DE19829301C2

DE19829301C2 - Steuervorrichtung für Direkteinspritzer-Ottomotoren

Info

Publication number: DE19829301C2
Application number: DE19829301A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Machida; Satoru Watanabe; Kenichi Goto; Hideyuki Tamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Unisia Jecs Corp
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: US5983854A; KR100287433B1; KR19990007137A; DE19829301A1; GB9813427D0; JPH1122531A; GB2328038A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-A-41 33 268 bekannt.

Bekannt ist ein Direkteinspritzer-Ottomotor, der entsprechend einer Motor betriebsbedingung im allgemeinen so gesteuert wird, daß er die Betriebsart zwischen einem Homogenbetrieb, bei welchem Kraftstoff während eines Ansaughubes eingespritzt wird, wodurch der Kraftstoff in der Brennkammer verteilt wird und ein gleichmäßiges Kraftstoff/Luft-Gemisch bildet, und in einen Schichtbetrieb umschaltet, bei dem der Kraftstoff während eines Kompressionshubes eingespritzt wird, wodurch ein geschichtetes Kraftstoff- Luft-Gemisch gebildet wird, das um eine Zündkerze konzentriert ist (siehe die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 59-37236).

Im Stand der Technik wird jedoch die Ermittlung der Erlaubnis zum Umschalten in den Schichtbetrieb (vgl. wie auch bei der gattungsbildenden DE-A-41 33 268) nur mittels einer Software bewerkstelligt, was die Möglich keit offen läßt, daß eine fehlerhafte Ermittlung durchgeführt werden kann. Insbesondere dann, wenn die Umschaltung zum Schichtbetrieb fehlerhaft unter der Bedingung durchgeführt wird, daß der Homogenbetrieb durchge führt werden sollte, besteht die Gefahr der Beeinträchtigung der Fahrleistun gen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu beseitigen, indem das fehlerhafte Umschalten zum Schichtaufladungsverbrennung 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 Ausfüh rungsformen 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 Grundstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Systemschaubild des Verbrennungsmotors, das eine Ausfüh rungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

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

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

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

Fig. 6 ein Flußdiagramm der Fehlfunktions-Prozeß-Routine der Unter- Steuereinrichtung.

Die Grundstruktur der Steuervorrichtung des direkteinspritzenden Ottomotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt, wobei die Ausfüh rungsform derselben mit Bezug auf die Fig. 2 bis 6 erläutert wird.

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

In eine Brennkammer jedes Zylinders in einem Verbrennungsmotor 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 Wirbelsteuerklappe 5 vorgesehen, die die Anschlußquerschnittsfläche steuert und ermöglicht, die Strömung der in die Brennkammer gesaugten Luft zu steuern.

Ferner ist an der Brennkammer eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritz düse (Einspritzer) 6 montiert, um Kraftstoff (Benzin) direkt einzuspritzen.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 6 wird mittels Leistung geöffnet, die einem Solenoid entsprechend einem Einspritzimpulssignal zugeführt wird, das während jedes Ansaughubes oder Kompressionshubes von einer Steuerein heit 10, die im folgenden genauer beschrieben wird, synchron zur Motordre hung ausgegeben wird, und spritzt Kraftstoff ein, der auf einen vorgegebe nen Druck eingestellt ist. Im Fall einer Ansaughubeinspritzung bildet der eingespritzte Kraftstoff anschließend ein gleichmäßiges Kraftstoff-Luft- Gemisch, das innerhalb der Brennkammer verteilt wird, während er im Fall einer Kompressionshubeinspritzung ein geschichtetes Kraftstoff-Luft- Gemisch bildet, das um eine Zündkerze 7 konzentriert ist. Anschließend 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 im Homogen- oder im Schichtbetrieb).

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

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

Die verschiedenen Sensoren umfassen Kurbelwinkelsensoren 21, 22 zum Erfassen der Kurbelwellen- oder Nockenwellendrehung des Motors 1. Wenn die Anzahl der Zylinder gleich der Zahl n ist, geben diese Kurbelwinkelsenso ren 21 und 22 ein Referenzimpulssignal REF an im voraus festgelegten Kurbelwinkelpositionen aus (z. B. 110° vor dem oberen Kompressionstod punkt) für jeden Kurbelwinkel 720°/n, und gibt gleichzeitig ein Einheitsim pulssignal 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 Zylinderunterscheidungssignal PHASE aus, das einem speziellen Zylinder in einer vorgegebenen Kurbelwinkelposition für jeden Kurbelwinkel 720° entspricht, was die Unterscheidung des Zylin ders ermöglicht.

Ferner sind ein Luftströmungsmesser 23 zum Erfassen einer Ansaugluft strömungsmenge Qa stromaufseitig der Drosselklappe 4 am Ansaugeinlaß, ein Gaspedalsensor 24 zum Erfassen einer Gaspedalbetätigungsgröße (Gaspedalöffnung) APS, ein Drosselklappensensor 25 zum Erfassen der Drosselklappenöffnung TVO (einschließlich eines Leerlaufschalters, der eingeschaltet wird, wenn die Drosselklappe 4 vollständig geschlossen ist), ein Wassertemperatursensor 26 zum Erfassen der Kühlwassertemperatur Tw des Motors 1, ein in Abgasleitung 8 angeordneter Sauerstoffsensor 27 zum Ausgeben eines Signals entsprechend dem Fett/Mager-Wert des ausgestoßenen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, ein Fahrzeugeschwindigkeits sensor zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP usw. vorgesehen.

Als nächstes wird die Schaltsteuerung der Betriebsart erläutert, die von der Steuereinheit 10 durchgeführt wird. In diesem Beispiel wird unter Leerlauf bedingung des Motors der Schichtbetrieb durchgeführt.

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

Die Haupt-Steuereinrichtung 11 besitzt ein Programm als Softwarebestim mungsvorrichtung zum Durchführen der Zulässigkeitsermittlung zum Um schalten auf Schichtbetrieb auf der Grundlage des Eingangssignals, das sich auf die Motorbetriebsart bezieht.

Wenn wenigstens ein Gaspedalöffnungssignal APS vom Gaspedalsensor 24 eingegeben wird und wenn, wie im Flußdiagramm der Fig. 4 gezeigt, das Gaspedalöffnungssignal APS eingelesen wird (S1), wird ermittelt, ob eine Leerlaufbedingung erfüllt ist (S2), wobei dann, wenn festgestellt wird, daß die Leerlaufbedingung erfüllt ist, das Umschalten auf Schichtbetrieb erlaubt wird (S3). Wenn festgestellt wird, daß die Leerlaufbedingung nicht erfüllt ist, sollte der Homogenbetrieb durchgeführt werden, wobei das Umschalten auf Schichtbetrieb nicht erlaubt wird (S4).

Getrennt von der Softwareermittlungsvorrichtung innerhalb der Haupt- Steuereinrichtung 11 ist an derselben eine Gattermatrix 13 als Hardware schaltung zum Durchführen der Erlaubnisermittlung zum Umschalten auf Schichtbetrieb auf der Grundlage des Eingangssignals, das sich auf die Motorbetriebsart bezieht, montiert.

In diese Gattermatrix 13 wird wenigstens ein Signal vom Leerlaufschalter 25 und das Motordrehzahlsignal Ne eingegeben. In dem Zustand, in dem der Leerlaufschalter eingeschaltet ist und Ne < 1800 min^-1 ist, gibt die Gatter matrix 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 auf Schichtbetrieb ermöglicht, und dieses an die Haupt-Steuereinrichtung 11 und die Unter-Steuereinrichtung 12 ausgibt.

Andererseits ist die Haupt-Steuereinrichtung 11 mit einem Programm als Betriebsartschalteinrichtung ausgerüstet, wobei auf der Grundlage der Erlaubnisermittlung durch die Software-Ermittlungsvorrichtung (Flußdi agramm der Fig. 4) und der Erlaubnisermittlung der Gattermatrix 13, die als Hardware-Ermittlungsschaltung arbeitet, das Umschalten auf Schichtbetrieb schließlich erlaubt wird und der Schichtbetrieb nur dann gefahren wird, wenn beide Ermittlungen das Umschalten auf Schichtbetrieb erlauben, während in anderen Fällen der Homogenbetrieb durchgeführt wird.

Wenn das Signal von der Gattermatrix 13 wie im Flußdiagramm der Fig. 5 gezeigt eingegeben wird, wird ermittelt, ob das Umschalten auf Schichtbe trieb von der Software-Ermittlungsvorrichtung (Flußdiagramm der Fig. 4) innerhalb der Haupt-Steuereinrichtung 11 (S11) erlaubt ist, wobei ferner ermittelt wird, ob das Umschalten auf Schichtbetrieb von der Gattermatrix 13 erlaubt wird (S12). Wenn beide Ermittlungen das Umschalten auf Schichtbe trieb erlauben, wird anschließend das Umschalten auf Schichtbetrieb erlaubt und Schichtbetrieb angeordnet (S13), falls dies jedoch nicht zutrifft, wird Homogenbetrieb angeordnet (S14).

Somit kann ein fehlerhaftes Umschalten auf Schichtbetrieb, das von der Software-Ermittlungsvorrichtung verursacht wird, verhindert werden, wobei die Fahrleistung sichergestellt werden kann.

Bei Homogenbetrieb 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 der Kraftstoffeinspritzdüse 6 gesteuert. Bei Schichtbetrieb wird die Kraftstoffeinspritzmenge auf einen Wert gleich einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis festgesetzt, wobei das Kraftstoff-Luft-Verhältnis ungefähr 40 beträgt, während andererseits die Einspritzzeitsteuerung auf den Kompressionshub festgesetzt wird und die Aktion der Kraftstoffeinspritzdüse 6 gesteuert wird.

Die Unter-Steuereinrichtung 12 ist mit einem Programm als Fehlfunktions- Ermittlungsvorrichtung ausgerüstet, die eine Fehlfunktions-Leistung durch führt, wenn die Ermittlungen der endgültigen Erlaubnisermittlung von der Betriebsartschalteinrichtung (Flußdiagramm der Fig. 5) innerhalb der Haupt- Steuereinrichtung 11 und der Erlaubnisermittlung von der Gattermatrix 13, das als Hardware-Ermittlungsschaltung arbeitet, inkonsistent sind.

Wenn ein Signal von der Haupt-Steuereinrichtung 11 und das Signal von der Gattermatrix 13 wie im Flußdiagramm der Fig. 6 gezeigt eingegeben werden, wird ermittelt, ob das Umschalten auf Schichtbetrieb von der Haupt- Steuereinrichtung 11 erlaubt wird (S21), wobei ferner ermittelt wird, ob das Umschalten auf Schichtbetrieb von der Gattermatrix 13 erlaubt wird (S22, S23).

Als Folge hiervon wird in dem Fall, in dem das Umschalten auf Schichtbe trieb von der Gattermatrix 13 nicht erlaubt wird, obwohl das Umschalten auf Schichtbetrieb von der Haupt-Steuereinrichtung 11 erlaubt wird, oder in dem Fall, in dem das Umschalten auf Schichtbetrieb von der Gattermatrix 13 erlaubt wird, obwohl das Umschalten auf Schichtbetrieb von der Haupt- Steuereinrichtung 11 nicht erlaubt wird, als Fehlfunktions-Prozeß entweder die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 4 zwangsweise in eine vollständig geschlossene Position gesteuert oder die Betriebsart zwangsweise von dem Schichtbetrieb auf Homogenbetrieb umgeschaltet (S24). In einem solchen Fall kann die vollständige Schließung der Drosselklappe 4 und das zwangs weise Umschalten auf Homogenbetrieb gleichzeitig durchgeführt werden.

Ein solcher Fehlfunktions-Prozeß kann einen Ausfall der Haupt- Steuereinrichtung 11 selbst handhaben.

Wie oben erläutert worden ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hardware-Ermittlungsschaltung neben einer Software-Ermittlungsvorrichtung innerhalb der Haupt-Steuereinrichtung 11 vorgesehen, um die Erlaubniser mittlung für das Umschalten auf Schichtbetrieb auf der Grundlage des Eingangssignals, das sich auf den Motorbetriebszustand bezieht, durchzu führen, wobei ein Teil der Erlaubnisermittlung für das Umschalten auf Schichtbetrieb der Hardware obliegt. Die Erlaubnisermittlung durch die Software-Ermittlungsvorrichtung und diejenige durch die Hardware- Ermittlungsschaltung werden miteinander verglichen, wobei das Umschalten auf Schichtbetrieb durch endgültiges Erlauben des Umschaltens auf Schichtbetrieb nur dann angeordnet wird, wenn beide Ermittlungen das Umschalten der Betriebsarten auf Schichtbetrieb erlauben. Die vorliegende Erfindung bewirkt daher, daß das fehlerhafte Umschalten auf Schichtbetrieb verhindert werden kann und die Beeinträchtigung der Fahrleistung vermie den werden kann, wodurch große Vorteile in der Produktivität erreicht werden.

Claims

1. Steuervorrichtung für einen direkteinspritzenden Ottomotor mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (6) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer des Motors (1),
wobei genannte Steuervorrichtung eine Haupt-Steuerungseinrichtung (11), welche ein Eingangssignal empfängt, das die Betriebsart des Motors (1) angibt, umfasst,
mit einer Software-Ermittlungseinrichtung, welche eine erste Erlaubnisermittlung für das Umschalten der Betriebsart des Motors (1) aufgrund des Eingangssignals durchführt, und einer Betriebsartschalteinrichtung, welche aufgrund der ersten Erlaubnisermittlung die Betriebsart des Motors umschaltet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte Steuervorrichtung eine Hardware-Ermittlungsschaltung (13) umfasst, welche ein Eingangssignal erhält, das die Betriebsart des Motors (1) angibt, und welche eine zweite Erlaubnisermittlung für das Umschalten der Betriebsart des Motors (1) aufgrund des Eingangssignals durchführt,
und dass die Betriebsartschalteinrichtung das Ergebnis der genannten zweiten Erlaubnisermittlung der Hardware-Ermittlungsschaltung (13) empfängt und bewirkt, dass die Umschaltung der Motorbetriebsart von Homogenbetrieb auf Schichtbetrieb nur dann erfolgt, wenn die erste und die zweite Erlaubnisermittlung eine Umschaltung der Betriebsart erlauben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Haupt- Steuereinrichtung (11) eine Unter-Steuereinrichtung (12) montiert ist, die mit einer Fehlfunktions-Ermittlungseinrichtung ausgestattet ist, um auf der Grundlage der endgültigen Erlaubnisermittlung von der Betriebsartschalteinrichtung innerhalb der Haupt-Steuereinrichtung und der Erlaubnisermittlung der Hardware- Ermittlungsschaltung einen Fehlfunktions-Prozess ausführt, wenn die beiden Er mittlungen inkonsistent sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlfunktions- Ermittlungseinrichtung als Fehlfunktions-Prozess eine Drosselklappe (4) zwangs weise schließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlfunktions- Ermittlungseinrichtung als Fehlfunktions-Prozess die Betriebsart zwangsweise von Schichtbetrieb auf Homogenbetrieb umschaltet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardware- Ermittlungsschaltung derart eingestellt ist, dass diese bei einem Schichtbetrieb unter Leerlaufbedingung des Motors (1) ein Signal ausgibt, welches das Um schalten auf Schichtbetrieb unter Leerlaufbedingung des Motors (1) auf der Grundlage wenigstens eines Signals von einem Leerlaufschalter erlaubt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hardware- Ermittlungsschaltung eine Gattermatrix (13) umfasst.