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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kraftstoffsteuersystem
und -verfahren für
einen Verbrennungsmotor vom Zylindereinspritztyp (oder Typ mit Direkteinspritzung)
bei einem Kraftfahrzeug, bei dem Kraftstoff direkt in den Motorzylinder
eingespritzt wird gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffsteuerverfahren
und System für den
Verbrennungsmotor vom Zylindereinspritztyp, der mit einem Abgas-Rückführsystem
(abgekürzt EGR-System,
exhaust gas recirculation) ausgestattet ist, bei dem sich ein Kraftstoffeinspritz-Steuermodus (im
folgenden einfach als Einspritzmodus) verändern lässt, und zwar von einem Modus,
bei dem die Kraftstoffeinspritzung während einem Kompressionshub des
Motors zum Realisieren eines hohen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
(im folgenden als Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus bezeichnet)
durchgeführt
wird, zu einem Modus, in dem die Kraftstoffeinspritzung während einem
Ansaughub des Motors zum Realisieren eines niedrigen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
(im folgenden als Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus bezeichnet)
durchgeführt
wird, unter Gewährleistung
einer verbesserten Verbrennungseffizienz des Motors mittels Software
durch Ausweichen auf die entsprechend verbesserte Steuerprozedur
ohne dem Erfordernis, dass zusätzlich
hierfür eine
besondere Hardware-Komponente bzw. besondere Hardware-Komponenten
vorzusehen sind.
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In
DE 43 32 171 A1 ist
ein Verfahren für
den Betrieb einer Viertaktbrennkraftmaschine mit einer Fremdzündung und
einer Direkteinspritzung, und eine Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens beschrieben. Zur Reduktion einzelner Kraftstoffverbräuche und
zum Einhalten optimaler Abgas-Emissionwerte
wird vorgeschlagen, eine Brennkraftmaschine in unterschiedlichen
Betriebsbereichen gemäß einem
vorgegebenen Kennfeld nach unterschiedlichen Kriterien zu betreiben,
insbesondere im Hinblick auf die Regelung einer Ansaugluft und einer
Abgasrückführmenge.
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Für ein besseres
Verständnis
des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips wird nachfolgend detaillierter
der technische Hintergrund hierfür
beschrieben. Die 4 zeigt ein schematisches Diagramm
zum Darstellen eines üblichen
Kraftstoffsteuersystems für
einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Kraftstoffeinspritzer in einem
Einlassdurchgang oder -krümmer
(der außerhalb
des Zylinders montiert ist) installiert ist.
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Wie
in 4 gezeigt, wird ein Verbrennungsmotor (nachfolgend
einfach als Motor bezeichnet) für ein
Kraftfahrzeug allgemein durch ein Bezugszeichen 1 bezeichnet.
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Der
Motor 1 ist mit einem Einlassdurchgang ausgestattet, in
dem ein Einlassluftströmungssensor 2 bei
einer Position stromaufwärts
des Motors installiert ist, und zwar zum Messen der Luftströmung (einer
Menge von Einlassluft Qa) die dem Motor 1 zugeführt wird.
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Ferner
ist in dem Einlassdurchgang eine Drosselklappe 3 montiert,
die betriebsgemäß mit einem
(nicht gezeigten) Gaspedal gekoppelt ist, das durch den Fahrer des
Kraftfahrzeugs betätigt
wird, und zwar zum Regulieren der den Motor 1 zugeführten Luftströmung in Übereinstimmung
mit der Eindrücktiefe
des Gaspedals.
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Zum
Zweck des Detektierens der Winkelposition der Drosselklappe 3 als
Drosselöffnungsgrad α ist ein
Drosselöffnungsgradsensor 4 (der
auch als Drosselventilpositionssensor bezeichnet werden kann) in
Zuordnung zu der Drosselklappe 3 vorgesehen.
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In
Zuordnung zu einer Kurbelwelle des Motors 1 ist ein Kurbelwinkelsensor 5 zum
Detektieren einer Drehgeschwindigkeit (U/min) des Motors 1 vorgesehen,
sowie der Drehposition oder Winkelposition der Kurbelwelle. Demnach
erzeugt der Kurbelwinkelsensor 5 ein Kurbelwinkelsignal
SGT als Ausgangssignal, anhand dem sich Informationen im Zusammenhang
mit der Drehgeschwindigkeit (U/min) des Motors 1 ableiten
lässt,
sowie Information im Zusammenhang mit der Winkelposition der Kurbelwelle.
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Die
Temperatur Tw des Kühlwassers
für den Motor 1 wird
durch einen Wassertemperatursensor 6 detektiert, der somit
als Vorrichtung zum Detektieren des Aufwärmzustands des Motors 1 dienen
kann.
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Ein
O2-Sensor 7 ist in Zuordnung mit einem Abgasdurchgang 201 vorgesehen,
zum Detektieren einer Sauerstoffkonzentration oder Inhalts Do (gemäß dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis) des
von dem Motor 1 abgegebenen Abgases.
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Eine
elektronische Steuereinheit (die kurz auch als ECU-Einheit bezeichnet
wird, vgl. electronic control unit) 8 ist für die arithmetische
Bestimmung unterschiedlicher Stellgrößen in Übereinstimmung mit mit den
Betriebszuständen
des Motors 1 vorgesehen. Die ECU-Einheit 8 bildet
einen Hauptteil eines Motorregelsystems, und sie dient zum Festlegen
der Betriebszustände
des Motors 1 auf der Grundlage der von den zahlreichen
in dem Motor bei den gegebenen Positionen installierten Sensoren
ausgegebenen Detektionssignale. Die ECU-Einheit 8 ist zum
Erzeugen eines Stellsignals entworfen, und zwar in Übereinstimmung
mit dem Betriebszustand des Motors zum Realisieren der Verbrennung
der Luft/Kraftstoffmischung mit einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
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Eine
Zündkerze 9 ist
in der Verbrennungskammer jedes Motorzylinders installiert, und
sie unterliegt einer üblichen
Zündsteuerung.
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Wie
sich anhand von 4 erkennen läßt, ist parallel zu dem Einlaßdurchgang über die
Drosselklappe 3 ein Ausweich- bzw. Bypaßdurchgang vorgesehen, in dem
ein Luftausweichventil bzw. Luftbypaßventil 10 zum selektiven Öffnen und
Schließen des
Ausweichdurchgangs installiert ist. Demnach ist es möglich, die
Motordrehzahl oder Motorgeschwindigkeit (U/min) selbst dann zu regeln,
wenn die Drosselklappe 3 vollständig geschlossen ist (d.h.
selbst dann, wenn der Motor im Leerlauf betrieben wird).
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Ferner
läßt sich
das Luftausweichventil 10 für die Motordrehmomentregelung
im Laufzustand des Kraftfahrzeugs einsetzen.
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Ein
Kraftstoffeinspritzer 11 ist in dem Einlaßdurchgang
bei einer Position stromaufwärts
des Motors 1 montiert, und zwar zum Einspritzen des Kraftstoffs
in den Einlaßdurchgang.
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Ferner
ist ein EGR-Regelsystem vorgesehen, das zum Teil durch ein EGR-System 12 gebildet wird,
und zwar zum Regeln der Menge des rückgeführten Abgases (auch als Abgasrückführungs- oder EGR-Menge bezeichnet),
und zwar in den Verbrennungsraum des Motors 1 hinsichtlich
der Reduzierung des Inhalts der Stickoxide oder NOx, die durch das
Abgas geführt
werden.
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Ein
Zylinderidentifizierungssensor 13 ist in Zuordnung zu einer
mit der Kurbelwelle verketteten Nockenwelle vorgesehen, für die Ausgabe
eines Zylinderidentifiziersignals SGC zum gegenseitigen Unterscheiden
der Zylinder in denen die Verbrennung stattfindet.
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Die
Detektionssignale Qa, α,
SGT, Tw, Do und SGC, die anhand der Ausgangsgrößen jeweils des Einlaßluftströmungssensors 2,
des Drosselöffnungsgradsensors 4,
des Kurbelwinkelsensors 5, des Wassertemperatursensors 6,
des Sauerstoffsensors 7 und des Zylinderidentifiziersensors 13 abgeleitet
sind, werden bei der ECU-Einheit 8 als Information zum
Anzeigen des Betriebszustands des Motors 1 eingegeben.
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Andererseits
werden zahlreiche Komponenten wie die Zündkerze 9, das Luftdurchgangsventil 10,
der Kraftstoffeinspritzer 11 und das EGR-Ventil 12 jeweils
in Ansprechen auf die Steuersignale P, B, J und G angetrieben, die
demnach die Steuergrößen darstellen,
die arithmetisch durch die ECU-Einheit 8 bestimmt
sind.
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Wie
in 4 gezeigt, ist bei dem bisher bekannten Kraftstoffsteuersystem
des üblichen
Verbrennungsmotors der Kraftstoffeinspritzer 11 in dem Einlaßdurchgang
des Motors 1 montiert. In den zurückliegenden Jahren wurde jedoch
ein Kraftstoffeinspritzsystem vom Zylindereinspritztyp entwickelt
(das auch als Kraftstoffeinspritzsystem vom Direkteinspritztyp bekannt
ist), das das direkte Einspritzen des Kraftstoffs in den Motorzylinder
erlaubt.
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Da
das Kraftstoffsteuersystem vom Zylindereinspritztyp – wie nachfolgend
erläutert – Vorteile
verspricht, sowie günstige
Wirkungen, ist das Kraftstoffsteuersystem vom Zylindereinspritztyp
besonders attraktiv als ideales Kraftstoffeinspritzsteuersystem
für den
Motor eines Kraftfahrzeugs.
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(1) Reduzierung des Inhalts
schädlicher
Gase in dem Abgas.
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Allgemein
besteht bei dem Verbrennungsmotor vom Typ mit indirekter Kraftstoffeinspritzung, bei
dem der Kraftstoff außerhalb
des Zylinders eingespritzt wird, eine Wahrscheinlichkeit dahingehend, daß ein Teil
des eingespritzten Kraftstoffs sich leicht an dem Einlaßventil
und der Wand des Einlaßdurchgangs
ablagert. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Menge von Kraftstoff
in Betracht zu ziehen, die sich wahrscheinlich ablagert, bevor der
Kraftstoff in den Zylinder zugeleitet wird, insbesondere dann, wenn
der Motor aus einem Zustand mit geringer Temperatur gestartet wird,
in dem der Kraftstoff schwierig verdampft, oder wenn sich der Motor
in einem Übergangsbetriebsmodus
befindet, in dem die Kraftstoffzuführung mit relativ hoher Rate
zu verändern
ist. Im Gegensatz hierzu läßt sich
im Fall des Verbrennungsmotors vom Typ mit Zylindereinspritzung
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so
erhöhen,
daß die Luft/Kraftstoff-Mischung
mager wird, ohne Berücksichtigung
der sich aufgrund des Transports des Kraftstoffs ergebenden Verzögerung,
wodurch der Anteil an schädlichen
HC-(Kohlenwasserstoff)-Gas und CO (Kohlenmonoxid)-Gas reduziert
ist, der in dem Abgas geführt
wird.
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(2) Reduzierung der Kraftstoffkosten
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Bei
dem Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung wird der
Kraftstoff unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt
eingespritzt, wodurch eine Menge einer brennbaren Kraftstoffmischung
um die Zündkerze 9 im
Zeitpunkt des Zündens
gebildet wird. In anderen Worten ausgedrückt, ist die Gasmischung mit
dem Kraftstoff ungleichmäßig verteilt.
Demnach durchläuft
die Kraftstoff/Luftmischung eine sogenanne schichtweise Verbrennung.
Im Ergebnis kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in bezug auf die Menge
der in den Motorzylinder eingeführten
Luft und derjenigen des Kraftstoffs signifikant erhöht werden,
was bedeutet, daß sich
die Luft/Kraftstoff-Mischung merklich mager ausbilden läßt.
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Im übrigen wird
aufgrund der Realisierung der schichtweisen Verbrennung die Verbrennung
der Luft/Kraftstoff-Mischung kaum ungünstig beeinflußt, selbst
dann, wenn das Abgas mit erhöhtem
Verhältnis
rückgeführt wird.
Aufgrund dieses Merkmals und der zusätzlichen Reduzierung des Pumpverlustes (Engl.:
pumping less) läßt sich
der Kraftstoff-Kosten-Wirkungsgrad
des Motors signifikant verbessern.
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(3) Realisierung des Motors
mit hoher Ausgangsleistung
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Aufgrund
der schichtweisen Verbrennung der um die Zündkerze 9 herum konzentrierten Luft/Kraftstoffmischung
verringert sich die Menge des Endgases (Engl.: end gas, d.h., das
Luft/Kraftstoff-Mischungsgas in den Gebieten, die entfernt von der
Zündkerze 9 angeordnet
sind), was sich günstig auf
die Verbesserung der Klopffestigkeiteffizienz des Motors auswirkt.
Demnach läßt sich
das Verdichtungsverhältnis
des Verbrennungsmotors erhöhen.
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Da
zudem der Kraftstoff in den Zylinder in Gas umgesetzt oder vergast
wird, wird der Einlaßluft Wärme als
Verdampfungswärme
entzogen. Demnach läßt sich
die Dichte der Einlaßluft
bei verbessertem volumentrischen Wirkungsgrad erhöhen, was wiederum
eine hohe Ausgangsleistung des Motors verspricht.
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(4) Verbesserung der Fahrbarkeit
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Aufgrund
der direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder des Motorsystems
vom Typ mit Zylindereinspritzung ist im Vergleich zu dem Motorsystem vom
Typ mit (indirekter) Zylindereinspritzung die zwischen der Kraftstoffeinspritzung
und der Erzeugung des Ausgangsdrehmoments durch den Motor auftretende
Zeitverzögerung
kurz.
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Demnach
läßt sich
das Verbrennungsmotorsystem so realisieren, daß es schnell auf Anforderungen
der Fahrers ansprechen kann.
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Nun
erfolgt eine Beschreibung eines üblichen
Verbrennungsmotorsystems vom Typ mit Zylindereinspritzung für ein besseres
Verständnis
der Erfindung. Die 5 zeigt ein schematisches Diagramm
zum allgemeinen Darstellen einer Struktur eines üblichen Kraftstoffsteuersystems
für einen
Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung, wie es beispielsweise
in der nicht geprüften
japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung
Nr. 187819/1992 (JP-A-4-187819)
beschrieben ist. In der Figur sind Komponenten, die gleich oder äquivalent
zu den hier zuvor unter Bezug auf die 4 beschriebenen
sind, anhand derselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine wiederholte
detaillierte Beschreibung dieser Komponenten wird weggelassen.
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Bei
dem Verbrennungsmotorsystem vom Typ mit Zylindereinspritzung sind
Maßnahmen
zum Verbessern des Verbrennungswirkungsgrad bei dem Verbrennungsmotor
bei dem Motor selbst vorgesehen.
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Wie
in 5 gezeigt, ist ein Kraftstoffeinspritzer innerhalb
eines Zylinders des Motors 1 bei der Seite mit hohem Druck
montiert.
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Ein
Kraftstoff-Einspritzerstellglied 14 ist zwischen der ECU-Einheit 8 und
dem Kraftstoffeinspritzer 11 eingeschaltet, und zwar zum
Treiben des Kraftstoffeinspritzers mit hoher Geschwindigkeit und hohem
Druck in Ansprechen auf ein durch die ECU-Einheit 8 abgegebenes
Steuersignal J.
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In
diesem Zusammenhang zeigt ein Vergleich des in 5 gezeigten
Verbrennungsmotors vom Typ mit Zylindereinspritzung mit dem hier
zuvor unter Bezug auf die 4 beschriebenen,
daß sich der
erstere von dem letzteren strukturell dadurch unterscheidet, daß der Kraftstoffeinspritzer 11 zum
Zuführen
des Kraftstoffs nicht in dem Einlaßkrümmer montiert ist, sondern
daß er
in dem Zylinder (d.h., in der Verbrennungskammer) des Motors 1 installiert ist.
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Nebenbei
bemerkt, wird im Fall des Kraftstoffregelsystems für den Motor
vom Typ mit Zylindereinspritzung der Kraftstoffeinspritzer 11 gemäß Spezifikationen
für hohe
Geschwindigkeit/hohen Druck implementiert, so daß sich der Kraftstoff in den Zylinder
mit Hochdruck innerhalb einer kurzen Fortgangszeitperiode bei dem
Ansaughub und dem Kompressionshub einspritzen läßt. Demnach unterscheidet sich
das in 5 gezeigte Kraftstoffregelsystem von dem in 4 gezeigten
System auch dahingehend, daß das
Einspritzstellglied 14 zum Antreiben des Kraftstoffeinspritzers 11 zusätzlich vorgesehen ist.
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Nun
wird der Betrieb des üblichen
Kraftstoffregelsystems mit dem in 5 gezeigten
Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung erklärt, und
zwar unter Bezug auf ein in 6 gezeigtes
Zeitablaufdiagramm und ein in 7 dargestelltes
Flußdiagramm,
zusammen mit der 8, in der relevante Steuerdatenstrukturen
gezeigt sind.
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Die 6 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm zum Darstellen des Übergangs von einem Kraftstoffeinspritzmodus
M zwischen einem Kompressionshub-Einspritzmodus MA (d.h., dem Modus,
bei dem Kraftstoff direkt in den Zylinder während dem Kompressionshub eingespritzt
wird) und einem Ansaughub-Einspritzmodus MB (d.h., dem Modus, bei dem
der Kraftstoff während
dem Ansaughub eingspritzt wird), zusammen mit den Veränderungen
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
A/F, des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts Tj des Kraftstoffeinspritzers 11,
des Zündzeitpunkts
Tp der Zündkerze 9,
der EGR-Menge Qg und der Einlaßluftströmung oder
-menge Qa, die bei einem Übergang
des Kraftstoffeinspritzmodus M auftreten. In 6 ist der
Ansaughub-Einspritzmodus MA für
die Verbrennung des außerordentlich
mageren Luft/Kraftstoff-Gemisches dargestellt bzw. validiert, wohingehen
der Ansaughub-Einspritzmodus MB für die Verbrennung einer angereicherten Luft/Kraftstoff-Mischung dargestellt
ist.
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Im
Zeitpunkt t1 verändert
sich der Kraftstoffeinspritzmodus M ausgehend von dem Kompressionshub-Einspritzmodus
MA zu dem Ansaughub-Einspritzmodus MB. Ferner ändern sich im Zeitpunkt t2 die
Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Cj und die Zündsynchronisierung Tp zu den
Synchronisierungen für
den Ansaughub-Einspritzmodus von den Synchronisierungen für den Kompressionshub-Einspritzmodus.
Im Zeitpunkt t3 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F stabil. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im
Kompressionshub-Einspritzmodus MA wird durch A/FA dargestellt, und
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
im Ansaughub-Einspritzmodus MB wird durch A/FB dargestellt. Ferner
stellt die in 6 gezeigte Größe A/Fr
einen Referenzwert für
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
dar, auf dessen Grundlage der Zeitpunkt t2 bestimmt ist. Ferner
stellt das Referenzsymbol QgA die EGR-Menge im Kompressionshub-Einspritzmodus MA
dar, und QgB stellt die EGR-Menge im Ansaughub-Einspritzmodus MB
dar, QaA stellt die Einlaßluftströmung oder
-menge im Kompressionshub-Einspritzmodus
MA dar und QaB stellt die Einlaßluftmenge
im Ansaughub-Einspritzmodus MB dar.
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Wie
in 6 gezeigt, arbeitet das Kraftstoffeinspritzsystem
für den
Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung in zwei Kraftstoffeinspritzmodi,
d.h. im Kompressionshub-Einspritzmodus
MA und dem Ansaughub-Einspritzmodus MB Im Kompressionshub-Einspritzmodus
MA wird Kraftstoff dem Motor 1 während dem Kompressionshub zugeführt, zum
Bewirken der schichtweisen Verbrennung in den besonders mageren
Zustand (d.h. dem Zustand, in dem die Luft/Kraftstoff- Mischung übermäßig mager
ist), zum Verbessern der Emissions- und Kraftstoffverbrauchseigenschaften
des Motors. Andererseits wird im Ansaughub-Einspritzmodus MB Kraftstoff
während
dem Ansaughub eingspritzt. In diesem Fall wird die übliche Verbrennung
der einheitlichen Mischung realisiert, wodurch sich die Motorausgangsleistung
erhöhen
läßt.
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Die 7 zeigt
ein Flußdiagramm
zum Darstellen der Betriebsabfolge oder eines Steuerprogramms, das
in einem Mikrocomputer oder Mikroprozessor gespeichert ist, der
in der in 5 gezeigten ECU-Einheit 8 enthalten
ist. Ferner zeigt die 8 gewünschte Werte für zahlreiche
Steuergrößen in der
Form einer zweidimensionalen Abbildung als Funktion der Motordrehzahl
Ne (U/min) und der Motorlast Le. Beispielsweise sind jeweils Abbildungsdatenwerte
gemäß dem gewünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/Fo, der gewünschten
Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tjo, der gewünschten Zündsynchronisierung Tpo, der
gewünschten
EGR-Menge Qgo und der gewünschten
Einlaßluftmenge
Qao gezeigt.
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Wie
in 7 gezeigt, führt
die ECU-Einheit 8 eine Entscheidung hinsichtlich des Kraftstoffeinspritzmodus
M des Motors 1 durch, und zwar auf Grundlage der Information
gemäß der Einlaßluftmenge
Qa, des Drosselklappenöffnungsgrads α, des Kurbelwinkelsignals
SGT, der Kühlwassertemperatur
Tw, der Sauerstoffkonzentration Do des Abgases und des Zylinderidentifiziersignals
SGC, die jeweils von den zugeordneten und in dem Motor 1 installierten Sensoren
ausgegeben werden (Schritt S1), um hierdurch zu bestimmen, ob der
momentane Kraftstoffeinspritzmodus M der Ansaughub-Einspritzmodus MB ist
oder nicht (Schritt S2).
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Wird
im Schritt S2 entschieden, daß der
Motor 1 im Ansaughub-Einspritzmodus
MB arbeitet, d.h. führt
die Entscheidung im Schritt S2 zu einer Bestätigung "JA",
so bestimmt oder berechnet in einem Schritt S3 die ECU-Einheit 8 die
Steuergrößen für die Ansaughub-Kraftstoffeinspritzung
(vgl. 8), d.h. das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/Fo,
die gewünschte
Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tjo, die gewünschte Zündsynchronisierung Tpo, die
gewünschte
EGR-Menge Qgo und die gewünschte
Einlaßluftmenge
Qoa.
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In
diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die oben
erwähnten
gewünschten
Werte vorab berechnet sind, jeweils als die getrennt für die Ansaughub-Kraftstoffeinspritzung
und die Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzung festgelegten Werte, und
zwar in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl Ne (Drehgeschwindigkeit in U/min) und der
Motorlast Le (üblicherweise
dargestellt durch die Einlaßluftmenge
Qa in jedem Verbrennungszyklus).
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Anschließend wird
eine Nachlaufbearbeitung für
ein allmähliches
Verringern des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
A/Fo zum Anreichern der Luft/Kraftstoff-Mischung (Schritt S4) durchgeführt, worauf
anschließend
ein Schritt S5 folgt, derart, daß in dem Schritt S5 entschieden
wird, ob das gewünschte
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/Fo größer als ein
Referenzwert A/Fr ist (d.h., ob die Luft/Kraftstoff-Mischung mager
ist, um es anders auszudrücken).
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Wird
entschieden, daß das
gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/Fo
größer als
der Referenzwert A/Fr ist (d.h. in dem Fall, in dem der Entscheidungsschritt
S5 zu dem Ergebnis "JA" führt), so werden
die berechnete Werte für
die gewünschte Kraftstoff-Einspritzsynchronisierung
Tjo und die gewünschte
Zündsynchronisierung
Tpo für
die Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzung übernommen (Schritt
S6), worauf die Prozedur die in 7 gezeigte
Verarbeitungsroutine verläßt und mit
einer nachfolgenden Verarbeitung fortfährt.
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Wird
andererseits im Schritt S5 entschieden, dass das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/Fo gleich
oder kleiner als der Referenzwert A/Fr ist (d.h. in dem Fall, in
dem der Entscheidungsschritt S5 zu einer Verneinung "NEIN" führt), so
wird der Schritt S6 übersprungen,
und die im Schritt S3 für
die Ansaughub-Kraftstoffeinspritzung berechneten Werte für die gewünschte Kraftstoffeinspritzsynchronisierung
Tjo und die gewünschte
Zündsynchronisierung Tpo
werden übernommen,
worauf die Prozedur die in 7 dargestellte
Prozessroutine verlässt
und mit der nachfolgenden Bearbeitung fortfährt.
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Wird
im Gegensatz hierzu in dem vorangehenden Schritt S2 entschieden,
dass der Motor 1 nicht in dem Ansaughub-Einspritzmodus MB sondern in dem Kompressionshub-Einspritzmodus MA
arbeitete (d.h., führt
der Entscheidungsschritt S2 im Ergebnis zu einer Negierung "NEIN"), so werden das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/Fo,
die gewünschte
Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tjo, die gewünschte Zündsynchronisierung Tpo, die
gewünschte
EGR-Menge Qgo und
die gewünschte
Einlassluftmenge Qao für
die Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzung bestätigend als Steuergrößen bestimmt,
und zwar auf der Grundlage der Motordrehzahl (Motorgeschwindigkeit)
Ne und der Motorlast Le, wie zuvor im Zusammenhang mit dem Schritt
S3 erwähnt,
worauf die Steuerprozedur die in 7 gezeigte
Verarbeitungsroutine verlässt
und mit einer nachfolgenden Bearbeitung fortfährt.
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Durch
die Prozedur mit den oben beschriebenen Bearbeitungsschritten S1
bis S7 wird die Nachlaufbearbeitung (d.h., die Bearbeitung zum allmählichen
Verringern) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F im Zeitpunkt t1
gestartet, in dem sich – wie
in 6 gezeigt – der
Kraftstoffeinspritzmodus M von dem Kompressionshub- Einspritzmodus MA
zu dem Ansaughub-Einspritzmodus B verändert.
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Ferner
werden im Zeitpunkt t2, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
gleich oder kleiner als der Referenzwert A/Fr wird, die Kraftstoffeinspritzsynchronisierung
Tj und die Zündsynchronisierung Tp
von den Synchronisierungen für
die Kompressionshubverbrennung zu den Synchronisierungen für die Ansaughubverbrennung
geändert.
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Im
Zusammenhang mit der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus M von dem Kompressionshub-Einspritzmodus MA
zu dem Ansaughub-Einspritzmodus MB ist zu erwähnen, daß die Verbrennung zu Instabilitäten neigt,
da nicht nur das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F und die Kraftstoffeinspritzsynchronsierung
Tj verändert
werden, sondern auch die Steuergrößen, z.B. die Zündsynchronisierung
Tp, die EGR-Menge Qg und die Einlaßluftmenge Qa.
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Beispielsweise
wird bei einer Veränderung des
Kraftstoffeinspritzmodus M von dem Kompressionshub-Einspritzmodus MA
zu dem Ansaughub-Einspritzmodus MB, wie in 6 gezeigt,
nachfolgend das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F, die EGR-Menge Qg und
die Einlaßluftmenge
Qa von den Steuergrößen A/FA,
QgA und QaA für
die Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzung
zu den Steuergrößen A/FB,
QgB und QaB für
die Ansaughub-Kraftstoffeinspritzung geändert, worauf die nachfolgende
Steuerung beginnt.
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In
diesem Fall wird im Zusammenhang mit der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
A/F der Nachlaufbetrieb ausgehend von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/FA
zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/FB
gestartet, und zwar zum Unterdrücken
einer abrupten oder stoßartigen
Veränderung
des Motordrehmoments.
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Andererseits
lassen sich die Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tj und die Zündsynchronisierung
Tp momentan zu der Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tj und der
Tp für
die Ansaughub-Verbrennung ausgehend von den Größen für die Kompressionshubverbrennung
im Zeitpunkt t2 verändern,
in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F gleich oder kleiner als der vorgegebene Referenzwert A/Fr wird (d.h.,
im Zeitpunkt, in dem die Luft/Kraftstoffmischung mager wird), da
zwei stabile Zeitpunkte hinsichtlich der Verbrennung in dem Kompressionshub
und dem Ansaughub vorliegen.
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Ferner
ist im Zusammenhang mit der Steuerung der EGR-Menge Qg und der Einlaßluftmenge Qa
zu erwähnen,
daß bei
einer Veränderung
der Kraftstoffeinspritzmodus M von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
zu dem Ansaugmodus-Kraftstoffeinspritzmodus
eine Zeitverzögerung bei
der EGR-Menge QgA
und der Einlaßluftmenge QaA
auftritt, und zwar jeweils bis zum Erreichen der gewünschten
EGR-Menge QgB und der gewünschten
Einlaßluftmenge
QaB (als gewünschte
Steuergrößen) nach
der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus M.
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Da
jedoch die dem Motor 1 zugeführte Einlaßluftmenge Qa durch den Einlaßluftströmungssensor 2 (vgl. 5)
gemessen wird, kann die Verzögerung
im Zusammenhang mit der Zuführung
der Einlaßluft
zu dem Motor bei der oben erwähnten
Modusveränderung
gemessen werden. Demnach übt
die Verzögerung
bei der Zuführung
der Einlaßluft
keinen nennenswerten Einfluß auf
die Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F aus, da das letztere auf
der Grundlage des Meßwertes
gesteuert wird, der anhand der Ausgangsgröße des Einlaßluftstrmungssensors 2 abgeleitet
wird.
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Im
Gegensatz hierzu kann sich die EGR-Menge Qa, die so festgelegt ist,
dass die Verbrennung ohne Fehler durchgeführt werden kann, dann verändern, wenn
sich die Einlassluftmenge Qa und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
bei einer Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus M verändern. In anderen Worten ausgedrückt, verändert sich
die EGR-Menge Qg in Übereinstimmung
sowohl des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
A/F und der Einlassluftmenge Qa, die sich bei jeder Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus M verändern.
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Demnach
kann eine Situation mit instabiler Verbrennung auftreten, obgleich
dies von der Kombination der variablen Parameter abhängt, z.B.
dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F, der Einlassluftmenge Qa und anderer Größen.
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Zusätzlich ist
zu erwähnen,
dass in dem Kraftstoffsteuersystem für den Verbrennungsmotor vom
Typ mit Zylindereinspritzung der Kraftstoff dem Motorzylinder unmittelbar
vor dem Zündzeitpunkt
zugeführt
wird, so dass die schichtweise Verbrennung in dem Kompressionshub-Einspritzmodus MA
auftreten kann, wie hier zuvor beschrieben. Demnach liegt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der
Luft/Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze 9 bei der
tatsächlichen Verbrennung
in der Nähe
des stöchiometrischen
Verhältnisses
von 14,7, obgleich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
der zugeführten
Mischung bei 30 oder mehr liegt.
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Sicherlich
findet bei dem Kraftstoffsteuersystem vom Typ mit indirekter Einspritzung,
bei dem der Kraftstoff in den Einlassdurchgang (vgl. 4)
eingespritzt wird, die Verbrennung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von
ca. 20 (magere Verbrennung) statt, nachdem die Einlassluft und der
Kraftstoff einheitlich vermischt sind. Im Gegensatz hierzu erfolgt bei
dem Kraftstoffsteuersystem für
den Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung die Verbrennung
im Kompressionshub-Einspritzmodus durch Zünden des um die Zündkerze 9 herum
vorliegenden Luft/Kraftstoff-Gemisches
und mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
von ca. 16. Demnach wird bei dem Kraftstoffsteuersystem für den Verbrennungsmotor
vom Typ mit Zylindereinspritzung eine größere Menge von Stickstoffoxiden
(NOx) im Vergleich zu dem Motor vom Typ
mit indirekter Einspritzung abgeleitet. Unter derartigen Umständen wird bei
dem Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung ein großer Umfang
bzw. eine große Menge
von Abgas in den Motor rückgeführt, im
Hinblick auf die Realisierung einer Reduzierung der Stickoxide (NOx).
-
Wie
nun anhand der vorangehenden Beschreibung ersichtlich, erfolgt bei
dem Kraftstoffsteuersystem bei dem Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung
der bekannten Art, wie er beispielsweise in der japanischen nicht
geprüften
Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 187819/1992 (JP-A-4-187819) beschrieben ist, die Verbrennung
in dem Kompressionshub-Einspritzmodus MA durch Kombinierung der
schichtweisen Verbrennung, die sich durch feines Steuern der Kraftstoffeinspritzsynchronisierung
Tj und der Zündsynchronisierung
Tp realisieren läßt, sowie
durch Rückführung eines
großen
Umfangs bzw. einer großen
Menge von Abgas, die bei dem üblichen
Motor 1 vom Typ mit indirekter Einspritzung (vg. 4)
zu einer Verschlechterung der Verbrennung führt.
-
Andererseits
wird in dem Ansaughub-Einspritzmodus MB, der ein hohes Ausgangsdrehmoment
des Motors gewährleisten
kann, die Kraftstoffeinspritzung ähnlich zu derjenigen des Motors
mit indirekter Einspritzung durchgeführt, um hierdurch eine einheitliche
Verbrennung der Mischung zu bewirken.
-
Verändert sich
der Kraftstoffeinspritzmodus M in den Zustand der angereicherten
Verbrennung im Ansaughub-Einspritzmodus MB ausgehend von dem Zustand
mit besonders magerer Verbrennung in dem Kompressionshub-Einspritzmodus
MA, so verändert sich das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F, die EGR-Menge Qg, die Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tj
und die Zündsynchronisierung
Tp entsprechend unter der Steuerung der ECU-Einheit, und gleichzeitig
wird die dem Motor 1 zugeführte Menge von Einlaßluft durch Steuerung über das
Luftausweichventil 10 (vgl. 5) verringert,
damit eine Schwankung des Ausgangsdrehmoments des Motors vermieden
wird, die andernfalls durch die Veränderung von dem Kompressionshub-Einspritzmodus
MA in den Ansaughub-Einspritzmodus
MB bewirkt werden könnte.
-
Auf
diese Weise sind zum Verändern
des Kraftstoffeinspritzung M in den Ansaughub-Einspritzmodus MB
ausgehend von dem Kompressionshub-Einspritzmodus MA eine große Zahl
von Steuerparameter gleichzeitig zu verändern, damit die Veränderung
oder Variation des Verbrennungszustands möglich wird.
-
Im
Zusammenhang mit der gleichzeitigen Veränderung von vielen Steuerparametern
ist jedoch zu erwähnen,
daß der
Wirkung der Komponenten, die der Steuerung mit den jeweiligen Parametern
unterzogen werden, sowie aufgrund der Alterung derselben, der Änderung
der Umgebungsbedingungen während
des Laufs des Kraftfahrzeugs und/oder der Unterschiede der Verbrennungszustände eine
solche Situation auftreten kann, in der der Übergang des Verbrennungszustands
nicht gleichmäßig zu der
Verbrennung mit einheitlicher Mischung ausgehend von der schichtweisen
Verbrennung durchgeführt
werden kann, was zu einer möglicherweise
instabilen Verbrennung und somit einer Schwankung der Drehgeschwindigkeit
des Motors 1 bei einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzmodus
M führt.
-
Unter
diesen Umständen
erfolgt eine derartige Übergangssteuerung
für die
Steuerparameter, daß bei
einer Veränderung
des Kraftstoffeinspritzung M des Motors 1 die Parameter,
die die EGR-Menge Qe und die Einlaßluftmenge Qa der Steuerung,
bei denen üblicherweise
eine Verzögerung
auftritt, vorrangig bei der Übergangssteuerung
der Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tj und der Zündsynchronisierung
Tp gesteuert werden, so daß sich
die Übergangssteuerung
der einzelnen betroffenen Komponenten wirksam in einem gleichen
Zeitpunkt durchführen
läßt.
-
Bei
dem Kraftstoffsteuersystem für
den Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung erfolgt u.a.
die Rückführung einer
großen
Menge von Abgas in vielen Betriebsbereichen des Motors. Demnach
kann selbst dann, wenn die EGR-Steuerung wirksam gleichzeitig mit
der Steuerung der anderen relevanten Komponenten bei einem Übergang
des Kraftstoffeinspritzmodus M durchgeführt wird, tatsächlich eine
solche Situation auftreten, daß die Luft/Kraftstoff-Mischung
einer Verbrennung im Verlauf einer Veränderung der EGR-Menge Qg (und demnach
mit zahlreichen EGR-Mengen) unterzogen wird, was ein Problem dahingehend
darstellt, daß dies
zu einem instabilen Zustand der Verbrennung führen kann.
-
Wie
anhand der vorausgehenden Ausführungen
verständlich,
wird bei dem Kraftstoffsteuersystem für den Verbrennungsmotor vom
Typ mit Zylindereinspritzung die Übergangssteuerung des Kraftstoffeinspritzmodus
so durchgeführt,
daß die Kraftstoffeinspritzsynchronisierung
Tj, die Zündsynchronisierung
Tp und andere Parameter unter Steuerung verändert werden, nachdem die EGR-Menge Qg
und die Einlaßluftmenge
Qa vorrangig gesteuert wurden.
-
Jedoch
kann die in dem Motor eingeführte EGR-Menge
Qg fortlaufend selbst nach der Übergangssteuerung
der Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tj und der Zündsynchronisierung
Tp schwanken, was zu einem Problem dahingehend führt, daß hierdurch der instabile Verbrennungszustand
auftreten kann.
-
Im
Lichte des oben beschriebenen Stands der Technik wird im Rahmen
der vorliegenden Erfindung die Lösung
der oben erwähnten
Probleme durch Bereitstellung einer verbesserten Regeltechnik angestrebt.
-
Demnach
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung
eines Kraftstoffregelverfahrens und Systems für einen Verbrennungsmotor vom
Zylindereinspritztyp, derart, dass das Verfahren und System in der
Lage sind, den Kraftstoffeinspritzmotor so zu verändern, dass
ein glatter Übergang
von dem Kompressionshub-Einspritzmodus zu dem Ansaughub-Einspritzmodus
bei Gewährleistung eines
stabilen Verbrennungszustands möglich
ist.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe gelöst
durch ein Kraftstoffregelsystem für einen Verbrennungsmotor mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Durch
die obigen Ausführungsformen
lässt sich
der Kraftstoffeinspritzmodus M glatt zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
ausgehend von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus durch Regeln
des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses durchführen, sowie
der Zündeinspritzsynchronisierung
und der Zündsynchronisierung,
und zwar bei Gewährleistung
eines stabilen Verbrennungszustands, nachdem sich der veränderte Abgas-Rückführzustand stabilisiert hat.
-
Die
Fahrbarkeit des Motors und demnach diejenige des Kraftfahrzeugs
ist selbst dann verbessert, wenn die Veränderungsrate der Motordrehzahl variiert.
-
Weiterhin
lässt sich
die Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus im wesentlichen unmittelbar ohne jede
spürbare
Zeitverzögerung
selbst dann realisieren, wenn die Veränderungsrate der Motordrehzahl
hoch ist, wodurch sich die Fahrbarkeit des Motors sowie diejenige
des Kraftfahrzeugs verändern lässt.
-
Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die elektronische Steuereinheit so entworfen
sein, daß bei
Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Leerlaufbetriebsbereich
zum Zeitpunkt der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus des Verbrennungsmotors von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
die Regelung der Abgas-Rückführvorrichtung
fortlaufend durchgeführt, vorrangig
zu der Veränderung
anderer Regelgrößen, und
zwar bei dem Ansaubhub-Kraftstoffeinspritzmodus während einer
längeren
Vorlaufzeitperiode als in jedem anderen Betriebsbereich.
-
Aufgrund
des oben erwähnten
Aufbaus läßt sich
die Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus gleichmäßig und glatt insbesondere
in dem Leerlaufzustandsbereich durchführen (d.h. dem Betriebsbereich,
in dem die Einlaßluftmenge
gering ist), bei dem die Verbrennung stabil bei sich kaum verändernder Einlaßluft-Strömungsrate
durchgeführt
werden muß und
indem der Verbrennungszustand leicht von dem Fahrer wahrgenommen
wird.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die elektronische Steuereinheit so entworfen
sein, daß bei
Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Beschleunigungsbetriebsbereich
im Zeitpunkt der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus des Verbrennungsmotors von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus zu
dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
eine Vorlauf zeitperiode zum Verändern
der Regelgröße für die Abgas-Rückführvorrichtung
vorab zu anderen Regelgrößen für den Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
kürzer
als bei jedem anderen Betriebsbereich gesetzt wird.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die elektronische Steuereinheit so entworfen sein,
daß bei
einer Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus des Verbrennungsmotors von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
eine Vorlaufzeitperiode zum Verändern
der Regelgröße für die Abgas-Rückführvorrichtung
variabel als Funktion der Drehgeschwindigkeit (U/min) des Verbrennungsmotors
gesetzt ist.
-
Aufgrund
des oben erläuterten
Aufbaus läßt sich
die Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus gleichmäßig unabhängig von der Motordrehzahl (U/min)
realisieren.
-
Ferner
wird die genannte Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren zum Regeln der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor
vom Typ mit Zylinderdirekteinspritzung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
5.
-
Ferner
sollte dann, wenn der Verbrennungsmotor in einem Leerlauf-Betriebsbereich
im Zeitpunkt der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus des Verbrennungsmotors von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
(MA) zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus durchgeführt wird, die
Regelung der Abgas-Rückführung vorzugsweise vorrangig
zu jeder anderen Regelung für
den Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
durchgeführt
werden, und zwar während
einer längeren
Vorlaufzeitperiode als in jedem anderen Betriebsbereich.
-
Ferner
sollte dann, wenn der Verbrennungsmotor im Zeitpunkt der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus des Verbrennungsmotors von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
in einem Beschleunigungsbetriebsbereich betrieben wird, eine Vorlaufzeitperiode
zum Verändern
der Regelung der Abgas-Rückführung vorrangig
zu anderen Regelungen für
den Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus vorzugsweise kürzer gesetzt
werden als für
jeden anderen Betriebsbereich.
-
Gemäß den technischen
Lehren der vorliegenden und oben beschriebenen Erfindung lässt sich das
Kraftstoffregelverfahren und -system für den Verbrennungsmotor vom
Typ mit Zylindereinspritzung realisieren, das eine Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
in gleichmäßiger Weise
bei Aufrechterhaltung der Stabilität der Verbrennung ermöglicht,
wodurch die Fahrbarkeit sowie die Kraftstoffkosteneffizienz des
Motors und somit des Kraftfahrzeuges signifikant verbessert ist.
Weiterhin lassen sich die technischen Lehren der vorliegenden Erfindung
softwaremäßig durch
zugeordnete Modifizierung eines Kraftstoffeinspritz-Steuerprogramms
realisieren, das durch einen in der elektronischen Steuereinheit
enthaltenen Mikrocomputer durchgeführt wird, ohne der Anforderung,
zusätzlich
spezielle Einrichtungen vorzusehen. Demnach lässt sich die vorliegenden Erfindung
bei bestehenden Kraftstoffregelsystemen für Verbrennungsmotoren vom Typ
mit Zylindereinspritzung anwenden, ohne dem Erfordernis, die Hardware-Konfiguration
des Kraftstoffregelsystems und des Motorsystems zu ändern oder
zu modifizieren. In anderen Worten ausgedrückt, lässt sich die vorliegende Erfindung
sehr kostengünstig
bei Gewährleistung
außerordentlich
vorteilhafter Wirkungen durchführen.
-
Die
obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und zugeordnete Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich einfach anhand der Lektüre der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
hiervon, die lediglich beispielhaft erfolgt, im Zusammenhang mit
der beiliegenden Zeichnung.
-
Im
Verlauf der Beschreibung erfolgt ein Bezug auf die Zeichnung; es
zeigt:
-
1 ein
Zeitablauf/Signalformdiagramm zum Darstellen der Veränderungen
der zahlreichen Größen und
Parameter bei einem Übergang
von einem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus zu einem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
in einem Kraftstoffregelsystem für
einen Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ein
Flußdiagramm
zum Darstellen der Regelprozedur zum Verändern eines Kraftstoffeinspritzmodus
ausgehend von einem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus,
wie sie durch eine elektronische Steuereinheit durchgeführt wird,
die in dem Kraftstoffregelsystem gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
-
3 eine
Ansicht zum graphischen Darstellen einer Anlaufzeit zum Validieren
der Abgas-Rückführ-Änderungsregelung im Vorlauf
zu einer Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus als Funkltion einer Motordrehzahl bei
dem Kraftstoffregelsystem für
einen Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen eines üblichen Kraftstoffregelsystems
für einen Verbrennungsmotor
vom Typ mit indirekter Kraftstoffeinspritzung;
-
5 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer Struktur eines üblichen
Verbrennungsmotors vom Typ mit Zylindereinspritzung, der mit einem
Kraftstoffregelsystems ausgestattet ist, bei dem sich die vorliegende
Erfindung anwenden läßt;
-
6 ein
Zeitablauf/Signalform-Diagramm zum Darstellen eines Kraftstoffeinspritzmodus-Veränderungs-Regelbetriebs, der
von dem in 5 gezeigten üblichen Kraftstoffregelsystem
durchgeführt wird;
-
7 ein
Flußdiagramm
zum Darstellen einer Kraftstoffeinspritzmodus-Veränderungsprozedur,
die von einer elektronischen Steuereinheit durchgeführt wird,
die in dem in 5 gezeigten üblichen Kraftstoffregelsystems
enthalten ist; und
-
8 eine
Ansicht zum Darstellen einer Struktur von Abbildungsdaten zum Darstellen
gewünschter
Werte für
die Regelgrößen, die
vorab festgelegt und gespeichert sind, für eine Bezugnahme bei der Durchführung der
Kraftstoffeinspritzmodus-Veränderungsregelungsprozedur.
-
Nun
wird die vorliegende Erfindung detailliert im Zusammenhang mit dem
beschrieben, was momentan als bevorzugte oder typische Ausführungsformen
hiervon angesehen wird, unter Bezug auf die Zeichnung. In der folgenden
Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile über die
einzelnen Ansichten hinweg.
-
Nun
erfolgt eine Beschreibung des Kraftstoffregelsystems für den Verbrennungsmotor
vom Typ mit Zylindereinspritzung (oder vom Typ mit Direkteinspritzung)
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Die 1 zeigt ein Zeitablauf/Signalform-Diagramm
zum Darstellen der Kraftstoffeinspritz-Veränderungsregelprozedur in dem
Kraftstoffregelsystems gemäß der momentanen
Ausführungsform,
derart, dass die Symbole "M", "MA", "MB", "A/F", "A/FA", "A/Fr", "A/FB", "Qg", "QgA", "QgB", "Qa", "QaA" und "QaB" dieselben Bedeutungen
haben wie sie zuvor unter Bezug auf die 6 beschrieben
wurden. Demnach wird eine wiederholte Beschreibung hiervon weggelassen.
-
Wie
im Fall der 6 ist in 1 ein Übergang
des Kraftstoffeinspritzmodus M von dem Kompressionshub-Einspritzmodus (übermäßig mager) MA
zu dem Ansaughub-Einspritzmodus
MB dargestellt.
-
Ferner
stimmt die Systemkonfiguration des Kraftstoffregelsystems gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung im wesentlichen mit der in 5 gezeigten überein.
Weiterhin stimmen gewünschte
Wertabbildungsdaten, die bei der vorliegenden Ausführungsform
eingesetzt werden, im wesentlichen mit den in 8 gezeigten überein.
-
Unter
Bezug auf die 1 bezeichnet das Bezugszeichen
TM einen Zählerwert
eines Zeitgebers zum Bewirken der EGR-Veränderungsregelung, die
vorab zu der Veränderung
der anderen Regelgrößen für den Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
MB zu validieren ist, und τ bezeichnet
die vorausgehende Zeit oder Anlaufzeit, um die die EGR-Veränderungsregelung
der letzteren vorangeht. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Vorlauf- oder Anlaufzeit τ so zu setzen ist, dass sie
ausreichend länger
als eine Zeit ist, die einer Zeitverzögerung im Zusammenhang mit der
Veränderungsregelung
der EGR-Menge Qg ist (d.h., der Verzögerung, die äquivalent zu
der Zeit ist, die verstreicht, bis sich die EGR-Menge Qg ausgehend
von einem stabilen Zustand für
den Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
zu einem anderen für
den Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
in Ansprechen auf einen zugeordneten Regelbefehl verändert).
-
Übrigens
kann der Zeitgeber zum Einstellen der Anlaufzeit τ in der ECU-Einheit 8 als
ein Zähler enthalten
sein, in dem der Zeitgeberzählwert
TM plaziert ist.
-
Nun
erfolgt unter Bezug auf die 1 und 2 in
Kombination mit den 5 und 8 eine Beschreibung
des Betriebs des Kraftstoffregelsystems für den Verbrennungsmotor vom
Typ mit Zylindereinspritzung gemäß der ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
-
Die 2 zeigt
ein Flußdiagramm
zum Darstellen der Regelbetriebsabfolge oder Regelprozedur, die
zum Verändern
des Kraftstoffeinspritzmodus M durch die ECU-Einheit durchgeführt wird,
die in dem Kraftstoffregelsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung enthalten ist. In diesem Flußdiagramm ergibt sich im wesentlichen
eine Übereinstimmung
von dem Schritt S1 zu dem Schritt S7 zu den hier zuvor unter Bezug
auf die 7 beschriebenen. Demnach ist
eine wiederholte Beschreibung dieser Prozeßschritte nicht erforderlich.
-
Wie
zuvor erwähnt,
wird bei einer Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus M von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus
MA (d.h., dem Modus, bei dem Kraftstoff direkt in den Zylinder während dem
Kompressionshub des Motors eingespritzt wird), zu dem Ansaughub-Einspritzmodus MB (d.h.,
dem Modus, bei dem der Kraftstoff direkt in den Zylinder während dem
Ansaughub des Motors eingespritzt wird) in einem Zeitpunkt t1 (vgl. 1),
in dem Schritt S2 entschieden, daß der momentane Kraftstoffeinspritzmodus
M der Ansaughub-Einspritzmodus ist (d.h., die Entscheidung im Schritt
S2 führt
zum Ergebnis "JA"), woraufhin die
Durchführung
der Prozedur oder des Prozeßablaufs – um es
in anderer Weise auszudrücken – zu einem
nächsten
Schritt S13 übergeht.
-
In
dem Schritt S13 führt
die ECU-Einheit 8 eine Entscheidung dahingehend durch,
ob der vorangehende Kraftstoffeinspritzmodus M der Kompressionshub-Einspritzmodus
MA war oder nicht. Wird entschieden, daß der vorangehende Kraftstoffeinspritzmodus
M der Kompressionshub-Einspritzmodus MA war (d.h., führt die
Entscheidung im Schritt S13 zu dem Ergebnis einer Bejahung "JA"), dann wird davon ausgegangen,
daß sich
vorab der Kraftstoffeinspritzmodus M verändert hat.
-
Demnach
wird als Zählwert
TM des Zeitgebers für
die vorrangige Übergangsregelung
für die Abgas-Rückführung die
Anlaufzeit τ (z.B.
0,2 Sekunden) in einem Schritt S14 gesetzt, worauf der Prozeßablauf
zu einem Kraftstoffeinspritzmodus-Entscheidungsschritt S17 fortschreitet.
-
Wird
hiernach in dem Schritt S13 in dem nachfolgenden Verarbeitungszyklus
entschieden, daß der
vorangehende Kraftstoffeinspritzmodus M der Ansaughub-Einspritzmodus
MB war (d.h. führt die
Abfrage im Schritt S13 zu dem Ergebnis einer Verneinung "NEIN"), so wird der Zeitgeberzählwert in einem
Schritt S15 nach unten gezählt
oder dekrementiert, und anschließend geht der Prozeßablauf
zu dem nachfolgenden Schritt S17 über.
-
Ferner
wird dann, wenn in dem Entscheidungsschritt S2 entschieden wird,
daß der
momentane Kraftstoffeinspritzmodus M nicht der Ansaughub-Einspritzmodus
MB sondern der Kompressionshub-Einspritzmodus MA ist (d.h., wenn
der Entscheidungsschritt S2 zu dem Ergebnis "NEIN" führt), der
Zeitgeberzählwert
TM zu Null rückgesetzt
(Schritt S16), und der Prozeßablauf
geht zu dem nächsten Schritt
S17 über.
-
Durch
die oben beschriebene Prozedur wird die EGR-Menge Qg verändert, ausgehend
von dem Zeitpunkt t1, bei dem sich der Kompressionshub-Einspritzmodus
MA zu dem Ansaughub-Einspritzmodus MB
verändert,
wie in 1 gezeigt, während
die EGR-Menge QgA ihren Kompressionshub (für die Verbrennung mit magerer
Mischung) zu der EGR-Menge QgB für
den Ansaughub (für
die normale Verbrennung) verändert
wird.
-
Während der
Zeitperiode gemäß der Anlaufzeit τ (d.h., von
dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t11), liegt weiterhin ein derartiger
Regelzustand vor, in dem lediglich die EGR-Menge Qg in Übereinstimmung
mit der EGR-Menge QgB im Ansaughub geregelt wird. Üblicherweise
wird in diesem Zustand (oder bei dem Ansaughub) das Abgas nur gering
rückgeführt.
-
Anschließend erfolgt
in dem Schritt S17 eine Entscheidung dahingehend, ob der Kraftstoffeinspritzmodus
M und der Ansaughub-Einspritzmodus MB ist oder nicht. Wird entschieden,
daß der
Kraftstoffeinspritzmodus M der Kompressionshub-Einspritzmodus MA ist (d.h., führt die
Entscheidung im Schritt S17 zu dem Ergebnis "NEIN"),
so wird der hier zuvor beschriebene Schritt S7 für den Kompressionshub-Einspritzmodus MA
durchgeführt.
Hiernach verläßt die Prozeßablauf
die in 2 dargestellte Prozeßroutine, und eine nachfolgende
Prozedur wird durchgeführt.
-
Wird
andererseits im Schritt S17 entschieden, daß der Kraftstoffeinspritzmodus
M der Ansaughub-Einspritzmodus MB ist (d.h., führt die Entscheidung im Schritt
S17 zu dem Ergebnis "JA"), dann wird in einem
Schritt S18 entschieden, ob der Zeitgeberzählwert TM zu Null dekrementiert
wurde oder nicht (d.h., ob die Anlaufzeit τ verstrichen ist oder nicht).
-
Führt die
Entscheidung im Schritt S18 zu dem Ergebnis "JA",
was den Zeitgeberzählwert
CM von Null indiziert, so bedeutet dies, daß die Anlaufzeit τ (Sekunden)
seit der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus zu dem Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus MB ausgehend
von dem Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus MA verstrichen
ist. Demnach werden die zuvor beschriebenen Prozeßschritte
S3 bis S6 für
den Ansaughub-Einspritzmodus MB durchgeführt, worauf der Prozeßablauf
die in 2 dargestellte Routine verläßt und zu der nachfolgenden
Prozedur übergeht.
-
Führt andererseits
die Entscheidung im Schritt S18 zu dem Ergebnis "NEIN",
was einen Zeitgeberzählwert
TM größer als
Null indiziert, so bedeutet dies, daß die Anlaufzeit τ noch nicht
verstrichen ist. Demnach wird der zuvor beschriebene Regelgrößenberechnungsschritt
S7 für
den Kompressionshub-Einspritzmodus
MA durchgeführt,
worauf die gewünschte
EGR-Menge Qgo (d.h.,
die EGR-Menge QgB) für
den Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus MB
in einem Schritt S19 berechnet wird.
-
Hiernach
verläßt der Prozeßablauf
die in 2 dargestellte Prozeßroutine, und er geht zu der nachfolgenden
Prozedur über.
-
Auf
diese Weise wird lediglich die EGR-Menge Qg so geregelt, daß sie die
EGR-Menge QgB für den
Ansaughub-Einspritzmodus MB annimmt, bis die Anlaufzeit τ verstrichen
ist.
-
Auf
diese Weise wird durch Ausführen
der Prozeßschritte
S3 bis S7 und der Schritt S17 bis S19 in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffeinspritzmodus
M und dem Zeitgeberzählwert
TM jede der Regelgrößen derart
verändert,
wie in 1 gezeigt.
-
Insbesondere
beginnen sich in einem Zeitpunkt t11, in dem der Zeitgeberzählwert TM
Null wird (d.h., wenn die Anlaufzeit τ seit dem Verändern des Kraftstoffeinspritzmodus
M verstrichen ist), das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F und die Einlaßluftmenge
Qa (auf die auch jeweils als Regelgröße Bezug genommen wird) zu ändern, und
zwar ausgehend von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/FA und der Einlaßluftmenge
QaA (Regelgrößen) für den Kompressionshub
zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/FB
und der Einlaßluftmenge
QaB als (Regelgrößen) für den Ansaughub.
-
In
diesem Fall wird im Hinblick auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
die Nachlaufverarbeitung (Schritt S4) durchgeführt, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
den Übergang
von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/FA zu dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/FB zum Unterdrücken
eines Stoßes
aufgrund der Drehmomentveränderung
bei der Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus durchführen kann, wie hier zuvor (unter
Bezug auf die 6) beschrieben.
-
Andererseits
werden die Kraftstoffeinspritzsynchronisierung Tj und die Zündsynchronisierung Tp
unmittelbar verändert,
gemäß den Zeitabläufen, die
für den
Ansaughub-Kraftstoffeinspritzmodus
bestimmt sind, ausgehend von denjenigen für den Kompressionshub-Kraftstoffeinspritzmodus,
und zwar im Zeitpunkt t12, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner
als der Referenzwert A/Fr wird (d.h., wenn die Luft/Kraftstoff-Mischung
angereichert ausgebildet wird).
-
Bei
dem Kraftstoffregelsystems für
den Verbrennungsmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung gemäß der ersten
Ausführungsform der
Erfindung ist die Anlaufzeit τ zum
vorrangigen Regeln der Abgas-Rückführung EGR
konstant festgelegt. Jedoch kann der Zeitgeberzählwert TM variabel in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl Ne (U/min) gesetzt sein. Eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung richtet sich auf das Kraftstoffregelsystems für den Verbrennungsmotor
vom Typ mit Zylindereinspritzung, bei dem der Zeitgeberzählwert TM
variabel in Übereinstimmung
mit der Motorgeschwindigkeit (U/min) gesetzt ist.
-
Die 3 zeigt
eine Ansicht zum graphischen Darstellen der charakteristischen Veränderung der
Anlaufzeit τ (in
Sekunden) als Funktion der Motordrehzahl Ne (U/min) in dem Kraftstoffregelsystem für den Verbrennungsmotor
vom Typ mit Zylindereinspritzung gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
Gemäß der technischen
Lehre der vorliegenden Erfindung, die in der vorliegenden Ausführungsform
verwirklicht ist, setzt die ECU-Einheit 8 (vgl. 5)
die Anlaufzeit τ derart,
daß sie
in Übereinstimmung
mit der in 3 dargelegten charakteristischen
Kurve variiert, und zwar im Schritt S14 zum Setzen des Zeitgeberzählwerts
TM (vgl. 2).
-
Insbesondere
wird in dem Motorbetriebszustand mit niedriger Geschwindigkeit,
in dem die Motordrehzahl Ne (U/min) niedriger als 1000 U/min inklusive
ist, die Anlaufzeit zu einem Wert (z.B. ungefähr 2,3 Sekunden) gesetzt, der
größer ist
als der Wert in dem stabilen und beständigen Betriebszustand des
Motors (z.B. ungefähr
0,2 Sekunden).
-
Allgemein
ist in dem Betriebsbereich mit niedriger Geschwindigkeit der Grad
der dem Motor 1 zugeführten
Einlaßluft
niedrig. Insbesondere ist im Leerlaufmodus des Motors die Einlaßluftmenge
Qa gering. Demnach tritt im Betriebsbereich mit niedriger Geschwindigkeit
ein solcher Betriebszustand mit hoher Wahrscheinlichkeit auf, bei
dem die Verbrennung selbst instabil wird.
-
In
einem derartigen Betriebszustand wird die Anlaufzeit τ für die priorisierte
Regelung der Abgasrückführung länger gesetzt,
und zwar im Hinblick auf die Realisierung einer relativ stabilen
Verbrennung der Luft/Kraftstoff-Mischung.
-
Durch
Verlängerung
der Anlaufzeit τ für die vorrangige
Abgasrückführungs-Übergangsregelung kann
der Übergang
bei dem Kraftstoffeinspritzmodus selbst dann glatt erfolgen, wenn
der Motor in dem Leerlaufbetriebsbereich betrieben wird (d.h., dem Bereich,
in dem die Einlaßluftmenge
niedrig ist). In einem solchen Betriebsbereich ist die Verbrennung
bei sich kaum verändernder
Einlaßluft-Strömungsrate
instabil, und die Verbrennungswirkung kann leicht durch den Fahrzeugführer wahrgenommen
werden.
-
Andererseits
muß in
dem Betriebsbereich mit hoher Geschwindigkeit (z.B. bei einem Beschleunigungsbetriebsbereich)
der Betriebszustand schnell verändert
werden. Demnach wird in dem Hochgeschwindigkeitsbetriebsbereich
des Motors die Anlaufzeit τ für die vorrangige
Abgas-Rückführungs-Übergangsregelung
im Vergleich zu der Anlaufzeit in den anderen Betriebsbereichen
kürzer
gesetzt, und zwar durch Bezug auf die in 3 dargestellten
charakteristischen Daten. Übrigens
kann die Anlaufzeit τ zu
Null gesetzt werden.
-
Demnach
setzt bei dem Beschleunigungszustand des Motors die ECU-Einheit 8 (vgl. 5)
die Anlaufzeit τ im
Schritt S14 variabel, und zwar durch Setzen des Zeitgeberzählwerts
TM in der Weise, wie nachfolgend erläutert.
-
Insbesondere
dient eine Vorrichtung zum Vergleich der Veränderungsrate ΔNe der Motordrehzahl
Ne (U/min) mit einem vorbestimmten Referenzwert als Vorrichtung
zum Entscheiden, ob der Motor in einem Beschleunigungszustand vorliegt
oder nicht. Überschreitet
die Veränderungsrate ΔNe den vorgegebenen
Wert, so wird die Anlaufzeit τ zu
Null gesetzt.
-
Allgemein
muß in
dem Fall, in dem der Fahrzeugführer
den Beschleunigungsbetrieb anfordert, der Betriebszustand des Motors
und demnach derjenige des Kraftfahrzeugs schnell verändert werden, um
die Fahrfähigkeit
des Kraftfahrzeugs gegenüber einer
Verschlechterung zu schützen.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Anlaufzeit τ zu Null
zu setzen.
-
Demnach
läßt sich
die Veränderung
des Kraftstoffeinspritzmodus ohne jedwedge spürbare Verzögerung bewirken, wodurch sich
die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs verbessern läßt.
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Viele
Modifikationen und Veränderungen
der vorliegenden Erfindung sind im Licht der oben dargelegten Techniken
möglich.
Es ist demnach zu erkennen, daß sich
innerhalb des Schutzbereichs der angefügten Patentansprüche die
Erfindung anders praktisch umsetzen läßt, als hier spezifisch beschrieben.