DE3732039C2 - Brennstoffeinspritzungs-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Brennstoffeinspritzungs-Steuersystem für eine BrennkraftmaschineInfo
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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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