DE19538682A1 - Motorsteuervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, insbe­ sondere eine Motorsteuervorrichtung zum Steuern des Zünd­ zeitpunkts eines Magerverbrennungsmotors, in dem ein Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis zwischen einem stöchiometrischen Ver­ hältnis und einem mageren Verhältnis variiert wird.

Magerverbrennungsmotoren gemäß dem Stand der Technik werden derart gesteuert, daß der Kraftstoff bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 20 bis 25) ver­ brannt wird. Dies ist etwa bei einer niedrigen Motordreh­ zahl oder einem Niederlastzustand viel höher als das stö­ chiometrische Verhältnis (14,7), wodurch der Kraftstoffver­ brauch vermindert wird. Wenn der Motor beschleunigt wird oder eine
Schwerlastbedingung vorliegt, wird eine Steuerung derart vorgenommen, daß der Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verbrannt wird.

Wenn sich das vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem stöchiome­ trischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis stark ändert, basierend auf der Veränderung des Betriebszustands des oben erwähnten Motors, tritt ein großer Drehmomentunterschied beim Verän­ dern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf, da die erzeug­ ten Drehmomente zueinander unterschiedlich sind; dies gilt sogar auch wenn die Betriebsbedingung die gleiche bleibt. Um eine Verschlechterung der Betriebseigenschaften zu ver­ meiden wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht auf einmal verändert, sondern wird stufenweise bei jedem Lufteinlaßhub der Zylinder bis zum Erreichen des Sollverhältnisses verän­ dert. Ein Beispiel des obigen Magerverbrennungsmotors ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 5-71381 (1993) be­ schrieben.

In obigem Steuersystem für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Motors gemäß dem Stand der Technik ist es nötig, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über ein mittleres Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis (A/F = 16 bis 18) verlaufend zu er­ halten, wenn zwischen dem stöchiometrischen Verhältnis (A/F = 14,7) und dem mageren Verhältnis (A/F = 16 bis 18) ge­ schaltet wird.

Es wurde jedoch nachgewiesen, daß die NOx-Konzentration im Abgas beim mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen dem stöchiometrischen und dem mageren Verhältnis im Abgas höher ist, als beim mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Daher besteht bei dem mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Problem, daß die NOx-Konzentration ansteigt. Ein Nachteil der Motorsteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik liegt insbesondere bei einer Anwendung für Fahrzeuge mit hohen Emissionen, da bei einem derartigen Modusbetrieb der gesamte NOx-Emissionsbetrag den Fahrzeugemissionsstandard nur noch sehr schwer genügt.

Sogar wenn die Kraftstoffeinspritzmenge derart gesteuert wird, daß das Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis stufenweise zwischen dem stöchiometrischen Verhältnis und dem mageren Verhältnis verändert wird, ohne mit dem mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis übereinzustimmen, gibt es einen Zy­ linder, bei dem der Kraftstoff beim mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis verbrannt wird. Daher ist ein anderer Nachteil der Motorsteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik, daß die NOx-Konzentration bis zu einem Vielfachen der NOx-Konzentration in einem stationären Zustand anstei­ gen kann.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Motorsteuervorrichtung für einen Magerverbrennungsmotor zu schaffen, in der es möglich ist den Anstieg der NOx-Konzen­ tration zu minimieren, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während dem Fahrzeugbetrieb von dem stöchiometrischen auf das magere Verhältnis verändert wird.

Gemäß der Erfindung wird beim Verändern des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen auf das ma­ gere Verhältnis oder von dem mageren zu dem stöchiometri­ schen Verhältnis der Zündzeitpunkt um eine Zeitdauer ver­ zögert, so daß das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwi­ schen dem stöchiometrischen und dem mageren Verhältnis ver­ mieden wird.

Erfindungsgemäß kann die Motorsteuervorrichtung Mittel zum Erfassung einer vorbestimmten Übergangszeit enthalten, in der sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiome­ trischen zu dem mageren Verhältnis oder von dem mageren zu dem stöchiometrischen Verhältnis ändert bzw. umgeschaltet wird. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung Mit­ tel zum Verzögern des Zündzeitpunkts während der vorbe­ stimmten Übergangszeit enthalten.

Erfindungsgemäß können die Verzögerungsmittel eine Tabelle oder ein Zuweisungsfeld enthalten, welche den Verzögerungs­ betrag speichern, der gemäß einem Betriebszustand des Mo­ tors bestimmt wird, wie eine Motordrehzahl, ein Motordreh­ moment, usw.

Erfindungsgemäß können die Erfassungsmittel ein Betäti­ gungselement enthalten, das eine Verwirbelungsströmung in einem Motorzylinder erzeugt.

Erfindungsgemäß können die Erfassungsmittel für die vorbe­ stimmte Übergangszeit einen O₂-Sensor oder einen Luft/Kraft­ stoff-Verhältnissensor enthalten, für ein Schalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen zu dem mageren Verhältnis oder von dem mageren zu dem stöchio­ metrischen Verhältnis.

Der Magerverbrennungsmotor, welcher die erfindungsgemäße Motorsteuervorrichtung verwendet, wird derart gesteuert, daß der Kraftstoff bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis weit höher als das stöchiometrische Verhältnis bei einer niedrigen Motordrehzahl oder einer niedrigen Last verbrannt wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch verbessert bzw. vermindert wird. Der Kraftstoff wird beim stöchiome­ trischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verbrannt und das Fahr­ zeug wird beim Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben, um das Drehmoment bei einer Beschleunigung oder einer gro­ ßen Last zu verbessern.

Wenn die Verbrennung durch eine Veränderung bzw. ein Schal­ ten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von dem stöchiometri­ schen zu dem mageren Verhältnis oder von dem mageren zu dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechend gesteuert wird, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert bzw. um­ geschaltet. Der Zündzeitpunkt einer Zündvorrichtung wird um eine vorbestimmte Zeitdauer bezüglich einem normalen Zünd­ zeitpunkt bei dem mageren oder dem stöchiometrischen Ver­ hältnis verzögert, bis das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das magere oder das stöchiometrische Verhältnis einnimmt, ohne durch das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ver­ laufen.

Sogar wenn der Zündzeitpunkt beim Betrieb des Fahrzeugs mit dem selben Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterschiedlich ist, wird bei einem vergrößerten Verzögerungsbetrag des Zünd­ zeitpunkts die NOx-Konzentration des Abgases niedriger. Da­ her ist es durch eine Verzögerungssteuerung des Zündzeit­ punkts möglich, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis derart zu steuern, daß der Zündzeitpunktbereich vermieden wird, bei dem die NOx-Konzentration des Abgases hoch ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Magerverbrennungsmotors unter Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Motorsteuereinheit;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Motorsteuereinheit;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwi­ schen der Konzentration von Abgaskomponenten und einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die Beziehung zwischen einer Drehmomentveränderung und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, be­ züglich der NOx-Konzentration;

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Verzögerungssteuerung des Zünd­ zeitpunkts gemäß einer erfindungsgemäßen Motorsteuerein­ heit;

Fig. 6A eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem aktuellen Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis;

Fig. 6B eine graphische Darstellung des Zündzeitpunkts ge­ mäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung;

Fig. 6C eine graphische Darstellung der NOx-Konzentration gemäß dem Stand der Technik und der Erfindung;

Fig. 7 eine Tabelle des Verzögerungsbetrags gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 ein Zuweisungsfeld des Verzögerungsbetrags gemäß ei­ ner Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 ein teilweises Flußdiagramm der Verzögerungssteue­ rung des Zündzeitpunkts gemäß einer erfindungsgemäßen Aus­ führungsform;

Fig. 10 ein teilweises Flußdiagramm der Verzögerungssteue­ rung des Zündzeitpunkts gemäß einer Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Öffnung des Ventils zum Erzeugen einer Luftverwirbelung und dem Zündzeitpunkt (Verzögerungszeitpunktsteuerung) gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 12 ein Flußdiagramm der Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts gemäß der erfindungsgemäßen Motorsteuerein­ heit;

Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Zündzeitpunkt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 14 ein Flußdiagramm der Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts gemäß einer Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Motorsteuereinheit.

In der in Fig. 1 dargestellten Motoranordnung strömt Ein­ laßluft von einem Einlaßabschnitt 2 eines Luftfilters zu dem Motor durch ein Einlaßrohr 4 und einen Drosselklappen­ körper 5, der eine Drosselklappe zum Steuern der Einlaß­ luftmenge aufnimmt; die Luftströmung verläuft dann weiter in einen Kollektor 6.

Die in den Kollektor 6 eingeführte Luft wird in Einlaßrohre 8 verteilt, die jeweils mit den Zylindern eines Motors 7 verbunden sind. Die Luft wird dann in jeden Zylinder 71 des Motors 7 eingeführt.

Kraftstoff, wie etwa Benzin, wird aus einem Kraftstofftank 9 unter Verwendung einer Kraftstoffpumpe 10 angesaugt. Durch die Aufbringung von Druck auf den Kraftstoff wird dieser dann durch einen Kraftstoffdämpfer 11 und einen Kraftstoffilter 12 einem Kraftstoffeinspritzventil 13 zuge­ führt. Weiterhin ist ein Kraftstoffdruckregulator 14 vorge­ sehen, der eine Rückströmung des Kraftstoffs in den Kraft­ stofftank 9 ermöglicht. Der durch den Kraftstoffdämpfer 11 und den Kraftstoffilter 12 zugeführte Kraftstoff wird durch den Kraftstoffdruckregulator 14 auf einen konstanten Druck eingestellt und von dem Kraftstoffeinspritzventil 13 einge­ spritzt. Das Kraftstoffeinspritzventil 13 ist in dem Ein­ laßrohr 8 des Zylinders 71 vorgesehen.

Ferner ist ein Luftströmungssensor 3 zwischen dem Luftfil­ ter 1 und dem Einlaßrohr 4 vorgesehen. Der Luftströmungs­ sensor 3 erfaßt eine Einlaßluftströmung Q und gibt das er­ faßte Signal zu einer Steuereinheit 15 aus. Der Drosselven­ tilkörper 5 ist mit einem Drosselsensor 18 zum Erfassen der Öffnung der Drosselklappe versehen. Ein Öffnungssignal von dem Drosselsensor 18 wird ebenso in die Steuereinheit 15 eingegeben.

Ferner ist ein Verwirbelungsluft erzeugendes Ventil 24 in dem Einlaßrohr 8 des Motors 7 vorgesehen. Das Ventil 24 wirkt als Arbeitsbetätiger, der eine verwirbelte Luft in dem Zylinder erzeugt. Ein Öffnungssignal des Ventils 24 wird ebenso der Steuereinheit 15 zugeführt.

Der Motor 7 ist mit einem Verteiler 16 ausgerüstet, der einen Kurbelwinkelsensor enthält. Der Kurbelwinkelsensor gibt ein Referenzpositionssignal REF aus, das die Winkel­ stellung der Kurbelwelle angibt und ein Positionssignal POS aus, das die Drehungsanzahl angibt. Diese Signale werden ebenso zur Steuereinheit 15 geführt.

Ein Zündsteuersignal von der Steuereinheit 15 wird einem Zündelement 19 zugeführt. Das Zündsteuersignal wird als Ausgang einer Zündspule 17 über den Verteiler 16 einer Zündkerze 23 ausgegeben. Obwohl das Zündsteuersignal über den Verteiler 16 zur Zündkerze 23 des Zylinders in der obengenannten Ausführungsform zugeführt wird, kann das Zündsteuersignal auch direkt von der Steuereinheit 15 zu jeder Zündspule geführt werden.

Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis(A/F)-Sensor 20 zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während einem Fahrzu­ stand eines Fahrzeugs ist in Abgasrohr 21 vorgesehen. Ein von dem A/F-Sensor 20 ausgegebenes Ausgangssignal wird ebenso der Steuereinheit 15 zugeführt. Der A/F-Sensor 20 kann ein Sensor sein, welcher das Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis in einem weiten Bereich zwischen dem stöchiometrischen bis zu dem mageren Verhältnis abdeckt. Statt dessen kann der Sensor auch erfassen, ob der Kraftstoff eine hohe oder niedrige Dichte bezüglich dem vorbestimmten Kraftstoff/Luft- Verhältnis aufweist. In das Abgasrohr 21 ist ein Dreiwegekatalysator 25 eingebracht.

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, enthält ein Hauptab­ schnitt der Steuereinheit 15 einen Mikrocomputer mit einer MPU, einem ROM, einem RAM, einem A/D-Umwandler, usw. Der Mikrocomputer nimmt die Erfassungssignale von einer Viel­ zahl von Sensoren für die Erfassung von Betriebsbedingungen des Motors auf (z. B. des Luftströmungssensors 3, des Dros­ selklappensensors 18, des Kurbelwinkelpositionssensors 16, des A/F-Sensors 20 und eines Wassertemperatursensors 22), wandelt die Signale durch den A/D-Umwandler um und führt eine vorbestimmte Datenverarbeitung durch. Als Ergebnis dieser Datenverarbeitung gibt der Mikrocomputer eine Viel­ zahl von Steuersignalen aus und führt diese dem Kraftstoff­ einspritzventil 13, der Zündspule 17 und der Kraftstoff­ pumpe 10 zu, um die Steuerung der Kraftstoffzufuhrmenge und die Steuerung des Zündzeitpunkts durchzuführen.

Gemäß einem Beispiel der Erfindung führt der Mikroprozessor eine arithmetische Datenverarbeitung gemäß einem in dem ROM gespeicherten Programm durch, wie in dem Flußdiagramm der Fig. 5 dargestellt.

Die Beziehung zwischen der Drehmomentveränderung und der Konzentration der Komponenten der Verbrennungsemission be­ züglich dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Einlaßluftgemi­ sches hat die in der Fig. 3 dargestellte Charakteristik.

Aus der Fig. 3 können die folgenden Eigenschaften entnommen werden. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einen mage­ ren Bereich angehoben wird, während das Drehmoment und die Drehzahl des Motors konstant verbleibt, dann wird die Ein­ laßluftmenge angehoben, wodurch ein Kraftstoffverbrauchs­ faktor verbessert und der Kraftstoffverbrauch vermindert werden. Ferner, da die Verbrennungstemperatur mit einem ma­ geren Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger wird, wird die Konzentration der NOx-Emissionen vermindert. Die Verbren­ nungsstabilität kann basierend auf der Drehmomentsverände­ rung bestimmt werden. Die Drehmomentsveränderung oder die Verbrennungsstabilität verschlechtern sich langsam entspre­ chend einem bestimmten mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch. Wenn der magere Luft/Kraftstoff-Wert überschritten wird, wird die Zündfähigkeit sehr gering und die Verbrennungssta­ bilität verschlechtert sich plötzlich.

Wie aus der obengenannten Erklärung entnommen werden kann, ist die Verbrennungsstabilität und die Konzentration der NOx-Emissionen stark von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab­ hängig.

Unter Bezug auf die Fig. 4 ist das Verhältnis zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Zündzeitpunkt sowie der Konzentration der NOx-Emissionen dargestellt. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant bleibt, wird die Kon­ zentration der NOx-Emissionen geringer, je später der Zünd­ zeitpunkt eingestellt wird. Wenn der Zündzeitpunkt konstant gehalten wird, weist die NOx-Konzentration einen Maximal­ wert zwischen A/F = 16 bis 17 auf, der höher ist, als beim stöchiometrischen A/F-Verhältnis (14,7).

Wenn daher der Motor mit einem mageren Gemisch betrieben wird, sollte der Betriebspunkt beim Punkt (C) eingestellt werden, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger ist, als die Grenze der Verbrennungsstabilität, wobei der NOx-Emissionsbetrag niedrig ist.

Im Beispiel der Fig. 4 ist ferner die NOx-Konzentration bei einem stöchiometrischen Punkt (A) hoch. Im Punkt (A) ist die Konzentration der O₂-Emission jedoch niedrig, wobei die Konzentrationen der MC, CO, und NOx-Emission die in der Fig. 3 dargestellten Werte aufweisen. Da NOx unter Verwen­ dung eines Dreiwegekatalysators effektiv entfernt werden kann, besteht beim Betrieb am stöchiometrischen Punkt (A) kein Problem.

Bei dem mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, beim Punkt (B), ist nicht nur die Konzentration der NOx-Emission hoch, sondern auch die O₂-Emission. Wenn die Konzentration der O₂-Emission derart hoch ist, kann NOx nicht auf eine effek­ tive Weise durch den Dreiwegekatalysator entfernt werden.

Wie im Voranstehenden beschrieben, wird bei einem üblichen Magerverbrennungsmotor der Zündzeitpunkt nicht verändert, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiome­ trischen Punkt zu dem Magergemischpunkt durch die Verbren­ nungssteuerung geschaltet wird. Daher wird das magere Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Punkt (C), nur über das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgehend von dem stö­ chiometrischen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht. Wenn ein Durchgang durch das mittlere Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis erfolgt, ist die Konzentration von NOx im Abgas hoch, das gleiche gilt für die O₂-Emission. Demgemäß war es im Stand der Technik sogar bei der Verwendung eines Dreiwe­ gekatalysators unmöglich, die Konzentration der NOx-Emis­ sion zu reduzieren.

Wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiome­ trischen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, dem Punkt (A), zum mageren Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, dem Punkt (C), geschaltet wird und wenn die Motorverbrennung derart ge­ steuert wird, daß das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim Punkt (B′) liegt, wie in der Fig. 4 dargestellt, ist die NOx-Konzentration des Abgases bei dem mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis, also beim Punkt (B′) niedriger als das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim Punkt (B). Die NOx-Konzentration an diesem Punkt ist fast die gleiche, wie beim mageren Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis am Punkt (C). Das bedeutet, daß sogar wenn die Verbrennung derart gesteu­ ert wird, daß das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, beim Punkt (A), zum mageren Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, beim Punkt (C), geschaltet wird, wobei das Soll-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis durch den Bereich des mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisbereich während der Schaltvorgangs verläuft, die NOx-Konzentration im Abgas dadurch nicht erhöht wird.

Das gleiche gilt für den Fall, daß das Soll-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis von dem mageren Soll-Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis beim Punkt (C) zum stöchiometrischen Soll-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis beim Punkt (A) geschaltet wird.

Für die Verbrennungssteuerung des Motors bedeutet eine Steuerung des Verlaufs des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim Punkt (B′), daß der Zündzeitpunkt verzögert wird. Daher kann der Betrag der NOx-Emission vermindert werden, wobei das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis durch das mittlere Luft/Kraftstoff- Verhältnis beim Punkt (B′) verläuft.

In der Fig. 5 ist ein Flußdiagramm gezeigt zum Darstellen der Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts in der erfin­ dungsgemäßen Motorsteuereinheit.

Das Hauptprogramm für die Kraftstoffeinspritzsteuerung läuft jedesmal, wenn ein Referenzwinkelsignal REF vom Kur­ belwinkelsensor 16 ausgegeben wird, wobei das REF-Signal ein Referenzsignal für die Kraftstoffeinspritzsteuerung darstellt. Die Kraftstoffeinspritzung wird für den Zylinder im nächsten Hub für jedes Referenzwinkelsignal REF basie­ rend auf diesem Programm durchgeführt.

Das Zündzeitpunktsteuerungsprogramm wird jedesmal ausge­ führt, wenn das Referenzwinkelsignal REF und ein Zylinder­ signal ausgegeben werden. Die Zündung für jeden Zylinder wird durchgeführt, wenn ein Aktivierungssignal und ein Ab­ bruchsignal der Zündkerze 23 bei dem vorbestimmten Winkel zugeführt werden.

Die Verarbeitung von START zu ZURÜCK wird als periodischer Unterbrechungsprozeß durchgeführt. In dieser Ausführungs­ form wird diese Unterbrechung alle 10 ms durchgeführt.

Im Schritt S1 wird abgefragt, ob sich das Luft/Kraftstoff- (A/F)-Verhältnis des Motors beim stöchiometrischen Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis befindet, oder nicht. Wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im stöchiometrischen Zustand be­ findet, geht die Verarbeitung zum Schritt S2 und ein Flag, das den stöchiometrischen Zustand angibt, wird gesetzt (S = 1). Wenn der stöchiometrische Zustand nicht vorliegt, verzweigt die Verarbeitung zum Schritt S3 und ein Flag, welches den mageren Zustand angibt, wird gesetzt (S = 0).

Dann wird in einem Schritt S4 bestimmt, ob das stöchiome­ trische oder das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim Schritt S1 ermittelt wurde. Beim Schritt S4 wird bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei diesem Durchlauf beim stöchiometrischen Punkt liegt. Wenn dies der Fall ist, wird bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des letzten Durchlaufs am stöchiometrischen Punkt war oder nicht. Wenn im Schritt S5 bestimmt wurde, daß das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis des letzten Durchlaufs nicht beim stöchiometrischen Punkt lag, dann verzweigt der Schritt S5 zum Schritt S6, da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des letzten Durchlaufs bei einem mageren Punkt lag, wobei das Verhältnis bei diesem Durchlauf beim stöchiometrischen Punkt liegt. In Schritt S6 wird ein Subtraktionszeitglied auf "50" gesetzt. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des letzten Durchlaufs ebenso beim stöchiometrischen Punkt war, dann wird das Subtrakti­ onszeitglied nicht gesetzt und die Verarbeitung geht weiter zum Schritt S9, da das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis die­ ses Durchlaufs beim gleichen stöchiometrischen Punkt wie beim letzten Durchlauf liegt.

Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dieses Durchlaufs nicht beim stöchiometrischen Punkt S4 liegt, dann verzweigt der Schritt S4 zum Schritt S7 und es wird bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des letzten Durchlaufs am stö­ chiometrischen Punkt lag oder nicht. Wenn das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis des letzten Durchlaufs beim stöchiometri­ schen Punkt lag und dasselbe dieses Durchlaufs beim mageren Punkt liegt, dann verläuft die Verarbeitung weiter zum Schritt S8 und das Subtraktionszeitglied wird auf "50" ge­ setzt. Wenn in Schritt S7 bestimmt wurde, daß das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis des letzten Durchlaufs nicht beim stöchiometrischen Punkt lag, dann wird das Subtraktions­ zeitglied nicht gesetzt und die Verarbeitung kehrt zurück zum Schritt S9, da das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis die­ ses Durchlaufs beim gleichen stöchiometrischen Punkt liegt, wie dasselbe des letzten Durchlaufs.

Wenn das Subtraktionszeitglied in den Schritten S6 und S7 gesetzt wurde, beginnt sich der Wert des Subtraktionszeit­ glieds zu vermindern. Wenn der Wert des Subtraktionszeit­ glieds größer ist als "0", wird eine Zündzeitpunktsteuerung zum Verzögern des Zündzeitpunkts durchgeführt.

Im Schritt S9 wird bestimmt, ob der Wert Tret(k) des Sub­ traktionszeitglieds größer ist als "0" oder nicht. Wenn der Wert Tret(k) des Subtraktionszeitglieds gleich "0" ist, dann verzweigt der Schritt S9 zum Schritt S12 und der Zünd­ zeitpunkt wird nicht verzögert, wobei derselbe gemäß dem in einer Zuweisungstabelle gespeicherten Wert gesteuert wird, in der Zündzeitpunktsteuerungswerte für einen stationären Zustand gespeichert sind. In diesem Fall wird der Zündzeit­ punkt auf θADV gesetzt, wobei dieser Wert basierend auf ei­ ner Motordrehzahl Ne und einer Motorlast Tp bestimmt wird.

Im Schritt S9 wird, wenn der Wert Tret(k) größer ist als "0", die Verarbeitung zum Schritt S10 weitergeführt, wobei der Zündzeitpunkt θADV um Δθ von dem durch die Zuweisungs­ tabelle erhaltenen Wert verzögert wird. In Schritt S11 wird der Wert Tret(k) des Subtraktionszeitglieds um "1" vermin­ dert.

Da der Wert Tret(k) des Subtraktionszeitglieds von "50" auf "0" in dieser Ausführungsform der Erfindung vermindert wird, wird der Zündzeitpunkt während 500 ms verzögert.

Dann werden die Werte Tret(k-1) des Subtraktionszeitglieds und der Wert Sflag(k-1) des stöchiometrischen Punkts über­ schrieben und das Subtraktionszeitglied ist für die nächste Verarbeitung einsatzbereit.

Wie oben beschrieben wird die Zündzeitpunktsteuerung basie­ rend auf dem in der Fig. 5 dargestellten Flußdiagramm dann durchgeführt, wenn der stöchiometrische Punkt und der ma­ gere Punkt durch die Motorverbrennungssteuerung geschaltet werden. Zu dieser Zeit verändern sich das Luft/Kraftstoff- Verhältnis, der Zündzeitpunkt und die NOx-Konzentration wie in den Fig. 6A, 6B und 6D dargestellt.

In der Fig 6A wird das Soll-Luft/Kraftstoff(A/F)-Verhältnis von dem stöchiometrischen Punkt zu dem mageren Punkt geschaltet bzw. verändert; anschließend erfolgt eine Ände­ rung zurück zum stöchiometrischen Punkt. Das Soll-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis wird von dem stöchiometrischen Punkt zu dem mageren Punkt bei einer Zeit a geschaltet bzw. ver­ ändert. Da jedoch das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis verläuft, wird das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem Soll-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis zur Zeit b. Zwischen den Zeiten a und b ist das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich dem mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wenn die Zündzeitpunktsteuerung nicht durchgeführt wird, erhöht sich die NOx-Konzentration wie in der Fig. 6C dargestellt. Das gleiche gilt für den Fall, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem ma­ geren zum stöchiometrischen Punkt zwischen den Zeiten c und d geschaltet werden.

Wenn der Zündzeitpunkt zwischen den Zeiten a und b und zwi­ schen den Zeiten c und d verzögert wird, wie in der Fig. 6B dargestellt, und wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch ein Steuern des Zündzeitpunkts über die Motorsteue­ rung geschaltet bzw. verändert wird, ist es möglich die NOx-Konzentration wie durch die Strichlinie in der Fig. 6C dargestellt, niedrig zu halten. Die Verzögerung des Zünd­ zeitpunkts zwischen den Zeiten a und b und zwischen den Zeiten c und d bedeutet, daß das Soll-Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis durch den Punkt (B′) im mittleren Luft/Kraftstoff- Bereich der Fig. 4 bei einer Veränderung des Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses verläuft. Daher ist es möglich, die NOx-Konzentration des Abgases zu vermindern.

Ein Beispiel der erfindungsgemäßen Zündzeitpunktsteuerung eines Magerverbrennungsmotors wurde obenstehend beschrie­ ben. Es können jedoch viele Modifikationen durchgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Obwohl die obige erfindungsgemäße Ausführungsform eine Zündzeitpunktsteuerung gemäß dem in der Fig. 5 dargestell­ ten Flußdiagramm zeigt, wobei der stöchiometrische Punkt unter Verwendung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und die Verzögerungszeit des Zündzeitpunkts unter Verwen­ dung eines Subtraktionszeitglied bestimmt werden, kann die Zündzeitpunktsteuerung auch wie folgt durchgeführt werden.

• (a) Obwohl im Schritt S5 des in der Fig. 5 dargestellten Programms der Verzögerungsbetrag δθ des Zündzeitpunkts konstant ist, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Punkt zu dem mageren Punkt geschaltet wird, ist es wünschenswert, daß der Verzögerungsbetrag δθ des Zündzeitpunkts korrespondierend zu der Motordrehzahl und dem Drehmoment im voraus in einer Zuweisungstabelle oder einer anderen Tabelle gespeichert wird, wobei die Steuerung des Zündzeitpunkts durch eine Veränderung des Verzögerungsbetrags Δθ basierend auf der Tabelle durchge­ führt wird. Dies liegt daran, daß ein optimaler Verzöge­ rungsbetrag des Zündzeitpunkts jeweils für bestimmte Motor­ drehzahlen und Motordrehmomente für den Motorbetrieb exi­ stieren.

Die Fig. 7 zeigt eine Tabelle des Verzögerungsbetrags δθ des Zündzeitpunkts und die Fig. 8 ist eine Zuweisungsta­ belle des Verzögerungsbetrags selbst. Die Fig. 9 und 10 sind Teilflußdiagramme der Verzögerungssteuerung des Zünd­ zeitpunkts, welche ebenso die Verarbeitung der Tabelle bzw. der Zuweisungstabelle des Verzögerungsbetrags δθ des Zünd­ zeitpunkts zeigen.

In der Verarbeitung aufgrund der Tabelle, gezeigt in den Fig. 7 und 9, wird der Verzögerungsbetrag δθ des Zündzeit­ punkts unter Verwendung eines Parameters, der Motordreh­ zahl, bestimmt. Bei der Verarbeitung aufgrund der Zuwei­ sungstabelle, gezeigt in den Fig. 8 und 10, wird der Verzö­ gerungsbetrag δθ des Zündzeitpunkts basierend auf zwei Pa­ rametern bestimmt, der Motordrehzahl und der Drosselklap­ penöffnung.

Das Teilflußdiagramm, welches einen Teil der Verarbeitung der Zündzeitpunktsteuerung der Fig. 9 und 10 darstellt, kann zwischen den Schritten 9 und 10 oder direkt nach START des in der Fig. 5 dargestellten Flußdiagramms zur Zündzeit­ punktsteuerung eingesetzt werden.

Im Schritt S14 des Teilflußdiagramms der Fig. 9 wird die derzeitige Motordrehzahl Ne eingelesen, die Tabelle wird basierend auf der gelesenen Motordrehzahl in einem Schritt S15 ausgelesen, eine Interpolation wird durchgeführt und der Verzögerungsbetrag δθ des Zündzeitpunkts wird bestimmt. Im Schritt S16 des Teilflußdiagramms der Fig. 10 werden die derzeitige Motordrehzahl Ne und das derzeitige Drehmoment Th eingelesen, die Zuweisungstabelle wird basierend auf der Motordrehzahl und dem Drehmoment Ta, eingelesen im Schritt S17, gelesen, die Interpolation wird durchgeführt und der Verzögerungsbetrag δθ des Zündzeitpunkts wird bestimmt. Dann wird der Zündzeitpunkt θADV im Schritt S10 durch den Wert δθ verzögert, der aus der Zuweisungstabelle basierend auf der Bestimmung des Verzögerungsbetrags δθ des Zündzeitpunkts erhalten. Anschließend wird die Zündung durchgeführt.

• (b) Das Ventil 24 zur Erzeugung einer Verwirbelungsluft­ strömung, das einen in dem Einlaßrohr 8 jedes Zylinders 71 des Motors 7 angeordneten Arbeitsbetätiger einstellt, be­ findet sich in einer offenen Stellung θOFFEN, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors bei dem stöchio­ metrischen Punkt liegt. Das Ventil 24 zum Erzeugen einer Verwirbelungsluftströmung befindet sich bei einer geschlos­ senen Stellung θGESCHLOSSEN, wenn sich das Soll-Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis bei einem mageren Punkt befindet. Als Er­ gebnis kann eine verwirbelte Einlaßluft erzeugt werden, wenn die Einlaßluft durch das Ventil 24 zum Erzeugen der Verwirbelungsluftströmung geführt und dann dem Zylinder 71 zugeführt wird. Wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen zu dem mageren Punkt verändert bzw. geschaltet wird, wird das Ventil 24 zum Erzeugen einer Verwirbelungsluftströmung von einer offenen zu einer ge­ schlossenen Stellung oder von einer geschlossenen zu einer offenen Stellung verschoben. Das Soll-Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis nimmt während dem Verschieben das mittlere Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis ein. Es ist möglich den Zündzeitpunkt eines Motors dadurch zu verzögern, daß die mittlere Stel­ lung der Öffnung des Ventils 24 zur Erzeugung einer Verwir­ belungsluftströmung als der Bereich des mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses angesehen und die Verzögerungszeit bestimmt werden.

Die Fig. 11 ist eine graphische Darstellung der Beziehung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Öffnung des Ven­ tils zum Erzeugen einer Verwirbelungsströmung und dem Zünd­ zeitpunkt (Verzögerungszeitpunkt). Das Ventil zum Erzeugen einer Verwirbelungsluftströmung wird geöffnet oder ge­ schlossen, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis umge­ schaltet wird. In dieser Ausführungsform wird der Verzöge­ rungswinkel δθ des Zündzeitpunkts innerhalb dem Bereich der offenen und der geschlossenen Stellung zwischen den entsprechenden Stellungen bestimmt, und zwar durch die Be­ trachtung der geeigneten Winkelposition (+α°, -α°) zwischen der Öffnungsstellung θOFFEN der geschlossenen Stellung θGE- SCHLOSSEN, als der Beginn oder das Ende der Verzögerung.

Die Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, das die Verzögerungs­ steuerung des Zündzeitpunkts der Motorsteuereinheit dar­ stellt, in der der Verzögerungszeitpunkt basierend auf dem Öffnen und dem Schließen des Ventils zum Erzeugen einer Verwirbelungsluftströmung bestimmt wird. Im Schritt S18 wird die Öffnung δS des Ventils zum Erzeugen einer Verwir­ belungsluftströmung eingelesen. Im Schritt S19 wird be­ stimmt, ob die eingelesene Öffnung es innerhalb den ge­ eigneten Winkelpositionen (+α°, -α°) zwischen der Öffnungs­ position θOFFEN und der geschlossenen Position θGESCHLOSSEN liegt oder nicht. Wenn die gelesene Öffnung innerhalb den geeigneten Winkelpositionen (+α°, -α°) zwischen der Öff­ nungsstellung θOFFEN und der geschlossenen Stellung θGE- SCHLOSSEN liegt, dann schreitet die Verarbeitung zum Schritt S20 fort und der Zündzeitpunkt wird um den Verzöge­ rungsbetrag δθ ausgehend von einem normalen Zustand verzö­ gert. Wenn die gelesene Öffnung nicht innerhalb den ge­ eigneten Winkelpositionen (+α°, -α°) zwischen der Öffnungs­ stellung θOFFEN und der geschlossenen Stellung θGESCHLOSSEN liegen, fährt die Verarbeitung zum Schritt S21 weiter und die Zündung wird bei einem normalen Zündzeitpunkt durchge­ führt.

• (c) Obwohl im Schritt S1 des in der Fig. 5 dargestellten Flußdiagramms nur durch den Luft/Kraftstoff-Sensor 20 be­ stimmt wird, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors beim stöchiometrischen Punkt liegt oder nicht, ist es auch möglich den Verzögerungsbetrag des Zündzeitpunkts durch eine Erfassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses andauernd während dem Motorbetrieb zu bestimmen und weiterhin zu be­ stimmen ob das erfaßte Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb dem Bereich des mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (16 Luft/Kraftstoff (A/F) 20) zwischen dem stöchiometrischen Punkt des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und dem mage­ ren Punkt desselben liegt oder nicht.

Die Fig. 13 ist eine graphische Darstellung des Verhältnis­ ses zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Zünd­ zeitpunkt zu jedem Zeitpunkt (d. h. es wird eine kontinuier­ liche Erfassung durchgeführt), wobei dann, wenn das erfaßte Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb dem Bereich des mitt­ leren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (16 Luft/Kraftstoff (A/F) 20) liegt, der Zündzeitpunkt des Motors durch den Verzögerungsbetrag δθ verzögert wird.

Die Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das die Verzögerungs­ steuerung des Zündzeitpunkts durch die Motorsteuereinheit darstellt, wobei der Verzögerungsbetrag des Zündzeitpunkts basierend auf dem Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für jeden Augenblick während dem Motorbetrieb bestimmt wird. Im Schritt S22 dieses Flußdiagramms wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis des Motors kontinuierlich gelesen. Im Schritt S23 wird dann bestimmt, ob das erfaßte Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis innerhalb dem Bereich des mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnisses (16 Luft/Kraftstoff (A/F) 20) liegt, oder nicht. Wenn das gelesene Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis innerhalb dem Bereich des mittleren Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis (16 (A/F) 20) liegt, dann schreitet die Verarbeitung zum Schritt S24 fort und der Zündzeitpunkt des Motors wird um den Verzögerungsbetrag δθ ausgehend von dem normalen Zustand verzögert. Wenn dies nicht der Fall ist, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S25 fort und die Zündung wird beim normalen Zündzeitpunkt durchgeführt.

• (d) Obwohl gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungs­ form das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors durch den Luft/Kraftstoff-Sensor 20 bestimmt wird, wie in der Fig. 1 dargestellt, ist es möglich, einen O₂-Sensor anstatt des Luft/Kraftstoff-Sensors zu verwenden. Der O₂-Sensor wird während dem Betrieb des Motors zum Erfassen ob das Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis fetter oder magerer als das stöchio­ metrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist verwendet. Der O₂- Sensor wird, anstatt des Luft/Kraftstoff-Sensors, als Sen­ sor zum Bestimmen verwendet, ob das Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis beim stöchiometrischen Punkt im Schritt S1 der Fig. 5 liegt, oder nicht.

Claims (8)

1. Motorsteuervorrichtung, in der ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis eines Motors (7) zwischen einem stöchiome­ trischen und einem mageren Verhältnis eingestellt wird, mit Mitteln zum Erfassen einer vorbestimmten Zeitdauer während der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom stöchiometrischen Verhältnis (A) zum mageren Verhältnis (C) oder vom mageren Verhältnis (C) zum stöchiometrischen Verhältnis (A) geschaltet wird und Mitteln zum Verzögern eines Zündzeitpunkts während der vorbestimmten Zeitdauer.

2. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel eine Tabelle oder eine Zuweisungsfeld enthalten, welche den Verzö­ gerungsbetrag speichern, auf dem über einen Betriebs­ punkt der Motordrehzahl, des Drehmoments, usw. zuge­ griffen werden kann.

3. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsmittel einen Arbeits­ betätiger enthalten, der eine Verwirbelungsströmung in einem Motorzylinder (71) erzeugt.

4. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel den Zündzeit­ punkt während dem Verschieben des Arbeitsbetätigers zwischen dem stöchiometrischen und dem mageren Punkt verzögern.

5. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen einer vor­ bestimmten Zeitdauer ein O₂-Sensor sind, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Punkt (A) zum dem mageren Punkt (C) oder von dem mage­ ren Punkt (C) zu dem stöchiometrischen Punkt (A) ge­ schaltet wird.

6. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen einer vor­ bestimmten Zeitdauer ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis­ sensor ist, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Punkt zu dem mageren Punkt oder von dem mageren Punkt zu dem stöchiometrischen Punkt geschaltet wird.

7. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor ein Sensor ist, der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Bereich zwischen dem stöchiometrischen Punkt (A) und dem mageren Punkt (C) erfassen kann.

8. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zum Verzögern des Zünd­ zeitpunkts den Zündzeitpunkt verzögern, während das erfaßte Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen mittleren Wert zwischen den vorbestimmten Werten aufweist.