DE19829301A1 - Steuervorrichtung für Direkteinspritzer-Ottomotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Steuervorrichtungen für Direkteinspritzer- Ottomotoren, und insbesondere auf eine Technik zum Steu­ ern des Umschaltens des Verbrennungsmodus zwischen einem Gleichaufladungs-Verbrennungsmodus und einem Schichtauf­ ladungs-Verbrennungsmodus als Antwort auf einen Motorbe­ triebszustand.

Gewöhnlich erregt ein Direkteinspritzer-Ottomotor Auf­ merksamkeit, der entsprechend einer Motorbetriebsbedin­ gung im allgemeinen so gesteuert wird, daß er den Ver­ brennungsmodus zwischen einer Gleichaufladungsverbren­ nung, bei der Kraftstoff während eines Ansaughubes einge­ spritzt wird, wodurch der Kraftstoff in der Brennkammer verteilt wird und ein gleichmäßiges Kraftstoff/Luft- Gemisch bildet, und einer Schichtaufladungsverbrennung umschaltet, bei der der Kraftstoff während eines Kompres­ sionshubes eingespritzt wird, wodurch ein geschichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, das um eine Zünd­ kerze konzentriert ist (siehe die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 59-37236).

Im Stand der Technik wird jedoch die Ermittlung der Erlaubnis zum Umschalten in den Schichtaufladungs-Ver­ brennungsmodus nur mittels einer Software bewerkstelligt, was die Möglichkeit offen läßt, daß eine fehlerhafte Ermittlung durchgeführt werden kann. Insbesondere dann, wenn die Umschaltung zur Schichtaufladungsverbrennung fehlerhaft unter der Bedingung durchgeführt wird, daß die Gleichaufladungsverbrennung durchgeführt werden sollte, besteht die Gefahr der Beeinträchtigung der Fahrlei­ stungen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu besei­ tigen, indem das fehlerhafte Umschalten zur Schichtaufla­ dungsverbrennung ohne Ausfall verhindert wird und die Beeinträchtigung der Fahrleistungen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuervorrichtung für Direkteinspritzer-Ottomotoren, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsfor­ men gerichtet.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild, das die Grundstruk­ tur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Systemschaubild des Verbrennungsmotors, das eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Er­ findung zeigt;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das den Hardwareaufbau innerhalb der Steuereinheit zeigt;

Fig. 4 ein Flußdiagramm der ersten Routine der Haupt-CPU;

Fig. 5 ein Flußdiagramm der zweiten Routine der Haupt-CPU; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm der Failsave-Prozeß-Routine der Unter-CPU.

Die Grundstruktur der Steuervorrichtung des Direktein­ spritzer-Ottomotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt, wobei die Ausführungsform derselben mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6 erläutert wird.

Fig. 2 ist ein Systemschaubild des Verbrennungsmotors, das eine Ausführungsform zeigt. Die Einzelheiten hiervon werden im folgenden erläutert.

In eine Brennkammer jedes Zylinders in einem Verbren­ nungsmotor 1, der in einem Fahrzeug montiert ist, wird Luft von einem Luftfilter 2 über einen Ansaugdurchlaß 3 angesaugt, wobei eine elektronisch gesteuerte Drossel­ klappe 4 gesteuert wird. Ferner ist eine Wirbelsteuer­ klappe 5 vorgesehen, die die Anschlußquerschnittsfläche steuert und ermöglicht, die Strömung der in die Brennkam­ mer gesaugten Luft zu steuern.

Ferner ist an der Brennkammer ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil (Einspritzer) 6 montiert, um Kraftstoff (Benzin) direkt einzuspritzen.

Das Kraftstoffeinspritzventil 6 wird mittels Leistung geöffnet, die einem Solenoid entsprechend einem Ein­ spritzimpulssignal zugeführt wird, das während jedes Ansaughubes oder Kompressionshubes von einer Steuerein­ heit 10, die im folgenden genauer beschrieben wird, synchron zur Motordrehung ausgegeben wird, und spritzt Kraftstoff ein, der auf einen vorgegebenen Druck einge­ stellt ist. Im Fall einer Ansaughubeinspritzung bildet der eingespritzte Kraftstoff anschließend ein gleichmäßi­ ges Kraftstoff-Luft-Gemisch, das innerhalb der Brennkam­ mer verteilt wird, während er im Fall einer Kompressions­ hubeinspritzung ein geschichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch bildet, das um eine Zündkerze 7 konzentriert ist. An­ schließend wird auf der Grundlage eines Zündsignals von der Steuereinheit 10, die später genauer beschrieben wird, der Kraftstoff von der Zündkerze 7 gezündet und verbrannt (entweder mittels Gleichaufladungsverbrennung oder mittels Schichtaufladungsverbrennung).

Das Abgas vom Motor 1 wird aus einer Abgasleitung 8 ausgestoßen, wobei die Leitung 8 mit einem Katalysator 9 zum Reinigen des Abgases ausgerüstet ist.

Diese Steuereinheit 10 ist mit einer Haupt-CPU, einer Unter-CPU und dergleichen ausgerüstet, die Eingangs­ signale von verschiedenen Sensoren empfangen, auf der Grundlage der Signale Berechnungen ausführen, und die Aktion der elektronisch gesteuerten Drosselklappe 4, des Kraftstoffeinspritzventils 6 und der Zündkerze 7 steuern.

Die verschiedenen Sensoren umfassen Kurbelwinkelsensoren 21, 22 zum Erfassen der Kurbelwellen- oder Nockenwellen­ drehung des Motors 1. Wenn die Anzahl der Zylinder gleich der Zahl n ist, geben diese Kurbelwinkelsensoren 21 und 22 ein Referenzimpulssignal REF an im voraus festgelegten Kurbelwinkelpositionen aus (z. B. 110° vor dem oberen Kompressionstodpunkt) für jeden Kurbelwinkel 720°/n, und gibt gleichzeitig ein Einheitsimpulssignal pos alle 1-2° aus und kann die Motordrehzahl Ne aus dem Zyklus des Referenzimpulssignals REF und dergleichen berechnen. Genauer gibt der Kurbelwellensensor 22 ein Zylinderunter­ scheidungssignal PHASE aus, das einem speziellen Zylinder in einer vorgegebenen Kurbelwinkelposition für jeden Kurbelwinkel 720° entspricht, was die Unterscheidung des Zylinders ermöglicht.

Ferner sind ein Luftströmungsmesser 23 zum Erfassen einer Ansaugluftströmungsmenge Qa stromaufseitig der Drossel­ klappe 4 am Ansaugeinlaß, ein Gaspedalsensor 24 zum Erfassen einer Gaspedalbetätigungsgröße (Gaspedalöffnung) APS, ein Drosselklappensensor 25 zum Erfassen der Dros­ selklappenöffnung TVO (einschließlich eines Leerlauf­ schalters, der eingeschaltet wird, wenn die Drosselklappe 4 vollständig geschlossen ist), ein Wassertemperatursen­ sor 26 zum Erfassen der Kühlwassertemperatur Tw des Motors 1, ein in Abgasleitung 8 angeordnetes Sauer­ stoffsensor 27 zum Ausgeben eines Signals entsprechend dem Fett/Mager-Wert des ausgestoßenen Kraftstoff-Luft- Verhältnisses, ein Fahrzeugeschwindigkeitssensor zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP usw. vorgesehen.

Als nächstes wird die Schaltsteuerung des Verbrennungsmo­ dus erläutert, die von der Steuereinheit 10 durchgeführt wird. In diesem Beispiel wird unter Leerlaufbedingung des Motors die Schichtaufladungsverbrennung durchgeführt.

Die Fig. 3 zeigt die Hardwarekomposition innerhalb der Steuereinheit 10, die eine Haupt-CPU 11, eine Unter-CPU 12 und eine Gattermatrix 13 enthält.

Die Haupt-CPU 11 besitzt ein Programm als Softwarebestim­ mungsvorrichtung zum Durchführen der Zulässigkeitsermitt­ lung zum Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung auf der Grundlage des Eingangssignals, das sich auf den Motorbetriebszustand bezieht.

Wenn wenigstens ein Gaspedalöffnungssignal APS vom Gaspe­ dalsensor 24 eingegeben wird und wenn, wie im Flußdia­ gramm der Fig. 4 gezeigt, das Gaspedalöffnungssignal APS eingelesen wird (S1), wird ermittelt, ob eine Leerlaufbe­ dingung erfüllt ist (S2), wobei dann, wenn festgestellt wird, daß die Leerlaufbedingung erfüllt ist, das Umschal­ ten zur Schichtaufladungsverbrennung erlaubt wird (S3). Wenn festgestellt wird, daß die Leerlaufbedingung nicht erfüllt ist, sollte die Gleichaufladungsverbrennung durchgeführt werden, wobei das Umschalten zur Schichtauf­ ladungsverbrennung nicht erlaubt wird (S4).

Getrennt von der Softwareermittlungsvorrichtung innerhalb der Haupt-CPU 11 ist an derselben eine Gattermatrix 13 als Hardwareschaltung zum Durchführen der Erlaubniser­ mittlung zum Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung auf der Grundlage des Eingangssignals, das sich auf den Motorbetriebszustand bezieht, montiert.

In diese Gattermatrix 13 wird wenigstens ein Signal vom Leerlaufschalter 25 und das Motordrehzahlsignal Ne einge­ geben. In dem Zustand, in dem der Leerlaufschalter einge­ schaltet ist und Ne < 1800 min^-1 ist, gibt die Gatterma­ trix als Sicherheitsmaßnahme ein Kraftstoffabschaltsignal aus, wobei unter Nutzung dieser Funktion in dem Zustand, in dem der Leerlaufschalter eingeschaltet ist (oder wenn der Leerlaufschalter eingeschaltet ist und Ne ≦ 1800 min^-1 ist) die Gattermatrix ein Signal ausgibt, das das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung ermöglicht, und dieses an die Haupt-CPU 11 und die Unter-CPU 12 ausgibt.

Andererseits ist die Haupt-CPU 11 mit einem Programm als Verbrennungsmodusbefehlsvorrichtung ausgerüstet, wobei auf der Grundlage der Erlaubnisermittlung durch die Soft­ wareermittlungsvorrichtung (Flußdiagramm der Fig. 4) und der Erlaubnisermittlung der Gattermatrix 13, die als Hardwareermittlungsschaltung arbeitet, das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung schließlich erlaubt wird und die Schichtaufladungsverbrennung nur dann angeordnet wird, wenn beide Ermittlungen das Umschalten in den Schichtaufladungs-Verbrennungsmodus erlauben, während in anderen Fällen die Gleichaufladungsverbrennung angeordnet wird.

Wenn das Signal von der Gattermatrix 13 wie im Flußdia­ gramm der Fig. 5 gezeigt eingegeben wird, wird ermittelt, ob das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung von der Softwareermittlungsvorrichtung (Flußdiagramm der Fig. 4) innerhalb der Haupt-CPU 11 (S11) erlaubt ist, wobei ferner ermittelt wird, ob das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung von der Gattermatrix 13 erlaubt wird (S12). Wenn beide Ermittlungen das Umschal­ ten zur Schichtaufladungsverbrennung erlauben, wird an­ schließend das Umschalten zur Schichtaufladungsverbren­ nung erlaubt und die Schichtaufladungsverbrennung ange­ ordnet (S13), falls dies jedoch nicht zutrifft, wird die Gleichaufladungsverbrennung angeordnet (S14).

Somit kann ein fehlerhaftes Umschalten zur Schichtaufla­ dungsverbrennung, das von der Softwareermittlungsvorrich­ tung verursacht wird, verhindert werden, wobei die Fahr­ leistung sichergestellt werden kann.

Im Fall der Gleichaufladungsverbrennung wird ferner die Kraftstoffeinspritzmenge auf einen Wert gleich dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis (14, 6) oder einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis festgesetzt, bei dem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis 20 bis 30 beträgt. Andererseits wird die Einspritzzeitsteuerung auf den Ansaughub festgesetzt und die Aktion des Kraftstoffein­ spritzventils 6 gesteuert. Im Fall der Schichtaufladungs­ verbrennung wird die Kraftstoffeinspritzmenge auf einen Wert gleich einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis festgesetzt, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis unge­ fähr 40 beträgt, während andererseits die Einspritzzeit­ steuerung auf den Kompressionshub festgesetzt wird und die Aktion des Kraftstoffeinspritzventils 6 gesteuert wird.

Die Unter-CPU 12 ist mit einem Programm als Failsave- Ermittlungsvorrichtung ausgerüstet, die eine Failsave- Leistung durchführt, wenn die Ermittlungen der endgülti­ gen Erlaubnisermittlung von der Verbrennungsmodusanord­ nungsvorrichtung (Flußdia-gramm der Fig. 5) innerhalb der Haupt-CPU 11 und der Erlaub-nisermittlung von der Gatter­ matrix 13, das als Hardware-ermittlungsschaltung arbei­ tet, inkonsistent sind.

Wenn ein Signal von der Haupt-CPU 11 und das Signal von der Gattermatrix 13 wie im Flußdiagramm der Fig. 6 ge­ zeigt eingegeben werden, wird ermittelt, ob das Umschal­ ten zur Schichtaufladungsverbrennung von der Haupt-CPU 11 erlaubt wird (S21), wobei ferner ermittelt wird, ob das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung von der Gattermatrix 13 erlaubt wird (S22, S23).

Als Folge hiervon wird in dem Fall, in dem das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung von der Gattermatrix 13 nicht erlaubt wird, obwohl das Umschalten zur Schichtauf­ ladungsverbrennung von der Haupt-CPU 11 erlaubt wird, oder in dem Fall, in dem das Umschalten zur Schichtaufla­ dungsverbrennung von der Gattermatrix 13 erlaubt wird, obwohl das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung von der Haupt-CPU 11 nicht erlaubt wird, als Failsave- Prozeß entweder die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 4 zwangsweise in eine vollständig geschlossene Position gesteuert oder der Verbrennungsmodus zwangsweise von der Schichtaufladungsverbrennung zur Gleichaufladungsverbren­ nung umgeschaltet (S24). In einem solchen Fall kann die vollständige Schließung der Drosselklappe 4 und das zwangsweise Umschalten zur Gleichaufladungsverbrennung gleichzeitig durchgeführt werden.

Ein solcher Failsave-Prozeß kann einen Ausfall der Haupt- CPU 11 selbst handhaben.

Wie oben erläutert worden ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hardwareermittlungsschaltung neben einer Softwareermittlungsvorrichtung innerhalb der Haupt-CPU 11 vorgesehen, um die Erlaubnisermittlung für das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung auf der Grundlage des Eingangssignals, das sich auf den Motorbetriebszustand bezieht, durchzuführen, wobei ein Teil der Erlaubniser­ mittlung für das Umschalten zur Schichtaufladungsverbren­ nung der Hardware obliegt. Die Erlaubnisermittlung durch die Softwareermittlungsvorrichtung und diejenige durch die Hardwareermittlungsschaltung werden miteinander verglichen, wobei das Umschalten zur Schichtaufladungs­ verbrennung durch endgültiges Erlauben des Umschaltens zur Schichtaufladungsverbrennung nur dann angeordnet wird, wenn beide Ermittlungen das Umschalten des Verbren­ nungsmodus zur Schichtaufladungsverbrennung erlauben. Die vorliegende Erfindung bewirkt daher, daß das fehlerhafte Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung verhindert werden kann und die Beeinträchtigung der Fahrleistung vermieden werden kann, wodurch große Vorteile in der Produktivität erreicht werden.

Claims (6)

1. Steuervorrichtung für Direkteinspritzer-Ottomotor einem Kraftstoffeinspritzventil (6) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors (1) und entsprechend dem Motorbetriebszustand zum Steuern des Umschaltens zwischen einer Gleichaufladungsverbren­ nung, bei der der Kraftstoff während eines Ansaughubes eingespritzt wird, und einer Schichtaufladungsverbren­ nung, bei der der Kraftstoff während eines Kompressions­ hubes eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
neben einer Software-Ermittlungseinrichtung innerhalb einer Haupt-CPU (11) zum Durchführen einer Erlaubnisermittlung zum Umschalten zur Schichtaufladungs­ verbrennung auf der Grundlage eines Eingangssignals, das sich auf den Motorbetriebszustand bezieht, eine Hardware- Ermittlungsschaltung vorgesehen ist zum Durchführen einer Erlaubnisermittlung zum Umschalten zur Schichtaufladungs­ verbrennung auf der Grundlage eines Eingangssignals; und
die Haupt-CPU (11) ausgestattet ist mit einer Verbrennungsmodusanordnungseinrichtung, um auf der Grund­ lage der Erlaubnisermittlung durch die Software-Ermitt­ lungseinrichtung und der Erlaubnisermittlung durch die Hardware-Ermittlungsschaltung die Schichtaufladungsver­ brennung anzuordnen, indem endgültig das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung nur dann erlaubt wird, wenn die zwei Ermittlungen beide das Umschalten zur Schicht­ aufladungsverbrennung erlauben, und um unter anderen Bedingungen die Gleichaufladungsverbrennung anzuordnen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Haupt-CPU (11) eine Unter-CPU (12) montiert ist, die mit einer Failsafe-Ermittlungseinrich­ tung ausgestattet ist, um auf der Grundlage der endgülti­ gen Erlaubnisermittlung von der Verbrennungsmodusanord­ nungseinrichtung innerhalb der Haupt-CPU und der Erlaub­ nisermittlung von der Hardware-Ermittlungschaltung einen Failsafe-Prozeß ausführt, wenn die beiden Ermittlungen inkonsistent sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Failsafe-Ermittlungseinrichtung als Failsafe- Prozeß eine Drosselklappe (4) zwangsweise schließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Failsafe-Ermittlungseinrichtung als Failsafe- Prozeß den Verbrennungsmodus zwangsweise von der Schicht­ aufladungsverbrennung zur Gleichaufladungsverbrennung umschaltet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Bedingung, daß die Schichtaufladungs­ verbrennung unter einer Leerlaufbedingung des Motors (1) durchgeführt wird, die Hardware-Ermittlungschaltung so eingestellt ist, daß sie ein Signal ausgibt, das das Umschalten zur Schichtaufladungsverbrennung unter der Leerlaufbedingung des Motors (1) auf der Grundlage wenig­ stens eines Signals von einem Leerlaufschalter erlaubt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hardware-Ermittlungschaltung eine Gatterma­ trix (13) umfaßt.