In dem Schritt S25 berechnet die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung in derselben Weise wie die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung. Bei der Berechnung von CTIS verwendet die Steuereinheit 11 den Verbrennungseffizienzfaktor ITAFS für geschichtete Ladungsverbrennung, indem sie auf das Kennliniendiagrammfür die geschichtete Ladungsverbrennung anstatt auf das Kennliniendiagramm für die homogene Ladungsverbrennung zurückgreift.
In einem Schritt S25' wird die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung gleich Null gesetzt.
In einem Schritt S26 stellt die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung als Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung für den Zylinder Nr. n ein.
In einem Schritt S27 setzt die Steuereinheit 11 das CTIH-Berechnungs-Flag FCTIH zurück, um anzuzeigen, dass die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung noch nicht abgeschlossen ist.
5 zeigt eine Unterroutine (des Schrittes S1 in 2) zum Einstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes für die homogene Ladungsverbrennung (entsprechend eines in 12 gezeigten Berechnungsabschnitts 103 für den Einspritzzeitpunkt bei homogener Ladungsverbrennung).
In einem Schritt S31 wählt die Steuereinheit 11 von der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung und der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung den größeren Wert aus.
Das Steuersystem gemäß dieses Beispiels berechnet nur die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs der ausgewählten Verbrennungs-Betriebsart und hält die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs der nicht ausgewählten Verbrennungs-Betriebsart auf Null. Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die homogene Ladungsverbrennung ist, wird nur die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung berechnet, während die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung auf Null gesetzt wird. Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die geschichtete Ladungsverbrennung ist, wird nur die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung berechnet, während die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung auf Null gesetzt wird. In dem Schritt S31 wählt die Steuereinheit 11 deshalb während der homogenen Ladungsverbrennung die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung und während der geschichteten Ladungsverbrennung die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung aus.
In einem Schritt S32 bestimmt die Steuereinheit 11 einen Einspritzzeitpunkt TITMH für die homogene Ladungsverbrennung in Form des Kurbelwinkels (oder des Winkelabstandes) von einem aktuellen Referenzsignal REF bis zum Moment der Kraftstoffeinspritzung durch Zurückgreifen auf ein Kennliniendiagramm mit den Parametern Kraftstoffeinspritzmenge und Motordrehzahl Ne. Die Steuereinheit 11 verwendet die in dem Schritt S31 ausgewählte Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs und die Motordrehzahl Ne als Parameter zum Bestimmen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts TITMH für die homogene Ladungsverbrennung.
Wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die geschichtete Ladungsverbrennung ist, verwendet das Steuersystem die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung zum Bestimmen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts TITMH für die homogene Ladungsverbrennung. Dieses Steuersystem berechnet somit den Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung während des geschichteten Ladebetriebs und bereitet sich auf den Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart zur homogenen Ladungsverbrennung vor, ohne den Aufwand für die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs zu erhöhen.
Die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung, die erforderlich ist um ein vorbestimmtes Motordrehmoment zu erzeugen, entspricht nicht der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung, die erforderlich ist um dasselbe Motordrehmoment zu erzeugen. Dies liegt an der Differenz in der Verbrennungseffizienz entsprechend des Äquivalenzverhältnisses zwischen der geschichteten und der homogenen Ladungsverbrennung. Diese Differenz in der einzuspritzenden Menge zwischen der geschichteten Ladungsverbrennung und der homogenen Ladungsverbrennung führt zu einer Verschiebung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes. Die Verschiebung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes ist jedoch ausreichend klein, so dass das Steuersystem trotz der Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die homogene Ladungsverbrennung auf der Grundlage der Einspritzmenge für die geschichtete Ladungsverbrennung eine normale, gleichmäßige Verbrennung aufrechterhalten kann.
In einem Schritt S33 stellt die Steuereinheit 11 die Anzahl INJOFH an Referenzsignalen REF, die von dem aktuellen (oder jüngsten) Referenzsignal REF an abzuzählen sind, auf den korrekten Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt TITMH für die homogene Ladungsverbrennung in einem Zähler REFH ein.
In einem Schritt S34 stellt die Steuereinheit 11 einen Kurbelwinkel ANGTMH von dem letzten Referenzsignal REF, das von dem oben beschriebenen Zähler REFH abgezählt wird, bis zur Kraftstoffeinspritzung gemäß des Kraftstoff-Einspritzzeitpunkts TITMH für die homogene Ladungsverbrennung in einem Zähler POSH ein, der bis zum Auslösen des entsprechenden Einspritzers jeweils beim Empfang eines POS-Signals um Eins verringert wird.
6 zeigt eine Unterroutine (des Schrittes S3 in 2) zum Einstellen des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes für die geschichtete Ladungsverbrennung (entsprechend eines in 12 gezeigten Berechnungsabschnitts 102 für den Einspritzzeitpunkt bei geschichteter Ladungsverbrennung).
In einem Schritt S41 bestimmt die Steuereinheit 11 einen Einspritzzeitpunkt TITMS für die geschichtete Ladungsverbrennung in Form des Kurbelwinkels (oder des Winkelabstandes) von dem aktuellen Referenzsignal REF bis zum Moment der Kraftstoffeinspritzung durch Zurückgreifen auf ein Kennliniendiagramm mit den Parametern Kraftstoffeinspritzmenge CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung und Motordrehzahl Ne.
In einem Schritt S42 stellt die Steuereinheit 11 die Anzahl INJOFS an Referenzsignalen REF, die von dem aktuellen Referenzsignal REF an abzuzählen sind, auf den korrekten Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt TITMS für die geschichtete Ladungsverbrennung in einem Zähler REFS ein.
In einem Schritt S43 stellt die Steuereinheit 11 einen Kurbelwinkel ANGTMS vom letzten Referenzsignal REF, das von dem oben beschriebenen Zähler REFS abgezählt wird, bis zum den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt TITMS für die geschichtete Ladungsverbrennung in einem Zähler POSS ein.
In diesem Beispiel weist das Steuersystem sowohl für die homogene Ladungsverbrennung als auch für die geschichtete Ladungsverbrennung den Zähler REF zum Abzählen der Referenzsignale REF und den Zähler POS zum Abzählen der Positionssignale POS auf. Das Steuersystem kann deshalb den Messvorgang zum Bestimmen des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung und den Messvorgang zum Bestimmer des Einspritzzeitpunkts für die homogene Ladungsverbrennung parallel ausführen.
7 zeigt eine Routine zum Messen des Startzeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung für jede Verbrennungs-Betriebsart (entsprechend eines Messabschnitts 104 in 12). Diese Routine wird in regelmäßigen Kurbelwinkel-Intervallen (einmal pro Grad) ausgeführt.
In einem Schritt S51 dekrementiert die Steuerung jeweils den Kurbelwinkel ANGTMH im Zähler POSH und den Kurbelwinkel ANGTMS im Zähler POSS. Der Kurbelwinkel ANGTMH im Zähler POSH stellt den bis zum Auslösen der Einspritzung gemäß des Einspritzzeitpunkts für den homogenen Ladebetrieb verbleibenden Kurbelwinkel dar. Der Kurbelwinkel ANGTMS im Zähler POSS stellt den bis zum Auslösen der Einspritzung gemäß des Einspritzzeitpunkts für den geschichteten Ladebetrieb verbleibenden Kurbelwinkel dar.
In einem Schritt S52 ermittelt die Steuereinheit 11, ob der verbleibende Kurbelwinkel ANGTMH auf Null verringert wurde.
Ist der verbleibende Kurbelwinkel ANGTMH gleich Null, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S52 mit einem Schritt S53 fort, in dem sie eine Einspritzung für die homogene Ladungsverbrennung auslöst (wie in 8 gezeigt ist).
Wenn der Kurbelwinkel ANGTMH ungleich Null ist, dann fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S52 mit einem Schritt S54 fort. Alternativ fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S53 mit dem Schritt S54 fort. In dem Schritt S54 ermittelt die Steuereinheit 11, ob der verbleibende Kurbelwinkel ANGTMS auf Null verringert wurde.
Ist der verbleibende Kurbelwinkel ANGTMS gleich Null, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S54 mit einem Schritt S55 fort, in dem sie eine Einspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung auslöst (wie in 9 gezeigt ist).
In diesem Beispiel führt das Steuersystem, wie später beschrieben werden wird, zum Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung bzw. zum Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung keine Kraftstoffeinspritzung in einen gegebenen Zylinder aus, wenn die entsprechende Kraftstoff-Einspritzmenge Null ist.
8 zeigt die Routine zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung im homogenen Ladebetrieb gemäß des Schrittes S53 in 7 (entsprechend eines in 12 gezeigten Kraftstoffeinspritzungs-Steuerabschnitts 105).
In einem Schritt S61 ermittelt die Steuereinheit 11, ob die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung abgeschlossen ist oder nicht, indem sie das oben beschriebene CTIH-Berechnungsflag FCTIH überprüft (welches in dem Schritt S24 bzw. S27 gesetzt bzw. zurückgesetzt wird).
Wenn die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung bereits abgeschlossen ist, und wenn somit das Flag FCTIH gesetzt ist, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt 61 mit einem Schritt S62 fort. In dem Schritt S62 stoppt die Steuereinheit 11 die geschichtete Ladungsverbrennung, indem sie die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung für den Zylinder Nr. n auf Null setzt.
In einem Schritt S63 liest die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETHn für die homogene Ladungsverbrennung ein.
In einem Schritt S64 speichert die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETHn für die homogene Ladungsverbrennung (durch die Impulsbreite dargestellt) in einem Zähler INJCNT zur Messung der An-Zeit des Kraftstoffeinspritzers (Ventils).
In einem Schritt S65 beginnt das Steuersystem damit, den Kraftstoffeinspritzer für den entsprechenden Zylinder Nr. n einzuschalten. Der Einspritzer spritzt die in TISETHn definierte Kraftstoffmenge in den Zylinder Nr. n ein. Das Steuersystem führt somit eine homogene Ladungsverbrennung aus.
In einem Schritt S66 setzt die Steuereinheit 11 ein Einspritzflag FHOMO (Zustandssignal) für die homogene Verbrennung, um anzuzeigen, dass durch Einschalten des entsprechenden Einspritzers für die in dem Zähler INJCNT gespeicherte Zeit eine homogene Kraftstoffeinspritzung erfolgt ist.
Wenn die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung zum Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung noch nicht abgeschlossen ist, d.h. wenn die Berechnung zu diesem Zeitpunkt entweder noch nicht begonnen hat oder noch nicht beendet ist, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt S61 mit einem Schritt S67 fort, in dem sie die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISTHn für die homogene Ladungsverbrennung für den Zylinder Nr. n auf Null zurücksetzt. Das Steuersystem hebt somit den Wechsel vom geschichteten Ladebetrieb zum homogenen Ladebetrieb für einen bestimmten Zylinder des Motors auf, wenn die Einspritzzeit für die homogene Ladungsverbrennung für den bestimmten Zylinder erreicht wird, bevor die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die homogene Ladungsverbrennung beendet ist.
9 zeigt die Routine zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung im geschichteten Ladebetrieb gemäß des Schrittes S55 (entsprechend des in 12 gezeigten Kraftstoffeinspritzungs-Steuerabschnitts 105).
In einem Schritt S71 ermittelt die Steuereinheit 11, ob während des Einlasstakts eine Einspritzung für die homogene Ladungsverbrennung stattgefunden hat oder nicht, indem sie das oben beschriebene Einspritzflag FHOMO für die homogene Ladungsverbrennung prüft.
Wenn die Einspritzung für die homogene Ladungsverbrennung bereits erfolgt ist, und wenn somit das Flag FHOMO gesetzt ist, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt 71 mit einem Schritt S72 fort. In dem Schritt S72 setzt die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung für den entsprechenden Zylinder Nr. n auf Null zurück, und verhindert somit eine Kraftstoffeinspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung. Auf diese Weise kann das Steuersystem eine ungewünschte Anreicherung des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Grund doppelter Kraftstoffeinspritzung verhindern. Auch nach einem Wechsel der Ziel-Verbrennungs-Betriebsart von der geschichteten Ladungsverbrennung zur homogenen Ladungsverbrennung speichert die Steuereinheit 11 die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung und führt auf der Grundlage der gespeicherten Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung, die vor dem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart berechnet wurde, eine Kraftstoffeinspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung aus.
Wenn die Einspritzung für die homogene Ladungsverbrennung nicht erfolgt, und wenn somit das Flag FHOMO zurückgesetzt bleibt, fährt die Steuereinheit 11 von dem Schritt 71 mit einem Schritt S73 fort, in dem sie die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung für den entsprechenden Zylinder Nr. n einliest. Bei einem Wechsel der Verbrennungs-Betriebsart von der homogenen Ladungsverbrennung zur geschichteten Ladungsverbrennung ist zwischen dem Abbruch der Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts und dem Zeitpunkt für eine Einspritzung im Verdichtungstakt ausreichend Zeit zur Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die geschichtete Ladungsverbrennung vorhanden.
In einem Schritt S74 speichert die Steuereinheit 11 anschließend die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung in dem Zähler zur Messung der An-Zeit des Kraftstoffeinspritzers.
In einem Schritt S75 beginnt das Steuersystem damit, den Kraftstoffeinspritzer für den entsprechenden Zylinder Nr. n einzuschalten. Der Einspritzer spritzt die in TISETSn definierte Kraftstoffmenge in den Zylinder Nr. n ein. Das Steuersystem führt somit eine geschichtete Ladungsverbrennung aus.
Das Steuersystem gemäß dieses Beispiels berechnet im homogenen Ladebetrieb nur die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs und den Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung, so dass die Berechnungslast verringert wird. Im Fall eines Wechsels der Verbrennungs-Betriebsart von der homogenen Ladungsverbrennung zur geschichteten Ladungsverbrennung kann das Steuersystem nach der Entscheidung für den geschichteten Ladebetrieb den Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung im Verdichtungstakt rechtzeitig berechnen, da dieser ausreichend später liegt als der Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung im Einlasstakt.
Darüber hinaus ist das Steuersystem so aufgebaut, dass ein Wechsel vom geschichteten Ladebetrieb zum homogenen Ladebetrieb unverzüglich und gleichmäßig stattfindet. Eine Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder wird vorbereitet, indem der Einspritzzeitpunkt berechnet, auf das nächste Referenzsignal gewartet und der berechnete Einspritzzeitpunkt beim Empfang dieses nächsten Referenzsignals in den Zähler geschrieben wird. Diese Operationen benötigen eine beträchtliche Zeit und neigen dazu, eine Verzögerung des Wechsels von dem geschichteten Ladebetrieb zum homogenen Ladebetrieb zu verursachen. Das Steuersystem gemäß des Ausführungsbeispiels berechnet jedoch stets den Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung und stellt den Zähler für den homogenen Ladebetrieb gemäß des Ergebnisses dieser Berechnung ein. Auch wenn während des Zurückzählens des Zählers die Entscheidung getroffen wird, von dem geschichteten Ladebetrieb zum homogenen Ladebetrieb zu wechseln, kann das Steuersystem deshalb die Einspritzung für die homogene Ladungsverbrennung zeitgerecht erreichen, so dass die Kraftstoffmenge für die homogene Ladungsverbrennung zum Zeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung eingespritzt wird.
Der Einspritzzeitpunkt wird entsprechend der Einspritzmenge ermittelt. Bei der Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die homogene Ladungsverbrennung während der Ausführung des geschichteten Ladebetriebs ersetzt das Steuersystem entsprechend des gezeigten Ausführungsbeispiels die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die geschichtete Ladungsverbrennung mit der Menge für die homogene Ladungsverbrennung. Das Steuersystem verringert die Auslastung des Computersystems, indem es die Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die homogene Ladungsverbrennung während der Ausführung des geschichteten Ladebetriebs auslässt.
Der in 5 gezeigte Schritt S31 ist so gestaltet, dass von der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIH für die homogene Ladungsverbrennung und der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung der größere Wert ausgewählt wird. Alternativ ist es möglich, den Schritt S31 so zu gestalten, dass anhand einer Überprüfung der Ziel-Verbrennungs-Betriebsart zwischen CTIH bzw. CTIS gewählt wird. In diesem Fall wählt die Steuereinheit 11 als Einspritzmenge für die Berechnung des Einspritzzeitpunkts TITMH für die homogene Ladungsverbrennung die Einspritzmenge CTIH für die homogene Ladungsverbrennung aus, wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die homogene Ladungsverbrennung ist, und die Einspritzmenge CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung, wenn die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart die geschichtete Ladungsverbrennung ist.
Die 10 und 11 sind Zeitdiagramme, welche die Abläufe dieses Steuersystems verdeutlichen.
10 zeigt einen Wechsel von der geschichteten Ladungsverbrennung zur homogenen Ladungsverbrennung.
Während der Ausführung der geschichteten Ladungsverbrennung stellt das Steuersystem den Zähler für die geschichtete Ladungsverbrennung als Reaktion auf jede Eingabe eines Referenzsignals REF entsprechend des Einspritzzeitpunkts TITMS für die geschichtete Ladungsverbrennung ein und führt eine Kraftstoffeinspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung in den entsprechenden Zylinder aus, der als nächster ein Einspritzung erhalten soll, wenn sich der Zähler auf Null verringert hat. Gleichzeitig berechnet das Steuersystem den Einspritzzeitpunkt TITMH für die homogene Ladungsverbrennung, stellt den Zähler für die homogene Ladungsverbrennung gemäß des Einspritzzeitpunkts TITMH für die homogene Ladungsverbrennung ein (bei p1 in 10) und beginnt das Zurückzählen in Vorbereitung auf einen Wechsel zum homogenen Ladebetrieb. In diesem Fall ist die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETHn für die homogene Ladungsverbrennung für jeden Zylinder jedoch Null, und deshalb führt das Steuersystem keine Kraftstoffeinspritzung für die homogene Ladungsverbrennung aus.
Wenn ein Wechsel vom geschichteten Ladebetrieb zum homogenen Ladebetrieb angefordert und entschieden wird, berechnet das Steuersystem die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETHn für die homogene Ladungsverbrennung entsprechend den jüngsten Werten der Motorbetriebsbedingungen. Nach Abschluss der Berechnung der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETHn für die homogene Ladungsverbrennung führt das Steuersystem eine Kraftstoffeinspritzung für die homogene Ladungsverbrennung aus, und zwar beginnend mit dem Zylinder, der zuerst den Punkt der Einspritzzeit für den homogenen Ladebetrieb erreicht (Zylinder Nr. 4 in dem in 10 gezeigten Beispiel). Was den Zylinder Nr. 4 betrifft, so werden die Berechnung und das Einstellen des Zählers für den Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung vor dem Wechsel der Ziel-Verbrennungs-Betriebsart zur homogenen Ladungsverbrennung ausgeführt. Nach dem Wechsel zum homogenen Ladebetrieb wird das Steuersystem somit nur durch das Berechnen der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die homogene Ladungsverbrennung bereit für die homogene Ladungsverbrennung und führt die Kraftstoffeinspritzung für die homogene Ladungsverbrennung rechtzeitig aus (zum Zeitpunkt p2). Das Steuersystem kann den Wechsel zum homogenen Ladebetrieb unverzüglich vollziehen.
Was den/die anderen Zylinder (in dem in 10 gezeigten Beispiel die Zylinder Nr. 2 und 3) betrifft, bei denen der Einspitzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung im Einlasstakt bereits verstrichen ist, aber der Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung im Verdichtungstakt des aktuellen Betriebszyklus' noch bevorsteht, so führt das Steuersystem eine Kraftstoffeinspritzung zum Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung im Verdichtungstakt aus. Die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für diese geschichtete Ladungsverbrennung wird auf die Größenordnung eingestellt, die vor dem Wechsel zum homogenen Ladebetrieb berechnet wurde.
Das Steuersystem gemäß dieses Ausführungsbeispiels fährt während einer Übergangszeit nach dem Wechsel zum homogenen Ladebetrieb mit der Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung fort, und zwar so lange, wie die geschichtete Ladungsverbrennung noch von einem oder mehreren Zylindern ausgeführt wird. Das Steuersystem ist so aufgebaut, dass es jeden Zylinder des Motors überwacht und die Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung so lange fortsetzt, bis jeder Zylinder des Motors einen vorbestimmten Zustand erreicht hat, in dem das Beenden der Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung möglich ist. Das Steuersystem kann auch so gestaltet sein, dass die Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung so lange fortgesetzt wird, bis in jedem Zylinder eine Kraftstoffeinspritzung für die homogene Ladungsverbrennung ausgeführt wird, oder bis ein Zündzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung eingestellt wird, oder bis eine erste homogene Ladungsverbrennung ausgeführt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Übergangszeit, während der die Berechnung des Einspritzzeitpunkts für die geschichtete Ladungsverbrennung fortgesetzt wird, maximal einem Betriebszyklus des Motors.
11 zeigt einen Wechsel von der homogenen Ladungsverbrennung zur geschichteten Ladungsverbrennung. Nach der Entscheidung, die Ziel-Verbrennungs-Betriebsart von der homogenen Ladungsverbrennung zur geschichteten Ladungsverbrennung zu wechseln, kann das Steuersystem den Übergang zum geschichteten Ladebetrieb unmittelbar vollziehen. Das Steuersystem berechnet den Einspritzzeitpunkt und die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs TISETSn für die geschichtete Ladungsverbrennung für einen oder mehrere Zylinder, bei denen eine Kraftstoffeinspritzung für die homogene Ladungsverbrennung noch nicht ausgeführt wurde (Zylinder Nr. 4 und Nr. 1 in 11), und führt dann eine Kraftstoffeinspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung im Verdichtungstakt aus (bei p5).
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Steuersystem die folgenden, in 12 gezeigten Abschnitte.
Ein Kraftstoffmengen-Berechnungsabschnitt 101 berechnet die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die homogene Ladungsverbrennung CTIH oder für die geschichtete Ladungsverbrennung CTIS, und zwar entsprechend der Ziel-Verbrennungs-Betriebsart.
Ein Einspritzzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 102 für die geschichtete Ladungsverbrennung berechnet den Einspritzzeitpunkt TITMS für die geschichtete Ladungsverbrennung entsprechend der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs CTIS für die geschichtete Ladungsverbrennung, wenn der geschichtete Ladebetrieb ausgewählt ist.
Ein Einspritzzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 103 für die homogene Ladungsverbrennung berechnet den Einspritzzeitpunkt TITMH für die homogene Ladungsverbrennung entsprechend der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die homogene Ladungsverbrennung, wenn der homogene Ladebetrieb ausgewählt ist, bzw. entsprechend der Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs für die geschichtete Ladungsverbrennung, wenn der geschichtete Ladebetrieb ausgewählt ist.
Ein Messabschnitt 104 signalisiert eine erste Einspritzzeit, die durch den Einspritzzeitpunkt für die homogene Ladungsverbrennung definiert ist, und eine zweite Einspritzzeit, die durch den Einspritzzeitpunkt für die geschichtete Ladungsverbrennung definiert ist.
Ein Kraftstoffeinspritz-Steuerabschnitt 105 führt entweder eine Kraftstoffeinspritzung für die homogene Ladungsverbrennung zur ersten Einspritzzeit im Einlasstakt, oder eine Kraftstoffeinspritzung für die geschichtete Ladungsverbrennung zur zweiten Einspritzzeit im Verdichtungstakt aus, indem er ein Kraftstoffeinspritz-Steuersignal an ein Kraftstoffeinspritzsystem 106 sendet, das aus einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern besteht.
Ein Auswahlabschnitt 107 wählt entsprechend einer oder mehrerer Motorbetriebsbedingungen die homogene Ladungsverbrennung oder die geschichtete Ladungsverbrennung als Verbrennungs-Betriebsart aus.
Der Messabschnitt 104 kann einen ersten Unterabschnitt oder Zähler 104a, der durch Überwachen des Kurbelwinkels die erste Einspritzzeit für die homogene Ladungsverbrennung signalisiert, und einen zweiten Unterabschnitt oder Zähler 104b aufweisen, der durch Überwachen des Kurbelwinkels die zweite Einspritzzeit für die geschichtete Ladungsverbrennung signalisiert.

Claims

Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine, die aufweist: ein Kraftstoffeinspritzungssystem (6) für das direkte Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer (12) des Motors (4) und für das Umschalten eines Verbrennungsmodus des Motors (4) zwischen einem homogenen Ladungsverbrennungsmodus und einem geschichteten Ladungsverbrennungsmodus durch Verändern eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes zwischen einem homogenen Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in einem Einlasshub für den homogenen Verbrennungsmodus und einem geschichteten Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS) eines Verdichtungshubes für den geschichteten Verbrennungsmodus; und eine Steuerung (11) für das wahlweise Berechnen nur eines von einer homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) für den homogenen Verbrennungsmodus oder einer geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) für den geschichteten Verbrennungsmodus und für das Berechnen des homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in Übereinstimmung mit dem homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) während einer Zeitdauer des homogenen Verbrennungsmodus, und für das Berechnen des homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in Übereinstimmung mit der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) während einer Zeitdauer des geschichteten Verbrennungsmodus, und für das Ausführen der Kraftstoffeinspritzung bei dem homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH), berechnet auf der Grundlage der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) bei einem Umschalten des Verbrennungsmodus des geschichteten Ladungsverbrennungsmodus in den homogenen Ladungsverbrennungsmodus, wenn der homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) erreicht ist.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (11) konfiguriert ist, als einen Ziel-Verbrennungsmodus einen von dem homogenen Modus oder dem geschichteten Modus auszuwählen, um nur die homogene Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) zu berechnen, wenn der homogene Modus ausgewählt wird, oder nur die geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), wenn der geschichtete Modus ausgewählt wird, um den homogener Mo dus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) zu berechnen, sowohl wenn der homogene Modus ausgewählt wird, als auch wenn der geschichtete Modus ausgewählt wird, und um den homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in Übereinstimmung mit der homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) zu berechnen, wenn der homogene Modus ausgewählt wird, und in Übereinstimmung mit der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), wenn der geschichtete Modus ausgewählt wird.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Steuerung (11) die homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH), berechnet bei dem homogenen Modus, und die geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), berechnet bei dem geschichteten Modus vergleicht, um eine größere Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, die gleich der homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) oder größer als die geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) ist, und die gleich der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) ist, wenn die geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) größer als die homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) ist und die Steuerung (11) den homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in Übereinstimmung mit der größeren Kraftstoffeinspritzmenge berechnet.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung (11) aufweist einen Kraftstoffmengen-Berechnungsabschnitt (101) für das Berechnen nur einer von homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) oder geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) in Übereinstimmung mit dem Ziel-Verbrennungsmodus, und einen homogener Modus-Einspritzzeitpunkt-Berechnungsabschnitt (103) für das Berechne des homogener Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMH) in Übereinstimmung mit der homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH), wenn der homogene Modus ausgewählt wird und für das Berechnen des homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in Übereinstimmung mit der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), wenn der geschichtete Modus ausgewählt ist.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung (11) außerdem aufweist einen geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt-Berechnungsabschnitt (102) für das Berechnen des geschichteter Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMS) in Übereinstimmung mit der geschich teter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), wenn der geschichtete Modus ausgewählt ist.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei der geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt-Berechnungsabschnitt (102) das Berechnen des geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS) nach dem Umschalten des Ziel-Verbrennungsmodus von dem geschichteten Verbrennungsmodus in den homogenen Verbrennungsmodus vorübergehend fortsetzt.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, wobei der geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt-Berechnungsabschnitt (102) das Berechnen des geschichteter Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMS) für eine vorübergehende Zeitdauer von einem Umschalten des Ziel-Verbrennungsmodus von dem geschichteten Verbrennungsmodus in den homogenen Verbrennungsmodus fortsetzt, bis der Verbrennungsmodus des Motors (4) vollständig, ohne einen Zylinder auszunehmen, in den homogenen Modus umgeschaltet ist.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerung (11) außerdem aufweist einen Messabschnitt (104) für das Anzeigen einer ersten Einspritzzeit, festgelegt durch den homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH), und eine zweite Einspritzzeit, festgelegt durch den geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS), und einen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsabschnitt (105) für das Ausführen entweder einer homogener Modus-Kraftstoffeinspritzung zu der ersten Einspritzzeit in dem Einlasshub, oder eine geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzung zu der zweiten Einspritzzeit in dem Verdichtungshub.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, wobei der Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsabschnitt (105) prüft, ob eine homogener Modus-Kraftstoffeinspritzung in dem Einlasshub in jedem der Zylinder des Motors (4) nach dem Umschalten des Ziel-Verbrennungsmodus von dem geschichteten Modus in den homogenen Modus ausgeführt wird, und eine geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines neuesten Wertes der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) ausführt, berechnet durch den Kraftstoffmengen-Berechnungsabschnitt vor dem Umschalten in den homogenen Modus in einem gegebenen Zylinder in dem Verdichtungshub, wenn eine homogener Modus-Kraftstoffeinspritzung in dem gegebenen Zylinder in dem Einlasshub nicht ausgeführt wird.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Motor (4) außerdem einen Eingangsabschnitt zum Erfassen eines Motorbetriebszustandes aufweist und die Steuerung (11) außerdem einen Auswahlabschnitt (107) aufweist, zum Auswählen, als den Ziel-Verbrennungsmodus, einen von homogener Verbrennungsmodus oder geschichteter Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 und 10, wobei der Eingangsabschnitt einen Kurbelwinkelsensor (2) für das Erfassen eines Kurbelwinkels des Motors (4) aufweist und der Messabschnitt (104) einen ersten Messunterabschnitt (104) zum Anzeigen der ersten Einspritzzeit entsprechend des homogener Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMH) durch Überwachen des Kurbelwinkels und einen zweiten Messunterabschnittes (104b) aufweist, zum Anzeigen der zweiten Einspritzzeit entsprechend des geschichteter Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMS) durch Überwachen des Kurbelwinkels.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuerung (11) ein individuelles Zylinderzustands-Anzeigesignal überwacht, das einen Zustand jedes Zylinders des Motors (4) repräsentiert und fortgesetzt den geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS) nach einem Umschalten des Ziel-Verbrennungsmodus in den homogenen Modus berechnet, bis die individuellen Zylinderzustands-Anzeigesignale aller Zylinder des Motors (4) in einem vorbestimmten Signalzustand sind, um das Stoppen des geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzung zu gestatten.
Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, wobei die Steuerung (11) den neuesten Wert der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), erhalten während des Betriebes des geschichteten Verbrennungsmodus, speichert, und den neuesten Wert der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) in dem Berechnen des geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS) nach dem Umschalten des Verbrennungsmodus in den homogenen Modus verwendet.
Motorsteuerungsverfahren zum Steuern einer Direkteinspritzungs-Brennkraftmaschine (4) mit einem Kraftstoffeinspritzungssystem (6) für das direkte Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer (12) des Motors (4) und für das Umschalten eines Verbrennungsmodus des Motors (4) zwischen einem homogener Ladungs-Verbrennungsmodus und einer geschichteten Ladungs-Verbrennungsmodus durch Ändern eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes zwischen einem homogener Modem-Einspritzzeitpunkt (TITMS) in einem Einlasshub für den homogener Verbrennungsmodus und einem geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS) in einem Verdichtungshub für den geschichteten Verbrennungsmodus, wobei das Steuerverfahren des Motors (4) aufweist: einen Auswahlschritt (S21) zum Auswählen als den Ziel-Verbrennungsmodus, einen von dem homogenen Verbrennungsmodus oder dem geschichteten Verbrennungsmodus in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand; einen Kraftstoffmengen-Berechnungsschritt (S22, S25) zum Berechnen nur eines von der homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH) oder der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) in Übereinstimmung mit dem Ziel-Verbrennungsmodus; und einen homogener Modus-Einspritzzeitpunkt-Berechnungsschritt (S23) für das Berechnen des homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) in Übereinstimmung mit der homogener Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIH), wenn der homogene Modus ausgewählt ist und für das Berechnen des homogener Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMH) in Übereinstimmung mit der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), wenn der geschichtete Modus ausgewählt ist, um das Umschalten von dem geschichteten Verbrennungsmodus in den homogenen Verbrennungsmodus vorzubereiten, und einen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsschritt für das Ausführen der Kraftstoffeinspritzung bei dem homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH), berechnet auf der Grundlage der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS) bei einem Umschalten des Verbrennungsmodus von dem geschichteter Ladungs-Verbrennungsmodus in den homogener Ladungs-Verbrennungsmodus, wenn der homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) erreicht ist.
Motorsteuerungsverfahren nach Anspruch 14, wobei das Steuerverfahren außerdem aufweist: einen geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt-Berechnungsschritt für das Berechnen des geschichteter Modus-Einspritzzeitpunktes (TITMS) in Übereinstim mung mit der geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzmenge (CTIS), wenn der geschichtete Modus ausgewählt ist; einen Messschritt für das Anzeigen einer ersten Einspritzzeit, festgelegt durch den homogener Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMH) und einer zweiten Einspritzzeit, festgelegt durch den geschichteter Modus-Einspritzzeitpunkt (TITMS); und einen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsschritt für das Ausführen entweder eines homogener Modus-Kraftstoffeinspritzung zu der ersten Einspritzzeit in dem Einlasshub und einen geschichteter Modus-Kraftstoffeinspritzung zu der zweiten Einspritzzeit in dem Verdichtungshub.