DE19829308A1

DE19829308A1 - Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE19829308A1
Application number: DE19829308A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Machida; Junichi Furuya; Hiraku Ohba; Yuki Nakajima; Takamasa Ueda
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: JPH1122533A; DE19829308C2; JP3683681B2; US5979397A

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 durch Umschalten zwischen einer homogenen Verbrennung und einer geschichteten Verbrennung geregelt ist.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Seit kurzem findet ein Ottomotor mit Direkteinspritzung Beachtung, bei dem es üblich ist, die Verbrennungsart in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors durch Um schalten zu regeln, d. h. die Verbrennungsart durch Umschalten zwischen einer homo genen Verbrennung, bei der ein Treibstoff während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, so daß dieser innerhalb einer Verbrennungskammer sich verteilt und dadurch ein ho mogenes Luft-Treibstoffgemisch bildet, und einer geschichteten Verbrennung, bei der Treibstoff während eines Verdichtungstaktes eingespritzt wird, so daß sich ein ge schichtetes Luft-Treibstoffgemisch bildet, das um eine Zündkerze herum konzentriert ist (vgl. ungeprüfte japanische Veröffentlichung Nr. 59-37236).

Bei einer derartigen Umschaltregelung wurde es in Erwägung gezogen, einen schwach geschichteten Verbrennungsbereich in einem Grenzbereich vorzusehen, der zwischen einem Bereich der homogenen Verbrennung und einem Bereich der geschichteten Ver brennung in sämtlichen Leistungstabellen liegt, bei denen eine Drehgeschwindigkeit und ein Drehmoment des Motors als Parameter der Tabelle aufgeführt sind. Bei einem der artigen Bereich einer schwach geschichteten Verbrennung wird eine Einspritzung in zwei Schritten durchgeführt, bei der ein Teil des Treibstoffes während des Ansaugtaktes und der restliche Treibstoff während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird, so daß bei der geschichteten Verbrennung eine Fehlzündungen und eine verstärkte Rauchbil dung aufgrund eines zu fetten Gemisches und bei der homogenen Verbrennung Fehl zündungen und instabile Verbrennung aufgrund eines zu mageren Gemisches verhin dert werden können.

Verglichen mit einer Einspritzung in einem Schritt jedoch (normales Einspritzverfahren) wird die in den Motor einzuspritzende Treibstoffmenge bei der Einspritzung in zwei Schritten so geteilt, daß die Einspritzmenge (Impulsweite der Einspritzung) zu einem Zeitpunkt bei der Einspritzung in zwei Schritten kleiner wird als die der Einspritzung in einem Schritt.

An sich kann jede der geteilten Einspritzmengen kleiner als eine minimale Ausgleichs menge werden (minimale Ausgleichsimpulsweite; ein kleinster Wert, der eine Linearität in der Impulsweiten-Durchflußmengen-Charakteristik eines Treibstoffeinspritzventils ausgleichen kann), so daß das Treibstoffeinspritzventil einen Ausgleich der Durchfluß mengen nicht ausführen kann, was aufgrund der Neigung zu einem mageren oder fet ten Gemisch eine Drehmomentabweichung oder eine Rauchbildung verursacht.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der herkömmlichen Probleme, wie sie oben beschrieben wurden, gemacht und hat daher zum Ziel, die Treibstoffeinspritzmen gen bei einer Einspritzung in zwei Schritten zu regeln, um dadurch das Auftreten einer Drehmomentdifferenz oder einer Rauchbildung aufgrund einer Neigung zu einem mage ren oder fetten Gemisch zu verhindern, wie sie dann auftreten würde, wenn eine der Treibstoffeinspritzmengen kleiner wäre als die kleinste Ausgleichsmenge.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Daher stellt die vorliegende Erfindung eine Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Di rekteinspritzung bereit, der aufweist: ein Treibstoffeinspritzventil, durch das Treibstoff in eine Verbrennungskammer des Motors direkt einspritzbar ist; und eine Regeleinrichtung zum Umschalten der Verbrennungsart, durch die eine Verbrennungsart des Motors durch Umschalten zumindest zwischen einer homogenen Verbrennung, bei der Treib stoff während des Ansaugtaktes eingespritzt ist, und einer geschichteten Verbrennung, bei der Treibstoff während des Verdichtungstaktes eingespritzt ist, in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung folgende Merkmale aufweist: einen Befehlsgeber für die Einspritzung in zwei Schritten, durch den ein Befehl, eine Einspritzung in zwei Schritten auszuführen, bei der ein Teil des Treib stoffs während des Ansaugtaktes und der restliche Treibstoff während des Verdich tungstaktes eingespritzt ist, in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Betriebszustand des Motors ausgebbar ist, und eine Einrichtung zum Teilen der Einspritzmenge, durch die eine Treibstoffeinspritzmenge in den Motor zum Zeitpunkt der Ausgabe des Befehls für die Einspritzung in zwei Schritten in eine Einspritzmenge für eine homogene Ver brennung, die während des Ansaugtaktes eingespritzt werden soll, und einer Einspritz menge für die geschichtete Verbrennung, die während des Verdichtungstaktes einge spritzt werden soll, in einem Teilungsverhältnis teilbar ist, welches einem Soll-Luft- Treibstoffverhältnis zu diesem Zeitpunkt entspricht.

Des weiteren weist die Regeleinrichtung folgende Merkmale auf: einen Komparator, durch den eine jede Einspritzmenge nach dem Teilen mit jeweils einer kleinsten Aus gleichsmenge für das Treibstoffeinspritzventils vergleichbar ist, und einen Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge, durch den die Einspritzmengen derart angepaßt sind, daß eine jede Einspritzmenge auf Null oder auf die kleinste Ausgleichsmenge gesetzt wird, bei der festgestellt wird, daß sie kleiner als die kleinste Ausgleichsmenge des Treibstof feinspritzventils ist.

Zum Zeitpunkt der Befehlsausgabe, eine Einspritzung in zwei Schritten auszuführen, wird nämlich eine Treibstoffeinspritzmenge für den Motor in eine Einspritzmenge für die homogene Verbrennung, welche während des Ansaugtaktes eingespritzt werden soll, und eine Einspritzmenge für die geschichtete Verbrennung, welche während des Ver dichtungstaktes eingespritzt werden soll, in einem Teilungsverhältnis unterteilt, welches einem Soll-Luft-Treibstoffgemisch zu diesem Zeitpunkt entspricht. Des weiteren werden die Einspritzmengen mit einer kleinsten Ausgleichsmenge des Treibstoffeinspritzventils jeweils verglichen und als Ergebnis des Vergleichs werden die Einspritzmengen derart angepaßt, daß eine Einspritzmenge, die kleiner ist als die kleinste Ausgleichsmenge des Treibstoffeinspritzventils auf Null oder die kleinste Ausgleichsmenge gesetzt wird. Daher wird das Auftreten einer Drehmomentdifferenz oder einer Raucherzeugung aufgrund der Neigung des Gemisches, fett oder mager zu werden, vermieden. Dies würde eintre ten, wenn eine der Treibstoffeinspritzmengen kleiner wäre als die kleinste Ausgleichs menge.

Bei dem obenbeschriebenen Aufbau kann der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge derart ausgestaltet sein, daß er eine Einspritzmenge, die ein kleineres Teilungsverhält nis aufweist, auf Null setzt und die Einspritzmenge, die ein größeres Teilungsverhältnis aufweist, auf eine Gesamteinspritzmenge setzt, wenn festgestellt wird, daß eine der Ein spritzmengen kleiner ist als der kleinste Ausgleichsbetrag, so daß in diesem Fall eine Einspritzung in einem Schritt ausgeführt wird. Dadurch kann eine benötigte Einspritz menge bereitgestellt werden, ohne daß zuviel oder zu wenig Treibstoff eingespritzt wird.

Der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge kann derart ausgestaltet sein, daß er die Einspritzmenge, die ein kleineres Teilungsverhältnis aufweist, auf die kleinste Aus gleichsmenge und die Einspritzmenge, die ein größeres Teilungsverhältnis hat, auf den Restwert setzt, der durch Subtraktion der kleinsten Ausgleichsmenge von der Gesamt einspritzmenge erhalten wird, wenn festgestellt wird, daß eine der Einspritzmengen klei ner ist als die kleinste Ausgleichsmenge. In diesem Fall kann außerdem eine benötigte Einspritzmenge bereitgestellt werden, ohne daß zuviel oder zu wenig Treibstoff einge spritzt wird.

Der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge kann derart ausgestaltet sein, daß er eine jede der Einspritzmengen auf die jeweils kleinste Ausgleichsmenge setzt, wenn festge stellt wird, daß beide Einspritzmengen jeweils kleiner als die kleinste Ausgleichsmenge sind. Dadurch kann zumindest die Situation vermieden werden, daß die Regelung der Einspritzmenge aussetzt oder verlorengeht.

Der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge kann derart ausgestaltet sein, daß er die Einspritzmenge, die ein kleineres Teilungsverhältnis aufweist, auf Null und die Ein spritzmenge, die ein größeres Teilungsverhältnis aufweist, auf eine Gesamteinspritz menge setzt, wenn festgestellt wird, daß die beiden Einspritzmengen jeweils kleiner sind als die kleinste Ausgleichsmenge um dadurch eine Einspritzung in einem Schritt durch zuführen. Dadurch kann eine benötigte Einspritzmenge bereitgestellt werden, ohne daß zuviel oder zu wenig Treibstoff eingespritzt wird.

Vorzugsweise ist der Befehlsgeber für die Einspritzung in zwei Schritten derart ausge staltet, daß er den Befehl zum Ausführen einer Einspritzung in zwei Schritten in einem Grenzbereich zwischen einem Bereich einer homogenen Verbrennung und einem Be reich einer geschichteten Verbrennung ausgibt. Dadurch kann wechselseitig von der homogenen zur geschichteten Verbrennung mit glatten Übergängen hin- und herge schaltet werden.

Die Einspritzmengenteileinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß sie das Teilungsverhältnis derart setzt, daß die Einspritzmenge für die geschichtete Verbren nung, die während des Verdichtungstaktes eingespritzt werden soll, um so größer wird, je magerer das Soll-Luft-Treibstoffgemisch ist. Daher kann mit einem glatten Übergang von der homogenen zur geschichteten Verbrennung geschaltet werden.

Weitere Merkmale und Aufbaumöglichkeiten als auch darauf beruhende, erfindungsge mäße Funktionen und Wirkungen werden anhand der folgenden Beschreibung von be vorzugten Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines grundsätzlichen Aufbaus der vor liegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine systematische Ansicht eines Verbrennungskraftmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zum Umschalten einer Ver brennungsart;

Fig. 4 zeigt eine schematische Zeichnung einer Umschalttabelle für die Verbren nungsart;

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zur Berechnung einer Treib stoffeinspritzmenge;

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zur Regelung einer Treibstoff einspritzmenge zum Zeitpunkt einer Einspritzung in zwei Schritten; und

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms zur Regelung einer Treibstoff einspritzmenge zum Zeitpunkt einer Einspritzung in zwei Schritten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist ein grundsätzlicher Aufbau einer Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung entsprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt, wie er im folgen den in den Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. 2-7 beschrieben wird.

Fig. 2 zeigt eine systematische Ansicht eines Verbrennungskraftmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches im folgenden zunächst be schrieben wird.

Durch einen Luftfilter 2 wird über eine Ansaugleitung 3, geregelt durch ein elektrisch ge regeltes Drosselventil 4, Luft in eine Verbrennungskammer eines jeden Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine 1 gesaugt. Außerdem ist ein Drallregelventil 5 vorgesehen, um die Strömung der in die Verbrennungskammer eingesaugten Luft zu steuern, indem eine Querschnittsfläche des Eintritts geregelt wird.

Desweiteren ist ein elektromagnetisches Einspritzventil (Einspritzdüse) 6 zum direkten Einspritzen von Treibstoff (Benzin) in die Verbrennungskammer vorgesehen.

Um den auf einen vorbestimmten Druck geregelten Treibstoff einzuspritzen, ist das elektromagnetische Einspritzventil 6 derart aufgebaut, daß es durch einen Solenoiden geöffnet werden kann, der durch ein von einer Regeleinrichtung 20, die weiter unten be schrieben wird, ausgegebenes Einspritz-Impulssignal bei einem Ansaugtakt oder einem Verdichtungstakt synchron zur Motordrehung betätigt wird. Der eingespritzte Treibstoff verteilt sich im Falle einer Einspritzung in den Ansaugtakt in der Verbrennungskammer, um dadurch ein homogenes Luft-Treibstoff-Gemisch zu bilden, und bildet im Falle einer Einspritzung in den Verdichtungstakt eine um eine Zündkerze 7 konzentrierte, ge schichtete Luft-Treibstoffmischung, die durch die Zündkerze 7 in Abhängigkeit von ei nem Zündsignal der weiter unten beschriebenen Regeleinrichtung 20 gezündet und da durch verbrannt wird. Bei dem oben angeführten Aufbau können die Verbrennungsarten in eine homogene stoichiometrische Verbrennung, eine homogene Magerverbrennung (Luft-Treibstoffverhältnis zwischen 20 und 30) und einer geschichteten Magerverbren nung (Luft-Treibstoffverhältnis ungefähr 40) zusammen mit einer Regelung des Mi schungsverhältnisses von Luft und Treibstoff unterteilt werden.

Über eine Abgasleitung 8, die mit einem Katalysator 9 zum Reinigen des Abgases ver sehen ist, wird das Abgas von der Verbrennungskraftmaschine 1 abgelassen. Ein Teil des Abgases wird stromab des elektrisch geregelten Drosselventils 4 der Ansaugleitung 3 (Ansaugverteiler) über ein elektrisch geregeltes Abgasrückführventil 10 und danach über eine Abgasrückführleitung 11 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 zur Erfassung einer Drehung einer Kurbelwelle bzw. einer Nockenwelle der Verbren nungskraftmaschine 1. 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, und ein Einheitsim pulssignal POS bei jedem Einheitswinkel von 1° bis 2° erzeugt, so daß eine Motordreh geschwindigkeit Ne, beispielsweise basierend auf einer Periode des Referenzimpuls signals REF, berechnet werden kann. Insbesondere der Kurbelwinkelsensor 22 erzeugt Zylinderdifferenzierungssignale PHASE bei zuvor gesetzten Kurbelwinkeln innerhalb ei nes Kurbelwinkels von 720°, von denen ein jedes einem speziellen Zylinder entspricht, so daß die Zylinder voneinander unterschieden werden können.

Zusätzlich sind vorgesehen: Ein Luftströmungsmesser 23 zur Erfassung einer Ansaug luftmenge 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 Zustands eines Luft-Treibstoffgemisches des Abgases in der Abgasleitung 8 sowie ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 28 zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit VSP.

Im folgenden wird die Regelung zum Umschalten der Verbrennungsart, wie sie durch die Regeleinrichtung 20 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 3 beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Programm zum Umschalten einer Verbrennungsart, welches in be stimmten Zeitabständen (beispielsweise 10 ms) ausgeführt wird. Dieses Programm ent spricht der Regeleinrichtung zum Umschalten der Verbrennungsart.

In einem Schritt 1 (als S1 bezeichnet; im folgenden findet diese Regelung entsprechend weitere Anwendung) werden die Betriebszustände des Motors wie beispielsweise die Motordrehgeschwindigkeit Ne, das Soll-Motordrehmoment tTe sowie die Kühlwasser temperatur Tw eingelesen. Des weiteren wird ein Soll-Motordrehmoment tTe unter Be rücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses und des Drehmomentverhältnisses in Abhängigkeit einer Soll-Antriebskraft tTd, die durch den Öffnungswinkel ACC der Dros selklappe und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP festgesetzt ist, oder in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel ACC der Drosselklappe und der Motordrehgeschwindigkeit Ne be stimmt.

Im Schritt 2 wird auf eine Tabelle zum Umschalten der Verbrennungsart in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors Bezug genommen. Es sind nämlich, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Vielzahl von Tabellen vorgesehen, von denen jede die Verbrennungsart bestimmt (ebenso wie das Nenn-Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYAO) in Abhängigkeit von den Parametern Motordrehgeschwindigkeit Ne und Soll-Motordrehmoment tTe und gekennzeichnet durch Bedingungen wie die Kühlwassertemperatur Tw und die verstri chene Zeit seit dem Starten des Motors bestimmt. Mit Hilfe der in Abhängigkeit von die sen Zuständen ausgewählten Tabelle wird eine geeignete Verbrennungsart (zusammen mit dem Nenn-Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYAO) unter der homogenen stöchio metrischen Verbrennung, der homogenen Magerverbrennung, der geschichteten Ma gerverbrennung und der Einspritzung in zwei Schritten (schwach geschichtete Verbren nung) in Übereinstimmung mit Parametern des gerade vorherrschenden Betriebszu standes des Motors ausgewählt. Die beispielhaft in der Fig. 4 gezeigte Tabelle ist für ei nen Zustand nach Beendigung des Aufwärmens vorgesehen (die Kühlwassertempera tur 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 Pro grammfluß verzweigt sich von hier an in Abhängigkeit von dieser Bewertung.

Im Falle einer homogenen stöchiometrischen Verbrennung geht der Programmfluß weiter zu Schritt 4, um die entsprechende Regelung durchzuführen. Insbesondere wird die Treibstoffmenge derart gewählt, 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 5, um die entsprechende Regelung durchzuführen. Insbesondere wird die eingespritzte Treibstoffmenge auf einen Wert gesetzt, der dem mageren Luft-Treibstoffgemisch von 20 bis 30 entspricht, es wird ein offener Steuerkreis verwendet, während der Einspritz zeitpunkt auf den Ansaugtakt gelegt wird, um dadurch die homogene Magerverbren nung durchzuführen.

Im Falle einer geschichteten Magerverbrennung geht der Programmfluß weiter zu Schritt 6, um auf diese Weise eine geeignete Steuerung durchzuführen. Insbesondere wird die eingespritzte Treibstoffmenge so gesetzt, daß sie einem mageren Luft-Treibstoff verhältnis bei ungefähr 40 entspricht, und es wird ein offener Steuerkreis aufgebaut, während der Einspritzzeitpunkt auf den Verdichtungstakt gelegt wird, um so eine ge schichtete Magerverbrennung durchzuführen.

Im Falle einer Einspritzung in zwei Schritten (schwach geschichtete Verbrennung) geht der Programmfluß weiter zu Schritt 7, um eine entsprechende Regelung durchzuführen. Hier wird eine Einspritzung in zwei Schritten durchgeführt, wobei ein Teil des Treibstoffs während des Einsaugtaktes und der restliche Treibstoff während des Verdichtungstak tes eingespritzt wird. Insbesondere wird die Treibstoffeinspritzmenge in eine Einspritz menge für die homogene Verbrennung, die während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, und die Einspritzmenge für die geschichtete Verbrennung, die während des Ver dichtungstaktes eingespritzt wird, unterteilt. Daher entspricht dieser Programmteil dem Befehlsgeber für die Einspritzung in zwei Schritten.

Fig. 5 zeigt ein Programm zur Berechnung der Treibstoffeinspritzmenge (im Falle der Einspritzung in zwei Schritten der Gesamteinspritzmenge), die in vorgegebenen Zeitab ständen durchgeführt wird und auf deren Ergebnis in der zuvor erwähnten homogenen stoichiometrischen Verbrennungsregelung, der homogenen Magerverbrennungsrege lung, der geschichteten Magerverbrennungsregelung und der Einspritzregelung in den zwei Schritten zurückgegriffen wird.

Im Schritt 11 werden beispielsweise die Strömungsmenge der Ansaugluft Qa und die Motordrehgeschwindigkeit Ne erfaßt.

Im Schritt 12 wird eine grundsätzliche Treibstoffeinspritzmenge Tp, die der stoichiometri schen Luft-Treibstoffmischung entspricht, durch die folgende Gleichung berechnet:

Tp = K × Qa/Ne

dabei ist K eine Konstante.

Im Schritt 13 wird eine Treibstoffeinspritzmenge TI durch die folgende Gleichung be rechnet:

TI = Tp × TFBYA × KATHOS × (ALPHA + KBLRC - 1)

dabei TFBYA ein Soll-Gleichgewichtsverhältnis, welches dadurch erhalten wurde, daß das grundsätzliche Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYAO, das von der ausgewählten Tabelle erhalten wurde, in Abhängigkeit eines Verbrennungswirkungsgrades korrigiert wird und eine Zeitverzögerung erster Ordnung hinzuaddiert wird. Das Soll- Gleichgewichtsverhältnis TFBYA wird auch "Korrekturkoeffizient für das Soll-Luft- Treibstoffverhältnis" genannt und beträgt unter der Annahme, daß das Soll-Luft- Treibstoffverhältnis tAF ist, 14.6/tAF.

Des weiteren stellt KATHOS einen Transienten-Korrekturkoeffizienten dar, der bei spielsweise auf einer Änderung des Öffnungsgrades TVO der Drossel beruht.

Zusätzlich stellt ALPHA einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten des Luft-Treib stoffverhältnisses in Abhängigkeit eines Signals des Sauerstoffsensors dar und wird bei der Magerverbrennung bei 1 (d. h. = 1) festgehalten. KBLRC ist ein Lern-Korrektur koeffizient, der auf einem Regelergebnis der Rückkopplungsregelung des Luft-Treib stoffverhältnisses beruht.

Fig. 6 zeigt ein Programm zur Regelung der Einspritzmenge zum Zeitpunkt der Einsprit zung in zwei Schritten, das im Falle der Zwei-Schritt-Einspritzregelung ausgeführt wird (Schritt 7 der Fig. 3).

In Schritt 21 wird Bezug auf eine Tabelle genommen, die mit einem zuvor gesetzten Teilungsverhältnis KPART (hier, das Verhältnis der Einspritzmenge für die geschichtete Verbrennung zur Gesamteinspritzmenge) entsprechend dem Soll-Gleichgewichtsver hältnis TFBYA gespeichert ist. Des weiteren ist das Teilungsverhältnis KPART vom tat sächlichen Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA abhängig.

Je kleiner in diesem Fall das Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA ist (d. h., je magerer das Soll-Luft-Treibstoffgemisch ist) desto größer ist das Teilungsverhältnis KPART der Einspritzmenge im Falle der geschichteten Verbrennung. Des weiteren ist das Teilungs verhältnis KPART der Einspritzmenge bei der geschichteten Verbrennung um so klei ner, je größer das Soll-Gleichgewichtsverhältnis TFBYA ist und je näher es an 1 liegt (d. h., je näher das Soll-Luft-Treibstoff-Gemisch an einer stoichiometrischen Mischung liegt.

Im Schritt 22 wird die Einspritzmenge für die Zweischritt-Einspritzung entsprechend dem Teilungsverhältnis berechnet. Insbesondere wird eine Einspritzmenge TIS für die ge schichtete Verbrennung, die während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird, durch Multiplikation der Treibstoff-Einspritzmenge TI mit dem Teilungsverhältnis KPART durch die folgende Gleichung (1) berechnet, während die Einspritzmenge TIH für die homoge ne Verbrennung, die während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, durch Multiplikation der Treibstoff-Einspritzmenge TI mit dem anderen Teilungsverhältnis (1-KPART) be rechnet wird:

TIS = TI × KPART (1) und

TIH = TI × (1-KPART) (2).

Im Schritt 23 wird die Einspritzmenge TIS für die geschichtete Verbrennung mit einer minimalen Ausgleichsmenge MIN des Treibstoff-Einspritzventils verglichen und der Pro grammfluß verzweigt in Abhängigkeit des Ergebnisses dieses Vergleichs. Bei jedem der durch die Verzweigung erreichten Schritte 24 und 25 wird die Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung mit der kleinsten Ausgleichsmenge MIN des Treibstoffein spritzventils verglichen.

Im Falle, daß beide Einspritzmengen TIS und TIH gleich oder größer als die kleinste Ausgleichsmenge MIN sind (d. h., im Falle, daß TIS ≧ MIN und TIH ≧ MIN gilt), ist keine Anpassung nötig, so daß die Einspritzmengen TIS und TIH, die im Schritt 22 geteilt wur den, so beibehalten werden. Dann geht der Programmfluß weiter zu Schritt 29, um die Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung, die während des Ansaugtaktes ein gespritzt werden soll, und die Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die während des Verdichtungstaktes eingespritzt werden soll, in ein vorbestimmtes Register zu übertragen.

Im Falle, daß eine der Einspritzmengen, wie beispielsweise die Einspritzmenge TIS für die geschichtete Verbrennung kleiner ist als die kleinste Ausgleichsmenge MIN (d. h. im Falle, daß TIS < MIN und TIH ≧ MIN gilt) erreicht der Programmfluß Schritt 26, um dabei die Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die die Einspritzmenge mit dem kleineren Teilungsverhältnis ist, auf 0 (Null) zu setzen, während die Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung, also der Einspritzmenge mit dem größeren Teilungsver hältnis, auf die Gesamteinspritzmenge TI gesetzt wird. In diesem Fall wird eine Einsprit zung in einem Schritt (d. h., nur die Einspritzung während des Ansaugtaktes, also eine homogene Verbrennung) durchgeführt.

Umgekehrt erreicht im Falle, daß die Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung kleiner ist als die kleinste Ausgleichsmenge MIN (d. h., im Falle, daß TIS ≧ MIN und TIH < MIN sind), der Programmfluß den Schritt 27 um dabei die Einspritzmenge TIH der ho mogenen Verbrennung, welche die Einspritzmenge mit dem kleineren Teilungsverhält nis ist, auf 0 (Null) zu setzen, während die Einspritzmenge TIS der geschichteten Ver brennung, die die Einspritzmenge mit dem größeren Teilungsverhältnis ist, auf die Ge samteinspritzmenge TI gesetzt wird. In diesem Fall wird eine Einspritzung in einem Schritt (d. h., nur die Einspritzung während des Verdichtungstaktes für eine geschichtete Verbrennung) durchgeführt.

Wenn dagegen festgestellt wird, daß sowohl die Einspritzmenge TIS als auch die Ein spritzmenge TIH kleiner sind als die kleinste Ausgleichsmenge MIN (d. h., im Falle, daß TIS < MIN und TIH < MIN gilt), dann erreicht der Programmfluß den Schritt 28, um die beiden Einspritzmengen TIS und TIH auf die kleinste Ausgleichsmenge MIN zu setzen.

Nachdem die Regelung diese beiden Anpassungen vorgenommen hat, geht der Pro grammfluß weiter zu Schritt 29, um dadurch die eingestellte Einspritzmenge TIH für die homogene Verbrennung, die während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, und die ein gestellte Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die während des Ver dichtungstaktes eingespritzt wird, in ein vorgegebenes Register zu übertragen. Danach wird dieses Programm beendet.

Bei dem obigen Programm entsprechen die Verarbeitungsabschnitte der Schritte 21 und 22 der Einrichtung zum Teilen der Einspritzmenge, die Schritte 23 bis 25 entspre chen dem Komparator und die Schritte 26 bis 28 entsprechen dem Abgleicher der ge teilten Einspritzmenge.

Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be schrieben.

Fig. 7 zeigt ein Programm zur Regelung der Einspritzmenge zum Zeitpunkt einer Ein spritzung in zwei Schritten, die anstelle des in der Fig. 6 gezeigten Programms ausge führt wird.

Die Verarbeitungsschritte, die in den Schritten 31 bis 35 ausgeführt werden, sind iden tisch zu denen der Schritte 21 bis 25 der Fig. 6, so daß deren Erläuterung im folgenden weggelassen ist.

Im Falle, daß eine der Einspritzmengen, wie beispielsweise die Einspritzmenge TIS für die geschichtete Verbrennung, kleiner ist als die kleinste Ausgleichsmenge MIN (d. h., im Fall, in dem TIS < MIN und TIH ≧ MIN gilt), erreicht der Programmfluß den Schritt 36, um dabei die Einspritzmenge TIS, die die Einspritzmenge mit dem kleineren Teilungsver hältnis ist, auf die kleinste Ausgleichsmenge MIN zu setzen. Des weiteren wird die Ein spritzmenge TIH der homogenen Verbrennung, die die Einspritzmenge mit dem größe ren Verbrennungsverhältnis darstellt, auf den Rest (TI - MIN) gesetzt, der durch Sub traktion der kleinsten Ausgleichsmenge MIN von der Gesamteinspritzmenge TI erhalten wird.

Umgekehrt erreicht der Programmfluß im Falle, daß die Einspritzmenge TIH der homo genen Verbrennung kleiner ist als die kleinste Ausgleichsmenge MIN (d. h., im Falle, daß TIS ≧ MIN und TIH < MIN gilt), den Schritt 37, um dabei die kleinste Ausgleichsmenge MIN der Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung zu setzen, welche die Ein spritzmenge mit dem kleineren Teilungsverhältnis darstellt. Des weiteren wird die Ein spritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die die Einspritzmenge mit dem grö ßeren Teilungsverhältnis darstellt, auf den Rest (TI - MIN) gesetzt, der durch Subtraktion der kleinsten Ausgleichsmenge MIN von der Gesamteinspritzmenge TI erhalten wird.

Wenn zwischenzeitlich festgestellt wird, daß sowohl die Einspritzmenge TIS als auch die Einspritzmenge TIH kleiner sind als die kleinste Ausgleichsmenge MIN (d. h. im Falle, daß TIS < MIN und TIH < MIN gilt), erreicht der Programmfluß den Schritt 38, um die Größe jeweils der Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung und der Ein spritzmenge TIH der homogenen Verbrennung (d. h. die Größen des Teilungsverhältnis ses KPART der Einspritzmenge für die geschichtete Verbrennung und das Teilungsver hältnis 1-KPART für die Einspritzmenge der homogenen Verbrennung) miteinander zu vergleichen.

Im Falle, daß TIS < TIH gilt, verzweigt der Programmfluß zum Schritt 39, um dabei die Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die die Einspritzmenge mit dem kleineren Teilungsverhältnis darstellt, auf 0 (Null) zu setzen, während die Einspritzmen ge TIH der homogenen Verbrennung, die die Einspritzmenge mit dem größeren Tei lungsverhältnis ist, auf die Gesamteinspritzmenge TI gesetzt wird. In diesem Fall wird ei ne Einspritzung in einem Schritt durchgeführt, bei der die Einspritzung für eine homoge ne Verbrennung nur während des Ansaugtaktes stattfindet.

Im Gegensatz dazu verzweigt der Programmfluß im Falle, daß TIS ≧ TIH gilt, zu Schritt 40, um dabei die Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung, die die Einspritz menge mit dem kleineren Teilungsverhältnis darstellt, auf 0 (Null) zu setzen, während die Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die die Einspritzmenge mit dem größeren Teilungsverhältnis ist, auf die Gesamteinspritzmenge TI gesetzt wird. In die sem Fall wird eine Einspritzmenge in einem Schritt durchgeführt, bei der die Einsprit zung nur während des Verdichtungstaktes für eine geschichtete Verbrennung stattfin det.

Nach einer dieser Einstellungen geht der Programmfluß weiter zum Schritt 41, um die eingestellte Einspritzmenge TIH der homogenen Verbrennung, die während des An saugtaktes eingespritzt wird und die eingestellte Einspritzmenge TIS der geschichteten Verbrennung, die während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird, in ein vorgegebe nes Register zu übertragen. Danach wird das Programm beendet.

Dabei entsprechen die Verarbeitungsabschnitte der Schritte 31 und 32 der Einrichtung zum Teilen der Einspritzmenge, die Verarbeitungsabschnitte der Schritte 33 bis 35 ent sprechen dem Komperator und die Verarbeitungsabschnitte der Schritte 36 bis 40 ent sprechen der Regeleinrichtung für die geteilte Einspritzmenge.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann, basierend auf dem Flußdiagramm der Fig. 6, dessen Schritt 28 durch die Schritte 38 bis 40 des Flußdiagramms der Fig. 7, oder, basierend auf dem Flußdiagramm der Fig. 7, die Schritte 38 bis 40 durch den Schritt 28 des Flußdiagramms der Fig. 6 ersetzt werden.

Entsprechend der oben beschriebenen, vorliegenden Erfindung wird die in den Motor einzuspritzende Treibstoffmenge zum Zeitpunkt der Ausgabe eines Befehls zum Durchführen der Einspritzung in zwei Schritten entsprechend dem zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Soll-Luft-Treibstoffverhältnis durch das Teilungsverhältnis in die Einspritz menge für die homogene Verbrennung, die während des Ansaugtaktes eingespritzt wird, und in die Einspritzmenge für die geschichtete Verbrennung, die während des Verdichtungstaktes eingespritzt wird, unterteilt. Des weiteren wird eine jede der derart geteilten Einspritzmengen mit der kleinsten Ausgleichsmenge des Treibstoffeinspritz ventils verglichen. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs wird eine jede Ein spritzmenge derart eingestellt, daß die Einspritzmenge oder die Einspritzmengen, bei denen festgestellt wird, daß sie kleiner als die kleinste Ausgleichsmenge sind, auf 0 (Null) oder die kleinste Ausgleichsmenge gesetzt. Dadurch wird erreicht, daß das Auf treten einer Drehmomentschwankung oder Raucherzeugung aufgrund einer Neigung in Richtung magerer oder fetten Verbrennung eingeschränkt wird, welches andernfalls auftreten würde, wenn eine der Treibstoff-Einspritzmengen kleiner wäre als eine kleinste Ausgleichsmenge, so daß die gewerbliche Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung in hohem Maße gegeben und vielversprechend ist.

Claims

1. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung mit: einem Treib stoffeinspritzventil, durch das Treibstoff direkt in eine Verbrennungskammer des Motors einspritzbar ist, und einer Regeleinrichtung zum Umschalten der Ver brennungsart, durch die eine Verbrennungsart des Motors zumindest zwischen einer homogenen Verbrennung, bei der Treibstoff während des Ansaugtaktes eingespritzt ist, und einer geschichteten Verbrennung, bei der Treibstoff während eines Verdichtungstaktes eingespritzt ist, durch Umschalten in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors regelbar ist, wobei die Regeleinrichtung fol gende Merkmale aufweist:
einen Befehlsgeber für eine Einspritzung in zwei Schritten, durch den ein Befehl in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebszustand des Motors ausgebbar ist, eine Einspritzung in zwei Schritten durchzuführen, bei der ein Teil des Treibstoffs während des Ansaugtaktes und der restliche Treibstoff während des Verdich tungstaktes eingespritzt ist, und
eine Teileinrichtung für die Einspritzmenge, durch die zum Zeitpunkt der Ausgabe des Befehls, eine Einspritzung in zwei Schritten durchzuführen, eine Treibstoffein spritzmenge für den Motor in eine Einspritzmenge für die homogene Verbren nung, die während des Ansaugtaktes eingespritzt werden soll, und in eine Ein spritzmenge für die geschichtete Verbrennung, die während des Verdichtungs taktes eingespritzt werden soll, in einem Teilungsverhältnis entsprechend eines zu diesem Zeitpunkt herrschenden Soll-Luft-Treibstoff-Verhältnisses teilbar ist, und
wobei die Regeleinrichtung des weiteren aufweist:
einen Komparator, durch den die Einspritzmengen nach der Teilung mit einer kleinsten Ausgleichsmenge des Treibstoffeinspritzventils jeweils verglichen wer den, und
einen Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge, durch den die Einspritzmengen derart einstellbar sind, daß eine der Einspritzmengen, bei der festgestellt ist, daß sie kleiner als die kleinste Ausgleichsmenge des Einspritzventils ist, auf Null oder auf die kleinste Ausgleichsmenge gesetzt ist.

2. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge derart ausgestaltet ist, daß er die jenige Einspritzmenge, die ein kleineres Teilungsverhältnis aufweist, auf Null setzt, und die Einspritzmenge, die ein größeres Teilungsverhältnis aufweist, auf eine Gesamteinspritzmenge setzt, wenn bei einer der besagten Einspritzmengen festgestellt ist, daß sie kleiner als die kleinste Ausgleichsmenge ist.

3. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge derart ausgestaltet ist, daß er die jenige Einspritzmenge, die ein kleineres Teilungsverhältnis aufweist, auf die kleinste Ausgleichsmenge setzt, und diejenige Einspritzmenge, die ein größeres Teilungsverhältnis aufweist, auf den Rest setzt, der durch Subtraktion der klein sten Ausgleichsmenge von der Gesamteinspritzmenge erhalten wird, wenn bei einer der besagten Einspritzmengen festgestellt ist, daß sie kleiner als die klein ste Ausgleichsmenge ist.

4. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge derart ausgestaltet ist, daß er jede der Einspritzmengen jeweils auf die kleinste Ausgleichsmenge setzt, wenn festge stellt ist, daß jeweils beide Einspritzmengen kleiner als die kleinste Ausgleichs menge sind.

5. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Abgleicher für die geteilte Einspritzmenge derart ausgestaltet ist, daß er die jenige Einspritzmenge, die ein kleineres Teilungsverhältnis aufweist, auf Null setzt und diejenige Einspritzmenge, die ein größeres Teilungsverhältnis aufweist, auf eine Gesamteinspritzmenge setzt, wenn jeweils bei beiden besagten Ein spritzmengen festgestellt ist, daß sie kleiner als die kleinste Ausgleichsmenge sind.

6. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei ein Befehlsgeber für die Einspritzung in zwei Schritten derart ausgestaltet ist, daß er einen Befehl zur Durchführung der Einspritzung in zwei Schritten in einem Grenzbereich gibt, der zwischen einem Bereich der homogenen Verbrennung und einem Bereich der geschichteten Verbrennung liegt.

7. Regeleinrichtung für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei die Teileinrichtung für die Einspritzmenge derart ausgestaltet ist, das Teilungs verhältnis derart zu setzen, daß, je magerer das Soll-Luft-Treibstoffverhältnis ist, desto größer die Einspritzmenge für die geschichtete Verbrennung, die während des Verdichtungstaktes einzuspritzen ist, eingestellt ist.