DE19829303A1 - Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung - Google Patents

Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkt­ einspritzung und insbesondere eine Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direktein­ spritzung, bei dem eine Verbrennungsart in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors durch Umschalten zumindest zwischen stöchiometrischer Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoffgemisch (theoretisches Luft-Treibstoffgemisch) und Magerverbrennung bei einem mageren Luft-Treibstoffgemisch (magerer als das theoretische Luft-Treibstoffgemisch) geregelt wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Seit kurzem findet ein Ottomotor mit Direkteinspritzung Beachtung, bei dem der Treib­ stoff direkt in eine Verbrennungskammer des Motors eingespritzt wird. Bei dieser Art von Motor wird die Verbrennungsart durch Umschalten in Abhängigkeit von einem Betriebs­ zustand des Motors geregelt, d. h., daß die Verbrennungsart durch Schalten zwischen stöchiometrischer Verbrennung (homogene stöchiometrische Verbrennung) und Mager­ verbrennung (geschichtete Magerverbrennung oder homogene Magerverbrennung) ge­ regelt wird (vgl. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 59-37236).
Bei einem Ottomotor mit Direkteinspritzung wird jedoch der Treibstoff direkt in die Ver­ brennungskammer des Motors gespritzt, so daß die Drehmomentempfindlichkeit des Treibstoffsystems verstärkt ist (d. h. es hat sich herausgestellt, daß sich das Drehmo­ ment selbst bei kleinen Veränderungen der Einspritzmenge stark verändert). Dadurch kann sich das Fahrzeugverhalten ändern, wenn sich die Treibstoffeinspritzmenge bei­ spielsweise aufgrund einer Störung im Treibstoffsystem plötzlich erhöht. Dies resultiert in einer Verschlechterung der Fahreigenschaften.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der Probleme beim bekannten Stand der Technik, wie sie oben beschrieben sind, gemacht und hat daher zum Ziel, die Ver­ schlechterung der Fahrbarkeit beispielsweise aufgrund von Störungen des Treibstoffsys­ tems zu verhindern.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Daher sieht die vorliegende Erfindung eine Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Di­ rekteinspritzung vor, die folgende Merkmale aufweist: Ein Treibstoffeinspritzventil, durch das Treibstoff direkt in eine Verbrennungskammer des Motors eingespritzt ist; und eine Regeleinrichtung-zum Umschalten der Verbrennungsart, durch die eine Verbrennungs­ art des Motors zumindest zwischen einer stöchiometrischen Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoffgemisch und einer Magerverbrennung bei einem ma­ geren Luft-Treibstoffgemisch in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Motors durch Umschalten steuerbar ist, wobei die Regeleinrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Berechnen des Soll-Motordrehmoments, durch die eine Soll-Motordrehmoments bere­ chenbar ist, welches in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors durch den Motor erzeugt werden soll; Einrichtung zum Erfassen eines Ist-Motordrehmoments, durch die ein tatsächlich durch den Motor erzeugtes Ist-Motordrehmoment erfaßbar ist; eine Ein­ richtung zur Berechnung einer Fehlergröße, durch die eine Fehlergröße, die repräsen­ tativ ist für eine Abweichung zwischen dem Soll-Motordrehmoment und dem Ist- Motordrehmoment, berechenbar ist; und einer Einrichtung zum Sperren der Magerver­ brennung, durch die eine Magerverbrennung sperrbar ist, wenn die Fehlergröße gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
Bei einem derartigen Aufbau wird das vom Motor zu leistende Soll-Motordrehmoment berechnet und das tatsächlich vom Motor erzeugte Ist-Motordrehmoment erfaßt. Wenn die Abweichung zwischen dem Soll-Motordrehmoment und dem Ist-Motordrehmoment groß ist, besteht die Möglichkeit, können sich die Fahreigenschaften verschlechtern,. Durch Verhindern einer Magerverbrennung kann einer Verschlechterung der Fahrbar­ keit aufgrund der Magerverbrennung vorgebeugt werden.
Vorzugsweise berechnet die Einrichtung zur Berechnung des Soll-Motordrehmoments das Soll-Motordrehmoment in Abhängigkeit von einer Drehgeschwindigkeit des Motors und einem Öffnungsgrad einer Drossel.
Des weiteren kann die Einrichtung zum Berechnen des Ist-Motordrehmoments das Ist- Motordrehmoment in Abhängigkeit von einer Winkelbeschleunigung (Änderung der Drehgeschwindigkeit) während eines Verbrennungstaktes des Motors oder in Abhän­ gigkeit von einem Verbrennungsdruck des Motors berechnen.
Wenn des weiteren die Einrichtung zur Berechnung der Fehlergröße die Fehlergröße als eine Differenz zwischen dem Soll-Drehmoment und dem Ist-Drehmoment berechnet, dann kann der Abweichungszustand leicht quantifiziert werden.
Die Einrichtung zur Berechnung der Fehlergröße kann die Fehlergröße als eine Diffe­ renz zwischen einer Änderung des Soll-Motordrehmoments und einer Änderung des Ist- Motordrehmoments berechnen. Daher kann ein Einfluß beispielsweise aufgrund einer Änderung des Betriebszustands der Maschine oder einer Änderung der Umgebungsbe­ dingungen unterdrückt werden, wodurch die Genauigkeit der Diagnose verbessert wird.
Im Fall, daß die Regeleinrichtung zum Umschalten der Verbrennungsart die Verbren­ nungsart des Motors in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors durch Umschal­ ten zumindest zwischen einer homogenen stöchiometrischen Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoffgemisch, bei dem Treibstoff während eines Ansaug­ taktes eingespritzt wird; homogener Magerverbrennung bei einem mageren Luft- Treibstoffgemisch, bei der Treibstoff während des Ansaugtaktes eingespritzt wird; und geschichteter Magerverbrennung bei einem mageren Luft-Treibstoffgemisch, bei der der Treibstoff während eines Verdichtungstaktes eingespritzt wird, regelt, wobei die Einrich­ tung zum Sperren der Magerverbrennung die homogene Magerverbrennung und die geschichtete Magerverbrennung sperrt, wenn die Fehlergröße gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Dadurch kann eine Verschlechterung der Fahrbarkeit sicher verhindert werden.
Weitere Merkmale und Abänderungen sowie erfindungsgemäße Funktionen und Wir­ kungen, die darauf beruhen, werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den Zeichnungen besser verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm, in dem ein grundsätzlicher Aufbau der vor­ liegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verbrennungskraftmotors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zum Umschalten einer Verbren­ nungsart;
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zum Feststellen einer Sperrung der Magerverbrennung;
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zur Berechnung eines Soll- Motordrehmoments;
Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zur Erfassung eines Ist- Motordrehmoments;
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flußdiagramms eines Programms zur Erfassung eines Ist-Motordrehmoments; und
Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zum Feststellen der Sperrung der Magerverbrennung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist ein grundsätzlicher Aufbau einer Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt, dessen Ausfüh­ rungsbeispiele im folgenden unter Bezug auf die Fig. 2 bis 8 beschrieben werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verbrennungskraftmotors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches im folgenden zunächst beschrieben wird. In eine Verbrennungskammer eines an einem Fahrzeug angebrach­ ten Verbrennungskraftmotors 1 wird Luft durch einen Luftfilter 2 über eine Ansaugleitung 3 gesteuert durch ein elektrisch geregeltes Drosselventil 4 angesaugt. Außerdem ist ein Drallregelventil 5 vorgesehen, um die Strömung der Luft, die in die Verbrennungskam­ mer eingesaugt wird, zu steuern, indem eine Querschnittsfläche der Öffnung gesteuert wird.
Außerdem ist ein elektromagnetisches Einspritzventil (Einspritzdüse) 6 zur direkten Ein­ spritzung von Treibstoff (Benzin) in die Verbrennungskammer vorgesehen.
Um Benzin, welches auf einem vorbestimmten Druck geregelt ist, einzuspritzen, ist das elektromagnetische Einspritzventil 6 derart aufgebaut, daß es durch einen Solenoid ge­ öffnet wird, welcher durch ein von einer weiter unten beschriebenen Regeleinrichtung 20 ausgegebenes Einspritzimpulssignal bei einem Ansaug- oder Verdichtungstakt syn­ chron zur Motordrehung betätigt wird. Der eingespritzte Treibstoff diffundiert in der Ver­ brennungskammer, um dadurch ein homogenes Luft-Treibstoffgemisch im Falle einer Einspritzung in den Ansaugtakt und, im Falle einer Einspritzung in den Verdichtungstakt, ein geschichtetes Luft-Treibstoffgemisch zu bilden, das um eine Zündkerze 7 konzen­ triert ist und welches in Abhängigkeit von einem Zündsignal durch die Zündkerze 7 ge­ zündet und dadurch verbrannt wird (homogene Verbrennung oder geschichtete Ver­ brennung), von einer weiter unten beschriebenen Regeleinrichtung 20. Entsprechend den obigen Ausführungen können die Verbrennungsarten als homogene stöchiometri­ sche Verbrennung, homogene Magerverbrennung und geschichtete Magerverbrennung in Verbindung mit der Regelung des Luft-Treibstoffgemisches unterteilt werden.
Die Abgase des Verbrennungskraftmotors 1 werden über eine Abgasleitung 8, die mit einem Katalysator 9 zum Reinigen des Abgases versehen ist, abgelassen. Ein Teil des Abgases wird stromab des elektrisch geregelten Drosselventils 4 (Ladeleitung) über ein elektrisch geregeltes Abgasrückführventil 10 und danach durch eine Abgasrückführlei­ tung 11 zur Ansaugleitung 3 zurückgeleitet.
Die Regeleinrichtung 20 ist mit einem Mikrocomputer versehen, der eine CPU, ROM, RAM, einen A/D-Wandler und eine E/A-Schnittstelle aufweist. Diese Regeleinrichtung 20 empfängt Eingangssignale von verschiedenen Sensoren und führt darauf beruhende Berechnungen durch, um dadurch Regeleingriffe, wie beispielsweise eine Betätigung des elektromagnetischen Einspritzventils 6 und eine Betätigung der Zündkerze 7, durchzuführen.
Die oben erwähnten verschiedenen Sensoren umfassen Kurbelwinkelsensoren 21 und 22, die eine Drehung einer Kurbelwelle bzw. einer Nockenwelle der Verbrennungskraft­ maschine 1 erfassen. Ein jeder der Kurbelwinkelsensoren 21 und 22 ist derart ausge­ staltet, daß er ein Referenzimpulssignal REF bei einer zuvor festgelegten Kurbelwinkel­ lage (beispielsweise 110° vor dem oberen Totpunkt) bei einem jeden Kurbelwinkel 720°/n, wobei angenommen ist, daß die Anzahl der Zylinder "n" ist, sowie ein Einheits­ impulssignal POS bei jedem Einheitswinkel von 1° bis 2° erzeugt, so daß eine Motor­ drehgeschwindigkeit Ne beispielsweise basierend auf einer Periode des Referenzimpulssignals REF berechnet werden kann. Insbesondere der Kurbelwinkelsensor 22 er­ zeugt Zylinderunterscheidungssignale PHASE bei zuvor gesetzten Kurbelwinkeln innerhalb eines Kurbelwinkels von 720°, von denen ein jedes jeweils einem speziellen Zylinder entspricht, so daß die Zylinder voneinander unterschieden werden können.
Zusätzlich sind vorgesehen: Ein Luftströmungsmesser 23 zur Erfassung einer Ansaugluftmenge Qa stromauf des elektrisch geregelten Drosselventil 4 der Ansaugleitung 3, ein Beschleunigungssensor 24 zur Erfassung des Grades des Niedertretens des Gas­ pedals (Öffnungswinkel der Drosselklappe) ACC, ein Drosselsensor 25 zur Erfassung eines Drosselöffnungswinkels TVO des elektrisch geregelten Drosselventils 4 (wobei der Drosselsensor 25 einen Leerlaufschalter aufweist, der in der vollständig geschlossenen Stellung des Drosselventils 4 AN geschaltet ist), ein Wassertemperatursensor 26 zur Erfassung einer Temperatur Tw des Kühlwassers des Verbrennungskraftmotors 1, ein Sauerstoffsensor 27 zur Ausgabe eines Signals entsprechend einem fetten bzw. mage­ ren Zustand eines Luft-Treibstoffgemisches des Abgases in der Abgasleitung 8 sowie ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 28 zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit VSP.
Im folgenden wird die Umschaltregelung der Verbrennungsart, wie sie durch die Regel­ einrichtung 20 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 3 bis 7 beschrieben.
Fig. 3 zeigt ein Programm zum Umschalten einer Verbrennungsart, welches in vorbe­ stimmten Zeitabständen (beispielsweise 10 ms) ausgeführt wird. Dieses Programm ent­ spricht der Regeleinrichtung zum Umschalten der Verbrennungsart.
In einem Schritt 1 (als S 1 bezeichnet; im folgenden findet diese Regelung entsprechend weitere Anwendung) werden die Betriebszustände des Motors wie beispielsweise die Motordrehgeschwindigkeit Ne, die Nenneinspritzmenge Tp (oder das Soll- Motordrehmoment tTe) sowie die Kühlwassertemperatur Tw eingelesen.
Im Schritt 2 wird auf eine Tabelle zum Umschalten der Verbrennungsart in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors zurückgegriffen. Es sind nämlich eine Vielzahl von Tabellen vorgesehen, von denen jede in Abhängigkeit von den Parametern Motor­ drehgeschwindigkeit Ne und Nenn-Einspritzmenge Tp und gekennzeichnet durch Be­ dingungen wie die Kühlwassertemperatur Tw und die verstrichene Zeit seit dem Starten des Motors die Verbrennungsart (ebenso wie das Nenn-Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA0) bestimmt. Mit Hilfe der in Abhängigkeit von diesen Zuständen ausgewählten Tabelle wird eine geeignete Verbrennungsart (zusammen mit dem Nenn-Soll-Gleichge­ wichtsverhältnis TFBYA0) aus der homogenen stöchiometrischen Verbrennung, der homogenen Magerverbrennung und der geschichteten Magerverbrennung in Überein­ stimmung mit Parametern des gerade vorherrschenden Betriebszustandes des Motors ausgewählt. Die beispielhaft in der Fig. 3 gezeigte Tabelle ist für einen Zustand nach Beendigung des Aufwärmens vorgesehen (die Kühlwassertemperatur Tw ist hoch und es ist genügend Zeit nach dem Starten des Motors verstrichen).
Im Schritt 3 wird eine Bewertung der Verbrennungsart vorgenommen und der Programmfluß verzweigt sich von hier an in Abhängigkeit von dieser Bewertung.
Im Falle einer homogenen stöchiometrischen Verbrennung geht der Programmfluß weiter zu Schritt 6, um die entsprechende Regelung durchzuführen. Insbesondere wird die Treibstoffmenge derart gesetzt, daß ein stöchiometrisches Luft-Treibstoffgemisch (14, 6) erhalten wird und mit Hilfe des Sauerstoffsensors 27 wird ein geschlossener Re­ gelkreis zur Regelung des Luft-Treibstoffgemisches aufgebaut, während der Einspritz­ zeitpunkt auf den Ansaugtakt gelegt wird, um auf diese Weise die homogene stöchio­ metrische Verbrennung durchzuführen.
Im Falle einer homogenen Magerverbrennung geht der Programmfluß weiter zu Schritt 7, um die entsprechende Regelung durchzuführen. Insbesondere wird die eingespritzte Treibstoffmenge auf einen Wert gesetzt, der einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis von 20 bis 30 entspricht, wobei ein offener Steuerkreis verwendet wird, während der Einspritzzeitpunkt auf den Ansaugtakt gelegt wird, um so die homogene Magerverbren­ nung durchzuführen.
Im Falle einer geschichteten Magerverbrennung geht der Programmfluß weiter zu Schritt 8, um auf diese Weise eine geeignete Steuerung durchzuführen. Insbesondere wird die eingespritzte Treibstoffmenge so gesetzt, daß sie einem mageren Luft-Treibstoffverhält­ nis von ungefähr 40 entspricht, wobei es ein offener Steuerkreis aufgebaut wird, wäh­ rend der Einspritzzeitpunkt auf den Verdichtungstakt gelegt wird, um so eine geschich­ tete Magerverbrennung durchzuführen.
Es ist festzuhalten, daß die Schritte 4 und 5 jeweils genau vor den Schritten 7 und 8 der homogenen Magerverbrennung und der geschichteten Magerverbrennung durchgeführt werden. In einem jeden der Schritte 4 und 5 wird festgestellt, ob die Magerverbrennung gesperrt werden soll oder nicht (bei einer Sperrung wird ein Magerverbrennungs- Sperrflag auf den Wert "1" gesetzt). Im Falle einer Sperrung der Magerverbrennung geht der Programmfluß weiter zu Schritt 6, um die homogene, stöchiometrische Ver­ brennungsregelung durchzuführen, ohne daß eine homogene Magerverbrennungsre­ gelung oder eine Regelung der geschichteten Magerverbrennung stattfindet.
Die Gleichung für die eingespritzte Treibstoffmenge lautet wie folgt:
TI = Tp × TFBYA × α + Ts;
wobei Tp die Nenn-Einspritzmenge darstellt, die dem stöchiometrischen Luft- Treibstoffgemisch entspricht und welche durch eine Gleichung Tp = K0 × Qa/Ne erhal­ ten wird (K0: Konstante).
Des weiteren stellt TFBYA ein Nenn-Gleichgewichtsverhältnis dar, welches erhalten wird, indem das Nenn-Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA0, das sich aus der ausge­ wählten Tabelle ergibt, beispielsweise durch den Wirkungsgrad der Verbrennung korri­ giert wird, und eine Zeitverzögerung erster Ordnung hinzuaddiert wird. Das Soll- Gleichgewichtsverhältnis TFBYA wird auch als "Korrekturkoeffizient des Soll-Luft- Treibstoffverhältnisses" bezeichnet und berechnet sich zu 14,6/tAF, wobei tAF das Soll- Luft-Treibstoffverhältnis darstellt.
Des weiteren bezeichnet α einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten des Luft- Treibstoffgemisches basierend auf dem Signal des Sauerstoffsensors, welcher bei Ma­ gerverbrennung beim Wert eins (d. h. = 1) festgehalten wird.
Ts bezeichnet ein Korrekturteil für eine ungültige Einspritzung, der von einer Batterie­ spannung abhängt.
In Fig. 4 ist ein Programm gezeigt, das die Sperrung der Magerverbrennung feststellt und welches in vorbestimmten Zeitabständen (beispielsweise 10 ms) ausgeführt wird.
Basierend auf den Betriebszuständen des Motors wird im Schritt 11 das Soll-Motordreh­ moment tTe berechnet, welches vom Motor aufgebracht werden soll. Dieser Verarbei­ tungsabschnitt entspricht einer Berechnungseinrichtung für das Soll-Motordrehmoment. Die eigentliche Berechnung wird durch ein anderes Programm, d. h. einem Unterpro­ gramm der Fig. 5, durchgeführt.
Im Unterprogramm der Fig. 5 wird eine Motordrehgeschwindigkeit Ne in einem Schritt 101 erfaßt und der Öffnungswinkel des Drosselventils ACC wird in einem Schritt 102 erfaßt. In einem Schritt 103 wird auf die Tabelle zurückgegriffen, die mit dem Soll- Motordrehmoment tTe abgespeichert ist, welches vom Motor aufzubringen ist. Dieses Drehmoment tTe wurde zuvor als eine Funktion der Parameter wie beispielsweise der Motordrehgeschwindigkeit Ne und dem Öffnungswinkel des Drosselventils ACC festge­ setzt. Dann wird das Soll-Motordrehmoment tTe basierend auf dem vorliegenden Ne und ACC abgerufen.
Im Schritt 12 wird das tatsächlich vom Motor erzeugte Ist-Motordrehmoment Te erfaßt. Dieser Verarbeitungsabschnitt entspricht der Einrichtung zum Erfassen des Ist-Motor­ drehmoments. Die tatsächliche Erfassung wird durch ein weiteres Programm, d. h. dem Unterprogramm der Fig. 6 oder der Fig. 7, durchgeführt.
Im Unterprogramm der Fig. 6 wird zunächst in einem Schritt 201 eine Dreh-Winkel­ geschwindigkeit ω1 des Motors in einem ersten Bereich von Kurbelwinkeln, der jeweils eine Spanne von 30° vor und nach dem oberen Totpunkt TDC umfaßt, während der Kurbelwinkel basierend auf den Signalen der Kurbelwinkelsensoren 21, 22 überwacht wird. Dann wird in einem Schritt 202 eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω2 des Motors in einem zweiten Bereich gemessen, der einen Drehwinkelbereich von 30° vor und nach einem Punkt umfaßt, der um einen vorbestimmten Kurbelwinkel ANG hinter dem oberen Totpunkt TDC liegt. Dabei wird die Drehwinkelgeschwindigkeit dadurch erhalten, daß in einem jeden der Bereiche die Zeitspanne vom Startpunkt zum Endpunkt gemessen wird.
Dann wird in einem Schritt 203 eine Drehwinkelbeschleunigung Δω = (ω2 - ω 1)/dt wäh­ rend eines Verbrennungstaktes basierend auf den Drehwinkelgeschwindigkeiten ω1 und ω2 berechnet. Dabei stellt dt eine Zeitspanne (Meßwert) vom Startpunkt zum Endpunkt des vorbestimmten Kurbelwinkels ANG dar.
In einem Schritt 204 wird das Ist-Motordrehmoment tTe durch die folgende Gleichung basierend auf der Drehwinkelbeschleunigung Δω während des Verbrennungstaktes be­ rechnet:
Te = Δω × K + OFFSET;
dabei ist K ein Umwandlungskoeffizient und OFFSET ist ein Versatz (beides Konstan­ ten).
Bezüglich des Unterprogramms der Fig. 7 ist festzustellen, daß ein Verbrennungsdruck­ sensor (30 in Fig. 2) vorgesehen ist, der ein piezoelektrisches Element in Form einer Unterlegscheibe an den Gewindeabschnitten des elektromagnetischen Einspritzventils 6 oder der Zündkerze 7 umfaßt. Während einer Zeitspanne zwischen einem zuvor ge­ setzten Kurbelwinkel für den Integrationsbeginn und einem zuvor gesetzten Kurbelwin­ kel für das Integrationsende wird in einem Schritt 211 ein Verbrennungsdruck P durch A/D-Wandlung eines Signals vom Verbrennungsdrucksensor zu vorgegebenen Wan­ delzeiten eingelesen, während der Kurbelwinkel anhand der Signale der Kurbelwinkel­ sensoren 21, 22 überwacht wird. Entsprechend wird ein aufintegrierter Wert ΣP = ΣP + P des Verbrennungsdruckes P berechnet. In einem Schritt 212 wird ein aufintegrierter Wert ΣP während der Zeitspanne zwischen dem Kurbelwinkel für den Integrationsbe­ ginn und dem Kurbelwinkel für das Integrationsende als ein mittlerer wirksamer Druck Pe erfaßt.
Im Schritt 213 wird das Ist-Motordrehmoment Te durch folgende, auf dem mittleren wirk­ samen Druck Pi basierende Gleichung berechnet:
Te = Pi × K + OFFSET;
dabei ist K ein Umwandlungskoeffizient und OFFSET ist ein Versatz (beides Konstan­ ten).
Im Schritt 13 der Fig. 4 wird eine Drehmomentdifferenz ΔTQ = Te - tTe (oder ΔTQ = | Te - tTe |) zwischen dem Ist-Motordrehmoment Te und dem Soll-Motordrehmoment tTe als eine Fehlergröße berechnet, die eine Abweichung zwischen dem Soll-Motordrehmoment tTe und dem Ist-Motordrehmoment Te darstellt. Dieser Abschnitt entspricht der Einrich­ tung zur Berechnung der Fehlergröße.
Im Schritt 14 wird festgestellt, ob ΔTQ ≧ SL gilt oder nicht, indem die Drehmomentdiffe­ renz ΔTQ als Fehlergröße mit einem vorgegebenen Wert SL (Schwellwert zum Fest­ stellen eines ungewöhnlichen Betriebszustandes) verglichen wird.
Wenn die Fehlergröße groß ist, d. h. wenn ΔTQ ≧ SL gilt, wird angenommen, daß sich die Fahreigenschaften möglicherweise verschlechtern, und eine NG (nicht gut)- Feststellung wird in einem Schritt 15 getroffen. Die Magerverbrennung wird in einem Schritt 16 gesperrt (das Sperrflag für die Magerverbrennung wird auf den Wert "1" ge­ setzt).
Als Ergebnis sind danach die Regelung der homogenen Magerverbrennung und die Regelung der geschichteten Magerverbrennung durch das Programm zum Umschalten der Verbrennungsart (Schritte 4 und 5) der Fig. 3 gesperrt, so daß eine Regelung der homogene stöchiometrische Verbrennung durchgeführt wird (Schritt 6).
Daher entsprechen die Schritte 14, 16 der Fig. 4 und die Schritte 4, 5 der Fig. 3 zusam­ men der Einrichtung zum Sperren der Magerverbrennung.
Wenn zwischenzeitlich die Fehlergröße klein wird, d. h. wenn TQ < SL gilt, so ist dies ein normaler Zustand, bei dem das Programm der Fig. 4 durchlaufen und beendet wird.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be­ schrieben.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Programm zum Feststellen, ob die Magerverbrennung gesperrt ist. Dieses Programm wird anstelle des Programms der Fig. 4 ausgeführt.
Im Schritt 21 wird basierend auf dem Betriebszustand des Motors das Soll-Motordreh­ moment tTe berechnet, welches vom Motor aufgebracht werden muß. Dieser Verarbei­ tungsabschnitt entspricht der Einrichtung zur Berechnung des Soll-Motordrehmoments. Die tatsächliche Berechnung wird durch ein weiteres Programm, d. h. dem Unterpro­ gramm der Fig. 5 durchgeführt.
Im Schritt 22 wird eine Änderung des Soll-Motordrehmoments ΔtTe = tTe - tTeold be­ rechnet (tTeold stellt den zuletzt berechneten Wert dem Soll-Motordrehmoments dar).
Im Schritt 23 wird das tatsächlich vom Motor erzeugte Ist-Motordrehmoment Te erfaßt. Dieser Verarbeitungsabschnitt entspricht der Einrichtung zum Erfassen des Ist-Motor­ drehmoments. Die tatsächliche Erfassung wird durch ein weiteres Programm, d. h. dem Unterprogramm der Fig. 6 oder dem der Fig. 7, durchgeführt.
Im Schritt 24 wird eine Änderung des tatsächlichen Motordrehmoments ΔTe = Te - Teold berechnet (Teold stellt einen zuletzt erfaßten Wert des Ist-Motordrehmoments dar).
Im Schritt 25 wird eine Drehmomentdifferenz ΔΔTQ = ΔTe - ΔtTe (oder ΔΔTQ = | ΔTe - ΔtTe |) zwischen einer Änderung des Ist-Motordrehmoments ΔTe und einer Änderung des Soll-Motordrehmoments ΔtTe als eine Fehlergröße berechnet, die eine Abweichung zwischen dem Soll-Motordrehmoment tTe und dem Ist-Motordrehmoment Te darstellt. Dieser Verarbeitungsabschnitt entspricht der Einrichtung zur Berechnung der Fehler­ größe.
Im Schritt 26 wird festgestellt, ob ΔΔTQ ≧ SL oder nicht gilt, indem der Unterschied der Drehmomentänderung ΔΔTQ als Fehlergröße mit einem vorbestimmten Wert (Schwellwert, bei dem festgestellt wird, daß ein ungewöhnlicher Betriebszustand vor­ liegt) SL verglichen wird. Es ist festzustellen, daß der vorbestimmte Wert SL in Abhän­ gigkeit von einem Ausführungsintervall dieses Programmes gesetzt wird, so daß der festgesetzte Wert SL um so größer wird, je kürzer das Ausführungsintervall des ver­ wendeten Gerätetypus ist.
Wenn die Fehlergröße groß ist, d. h. wenn ΔΔTQ ≧ SL gilt, wird angenommen, daß sich die Fahrbarkeit verschlechtern kann, so daß eine NG-Feststellung in einem Schritt 27 getroffen wird und die Magerverbrennung in einem Schritt 28 gesperrt wird (das Sperr­ flag der Magerverbrennung wird auf den Wert "1" gesetzt).
Als Ergebnis sind im folgenden die Regelung der homogenen Magerverbrennung und die Regelung der geschichteten Magerverbrennung durch das Umschaltprogramm für die Verbrennungsart (Schritte 4 und 5) der Fig. 3 gesperrt, so daß die Regelung der homogenen stöchiometrische Verbrennung stattfindet (Schritt 6).
Damit entsprechen die Schritte 26, 28 der Fig. 8 und die Schritte 4, 5 der Fig. 3 zusam­ men der Einrichtung zum Sperren der Magerverbrennung.
Wenn zwischenzeitlich die Fehlergröße klein ist, d. h. wenn ΔΔTQ < SL gilt, so ist dies ein normaler Betriebszustand, bei dem das Programm der Fig. 8 bis zu seiner Beendi­ gung durchlaufen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Abweichung basierend auf dem Unterschied zwischen der Änderung des Soll-Motordrehmoments und der Änderung des Ist-Motor­ drehmoments quantifiziert, so daß der Einfluß beispielsweise aufgrund einer Änderung des Motors oder aufgrund von Änderungen der Umgebungsbedingungen eliminiert wer­ den kann, wodurch die Genauigkeit der Diagnose verbessert werden kann.
Im Falle, daß als Fehlergröße Te - tTe oder ΔTe - ΔtTe erhalten wird und diese Größe mit einem vorbestimmten positiven Wert verglichen wird, ist es möglich, die Magerver­ brennung zu sperren, wenn das Ist-Motordrehmoment viel größer als das Soll- Motordrehmoment wird und die Fahreigenschaften sich möglicherweise verschlechtern würden. Des weiteren ist es zusätzlich möglich, die Magerverbrennung in dem Fall zu sperren, in dem die Fehlergröße über | Te - tTe | oder | ΔTe - ΔtTe | erhalten wird und die so erhaltene Größe mit dem vorgegebenen positiven Wert verglichen wird, wenn das Ist-Motordrehmoment viel kleiner als das Soll-Drehmoment ist und sich die Fahreigen­ schaften möglicherweise ebenfalls verschlechtern würden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, werden das vom Motor aufzubringende Soll-Motordrehmoment und das tatsächlich vom Motor aufge­ brachte Ist-Motordrehmoment erfaßt. Des weiteren wird die Möglichkeit einer Ver­ schlechterung der Fahrbarkeit angenommen oder festgestellt, wenn die Abweichung zwischen dem Soll-Motordrehmoment und dem Ist-Motordrehmoment groß ist, so daß die Magerverbrennung gesperrt wird. Dadurch kann einer Verschlechterung der Fahr­ barkeit aufgrund der Magerverbrennung wirksam vorgebeugt werden. Damit ist eine gewerbliche Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung gegeben.

Claims (7)

1. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung, die folgende Merk­ male aufweist: ein Treibstoffeinspritzventil, durch das Treibstoff in eine Verbren­ nungskammer des Motors direkt einspritzbar ist; und eine Regeleinrichtung zum Umschalten der Verbrennungsart, durch den durch Umschalten eine Verbren­ nungsart des Motors zumindest zwischen stöchiometrischer Verbrennung bei ei­ nem stöchiometrischen Luft-Treibstoffgemisch und einer Magerverbrennung bei einem mageren Luft-Treibstoffgemisch in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung umfaßt:
eine Einrichtung zum Berechnen des Soll-Drehmoments, durch die ein vom Motor aufzubringenden Soll-Motordrehmoments in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors berechenbar ist,
eine Einrichtung zum Erfassen des Ist-Motordrehmoments, durch die ein tatsäch­ lich vom Motor aufgebrachtes Ist-Motordrehmoment erfaßbar ist,
eine Einrichtung zur Berechnung der Fehlergröße, durch die eine Fehlergröße, die eine Abweichung zwischen dem Soll-Motordrehmoment und dem Ist- Motordrehmoment darstellt, berechenbar ist und
eine Einrichtung zum Sperren der Magerverbrennung, durch die die Magerver­ brennung sperrbar ist, wenn die Fehlergröße gleich oder größer als ein vorgege­ bener Wert ist.
2. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wo­ bei
das Soll-Motordrehmoment durch die Einrichtung zum Berechnen des Soll-Motor­ drehmoments in Abhängigkeit einer Motordrehgeschwindigkeit und eines Öff­ nungswinkels der Drosselklappe berechnet ist.
3. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wo­ bei
das Ist-Motordrehmoment durch die Einrichtung zum Erfassen des Ist-Motordreh­ moments in Abhängigkeit einer Drehwinkelbeschleunigung während eines Ver­ brennungstaktes des Motors berechnet ist.
4. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wo­ bei
das Ist-Motordrehmoment durch die Einrichtung zum Erfassen des Ist-Motordreh­ moments in Abhängigkeit eines Verbrennungsdrucks des Motors berechnet ist.
5. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wo­ bei
die Fehlergröße durch die Einrichtung zur Berechnung der Fehlergröße als eine Differenz zwischen dem Soll-Motordrehmoment und dem Ist-Motordrehmoment berechnet ist.
6. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wo­ bei
die Fehlergröße durch die Einrichtung zur Berechnung der Fehlergröße als eine Differenz zwischen einer Änderung des Soll-Motordrehmoments und einer Ände­ rung des Ist-Motordrehmoments berechnet ist.
7. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wo­ bei
die Verbrennungsart des Motors in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors durch die Regeleinrichtung zum Umschalten der Verbrennungsart durch Umschalten zumindest zwischen der homogenen stöchiometrischen Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Treibstoffgemisch, bei der Treibstoff während ei­ nes Ansaugtaktes eingespritzt ist, einer homogenen Magerverbrennung bei dem mageren Luft-Treibstoffgemisch, bei der Treibstoff während des Ansaugtaktes ein­ gespritzt ist, und der geschichteten Magerverbrennung bei dem mageren Luft- Treibstoffgemisch, bei der Treibstoff während eines Verdichtungstaktes einge­ spritzt ist, geregelt ist; und
die homogene Magerverbrennung und die geschichtete Magerverbrennung durch die Einrichtung zum Sperren der Magerverbrennung gesperrt ist, wenn die Fehler­ größe gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Wert.
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