DE19855601C2

DE19855601C2 - Steuereinrichtung für Direkteinspritzungsmotor

Info

Publication number: DE19855601C2
Application number: DE19855601A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Atago; Kousaku Shimada; Katsuo Saitoh; Shunichi Mitsuishi
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: JP3554167B2; DE19855601A1; US6092502A; JPH11166421A; KR19990062686A; KR100645940B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für Di rekteinspritzungsmotoren und insbesondere eine derartige Steuervorrichtung, mit der die Öffnung eines Verwirbe lungssteuerventils gesteuert wird, das der dem Direktein spritzungsmotor zugeführten Ansaugluft eine Verwirbelung verleiht.

Bis jetzt ist es für einen Direkteinspritzungsmotor notwen dig gewesen, bei Ausführung einer Magerverbrennung mit ei nem Luft-/Kraftstoffverhältnis L/K von 40 oder mehr die der Brennkammer jedes Zylinders zugeführten Luft mit einer so genannten Verwirbelungs- oder Umordnungsgasströmung zu be aufschlagen. Obwohl verschiedene Einrichtungen für die Be aufschlagung mit einer solchen Gasströmung vorhanden sind, wird im allgemeinen eine geeignete Gasströmung durch Kombi nation der Form des Ansaugrohrs mit einem Verwirbelungs steuerventil erzeugt.

Ein Beispiel einer solchen Technik zur Erzeugung und Steuerung einer Verwirbelung unter Verwendung eines Verwirbelungssteuerventils ist aus JP 7-293260-A bekannt. Die in diesem Dokument offenbarte Technik dient in einem Einspritzmotor, in dem der Verbrennungstyp (Verbrennungs zustand) zwischen einer Schichtladungsverbrennung und einer homogenen Verbrennung durch Steuern eines Kraftstoffeinspritzventils anhand der Betriebsbedingungen des Motors umgeschaltet wird, der Verbesserung des Verbrennungszustandes durch Steuern des Verwirbe lungssteuerventils entsprechend dem obenerwähnten Um schalten zwischen den Verbrennungstypen, um den Verwirbe lungserzeugungszustand zu ändern. Genauer wird durch Ändern des Einspritzzustandes des Kraftstoffeinspritzven tils anhand der Drehzahl des Motors und der Motorlast entweder die Schichtladungsverbrennung oder die homogene Verbrennung gewählt, wobei das Verwirbelungssteuerventil geschlossen wird, wenn die Schichtladungsverbrennung oder die homogene Verbrennung, letztere mit Ausnahme eines Zustandes, in dem sich die Drosselklappe in der nahezu vollständig geöffneten Stellung befindet, gewählt ist; hingegen wird das Verwirbelungssteuerventil geöffnet, wenn sich bei der homogenen Verbrennung die Drosselklappe in der nahezu vollständig geöffneten Stellung befindet.

Im allgemeinen ist die Geschwindigkeit der der Brennkam mer zugeführten Verwirbelung naturgemäß hoch, da die Luftmenge ansteigt, wenn der Motor mit hoher Drehzahl und/oder hohem Drehmoment läuft, so daß die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils auf einen kleineren Wert gesteuert werden muß, wenn die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Motors zunehmen. Die Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils muß jedoch auch unter Berücksichtigung von Betriebsbedingungen und Verbrennungszuständen des Motors, die von den obenerwähnten Bedingungen und Zustän den verschieden sind, gesteuert werden.

Es ist festgestellt worden, daß die Stabilität der Ver brennung im Motor, das Auftreten von Ruß, das Auftreten von Kohlenwasserstoffen und dergleichen vom Kraftstoff einspritzzeitpunkt eines Kraftstoffeinspritzventils und vom Zündzeitpunkt einer Zündeinrichtung abhängen, wie später erläutert wird. Es ist festgestellt worden, daß bei Berücksichtigung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts des Kraftstoffeinspritzventils und des Zündzeitpunkts der Zündeinrichtung die Stabilität der Verbrennung und das Auftreten von Kohlenwasserstoffen und dergleichen durch die obengenannte Verwirbelungsgeschwindigkeit beeinflußt werden, wobei der Bereich für die beste Stabilität der Verbrennung und der Bereich, in dem Kohlenwasserstoffe in minimaler Menge auftreten, durch die Wahl einer geeigne ten Verwirbelungsgeschwindigkeit erhalten werden können. Außerdem ist festgestellt worden, daß die obenerwähnte Verbrennungsstabilität und das obenerwähnte Auftreten von Ruß sowie von Kohlenwasserstoffen und dergleichen auch durch den Druck des vom Kraftstoffeinspritzventil einge spritzten Kraftstoffs beeinflußt werden. Wenn daher das obenerwähnte Verwirbelungssteuerventil in der Weise gesteuert wird, daß es zur Einstellung der Verwirbelung geöffnet oder geschlossen wird, müssen der Verbrennungs zustand im Hinblick auf die Stabilität der Verbrennung usw. sowie der Kraftstoffdruck berücksichtigt werden.

Wenn ferner Aktuatoren und ein Steuersystem der Brenn kraftmaschine anomal arbeiten, muß das Verwirbelungssteu erventil offengehalten werden. In der obenerwähnten herkömmlichen Technik werden die Erzeugung einer Verwir belung und die Änderung der Verwirbelung näherungsweise entsprechend der Schichtladungsverbrennung bzw. der homogenen Verbrennung im Motor gesteuert, indem das Verwirbelungssteuerventil einer Änderung des Einspritzzu standes des Kraftstoffeinspritzventils nachgeführt wird.

In dieser Technik wird jedoch das Öffnen oder Schließen des Verwirbelungssteuerventils nicht direkt entsprechend den Motorbetriebsbedingungen wie etwa der Motordrehzahl, der Motorausgangsleistung und dergleichen gesteuert, ferner wird in dieser Technik ein Verbrennungszustand wie etwa die Verbrennungsstabilität im Motor, der Druck des vom Kraft stoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs oder eine Anomalie in den Aktuatoren und im Steuersystem des Motors nicht betrachtet. Daher kann mit dieser Technik eine geeig nete Verwirbelung auf der Grundlage des Verbrennungszustan des und der Betriebsbedingungen des Motors nicht präzise gesteuert werden.

Die DE 197 00 104 A1 zeigt eine Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor, die ein Gasströmungs-Steuerventil für die Steuerung der Verwirbelungsströmung in den Zylindern ansteuert. Der Ventilöffnungsgrad wird von einer Ventilöff nungssetzeinrichtung auf der Grundlage der Betätigung des Gaspedals Acc, der Motordrehzahl Ne und eines Signals be züglich der Ansaugdurchflußmenge Qa anhand eines Kennfeldes ermittelt. Das Ziel der Steuerung des Gasströmungs- Steuerventils ist es, eine zusätzliche Drosselklappe einzu sparen. Zur Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird ein Korrekturfaktor K5 bestimmt, mit dem die Ein spritzzeitbreite basierend auf erfaßten Betriebsbedingungen des Motors korrigiert wird. Eine Korrektur des Öffnungsgra des zur Verbesserung der Stabilität der Kraftstoffverbren nung ist nicht vorgesehen. Die Verbrennungsstabilität des Motors wird weder erfaßt noch ausgewertet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern von Direkteinspritzmotoren zu schaffen, die bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis eine stabile Ver brennung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vor richtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

In einer zweckmäßigen Ausführung wird in der Steuervorrich tung die Basisöffnung des Verwirbelungssteuerventils anhand der Motordrehzahl und des Soll-Drehmoments gesteuert, fer ner wird die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils anhand des Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Motors für jeden Verbrennungszustand (homogene Verbrennung, Schichtladungs verbrennung) usw. auf eine andere Ventilöffnung gesteuert.

In einer zweckmäßigen Ausführung wird in der Steuervorrich tung die Ventilöffnung des Verwirbelungssteuerventils an hand des Kraftstoffdrucks des Kraftstoffeinspritzventils oder anhand eines die Verbrennungsstabilität angebenden Faktors korrigiert.

In einer zweckmäßigen Ausführung wird die Ventilöffnung des Verwirbelungssteuerventils in der Weise korrigiert, daß die Motorleistung nicht reduziert wird, wenn Aktuatoren und/oder das Steuersystem des Motors anomal arbeiten; wenn das Ventil geöffnet wird, wird die Ventilöffnung in der Weise begrenzt, daß die Zunahmegeschwindigkeit der Motor leistung pro Zeiteinheit nicht höher als ein vorgebener Wert ist.

Um in der Nähe der Zündkerze ein brennbares Luft-/Kraft stoffgemisch zu erzeugen, das mit der Verbrennung im Motor in einer direkten Beziehung steht, steuert die Steuervor richtung für Direkteinspritzmotoren die Öffnung des Verwir belungssteuerventils durch einen Parameter, der auf den Be triebsbedingungen und auf einem die Verbrennung im Motor beeinflussenden Verbrennungszustand basiert, indem sie die Tatsache nutzt, daß selbst bei gleichem Luft-/Kraftstoffverhältnis des dem Motor zuge führten Luft-/Kraftstoffgemischs der Zustand, in dem der brennbare versprühte Kraftstoff die Umgebung der Zünd kerze erreicht, durch die Öffnung des Verwirbelungs steuerventils und durch den Kraftstoffdruck beeinflußt wird.

Dadurch kann die Steuerung der Öffnung des Verwirbelungs steuerventils, das für einen Direkteinspritzungsmotor entworfen ist, ausgeführt werden, ohne die gesamte Motor steuerung zu beeinflussen, ferner kann eine für eine optimale Verbrennung im Motor geeignete Verwirbelung durch Korrigieren der Öffnung des Verwirbelungssteuerven tils erzeugt werden, indem der Verbrennungszustand des Motors und der Kraftstoffdruck berücksichtigt werden.

Ein Direkteinspritzungsmotor erfordert Komponenten wie etwa ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, eine Zündvorrichtung, ein Verwirbelungssteuerventil, das im Zylinder des Motors eine Gasfluidität erzeugt, und dergleichen, wobei all diese Komponenten gesteuert werden müssen. Mit der Erfin dung können das Luft-/Kraftstoffverhältnis, der Ein spritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt geeignet gesteuert werden, ferner kann auch die Gasfluidität durch Steuern der obigen Komponenten geeignet gesteuert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamt konstruktion eines Steuersystems eines Direkteinspritzungsmotors gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm der Stabilität der Verbrennung im Direkteinspritzungsmotor nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Kennliniendiagramm des Auftretens von Ruß in dem Direkteinspritzungsmotor nach Fig. 1;

Fig. 4(a)-4(c) Kennliniendiagramme des Auftretens von Ruß und von Kohlenwasserstoffen bzw. der Verbrennungsstabilität in Abhängigkeit von der Verwirbelungsgeschwindigkeit im Direkteinspritzungsmotor nach Fig. 1;

Fig. 5(a)-5(c) Kennliniendiagramme des Auftretens von Ruß und von Kohlenwasserstoffen bzw. der Verbrennungsstabilität in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck in dem Direktein spritzungsmotor nach Fig. 1;

Fig. 6 ein Kennliniendiagramm der Verbrennungs stabilität in dem Direkteinspritzungsmo tor nach Fig. 1, wenn der Kraftstoffdruck berücksichtigt wird;

Fig. 7 ein Kennliniendiagramm der Verbrennungs stabilität in dem Direkteinspritzungsmo tor nach Fig. 1, wenn die Verwirbelungs geschwindigkeit berücksichtigt wird;

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Bezie hungen zwischen den Betriebsbedingungen (Motordrehzahl und Motorausgangsleistung) und den Verbrennungszustandsbereichen (Schichtladungsverbrennung, homogene Ver brennung usw.) des Direkteinspritzungsmo tors nach Fig. 1;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Bezie hungen zwischen den Fahrbedingungen (Fahrgeschwindigkeit und Luft-/Kraft stoffverhältnis) eines den Direktein spritzungsmotor nach Fig. 1 enthaltenden Fahrzeugs und den Verbrennungszustands bereichen (Schichtladungsverbrennung, homogene Verbrennung usw.) des Motors;

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Bezie hungen zwischen den Betriebsbedingungen (Motordrehzahl und Motorausgangsleistung) und den Verbrennungszustandsbereichen (Schichtladungsverbrennung, homogene Ver brennung usw.) und dem Kraftstoffdruck im Direkteinspritzungsmotor nach Fig. 1;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung von Bezie hungen zwischen den Betriebsbedingungen (Motordrehzahl und Motorausgangsleistung) und den Verbrennungszustandsbereichen (Schichtladungsverbrennung, homogene Ver brennung usw.) und der Verwirbelungsge schwindigkeit im Direkteinspritzungsmotor nach Fig. 1;

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Kon struktion eines Ansaugrohranschlußab schnitts und eines Verwirbelungssteuer ventils des Direkteinspritzungsmotors nach Fig. 1;

Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung von Bezie hungen zwischen der Gleichstrommotorspan nung für das Verwirbelungssteuerventil nach Fig. 12 und der Ventilöffnung bzw. der Verwirbelungsgeschwindigkeit;

Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung einer Bezie hung zwischen den Betriebsbedingungen (Motordrehzahl und Motorausgangsleistung) des Direkteinspritzungsmotors nach Fig. 1 und der Öffnung des Verwirbelungssteuer ventils;

Fig. 15 ein Diagramm zur Erläuterung einer Bezie hung zwischen der Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils nach Fig. 12 und der Verbrennungsstabilität im Motor;

Fig. 16 ein Diagramm zur Erläuterung der Bezie hung zwischen der Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils nach Fig. 12 und den Cv-Werten des Motors;

Fig. 17 ein Diagramm zur Erläuterung von Be triebsbedingungen (Motordrehzahl und Mo torausgangsleistung) des Direkteinsprit zungsmotors nach Fig. 1 in Abhängigkeit vom Betriebsbereich eines Verwirbelungs steuerventils;

Fig. 18 einen Ablaufplan zur Erläuterung eines Steuerablaufs (I) des Direktein spritzungsmotors (des Verwirbelungs steuerventils) nach Fig. 1;

Fig. 19 einen Ablaufplan zur Erläuterung eines Steuerablaufs (II) des Direkteinsprit zungsmotors (des Verwirbelungssteuerven tils) nach Fig. 1;

Fig. 20 einen Ablaufplan zur Erläuterung eines Steuerablaufs (III) des Direkteinsprit zungsmotors (des Verwirbelungssteuerven tils) nach Fig. 1;

Fig. 21 einen Ablaufplan zur Erläuterung eines Steuerablaufs (IV) des Direkteinsprit zungsmotors (des Verwirbelungssteuerven tils) nach Fig. 1; und

Fig. 22 einen Ablaufplan zur Erläuterung eines Steuerablaufs (V) des Direkteinsprit zungsmotors (des Verwirbelungssteuerven tils) nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist die Gesamtkonstruktion eines Steuersystems eines Motors 1 gemäß der Erfindung gezeigt. In Fig. 1 wird Ansaugluft für den Motor 1 an einem Einlaßabschnitt 2a eines Luftreinigers 2 angesaugt und strömt durch eine Ansaugluftmeßvorrichtung 3 in einen Drosselklappenkörper 6, in dem eine Drosselklappe 5 angeordnet ist, die die Ansaugluftdurchflußmenge steuert, woraufhin die Ansaug luft in einen Sammler 7 eintritt. In dieser Ausführung ist die Drosselklappe 6 mit einem Motor 10 zum Antreiben der Klappe 6 verbunden und wird von dem Motor 10 ange trieben, um die Ansaugluftdurchflußmenge zu steuern.

Die Ansaugluft, die den Sammler 7 erreicht hat, wird auf Ansaugrohre 9 verteilt, die mit den jeweiligen Zylindern des Motors 1 verbunden sind, und dann in eine Brennkammer 8a jedes Zylinders 8 eingeleitet. Jedes der Ansaugrohre 9 ist mit einem stufenlos verstellbaren Verwirbelungs steuerventil 31, das in der Weise elektrisch gesteuert wird, daß die Ansaugluftöffnung des Zylinders 8 einge stellt wird, sowie mit einem Aktuator 35 versehen, der die Öffnung des verstellbaren Verwirbelungssteuerventils 31 einstellt. Durch Einstellen des verstellbaren Verwir belungssteuerventils 31 wird auf die Ansaugluftströmung eine Ablenkkraft ausgeübt. Die Luft, auf die die Ablenk kraft ausgeübt wird, wird mit einer Geschwindigkeit verwirbelt, die der Ablenkungskraft entspricht, und in der Brennkammer 8a des Zylinders 8 mit einem Kraft stoffsprühstrahl vermischt, wie später beschrieben wird. Die Verwirbelung beeinflußt den Verbrennungszustand in hohem Maß.

Andererseits wird Kraftstoff wie etwa Benzin von einem Kraftstofftank 11 durch eine Kraftstoffpumpe 12 angesaugt und durch die Pumpe 12 mit Druck beaufschlagt und an schließend an ein Kraftstoffeinspritzventil 13 gefördert, wobei das Kraftstoffsystem ferner einen Regler 32 für variablen Kraftstoffdruck aufweist, der in einer Rohrlei tung in der Weise angeordnet ist, daß er den Kraftstoff druck in einen vorgegebenen Bereich regelt. Der Kraft stoffdruck wird durch einen Kraftstoffdrucksensor 33 gemessen. Der Kraftstoff wird vom Kraftstoffeinspritzven til 13 in die Brennkammer 8a jedes Zylinders 8 einge spritzt.

Die in die Brennkammer 8a strömende Ansaugluft und der eingespritzte Kraftstoff werden vermischt und durch eine Zündkerze 24, an die von einer Zündspule 17 eine elektri sche Spannung angelegt wird, gezündet, woraufhin das Luft-/Kraftstoffgemisch verbrennt.

Das durch die Verbrennung in der Brennkammer 8a des Motors 1 erzeugte Abgas wird in ein Abgasrohr 19 einge leitet und vom Motor 1 durch einen Katalysator 22 ausge stoßen. Ein Teil des Abgases im Abgasrohr 19 wird in den Sammler 7 über ein Rohr 23 zurückgeführt. Im Abgasrück führungsrohr 23 ist ein elektrisch gesteuertes AGR-Ventil 21 vorgesehen, das die Abgasrückführungsmenge steuert. Das elektrisch gesteuerte AGR-Ventil 21 ist so konstru iert, daß seine Öffnungsfläche anhand der Druckdifferenz zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Ventils 21 und anhand des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Abgases elektrisch gesteuert wird, so daß die AGR-Menge durch die Öffnungsfläche des AGR-Ventils 21 gesteuert wird.

Der obenerwähnte Luftmengenmesser 3 gibt ein Signal aus, das die Menge der angesaugten Luft angibt, wobei dieses Signal in eine Steuereinheit 15 eingegeben wird. An dem obengenannten Drosselklappenkörper 6 ist ein Drosselklap pensensor 18 angebracht, der den Öffnungsgrad der Dros selklappe 5 erfaßt, wobei das Ausgangssignal des Drossel klappensensors 18 ebenfalls in die Steuereinheit 15 eingegeben wird.

Durch eine (nicht gezeigte) Nockenwelle wird ein Kurbel winkelsensor 16 zu Drehungen angetrieben, so daß er Signale ausgibt, die die Drehposition der Kurbelwelle mit einer Genauigkeit von ungefähr 2-4° angeben. Die Signale werden ebenfalls in die Steuereinheit 15 eingegeben. Entsprechend jedem der obengenannten Signale werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, der Zündzeitpunkt, die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 und dergleichen gesteuert.

Ein am Abgasrohr 19 angebrachter L/K-Sensor 20 erfaßt das Luft-/Kraftstoffverhältnis im wirklichen Betrieb anhand der Zusammensetzungen des Abgases und gibt Signale aus, die ebenfalls in die Steuereinheit 15 eingegeben werden.

Eine genaue Erläuterung des L/K-Sensors 20 wird weggelas sen, es wird lediglich darauf hingewiesen, daß die L/K- Kennlinie zur Ausgangsspannung des L/K-Sensors 20 propor tional ist.

Die Steuereinheit 15 empfängt wie erwähnt die Signale von den verschiedenen Sensoren, die die Betriebsbedingungen des Motors 1 erfassen, führt eine vorgegebene Verarbei tung aus, erzeugt als Ergebnis der Verarbeitung verschie dene Steuersignale und gibt diese Steuersignale an das Kraftstoffeinspritzventil 13, die Zündspule 17, den Drosselklappenstellmotor 10, das elektrisch gesteuerte AGR-Ventil 21 usw. aus, um die Kraftstoffzufuhrsteuerung, die Zündzeitpunktsteuerung, die Ansaugluftmengensteue rung, die Abgasrückführungssteuerung und dergleichen zu bewerkstelligen.

Ferner wird in der Steuereinheit 15 die Änderung der Drehzahl des Motors 1 durch Verarbeiten der Signale vom Kurbelwinkelsensor 16 berechnet, wobei die Änderung der Motordrehzahl sehr stark mit der Stabilität der Verbren nung (CPi) im Motor 1 korreliert ist.

Wenn in einem Direkteinspritzungsmotor 1 das Luft- /Kraftstoffverhältnis eines zu verbrennenden Gasgemisches magerer als ein stöchiometrisches Verhältnis gesetzt wird, werden die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Kennlinien erhalten. Die experimentellen Daten werden unter Bedin gungen erhalten, daß der Motor bei konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl mit einem mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis von ungefähr 40 betrieben wird. Fig. 2 zeigt die Stabilität des Motors bei Schichtla dungsverbrennung, woraus hervorgeht, daß sich die Stabi lität CPi der Verbrennung im Motor durch Ändern des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und des Zündzeitpunkts ändert (die Stabilität ist um so besser, je niedriger der Prozentsatz ist). Fig. 3 zeigt Rußdaten, die ebenfalls einen optimalen Bereich aufweisen (die Häufigkeiten des Auftretens von Ruß sind um so niedriger, je kleiner die numerischen Werte sind.

Während die Fig. 2 und 3 jeweils Ergebnisse bei einem Luft-/Kraftstoffverhältnis von ungefähr 40 zeigen, zeigen die Fig. 4(a) bis 4(c) entsprechende Daten für den Fall, in dem die Verwirbelungsgeschwindigkeit, die die auf die Ansaugluft in den Zylinder 8 des Motors 1 ausgeübte Verwirbelungskraft angibt, im obengenannten besten Be reich in den Fig. 2 und 3 geändert wird. Die Fig. 4(a) bis 4(c) zeigen den Motorruß, die Kohlenwasserstoffe HC und die Verbrennungsstabilität (CPi) im Motor, die typi sche Eigenschaften eines Schichtladungsverbrennungsbe triebs bezeichnen. Das HC-Abgas in Fig. 4(b) und die Verbrennungsstabilität in Fig. 4(c) werden durch die Verwirbelungsgeschwindigkeit beeinflußt und besitzen jeweils einen optimalen Wert. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die Verbrennungsstabilität im Motor wie in Fig. 4(c) gezeigt durch Ändern der Verwirbelungsge schwindigkeit (= Öffnen des Verwirbelungssteuerventils) gesteuert werden kann, wie später genauer erläutert wird.

Die Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen Beziehungen zwischen dem Kraftstoffdruck der Einspritzeinrichtung zum Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in den Zylinder 8 des Motors 1 und der Motorleistung. Hierbei sind die Motoreigen schaften, d. h. der Motorruß in Fig. 5(a), die Kohlenwas serstoffe (HC) in Fig. 5(b) und die Verbrennungsstabili tät in Fig. 5(c) die gleichen wie in den Fig. 4(a) bis 4(c), wobei darauf hingewiesen wird, daß sowohl der Kraftstoffdruck als auch die Verwirbelungsgeschwindigkeit die Verbrennung beeinflussen, woraus hervorgeht, daß der Kraftstoffdruck einen optimalen Wert hat.

Die Fig. 6 und 7 zeigen jeweils den quantitativen Einfluß des Kraftstoffdrucks und der Verwirbelungsgeschwindig keit, die mit Bezug auf die Fig. 4(a) bis 4(c) und 5(a) bis 5(c) erläutert wurden, auf die Schichtladungsverbren nung. Was den Kraftstoffdruck in Fig. 6 betrifft, ist ein optimaler Verbrennungspunkt (ein Abschnitt, der durch einen Umriß mit niedrigem Prozentsatz bezeichnet ist) in einer Beziehung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und des Zündzeitpunkts vorhanden, der obenerwähnte optimale Punkt bewegt sich jedoch, wenn sich der Kraftstoffdruck ändert. Was den Einfluß der Verwirbelungsgeschwindigkeit auf die Schichtladungsverbrennung betrifft, gilt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, die gleiche Feststellung wie mit Bezug auf Fig. 6. In einer wirklichen Steuerung werden Daten wie in den Fig. 4(a) bis 4(c) und 5(a) bis 5(c) erhalten, da der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt unter bestimmten Betriebsbedingungen im selben Motor jeweils vorgegebene Werte haben. In Fig. 6 bildet die Änderung der Leistung wie durch den Pfeil gezeigt ein Beispiel hierfür.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Beziehungen zwischen den Berei chen von Verbrennungszuständen im Motor (Schichtladungs verbrennung, homogene Verbrennung) und den Motor betriebsbedingungen (Motordrehzahl und Motorausgangs leistung) bzw. zwischen den Bereichen von Verbren nungszuständen und den Fahrzeugfahrbedingungen (Fahrge schwindigkeit und Luft-/Kraftstoffverhältnis). In einem Direkteinspritzungsmotorsystem wird durch eine Schicht ladungsverbrennung (ein Verbrennungsverfahren, in dem der Kraftstoff während eines Verdichtungshubs des Motors eingespritzt und sofort gezündet wird) der Kraft stoffverbrauch grundsätzlich reduziert, wenn jedoch vom Motor ein hohes Drehmoment gefordert ist, wird eine homogene Verbrennung ausgeführt, die durch Einspritzen von Kraftstoff während eines Ansaughubs des Motors in der gleichen Weise wie bei einem Motor mit Ansaugrohrein spritzung erfolgt.

Zwischen der Schichtladungsverbrennung und der homogenen Verbrennung ist ein Zwischenbereich (Bereich mit geringer Schichtladung oder Bereich mit magerer homogener Ladung) vorhanden. Fig. 8 zeigt die Verbrennungsbereiche, die anhand einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl und der Motorausgangsleistung, die vom Motor gefordert werden, definiert sind. Fig. 9 zeigt die Verbrennungsbereiche anhand von Beziehungen zwischen der Fahrgeschwindigkeit und dem Luft-/Kraftstoffverhältnis. Bei einer normalen Fahrgeschwindigkeit (100 km/h oder weniger) wird grund sätzlich eine Schichtladungsverbrennung gewählt, die Verbrennung geht jedoch in den Bereich einer homogenen Verbrennung über, wenn vom Fahrzeug eine hohe Motorlei stung gefordert wird.

In Fig. 10 ist ein Beispiel eines Kennfeldes des Kraft stoffdrucks in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und von der Motorausgangsleistung gezeigt, wobei der Kraftstoff druck in Abhängigkeit von Verbrennungsbedingungen und vom zu erreichenden Verbrennungszustand bestimmt wird.

Fig. 11 zeigt die Verwirbelungsgeschwindigkeit, die zum Erreichen des Verbrennungszustandes notwendig ist, wobei diese Verwirbelungsgeschwindigkeit durch die in den Motor 1 angesaugte Luftmenge und durch die Öffnung des Verwir belungssteuerventils 31 bestimmt wird.

Fig. 12 zeigt die Konstruktion des Ansaugrohrabschnitts 9 und des Verwirbelungssteuerventils 31. In Fig. 12 ist das obenerwähnte Verwirbelungssteuerventil 31 für eines von zwei Einlaßanschlüssen 9a, 9b jedes Zylinders 8 des Motors 1 vorgesehen, um den Durchlaß des Einlaßanschlus ses 9b zu drosseln, ferner ist ein Elektromotor 35 vorge sehen, der das Verwirbelungssteuerventil 31 öffnet oder schließt. Genauer wird das Verwirbelungssteuerventil 31 durch einen Befehl von der Steuereinheit 15 auf eine Soll-Öffnung gesetzt. Fig. 13 zeigt die Leistung des Verwirbelungssteuerventils 31. Die Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils 31 wird durch den Gleichstrommotor 35 in der Weise gesetzt, daß die Ansaugluft einen Luftwirbel mit einer Soll-Geschwindigkeit bildet. Wenn die Luft durchflußmenge für den Motor spezifiziert ist, kann die Verwirbelungsgeschwindigkeit anhand der in Fig. 13 ge zeigten Kennlinie gesteuert werden.

Fig. 14 zeigt ein Kennfeld der Öffnungen des Verwirbe lungssteuerventils 31, das für wirkliche Motoren verwen det wird. Die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 wird gewöhnlich mit zunehmender Drehzahl und zunehmendem Drehmoment des Motors geringer. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Geschwindigkeit der Verwirbelung naturge mäß ansteigt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in den Motor ansteigt und der Widerstand, dem die Ansaug luft durch den Motor 1 ausgesetzt ist, so gering wie möglich sein soll. Wie später beschrieben wird, wird der Lauf des Motors unter Zugrundelegung der in Fig. 14 gezeigten grundlegenden Öffnungen des Verwirbelungssteu erventils 31 gesteuert.

In Fig. 15 ist die Verbrennungsstabilität im Motor in bezug auf Öffnungen des Verwirbelungssteuerventils 31 gezeigt, wobei die Verbrennungsstabilität bei einer bestimmten Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen einen minimalen Wert hat. Mit anderen Worten, die Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils 31 wird so gesteuert, daß die Verbren nungsstabilität CPi des Motors einen minimalen Wert hat. Ferner wurde erläutert, daß das Verwirbelungssteuerventil 31 für die in den Motor angesaugte Luft einen Widerstand darstellt, wobei Fig. 16 ein Diagramm für dessen Erläute rung ist. Aus Fig. 16 geht hervor, daß bei gleichen Betriebsbedingungen (hohe Drehzahl, hohe Last des Motors) im selben Motor ein Cv-Wert, der den Kehrwert des Saug widerstandes im Motor 1 angibt, um so kleiner wird, je größer die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 (je kleiner die Luftdurchlaßfläche) wird. Daher muß ein Vollöffnungsbereich des Verwirbelungssteuerventils 31 wie in Fig. 17 gezeigt gesetzt werden.

Nun werden mit Bezug auf die Fig. 18 bis 22 konkrete Steuerabläufe der Motorsteuereinrichtung zum Betreiben des Verwirbelungssteuerventils 31 dieser Ausführung der Erfindung erläutert.

Fig. 18 ist ein Ablaufplan für die Korrektur des Kraft stoffdrucks, da die Stabilität der Verbrennung im Motor durch den Kraftstoffdruck beim Einspritzen des dem Motor zugeführten Kraftstoffs wie oben beschrieben beeinflußt wird. In Fig. 18 werden die Drehzahl des Motors, der Kraftstoffdruck und die Last des Motors im Schritt 181 eingegeben, um die Betriebsbedingungen des Motors zu ermitteln, woraufhin der Ablauf zum Schritt 182 weiter geht. In diesem Schritt 182 werden Basisöffnungen des Verwirbelungssteuerventils 31 in einem Kennfeld gesucht. Im folgenden Schritt 183 wird die obenerwähnte Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 anhand eines Wertes des Drucks des dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffs korri giert. Es werden wirklich gemessene Werte als Kraftstoff druckwerte verwendet. Dabei werden die "Öffnungen des Verwirbelungssteuerventils", die aus dem Kennfeld anhand des durch die Betriebsbedingungen ermittelten "Kraft stoffdrucks" erhalten wurden, wie oben erwähnt korri giert, wobei ein während eines wirklichen Betriebs des Motors auftretender Fehler absorbiert werden kann, so daß diese Steuerung einen weiteren Bereich für eine stabile Verbrennung als in dem Fall, in dem die Setzung lediglich in Abhängigkeit eines Kennfeldes erfolgte, festlegen kann.

Fig. 19 zeigt einen Ablauf einer aktiven Steuerung der Öffnungen des Verwirbelungssteuerventils 31, mit dem die Verbrennungsstabilität des Motors weiter verbessert wird. Die Schritte 191 und 192 sind gleich den Schritten 181 und 182 in Fig. 18, d. h., daß zunächst aus einem Kenn feld eine Basisöffnung für das Verwirbelungssteuerventil in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen gesetzt wird, um eine Öffnung für das Verwirbelungssteuerventil 31 festzulegen. Dann wird im Schritt 193 die Verbrennungs stabilität CPi des Motors 1 anhand des Ergebnisses der obenerwähnten Öffnungssetzung gemessen, woraufhin der Ablauf weitergeht zum Schritt 194. In diesem Schritt 194 wird die Verbrennungsstabilität CPi mit einem Soll-Wert verglichen, wobei der Ablauf zu einem Schritt 195 weiter geht, wenn die gemessene Verbrennungsstabilität CPi größer als der Soll-Wert ist, d. h. wenn die Stabilität gering ist. Im Schritt 195 wird die Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils 31 in Richtung zur Schließseite ge steuert, um die Verbrennungsstabilität des Motors 1 zu verbessern. Wenn im Schritt 194 die Verbrennungsstabili tät CPi kleiner als der Soll-Wert ist, geht der Ablauf weiter zu einem Schritt 196, in dem die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 in Richtung zur Öffnungs seite um einen vorgegebenen Betrag betätigt wird, wobei die Möglichkeit einer Reduzierung des Cv-Wertes wie in Fig. 16 erläutert berücksichtigt wird. Falls die Verbren nungsstabilität CPi kleiner als der Soll-Wert ist, kann als weiteres Verfahren im Schritt 196 die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 auch unverändert gehalten werden. Im Schritt 197 wird ein Ausgangssignal an das Verwirbelungssteuerventil 31 anhand eines Öffnungssignals oder anhand eines Schließsignals für das Verwirbelungs steuerventil 31 im Schritt 195 oder im Schritt 196 ge setzt.

Fig. 20 ist ein Steuerablauf, durch den der Cv-Wert nicht reduziert wird. In Fig. 20 sind die Schritte 201 und 202 gleich den Schritten 191 und 192 in Fig. 19. Eine Basis öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 wird aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen gesucht, wobei eine Öffnung des Verwirbelungssteuerven tils gesetzt wird. Im Schritt 203 werden Bedingungen für ein vollständiges Öffnen des Verwirbelungssteuerventils 31 beurteilt. Wenn die Bedingungen für ein vollständiges Öffnen erfüllt sind, geht der Ablauf weiter zum Schritt 204. Im Schritt 204 wird das Verwirbelungssteuerventil 31 sofort vollständig geöffnet. Die zum vollständigen Öffnen des Verwirbelungssteuerventils 31 im Schritt 203 erfor derlichen Bedingungen umfassen sämtliche Faktoren, die den Cv-Wert erhöhen, und sollten nicht nur durch die in Fig. 17 gezeigten Bedingungen beschränkt sein. Wenn im Schritt 203 festgestellt wird, daß die Bedingungen für ein vollständiges Öffnen des Verwirbelungssteuerventils 31 nicht erfüllt sind, geht der Ablauf weiter zum Schritt 205, in dem die gewöhnliche Steuerung fortgesetzt wird.

Fig. 21 ist ein Ablaufplan zur Erläuterung einer Steue rung eines Beispiels der obenerwähnten Bedingungen, unter denen der Cv-Wert nicht kleiner wird. Die Schritte 211 und 212 sind gleich den Schritten 201 und 202 in Fig. 20, in denen eine Basisöffnung des Verwirbelungssteuerventils aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von den Motorbetriebs bedingungen gesucht wird und die Öffnung des Verwirbe lungssteuerventils gesetzt wird. Im Schritt 213 werden Motorsignale empfangen. Die Motorsignale stammen von einer Diagnosevorrichtung, die ermittelt, ob die Motorbe triebsbedingungen, sämtliche Aktuatoren und Sensoren be züglich des Motors normal oder anomal sind bzw. arbeiten.

Im Schritt 214 wird anhand der obigen Motorsignale beur teilt, ob der Motor normal oder anomal arbeitet. Wenn im Schritt 214 eine Anomalie im Steuersystem festgestellt wird, geht der Ablauf weiter zum Schritt 216, in dem die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 sowie anderer Steuerteile auf einen hohen Wert fixiert werden, um das Auftreten eines sekundären Fehlers zu verhindern. Wenn im Schritt 214 keine Anomalie festgestellt wird, geht der Ablauf weiter zum Schritt 215, in dem die gewöhnliche Steuerung fortgesetzt wird. Im Schritt 217 wird das Ausgangssignal für das Verwirbelungssteuerventil 31 anhand eines Öffnungssignals oder eines Schließsignals für das Verwirbelungssteuerventil 31 im Schritt 215 bzw. im Schritt 216 gesetzt.

Fig. 22 zeigt einen Steuerablauf für den Fall, in dem die Stabilität der Verbrennung im Motor wie in Fig. 19 erläu tert auf einen V-Motor mit einer linken und einer rechten Zylinderbank nutzbringend angewandt wird.

Hierbei ist ein Verwirbelungssteuerventil 31 sowohl an der linken als auch an der rechten Zylinderbank ange bracht. Im Schritt 221 werden die Drehzahl des Motors, der Kraftstoffdruck und die Motorlast zur Messung der Motorbetriebsbedingungen eingegeben, woraufhin der Ablauf zum Schritt 222 weitergeht. Im Schritt 222 werden die Bedingungen für den Kraftstoff und die Zündung entspre chend den Motorbetriebsbedingungen gesetzt, woraufhin der Ablauf zum Schritt 223 weitergeht. Gewöhnlich werden für die linke und für die rechte Zylinderbank die gleichen Daten gesetzt, bessere Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn für die jeweiligen Zylinderbänke verschiedene opti male Daten gesetzt werden. Im Schritt 223 wird eine Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 festgelegt. Die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 wird in einem späteren Schritt korrigiert, so daß hier zunächst für beide Zylinderbänke der gleiche Wert gesetzt wird.

Im Schritt 224 wird die Verbrennungsänderung in der linken und in der rechten Bank beurteilt. Falls die Veränderung größer als ein Referenzwert ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt 225. Im Schritt 225 wird beur teilt, welche Zylinderbank einen schlechteren Wert hat (in welcher Bank die Verbrennungsveränderung größer ist). Falls die Verbrennungsveränderung in der rechten Zylin derbank größer ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt 227, wobei die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils 31 für die rechte Bank in der Weise gesetzt wird, daß sie an eine vorgegebene Öffnung angenähert wird, woraufhin der Ablauf zum Schritt 229 weitergeht. Falls in dem obigen Schritt 225 die Verbrennungsveränderung für die linke Zylinderbank größer ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt 228, in dem das Verwirbelungssteuerventil 31 für die linke Zylinderbank in der Weise gesetzt wird, daß sie sich einer vorgegebenen Öffnung annähert, um die Verände rung in einen bestimmten Bereich zu führen, woraufhin der Ablauf zum Schritt 229 weitergeht.

Weiterhin werden im Schritt 224 die Verbrennungsverände rungen in der linken und in der rechten Zylinderbank des Motors beurteilt, wobei der Ablauf dann, wenn die Verän derung kleiner als der Referenzwert ist, zum Schritt 226 weitergeht. Im Schritt 226 wird die gewöhnliche Steuerung fortgesetzt. Im Schritt 229 wird ein Ausgangssignal für das Verwirbelungssteuerventil 31 anhand eines Öffnungs signals oder eines Schließsignals für das Verwirbelungs steuerventil 31, die im Schritt 226, im Schritt 227 oder im Schritt 228 festgelegt wurden, gesetzt.

Obwohl oben eine Ausführung der Erfindung im einzelnen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführung eingeschränkt, sondern kann in verschiedener Weise abgewandelt werden, solange die Abwandlungen inner halb des Erfindungsgedankens und des Umfangs der Erfin dung liegen.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Steuer vorrichtung für Direkteinspritzungsmotoren der Erfindung das Öffnen des Verwirbelungssteuerventils entsprechend den Betriebsbedingungen des Direkteinspritzungsmotors effektiv steuern kann, ohne die Steuerung des gesamten Motors zu behindern. Außerdem kann eine geeignetere und präzisere Verwirbelung, die für eine optimale Verbrennung im Motor geeignet ist, durch Steuern der korrekten Öff nung des Verwirbelungssteuerventils unter Berücksichti gung des Verbrennungszustands und des Kraftstoffdrucks im Motor erzeugt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern eines Direkteinspritzmotors (1), der mit einem in einem Lufteinlaßabschnitt (9) angeordneten Verwirbe lungssteuerventil (31), einer Betätigungseinrichtung (35) für das Verwirbelungssteuerventil (31) und Mitteln (3, 16, 18, 20, 33) zum Erfassen von Motorbetriebsbedingungen versehen ist, mit einer Steuereinheit (15) zum Ermitteln eines Basisöffnungsgrades des Verwirbelungssteuerventils (31) auf der Grundlage der erfaßten Betriebsbedingungen und zum Ermitteln eines Korrekturfaktors, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit
eine Verbrennungsstabilität CPi des Direkteinspritzmotors (1) auf der Grundlage der erfaßten Betriebsbedingungen ermittelt,
den Korrekturfaktor für den Öffnungsgrad des Verwirbelungssteu erventils (31) auf der Grundlage der ermittelten Verbrennungssta bilität CPi bestimmt,
den Basisöffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils (31) mit dem Korrekturfaktor korrigiert und
die Betätigungseinrichtung (35) entsprechend dem korrigierten Öffnungsgrad ansteuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisöffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils (31) anhand der Drehzahl und des Soll-Drehmoments des Motors (1) gesteuert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils (31) anhand des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors (1) für jeden Ver brennungszustand (homogene Verbrennung, Schichtladungsver brennung und dergleichen) auf einen bestimmten Wert gesteuert wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ventilöffnungsgrad des Verwirbelungssteuerven tils (31) mit einem die Verbrennungsstabilität des Motors (1) ange benden Faktor in der Weise korrigiert wird, daß die Verbrennung im Motor stabil ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Öffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils (31) anhand des Kraftstoffdrucks eines Kraftstoffeinspritzventils (13) korrigiert wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Öffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils (31) so korrigiert wird, daß es geöffnet wird, um die Motorleistung nicht zu reduzieren, wenn wenigstens einer von mehreren Aktua toren oder die Steuereinheit (15) des Motors (1) anomal arbeitet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Öffnung des Verwirbelungssteuerventils (31) in der Weise korrigiert wird, daß es geöffnet wird, um die Motorleistung nicht zu reduzieren, wenn wenigstens einer von mehreren Aktua toren oder die Steuereinheit (15) des Motors (1) anomal arbeitet, die Ventilöffnung begrenzt wird, so daß die Geschwindigkeit der Zunahme der Motorausgangsleistung pro Zeiteinheit nicht höher als ein vorgegebener Wert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungssteuerventil (31) unabhängig von einer Drosselklap pe (5) gesteuert wird, die stromauf von dem Verwirbelungssteuer ventil (31) in einem Lufteinlaßweg vorgesehen ist.