DE3732039C2 - Brennstoffeinspritzungs-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Brennstoffeinspritzungs-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine

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DE3732039C2 DE3732039A DE3732039A DE3732039C2 DE 3732039 C2 DE3732039 C2 DE 3732039C2 DE 3732039 A DE3732039 A DE 3732039A DE 3732039 A DE3732039 A DE 3732039A DE 3732039 C2 DE3732039 C2 DE 3732039C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für die Brennstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem die Brennstoffeinspritzmenge entsprechend der Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl korrigiert wird.
Eine solche Steuereinrichtung ist aus Toyota: Engine 4V-EU E- VG System Troubleshooting Manual, (1978-11) bekannt. Die Ermittlung der Ansaugluftmenge erfolgt durch einen Luftmengenmesser (Messung der Luftgeschwindigkeit) am Ansaugrohr, wobei die einzuspritzende Brennstoffmenge mit einem im Ansaugrohr gemessenen Temperaturwert korrigiert wird. Im Falle von Lastwechseln der Brennkraftmaschine hat sich gezeigt, daß diese Steuervorrichtung die Einspritzmenge nicht mit der gewünschten Genauigkeit zu steuern vermag.
Um diesem Nachteil abzuhelfen hat die bekannte Steuervorrichtung einen Sauerstoffsensor im Abgasstrang der Brennkraftmaschine, so daß die einzuspritzende Brennstoffmenge in Antwort die gemessene Sauerstoffkonzentration zusätzlich korrigiert wird. Eine solche Rückkopplung hat jedoch den Nachteil, daß sie die Bereitstellung eines weiteren Sensors erfordert und die geforderte Regelgenauigkeit höchstens im Rahmen der Trägheit des Systems verbessern kann, d. h. erst nach erfolgter Verbrennung und anschließendem Ausstoß der Abgase.
Die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung soll nachfolgend anhand eines herkömmlichen Brennstoffeienspritzungs-Steuersystems erläutert werden, das mit einem Drucksensor für das Erfassen eines Ansaug- bzw. Ladedrucks PM in einem Ansaugrohr stromab eines Drosselventils und mit einem Drehzahlsensor für das Erfassen einer Drehzahl Ne einer Maschine ausgestattet ist, so daß aus den Erfassungssignalen der beiden Sensoren eine Brennstoffeinspritzungs-Grundmenge Tp berechnet werden kann. Zum Unterdrücken von Abweichungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses wird dann die Grundmenge Tp entsprechend der Ansauglufttemperatur oder dergleichen korrigiert, um die Reinigung der Maschinenabgase zu verbessern. Falls die Maschinendrehzahl konstant ist, wird beispielsweise bei einer Beschleunigung die zuzuführende Brennstoffmenge mit dem Anstieg des Ladedrucks PM in dem Ansaugrohr erhöht. Andererseits wird als Einlaßtemperatur für die Korrektur der Grundmenge die Temperatur der über ein Luftfilter in das Ansaugrohr gesaugten Luft gemessen, wobei der Sensor für diese Messung üblicherweise stromauf des Drosselventils angeordnet und frei von Beeinflussungen durch die Verbrennungstemperatur in dem Maschinenzylinder ist. Mit diesem System kann die Brennstoffmenge nicht auf genaue Weise entsprechend der Einlaßtemperatur korrigiert werden, da die Ansaugluft durch Wärmeübertragung von der Zylinderwand der Brennkraftmaschine her erwärmt wird und sich die Dichte der Ansaugluft ändert.
Die Stelle, die der thermischen Beeinflussung durch den Laufzustand der Maschine am stärksten ausgesetzt ist, ist der Zylinder, in den die durch das Ansaugrohr eingeleitete Luft über ein Einlaßventil eingesaugt wird, das im Zylinderkopf angeordnet ist. Infolgedessen ändert sich die Temperatur der tatsächlich in den Zylinder gesaugten Luft in starkem Ausmaß mit der Temperatur in dem Zylinder.
Wenn beispielsweise das Drosselventil plötzlich in eine Beschleunigungsstellung geöffnet wird, während eine konstante Drehzahl beibehalten ist, wird sofort eine große Luftmenge in das Ansaugrohr gesaugt, so daß der Druck der Ansaugluft schnell stufenförmig ansteigt, wie es in Fig. 13(a) gezeigt ist. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird mit dem Drucksensor der Ladedruck PM in dem Ansaugrohr erfaßt, so daß die Grundmenge Tp für die Brennstoffeinspritzung entsprechend dem zu diesem Zeitpunkt bestehenden Druckwert PM und der Maschinendrehzahl Ne bestimmt wird. Dabei wird die Brennstoffmenge entsprechend den Druckänderungen in dem Ansaugrohr erhöht, während eine Kompensation für den die Einlaßöffnung benetzenden Brennstoff vorgenommen wird, so daß jederzeit das Luft/ Brennstoff-Verhältnis konstant gehalten werden kann.
Bei dem Beschleunigungszustand nach Fig. 13(a) wird jedoch gemäß Fig. 13(b) die Temperatur im Ansaugrohr eher durch die gesteigerte Ansaugluftströmung gesenkt, aber die Luft in der Nähe des Zylinders durch die intensive Verbrennung im Zylinder allmählich auf eine hohe Temperatur erwärmt. Falls andererseits der zu diesem Zeitpunkt bestehende Hochlastlauf plötzlich abgebrochen wird, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in dem Ansaugrohr wieder ihren Anfangswert an, so daß die Temperatur im Ansaugrohr auf ihren Anfangswert ansteigt. Andererseits ist die Anstiegsgeschwindigkeit der Lufttemperatur in dem Zylinder während der Beschleunigung weitaus geringer als diejenige des Drucks in dem Ansaugrohr, der unverzüglich der Bewegung des Drosselventils folgt. Die Abfallgeschwindigkeit der Lufttemperatur in dem Zylinder während der Verlangsamung ist gleichfalls weitaus geringer als diejenige des Drucks in dem Ansaugrohr. Dies ist deshalb der Fall, weil für das Erwärmen oder Kühlen des Zylinders selbst entsprechend der Intensität der Verbrennung im Zylinder eine beträchtliche Zeit erforderlich ist. Gemäß der vorstehenden Beschreibung verlaufen die Änderungen der Lufttemperatur an bzw. in dem Zylinder gemäß Fig. 13(b) langsamer als diejenigen des in Fig. 13(a) gezeigten Drucks in dem Ansaugrohr.
Gemäß der Darstellung in Fig. 13(c) wird ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F erzielt, während ein Hochlastlauf derart fortdauert, daß die Lufttemperatur in dem Zylinder stabil bzw. beständig ist. Wenn die Lufttemperatur in dem Zylinder zu steigen beginnt, ist sie zunächst noch niedrig, was zu einer hohen Luftdichte, nämlich zu übermäßig viel Luft im Verhältnis zu der entsprechend dem Druck in dem Ansaugrohr festgelegten Brennstoffmenge führt, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F für einige zehn Sekunden zur "mageren" Seite hin versetzt wird. Im Gegensatz dazu ist zu Beginn der Verlangsamung die Lufttemperatur in dem Zylinder noch hoch, obwohl das Drosselventil schon zurückgestellt ist und der Druck im Ansaugrohr wieder den Anfangswert annimmt, so daß der Brennstoffdurchsatz herabgesetzt wird. Infolgedessen ist die Luftdichte noch gering, was zu einem gegenüber dem Brennstoffdurchsatz kleineren Luftdurchsatz führt, so daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis für einige zehn Sekunden zu der "fetten" Seite hin versetzt wird. Diese Abweichungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses führen zu einer verschlechterten Abgasemission.
Aus der JP-OS 60-90933 ist ferner ein Verfahren zur Korrektur der Brennstoffmenge unter Berücksichtigung der Temperatur der in dem Ansaugrohr strömenden Ansaugluft bekannt. Bei dieser Korrektur des Brennstoffdurchsatzes durch die Ansauglufttemperatur gemäß der JP-OS 60-90933 wird jedoch gleichfalls die Einspritzmenge an Brennstoff festgelegt, während es weiterhin unmöglich ist, auf Temperaturänderungen der Luft beruhende Dichteänderungen zu kompensieren.
Zur Lösung dieses Problems wäre es darüber hinaus denkbar, die Lufttemperatur in dem Zylinder durch Anbringen eines Temperaturfühlers an der Zylinderwand direkt zu messen. Es ist aber außerordentlich schwierig, einen Temperaturfühler herzustellen, der empfindlich auf die verschiedenartigen Laufzustände der Maschine anspricht, während eine ausreichende Lebensdauer erhalten bleibt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine Brennstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die das Luft/Brennstoff-Verhältnis stets genau steuert.
Die Aufgabe wird mit einer Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß hat eine Steuervorrichtung, die in herkömmlicher Weise die Brennstoffmenge in Antwort auf die erfaßte Luftmenge und die Maschinendrehzahl steuert, eine Korrektureinrichtung für die Korrektur der einzuspritzenden Brennstoffmenge in Antwort auf die Zylindertemperatur. Gemäß der Erfindung wird der Korrekturwert auf der Basis einer Mittelwertsberechnung der erfaßten Luftmenge bestimmt, wobei die Mittelwertsberechnung nach einer Mittelungsfunktion erfolgt, deren Verlauf der Funktion der Temperaturänderung der Ansaugluft am Eintritt eines seine Temperatur verändernden Zylinders entspricht; d. h. die Mittelwertsberechnung der angesaugten Luftmenge ist so gewählt, daß der an die Steuervorrichtung ausgegebene Wert für den Ansaugrohrdruck eine der tatsächlich in den Zylinder einströmenden Luftmenge entsprechende Luftmenge beschreibt. Somit erfolgt auch bei plötzlichen Lastwechseln keine Verschiebung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in den Bereich zu fetten, oder zu mageren Gemisches, so daß stets eine genaue Steuerung der Einspritzmenge gewährleistet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die grundlegende Gestaltung des Steuersystems veranschaulicht.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die den Gesamtaufbau einer Brennkraftmaschine mit dem Brennstoffeinspritzungs- Steuersystem zeigt.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das den Innenaufbau einer elektronischen Steuereinheit 6 nach Fig. 2 zeigt.
Fig. 4 und 5 sind Ablaufdiagramme, die ein erstes Ausführungsbeispiel für Vorgänge zum Korrigieren der Brennstoffeinspritzmenge mit der Zylinderlufttemperatur zeigen.
Fig. 6 und 7 sind Ablaufdiagramme, die ein zweites Ausführungsbeispiel für die Korrekturvorgänge zeigen.
Fig. 8 ist eine grafische Darstellung für das Bestimmen eines Korrekturfaktors f(Ne) aus einer Drehzahl Ne bei einem Schritt 300 nach Fig. 7.
Fig. 9 ist eine grafische Darstellung für das Bestimmen eines Korrekturfaktors f(PM) aus einem Druckwert PM bei einem Schritt 310 nach Fig. 7.
Fig. 10 bis 12 sind grafische Darstellungen von Ergebnissen, die mit dem Steuersystem gemäß den Ausführungsbeispielen erreicht werden.
Fig. 13 ist eine grafische Darstellung von Kennlinien bei einem System nach dem Stand der Technik.
Zuerst wird anhand der Fig. 1 die grundlegende Gestaltung des Brennstoffeinspritzungs-Steuersystems beschrieben.
Das Brennstoffeinspritzungs-Steuersystem hat eine Luftmengenerfassungsvorrichtung 1000 für das Erfassen der Ansaugluft in einem mit einem Drosselventil 4 versehenen Ansaugrohr 2, einen Drehzahlsensor 2000 für das Erfassen der Drehzahl einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinder 20 und eine Recheneinrichtung 3000 für das Berechnen einer der Brennkraftmaschine 1 zuzuführenden Brennstoffmenge aus jeweiligen Signalen des Drehzahlsensors 2000 und der Luftmengenerfassungsvorrichtung 1000. Die Recheneinrichtung 3000 enthält eine Zylindereinlaßtemperatur-Korrektureinrichtung 4000 zum Korrigieren einer Brennstoffgrundmenge entsprechend der Ansaugluftdichte, die durch die Lufttemperatur in dem Zylinder 20 der Brennkraftmaschine 1 gegeben ist.
Selbst wenn bei dieser Anordnung durch thermische Beeinflussung von dem Zylinder 20 her, der dem Laufzustand der Brennkraftmaschine 1 entsprechenden Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, Dichteschwankungen der über das Ansaugrohr 2 in den Zylinder 20 gesaugten Ansaugluft auftreten, kann durch die Zylindereinlaßtemperatur-Korrektureinrichtung 4000 die Brennstoffeinspritzmenge auf einen Wert korrigiert werden, der hinsichtlich dieser Dichteschwankungen kompensiert ist. D. h., die Brennstoffeinspritzmenge wird entsprechend dem Temperaturzustand der Luft unmittelbar vor der Verbrennung korrigiert, so daß zum Optimieren des Luft/Brennstoff-Verhältnisses der Brennstoff immer in einer Menge zugeführt wird, die dem Laufzustand der Brennkraftmaschine 1 angemessen ist.
Die Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau eines Brennstoffeinspritzungs- Steuersystems für eine Brennkraftmaschine gemäß Ausführungsbeispielen.
An die Brennkraftmaschine 1 ist das Ansaugrohr 2 angeschlossen, das seinerseits in seinem Verlauf mit dem Drosselventil 4, welches durch Fahrpedalbetätigung des Fahrers verstellt wird, und mit einem Drucksensor 3 ausgestattet ist, der als Luftmengenerfassungsvorrichtung 1000 für das Erfassen des Drucks der Luft stromab des Drosselventils 4 dient. Das Drosselventil 4 ist mit einem Drosselstellungssensor 5 für das Umsetzen des Öffnungsgrads des Drosselventils 4 in ein elektrisches Signal versehen, das einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 6 zugeführt wird, die als Recheneinrichtung 3000 für das Berechnen der Brennstoffeinspritzmenge dient. Am Einlaß des Ansaugrohrs 2 stromauf des Drosselventils 4 ist ein Luftfilter 7 angeordnet, an dem ein Einlaßluft- Temperatursensor 8 angebracht ist. Dieser Einlaßluft- Temperatursensor 8 erzeugt ein elektrisches Signal, das der Temperatur der durch das Luftfilter 7 gesaugten Luft entspricht. Dieses mit dem Temperatursensor 8 erfaßte Signal wird gleichfalls in die Steuereinheit 6 eingegeben. An der Außenwand des Zylinders 20 der Brennkraftmaschine 1 ist ein Wassertemperatursensor 9 für das Erfassen der Temperatur des Kühlwassers und das Zuführen des Meßwerts zu der Steuereinheit 6 angebracht. An der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 ist ein Verteiler 10 befestigt, an dem seinerseits ein Drehwinkelsensor 11 und ein Kurbelwinkelsensor 12 angebracht sind, die als Drehzahlsensor 2000 für das Erfassen der Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 1 dienen. Die beiden Sensoren 11 und 12 geben Impulse bei jeweils vorbestimmten Kurbelwinkelstellungen von jeweils 30° bzw. 180° ab. Diese Impulse werden gleichfalls in die Steuereinheit 6 eingegeben. Mit 14 ist ein Sauerstoffkonzentrationssensor bezeichnet, der zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration in den Maschinenabgasen in einem Auspuffrohr angeordnet ist und dessen Erfassungssignal in die Steuereinheit 6 eingegeben wird. In dem Ansaugrohr 2 sind zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Drosselventil 4 jeweils für die Maschinenzylinder Einspritzventile 13 angebracht, die auf bekannte Weise elektrisch durch die Steuereinheit 6 gesteuert werden. Diese Einspritzventile werden hinsichtlich ihrer Erregungszeit bzw. Einspritzmenge TAU durch Einspritzsignale gesteuert, die von der Steuereinheit 6 aus den Erfassungssignalen der vorstehend genannten einzelnen Sensoren zusammengesetzt werden.
Die Ansteuerungszeit bzw. Einspritzmenge der Einspritzventile 13 wird nach folgender Gleichung berechnet:
TAU = Tp × FCTHA × FTCX + TAUV (1)
Hierbei ist mit Tp eine Brennstoffeinspritzungs-Grundmenge bezeichnet, die aus einer Tabelle ermittelt wird, welche entsprechend einem Druck PM und einer Drehzahl Ne abgefragt wird, die von dem Drucksensor 3 bzw. von dem Drehwinkelsensor 11 und dem Kurbelwinkelsensor 12 ermittelt werden. Mit FCTHA ist ein Luftdichte-Korrekturwert für das Korrigieren der Grundmenge Tp entsprechend der Dichte der Ansaugluft an dem Zylinder bezeichnet. Die Berechnung dieses Luftdichte-Korrekturwerts FCTHA wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Mit FTCX ist ein von dem Korrekturwert FCTHA verschiedener Korrekturwert bezeichnet, der entsprechend dem Zustand und dem Laufzustand der Brennkraftmaschine aus den Ausgangssignalen der vorangehend genannten verschiedenen Sensoren wie des Drosselstellungssensors 5, des Einlaßluft-Temperatursensors 8 und des Sauerstoffkonzentrationssensors 14 berechnet wird. Weiterhin ist mit TAUV ein Korrekturwert für das Kompensieren der Ansprechzeitverzögerung bei dem Öffnen der Einspritzventile 13 bezeichnet; der Korrekturwert TAUV wird aus einer Tabelle bestimmt, die gemäß der Batteriespannung abgerufen wird. Die vorangehend genannten Korrekturwerte FCTHA, FTCX und TAUV sowie die endgültige Einspritzmenge TAU werden von der Steuereinheit 6 auf die nachfolgend beschriebene Weise berechnet.
Die Fig. 3 zeigt den Innenaufbau der elektronischen Steuereinheit 6 nach Fig. 2.
Die Steuereinheit 6 enthält eine Zentraleinheit 6a für das Aufnehmen und Zusammenstellen der von den genannten Sensoren erfaßten einzelnen Signale entsprechend einem Steuerprogramm und für das Ausführen von Verarbeitungen zur Steuerung der vorangehend genannten Vorrichtungen, einen Festspeicher (ROM) 6b zum Speichern des Programms und von im voraus gespeicherten Anfangsdaten, einen Schreib/Lesespeicher (RAM) 6c für das zeitweilige Speichern einer Vielzahl von in die Steuereinheit 6 einzugebenden Signalen und von für die arithmetische Steuerung erforderlichen Daten und einen Datensicherungs-Arbeitsspeicher (RAM) 6d, der ständig mittels einer Batterie gespeist ist, um eine Vielzahl von für die nachfolgende Steuerung der Brennkraftmaschine 1 erforderlichen Daten auch nach dem Ausschalten des Schlüsselschalters für die Maschine 1 zu speichern und festzuhalten. Diese Komponenten der Steuereinheit 6 sind über eine Sammelleitung 6e mit einer Eingabestufe 6f, einer Eingabe/Ausgabestufe 6g und einer Ausgabestufe 6h verbunden. Diese können Eingangssignale zu externen Vorrichtungen senden oder deren Ausgangssignale aufnehmen.
Die Steuereinheit 6 ist mit Pufferstufen 6i, 6j, 6k und 6l für die Ausgangssignale des Ansaugrohr-Drucksensors 3, des Wassertemperatursensors 9, des Einlaßluft-Temperatursensors 8 bzw. des Drosselstellungssensors 5 ausgestattet. Ferner werden von einem Multiplexer 6n selektiv die Ausgangssignale der vorstehend genannten einzelnen Sensoren an einen A/D-Wandler 6p für das Umsetzen analoger Signale in entsprechende digitale Signale abgegeben. Die einzelnen Signale werden über die Eingabe/Ausgabestufe 6g in die Zentraleinheit 6a eingegeben. Die Steuereinheit 6 ist ferner mit einer Pufferstufe 6q für das Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrationssensors 14, einem Vergleicher 6r für die Ausgabe eines Signals in dem Fall, daß die Ausgangsspannung der Pufferstufe 6q eine dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff- Verhältnis entsprechende vorbestimmte Spannung übersteigt, und einer Kurven- bzw. Impulsformerschaltung 6s für das Formen der Kurven der Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 12 und des Drehwinkelsensors 11 ausgestattet. Diese einzelnen Signale werden über die Eingabestufe 6f in die Zentraleinheit 6a eingegeben. Ferner enthält die Steuereinheit Treiberstufen 6t und 6u für das Zuführen von Steuerströmen zu den Einspritzventilen 13 sowie zu in Fig. 2 nicht gezeigten Zündvorrichtungen 15. An diese beiden Treiberstufen 6t und 6u gibt die Zentraleinheit 6a die Steuersignale über die Ausgabestufe 6h ab. Ferner enthält die Steuereinheit 6 eine Taktschaltung 6v für die Abgabe eines Taktsignals CK zur Zeitsteuerung in vorbestimmten Intervallen an die Zentraleinheit 6a usw. ab.
Als nächstes werden im folgenden ausführlich Vorgänge methodisch beschrieben, die zum Berechnen der Einspritzmenge TAU von Brennstoff entsprechend der Dichte der in den Zylinder gesaugten Luft ausgeführt werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Programmschritte für das Ermitteln der in Fig. 13(b) dargestellten Temperatur der Luft in oder nahe dem Zylinder entsprechend dem Signal des Drucksensors 3 für den Ladedruck PM in dem Fall, daß sich der Ladedruck PM gemäß der Darstellung in Fig. 13(a) ändert, und für das Berechnen der Brennstoffeinspritzmenge.
Die Fig. 4 zeigt eine Routine 100, bei der bei jeweils 250 ms ein gemittelter bzw. geglätteter Druckwert PMN berechnet wird, der im wesentlichen der Lufttemperatur in dem Zylinder 20 entspricht. Bei einem ersten Schritt 110 wird ein Wert DPM dadurch bestimmt, daß von dem gegenwärtig erfaßten Druckwert PM ein vorangehender gemittelter Druckwert PMN-1 subtrahiert wird. Der Wert DPM entspricht der Abweichung zwischen der Druckkurve nach Fig. 13(a) und der Kurve der Zylindereinlaß- Lufttemperatur gemäß Fig. 13(b). Bei einem Schritt 120 wird ein Mittelwert aus dem gegenwärtigen Druckwert PM und dem vorangehenden gemittelten Druckwert PMN-1 nach folgender Gleichung gebildet: (PMN-1 × 63 + PM)/64. Diese Mittelungsfunktion ist zwar experimentell ermittelt; es wurde jedoch bestätigt, daß eine Verzögerungszeit von ungefähr 40 Sekunden, in der der Wert PMN den Wert PM erreicht, ein gutes Ergebnis darstellt. Diese Routine endet mit einem Schritt 130.
Die Fig. 5 zeigt eine Routine 140, in der aus einem bestimmten Kurbelwinkel bei jeder Umdrehung der Maschine die endgültige Brennstoffeinspritzmenge TAU berechnet wird. Bei einem Schritt 150 wird ein Luftdichte-Korrekturwert FCTHA dadurch bestimmt, daß der in der vorangehenden Routine 100 bestimmte Wert DPM mit einem vorbestimmten grundlegenden Korrekturwert α multipliziert wird (wobei beispielsweise bei der bei dem Ausführungsbeispiel verwendeten Brennkraftmaschine α = 0,04 gilt). Dieser Korrekturwert FCTHA wird dabei bei einer Beschleunigung infolge des positiven Werts DPM positiv, bei einer Verlangsamung infolge des negativen Werts DPM negativ und zu "0", wenn der Wert DPM "0" ist. Bei einem nachfolgenden Schritt 155 wird der Wert FCTHA um "1" aufgestuft, wonach die Routine zu einem folgenden Schritt 160 fortschreitet, bei dem die endgültige Brennstoffeinspritzmenge TAU gemäß der Gleichung (1) bestimmt wird, wonach diese Routine bei einem Schritt 170 endet. Die Erhöhung des Wertes FCTHA um "1" bei dem Schritt 155 erfolgt, weil die Einspritzungsrate bzw. Einspritzmenge durch das Multiplizieren der Grundmenge Tp mit dem Korrekturwert FCTHA bei dem nächsten Schritt 160 korrigiert wird. Falls FCTHA = 1 gilt, erfolgt keine Korrektur der Grundmenge für die Brennstoffeinspritzung. Danach wird von der Steuereinheit 6 dem Einspritzventil 13 ein Signal mit einer der endgültigen Einspritzmenge TAU entsprechenden Einspritzimpulsbreite zugeführt, so daß der Brennstoff in die Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird.
Als Alternative zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 und 5 ist in den Fig. 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Bei einem Schritt 200 wird bei jeweils 250 ms die Routine gemäß Fig. 6 begonnen. Bei einem Schritt 210 wird wie bei dem Schritt 110 als Wert DPM der Differenzwert PM - PMN-1 ermittelt, wonach die Routine zu einem Schritt 220 fortschreitet. Bei diesem Schritt 220 wird aus dem positiven oder negativen Vorzeichen des Wertes DPM ermittelt, ob der Laufzustand eine Beschleunigung oder eine Verlangsamung ist, wobei der Umstand genutzt wird, daß der Anstieg und der Abfall des gemittelten Wertes PMN-1 gegenüber demjenigen des tatsächlichen Druckwertes PM verzögert ist. Wenn DPM kleiner oder gleich "0" ist, was einen normalen Lauf oder eine Verlangsamung darstellt, bei der der Ansaugdruck unverändert ist oder verringert wird, schreitet die Routine zu einem Schritt 240 weiter. Wenn im Gegensatz dazu DPM größer als "0" ist, was eine Beschleunigung darstellt, schreitet das Programm zu einem Schritt 230 weiter. Bei dem Schritt wird der momentane gemittelte Druckwert PMN gemäß der Funktion (PMN-1 × 63 + PM)/64 ermittelt. Bei dem Schritt 240 wird der Wert PMN als (PMN-1 × 31 + PM)/32 bestimmt, wonach jeweils diese Routine mit einem Schritt 250 endet. Auf diese Weise kann durch die Anwendung der unterschiedlichen Mittelungsgleichungen bei den Schritten 230 und 240 der Fall mit einbezogen werden, daß die Anstiegsgeschwindigkeit und die Abfallgeschwindigkeit der Temperatur in dem Zylinder 20 der Maschine voneinander verschieden sind.
Als nächstes beginnt mit einem Schritt 260 die Routine nach Fig. 7, bei der bei einem Schritt 270 aus dem positiven oder negativen Vorzeichen von DPM der Verlangsamungszustand ermittelt wird. Falls DPM kleiner oder gleich "0" ist, liegt der stationäre Zustand oder der Verlangsamungszustand vor, wobei die Routine zu einem nächsten Schritt 280 fortschreitet, bei dem der Luftdichte-Korrekturwert FCTHA aus DPM × α erhalten wird. Falls der Beschleunigungszustand vorliegt, wird bei einem Schritt 290 der Korrekturwert FCTHA als DPM × β bestimmt. Hierbei sind α und β voneinander verschiedene Grundkorrekturwerte, die im Falle der Eigenschaften der bei dem Ausführungsbeispiel benutzten Brennkraftmaschine 1 zu α = 0,04 und β = 0,03 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann der Luftdichte-Korrekturwert FCTHA entsprechend der Beschleunigung oder Verlangsamung derart gewählt werden, daß eine bessere Annäherung an die für die Maschine 1 erforderliche Einspritzraten-Kennlinien erfolgt.
Bei einem nachfolgenden Schritt 300 wird der Korrekturwert FCTHA entsprechend der mittels des Drehwinkelsensors 11 erfaßten Maschinendrehzahl Ne korrigiert. Hierbei wird die in Fig. 8 gezeigte grafische Darstellung dazu benutzt, aus der Drehzahl Ne einen Drehzahl-Korrekturfaktor f(Ne) abzuleiten, wonach der mit dem Wert f(Ne) multiplizierte Wert FCTHA den Wert FCTHA ersetzt. Mit diesem Schritt 300 ist es selbst bei der Bestimmung eines gleichen Werts DPM bei dem Schritt 210 möglich, dem Erfordernis zu genügen, daß eine für eine zu diesem Zeitpunkt bestehende hohe Drehzahl erforderliche Brennstoffmengensteigerung nicht so hoch ist.
Bei einem Schritt 310 wird dieser neue Wert FCTHA mit dem Ansaugluft- bzw. Ladedruck PM weiter korrigiert. Gemäß der Darstellung in Fig. 9 wird dem Ansaugdruckwert PM entsprechend in einer Tabelle ein Ansaugdruck-Korrekturfaktor f(PM) abgerufen. Mit diesem Schritt 310 kann die Steigerung der Brennstoffeinspritzmenge verringert werden, falls beispielsweise der Einlaßdruck an sich schon hoch ist. Der bisherige Wert FCTHA wird mit dem Faktor f(PM) multipliziert, um diesen Wert auf einen erneuerten Wert FCTHA zu korrigieren. Dieser erneuerte Wert FCTHA wird zum Bestimmen der endgültigen Einspritzmenge TAU nach der genannten Gleichung (1) herangezogen, wonach die Routine mit einem Schritt 330 endet.
Mit den vorangehend genannten Schritten 300 und 310 kann das Luft/Brennstoff-Verhältnis durch eine derartige Korrektur genauer gesteuert werden, daß der Luftdichte-Korrekturwert FCTHA für einen Ansaugrohrdruck PM für höhere Last und eine höhere Drehzahl Ne verringert wird.
Bei ausgeführten Versuchen wurde durch Beschleunigung und Verlangsamung der Druck PM in dem Ansaugrohr entsprechend der Darstellung durch eine ausgezogene Kurve in Fig. 10(a) geändert, während die Drehzahl Ne auf 1500 Umdrehungen/min gehalten wurde. Der gemittelte Druckwert PMN wurde bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung durch eine gestrichelte Linie und bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung durch eine strichpunktierte Linie berechnet. Die Mittelungsgleichung bei dem Schritt 240 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für die Verlangsamung gibt weitaus stärker den Ist-Druckwert PM wieder als diejenige bei dem Schritt 230. Daher konvergiert nach der Verlangsamung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der gemittelte Druckwert PMN schneller auf den bestehenden Druckwert PM als bei dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl bei der Beschleunigung als auch bei der Verlangsamung bei dem Schritt 120 der Mittelwert der Druckwerte PM unter Verwendung der gleichen Rechengleichung wie bei dem Schritt 230 gebildet wird.
Dabei werden entsprechend den Eigenschaften der Brennkraftmaschine die Mittelungsgleichungen bei den Schritten 120, 230 und 240 derart festgelegt, daß sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Änderungsgeschwindigkeit des Wertes PMN nach Fig. 10(a) der tatsächlichen Änderungsgeschwindigkeit der in Fig. 13(b) dargestellten Lufttemperatur am Zylindereinlaß so nahe wie möglich kommt.
Nach Fig. 10(a) entspricht die Differenz zwischen dem bestehenden Druckwert PM und dem gemittelten Druckwert PMN dem Wert DPM, der bei Beschleunigung größer als "0" ist, bei einer Verlangsamung kleiner als "0" ist und bei einem stationären Zustand gleich "0" ist, was vorangehend beschrieben wurde. Der vorstehend genannte Luftdichte-Korrekturwert FCTHA wird bei dem Schritt 155 oder 315 bestimmt, wonach unter Anwendung der Gleichung (1) bei dem Schritt 160 oder 320 die endgültige Einspritzmenge TAU = Tp × FCTHA × FTCX + TAUV berechnet wird. Gemäß Fig. 10(b), die zeigt, um wieviel im Vergleich zu der Einspritzrate bei dem Stand der Technik die endgültige Einspritzmenge TAU erhöht oder verringert wird, wird sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend dem Wert DPM die Einspritzmenge bei der Beschleunigung erhöht und bei der Verlangsamung verringert. Gemäß der vorangehenden Beschreibung sind die Änderungen des Wertes PMN gleich denjenigen der Ansauglufttemperatur in dem Zylinder gewählt. Bei PMN < PM hat die Luft in dem Zylinder niedrige Temperatur und hohe Luftdichte, so daß die Brennstoffmenge dementsprechend erhöht wird. Im Gegensatz dazu ist bei PMN < PM die Luftdichte in dem Zylinder gering, so daß die Brennstoffmenge verringert wird.
Auf diese Weise wird die unerwünschte Erscheinung bei dem Stand der Technik gemäß Fig. 10(c) verhindert, nämlich daß bei der Beschleunigung das Luft/Brennstoff-Verhältnis erhöht bzw. das Gemisch magerer wird und bei der Verlangsamung das Verhältnis verringert bzw. das Gemisch fetter wird; infolgedessen kann sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel selbst bei Änderungen des Laufzustands ein stabiles bzw. gleichmäßiges Luft/Brennstoff-Verhältnis erreicht werden.
Hierbei kann die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses bei dem zweiten Ausführungsbeispiel besser als bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, da zusätzlich zu der Korrektur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Korrektur des Wertes FCTHA mit der Drehzahl Ne und dem Druck PM erfolgt und die Verfahren zum Berechnen der Werte PMN und DPM zwischen Beschleunigung und Verlangsamung gewechselt werden.
Die Fig. 11 zeigt die Ergebnisse der Steuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Fall, daß sich der Ansaugdruck zwischen 220 und 550 mmHg ändert, während die Drehzahl Ne = 3000 Umdrehungen/min aufrecht erhalten wird, und die Fig. 12 zeigt die Ergebnisse der Steuerung in dem Fall, daß sich bei Ne = 3000 Umdrehungen/min der Ansaugdruck PM in dem Ansaugrohr 2 zwischen 420 und 750 mmHg ändert. In beiden Fällen können die Schwankungen des Luft/Brennstoff-Verhältnisses gut unterdrückt werden.
Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die endgültige Einspritzmenge TAU nach der folgenden Gleichung (1) berechnet:
TAU - Tp × FCTHA × FTCX + TAUV (1)
Es kann jedoch trotzdem der Schritt 155 nach Fig. 5 oder der Schritt 315 nach Fig. 7 weggelassen werden, so daß die endgültige Einspritzmenge TAU durch unverändertes Addieren des bei dem vorangehenden Schritt 150 oder 310 ermittelten Korrekturwerts FCTHA zu der Grundmenge Tp berechnet wird. Beispielsweise kann die endgültige Einspritzmenge TAU nach folgender Gleichung berechnet werden:
TAU - Tp × FTCX + FCTHA + TAUV (2)
Die Gleichungen (1) bzw. (2) werden den einzelnen Bedarfskennwerten der Brennkraftmaschine entsprechend derart gewählt, daß sich im ganzen Fahrbereich die jeweils richtige Einspritzmenge ergibt. Natürlich können die Gleichungen (nämlich beispielsweise (1) oder (2)), die die Einwirkung des Korrekturwerts FCTHA auf die Grundmenge Tp widerspiegeln, für verschiedenerlei Anwendungszwecke entsprechend dem Laufzustand der Maschine gewählt werden.
Mit der zuvor beschriebenen Gestaltung können ohne Verwendung eines teuren Sensors für das direkte Messen der Temperatur in dem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 die durch die Wärme in dem Zylinder 20 verursachten Änderungen der Luftdichte gemäß Fig. 13 dadurch kompensiert werden, daß ein Mittelwert der Druckwerte in dem Ansaugrohr 2 gebildet wird. Dadurch wird das Problem gelöst, daß während einer Beschleunigung bis zum Aufwärmen des Zylinders der Brennkraftmaschine der Brennstoff als mageres Gemisch mit einem erhöhten Luft/ Brennstoff-Verhältnis zugeführt wird, da die Luft niedrige Temperatur und hohe Dichte hat, wogegen auch nach Beendigung eines Hochlastlaufes der Brennstoff fetter als erforderlich zugeführt und das Luft/Brennstoff-Verhältnis verringert wird, da durch die zurückbleibende Wärme in dem Zylinder die Luft erwärmt und zu einer niedrigen Luftdichte expandiert wird.
Das Steuersystem ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann beispielsweise dadurch abgewandelt werden, daß die Ansaugluft über das Öffnungsausmaß des Drosselventils erfaßt wird.

Claims (5)

1. Steuervorrichtung für die Brennstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine (1), mit einer Luftmengenerfassungseinrichtung (3, 1000) zur Erfassung einer durch einen Einlaß (2) zur Brennkraftmaschine (1) strömenden Luftmenge (PM), einem Drehzahlsensor (11, 12, 2000) zur Erfassung der Maschinendrehzahl (Ne), einer Einspritzeinrichtung (13) für die Brennstoffeinspritzung und einer Steuereinheit (6) zur Steuerung der Einspritzeinrichtung (13) auf eine von der Steuereinheit (6) in Antwort auf die erfaßte Luftmenge (PM) und die erfaßte Drehzahl (Ne) festgelegte Brennstoffgrundmenge (Tp), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (6) in einer Korrektureinrichtung für die Zylindereinlaßtemperatur (4000) einen Korrekturwert (FCTHA) auf der Basis einer Mittelwertsberechnung (PMN) der erfaßten Luftmenge (PM) bestimmt und mit diesem die Brennstoffgrundmenge (Tp) korrigiert, wobei die Mittelwertsberechnung nach einer Mittelungsfunktion erfolgt, deren Verlauf der Funktion der Temperaturänderung der Ansaugluft am Eintritt eines seine Temperatur verändernden Zylinders (20) im wesentlichen entspricht.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (4000) den Korrekturwert (FCTHA) entsprechend der Differenz (DPM) zwischen der erfaßten Ansaugluftmenge (PM) und der gemittelten Ansaugluftmenge (PMN) bestimmt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung zum Unterscheiden zwischen einer Beschleunigung oder einer Verlangsamung der Brennkraftmaschine, auf deren Ergebnis hin die vorbestimmte Mittelungsfunktion derart ausgewählt wird, daß bei einer Verlangsamung die gemittelte Ansaugluftmenge (PMN) der erfaßten Ansaugluftmenge (PM) schneller folgt als bei der Beschleunigung.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den ermittelten Korrekturwert (FCTHA) entsprechend der erfaßten Ansaugluftmenge (PM) und der erfaßten Drehzahl (Ne) korrigiert.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengenerfassungseinrichtung (3, 1000) einen stromab eines Drosselventils (4) der Brennkraftmaschine (1) angeordneten Drucksensor (3) aufweist.
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