DE3904750A1 - Kraftstoffregler fuer einen verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffregler für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wobei es sich um einen solchen Motor handelt, der mit einem Kraftstoffeinspritzsystem ausgerüstet ist.

Ein Verbrennungsmotor ist mit einem Luftstromfühler versehen, der stromab der Drosselklappe angeordnet ist. An der Kurbelwelle des Motors ist ein Kurbelwinkelfühler angebracht. Die Luftmenge, welche in den Motor zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln eintritt, wird auf der Basis des Ausgangs des Luftströmungsfühlers und des Kurbelwinkelfühlers bestimmt. Ein Kraftstoffregler stellt die Kraftstoffmenge ein, die dem Motor über die Kraftstoffeinspritzer zugeführt wird, und zwar in Übereinstimmung mit der Menge an angesaugter Luft und mit anderen Betriebsparametern, um so das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis einzustellen.

Der Zeitpunkt, zu welchem Kraftstoff dem Motor zugeführt wird, variiert in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen. Bei hoher Motordrehzahl wird die Zeitdauer, während derer jeder Kraftstoffeinspritzer angesteuert wird, angehoben und der Zeitpunkt, zu welchem die Kraftstoffeinspritzung für jeden Zylinder begonnen wird, wird zu einem früheren Teil des Motorbetriebszyklus vorgeschoben. So z. B. beginnt die Kraftstoffeinspritzung bei niedriger Drehzahl im allgemeinen während des Krafthubes in jedem Zylinder, während bei hoher Drehzahl der Beginn der Kraftstoffeinspritzung bis zum Kompressionshub vorgeschoben werden kann.

Die Menge von Kraftstoff, welche dem Motor zugeführt wird, berechnet man in vorgeschriebenen Zeitintervallen, ungeachtet des Einspritzzeitpunktes. Wenn der Einspritzzeitpunkt bei hohen Drehzahlen vorverlegt wird, so kann es eine größere Zeitdifferenz zwischen der Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge und dem Einspritzen der errechneten Kraftstoffmenge geben. Wenn dementsprechend der Einspritzzeitpunkt vorverlegt wird, wird es unmöglich, die notwendige Kraftstoffmenge dem Motor zuzuführen, so daß das angestrebte Luft-/Kraftstoffverhältnis nicht erzielbar ist.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kraftstoffregler für einen Verbrennungsmotor dahingehend weiterzubilden, daß eine korrekte Kraftstoffmenge dem Motor ungeachtet der Motordrehzahl zuführbar ist.

Beim Kraftstoffregler gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzung im wesentlichen synchron mit der Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge durchgeführt. Wenn der Einspritzzeitpunkt bei hoher Motordrehzahl vorverlegt wird, so wird die Kraftstoffeinspritzung im wesentlichen synchron zur Kraftstoffversorgungsberechnung durchgeführt. Nachdem die Kraftstoffberechnung immer gerade vor der Kraftstoffeinspritzung erfolgt, entspricht die Menge von zugeführtem Kraftstoff immer dem gerade erst festgestellten Motorbetriebszustand.

Die Errechnung der dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge wird vor der Einspritzung von Kraftstoff durchgeführt, so daß die Berechnung und die Kraftstoffeinspritzung nicht exakt synchron erfolgen können. Nachdem aber die Kraftstoffeinspritzung praktisch direkt nach der Errechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge erfolgt und nachdem die Zeitverzögerung zwischen der Kraftstoffberechnung und der Kraftstoffeinspritzung im wesentlichen über die Drehzahl des Motors konstant bleibt, ist die Kraftstoffzuführungsberechnung im folgenden als im wesentlichen synchron zur Kraftstoffeinspritzung zu bezeichnen.

Der Kraftstoffregler gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Kraftstoffeinspritzer, der dem Motor Kraftstoff zuführt. Es sind Detektormittel vorgesehen, um den Motorbetriebszustand festzustellen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, die Rechnermittel umfaßt, um eine geeignete Kraftstoffmenge zu errechnen, die dem Motor zugeführt werden soll, und zwar basierend auf dem festgestellten Motorbetriebszustand. Es sind Steuermittel für die Kraftstoffeinspritzer vorgesehen, um die Kraftstoffeinspritzer im wesentlichen synchron zur Berechnung der Kraftstoffmenge während einer Periode anzusteuern, die geeignet ist, die errechnete Menge von Kraftstoff dem Zylinder zuzuführen. Es sind Zeit-Vorstellmittel vorgesehen, um den Beginn der Kraftstoffeinspritzung um einen vorbestimmten Betrag vorzuverlegen und dabei die Errechnung der Kraftstoffmenge im wesentlichen synchron zur Kraftstoffeinspritzung zu halten, wenn der festgestellte Motorbetriebszustand vorbestimmte Bedingungen erfüllt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Regeleinheit einen Mikrocomputer.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftstoffreglers in Anwendung bei einem Vierzylindermotor;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Struktur nach Fig. 1 im Detail;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Hauptprogrammes, das vom Mikrocomputer 31 nach Fig. 2 abgearbeitet wird bzw. ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Funktion f 1 (Bestimmung eines fundamentalen Einspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizienten) und der Ausgangsfrequenz Fa des AFS (Luftstromfühlers) der Ausführungsform nach Fig. 2;

Fig. 5 ein Flußdiagramm einer Interrupt-Routine, die vom Mikrocomputer 31 nach Fig. 2 jedesmal durchgeführt wird, wenn der Pegel des AFS-Ausgangssignales ansteigt;

Fig. 6a und 6b ein Flußdiagramm einer Interrupt-Routine, die jedesmal dann ausgeführt wird, wenn der Pegel des Kurbelwellenfühlersignales ansteigt;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Änderungen der Werte verschiedener Parameter, wenn die Drosselklappe plötzlich geöffnet wird; und

Fig. 8 den Zeitverlauf zur Erläuterung des Zeitverhaltens der Kraftstoffversorgungsberechnung, Kraftstoffeinspritzung und anderer Signale.

In den Zeichnungen werden gleiche Teile jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei Fig. 1 schematisiert die Gesamtstruktur der Ausführungsform zeigt, die bei einem Vierzylindermotor Anwendung findet.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Vierzylindermotor 1 vier Zylinder, die mit #1 bis #4 bezeichnet sind. Ein Einlaßkrümmer 10 a ist an der einen Seite des Motors 1, ein Auslaßkrümmer 11 an der anderen Seite angebracht. Ein Einlaßrohr 10 b ist oberhalb des Einlaßkrümmers 10 a vorgesehen. Im Einlaßrohr 10 b ist oberhalb eines Ausgleichsbehälters 15 eine Drosselklappe 14 drehbar angeordnet. Einlaßseitig ist das Einlaßrohr 10 b mit einem Luftfilter 12 versehen. Ein Karman Wirbel- Luftstromfühler 13 (im folgenden AFS genannt) ist am Einlaßrohr 10 b zwischen der Drosselklappe 14 und dem Luftfilter 12 montiert. Dieser gibt ein elektrisches Ausgangssignal in Form von Pulsen ab, deren Frequenz dem Luftstrom bzw. der Strömungsrate der Luft entspricht, die durch das Einlaßrohr 10 b fließt. Ein Kurbelwinkelfühler 17 tastet die Drehung des Motors 1 ab und generiert zwei elektrische Ausgangssignale: Ein Kurbelwinkelsignal SGT und ein Zylindererkennungssignal SGC. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird zu vorgeschriebenen Kurbelwinkeln des Motors 1 generiert, so z. B. einmal für alle 180° der Kurbelwellendrehung. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird in Form von Pulsen generiert, die zu vorgeschriebenen Kurbelwinkeln ansteigen und abfallen, so z. B. Steigen bei 75° BTDC und Absteigen bei 5° BTDC. Das Zylindererkennungssignal SGC wird jedesmal dann generiert, wenn ein vorgeschriebener Zylinder erkannt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Zylindererkennungssignal SGC ein Puls, der jedesmal dann ansteigt, wenn die Kurbelwelle sich in einer Position befindet, so daß der erste Zylinder gerade komprimiert. Vier Kraftstoffeinspritzer 16 a bis 16 d zur Zuführung von Kraftstoff zum Motor 1 sind im Einlaßkrümmer 10 a nahe nicht gezeigten Einlaßventilen der Zylinder angeordnet. Die Temperatur des Motorkühlwassers wird von einem Wassertemperaturfühler 18 abgetastet, der einen Thermistor oder dergleichen umfaßt, welcher ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend der Temperatur generiert.

Ein Lastfühler 20 ist mit dem AFS 13 und dem Kurbelwinkelfühler 17 verbunden. Dieser zählt die Anzahl von Ausgangspulsen des AFS 13 zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen des Kurbelwinkelsignales SGT und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal ab, welches einem Rechner 21 zugeführt wird. Der Rechner 21 errechnet die Rate, mit welcher Luft in den Motor eintritt, und zwar basierend auf dem Ausgang des Lastfühlers 20, und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal ab. Ein Regler 22 errechnet und steuert die Ansteuerzeit für die Kraftstoffeinspritzer 16 a und 16 d basierend auf dem Ausgang des Rechners 21, des Kurbelwinkelfühlers 17 und des Wassertemperaturfühlers 18, um so ein geeignetes Luft-/ Kraftstoffverhältnis entsprechend der Lufteinlaßrate sicherzustellen, die vom Rechner 21 errechnet wurde. Der Kraftstoffregler 22 stellt auch den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen nach vorne und hält die Kraftstoffeinspritzung im wesentlichen synchron zur Kraftstoffberechnung. Der Kraftstoffregler 22 umfaßt eine Rechenanordnung zum Errechnen der geeigneten Menge von Kraftstoff, die dem Motor zugeführt werden soll, basierend auf einem festgestellten Motorbetriebszustand. Weiterhin ist eine Kraftstoffeinspritzsteuerung vorgesehen, um den Kraftstoffeinspritzer im wesentlichen synchron zur Kraftstoffmengenberechnung während einer Periode anzusteuern, die hinreichend ist, die errechnete Menge an Kraftstoff den Zylindern des Motors zuzuführen. Eine Zeitpunktvorstelleinrichtung ist vorgesehen, um den Beginn der Kraftstoffeinspritzung um einen vorbestimmten Betrag vorzustellen, wobei die Errechnung der Kraftstoffmenge im wesentlichen synchron zur Kraftstoffeinspritzung weiterhin erfolgt, wenn der festgestellte Motorbetriebszustand einer vorbestimmten Bedingung genügt.

Fig. 2 zeigt die Struktur dieser Ausführungsform etwas detaillierter. Die Elemente 20-22 nach Fig. 1 werden in einer Reglereinheit 30 dargestellt, welche die vier Kraftstoffeinspritzer 16 a bis 16 d steuert. Die Regeleinheit 30 wird von einem Mikrocomputer 31 gesteuert, der eine CPU 32, ein ROM 33 zum Speichern von Berechnungsdaten und Programmen, die in Fig. 3, 5 und 6 erläutert sind, und ein RAM 34 enthält. Das Ausgangssignal des AFS 13 wird einem Zähler 35 und einem Interrupt-Eingang P 2 des Mikrocomputers 31 zugeführt. Der Zähler 35 mißt die Perioden des AFS-Signales und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an einen Eingang P 1 des Mikrocomputers 31. Das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 18, das einen Analogwert darstellt, wird einem A/D-Wandler 37 über ein Interface 36 zugeführt. Der digitalisierte Wert wird dem Mikrocomputer 31 zugeführt. Das Kurbelwinkelsignal SGT vom Kurbelwinkelfühler 17 wird einem Wellenformer 38 zugeführt. Die geformte Welle wird einem Interrupt-Eingang P 3 des Mikrocomputers 31 und einem Zähler 39 zugeführt. Das Zylindererkennungssignal SGC des Kurbelwinkelfühlers 17 wird dem Mikrocomputer 31 ebenso durch einen Wellenformer 40 zugeführt. Ein Zeitgeber 41 ist mit einem Interrupt-Eingang P 4 des Mikrocomputers 31 verbunden. Eine nicht dargestellte Batterie des Motors ist mit einem A/D-Wandler 42 verbunden, der ein digitales Ausgangssignal entsprechend der Spannung VB der Batterie abgibt und das Signal dem Mikrocomputer 31 zuführt. Vier Zeitgeber 43-46 werden vom Mikrocomputer 31 auf vorgeschriebene Werte gesetzt und von Ausgangssignalen aus Ausgängen P 5-P 8 des Mikrocomputers 31 getriggert. Die Ausgangsanschlüsse der Zeitgeber 43-46 sind mit Kraftstoffeinspritzern 16 a bis 16 d über entsprechende Treiber 47 bis 50 verbunden.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 2 erläutert. Der Ausgang des ASF 13 wird dem Zähler 35 zugeführt, welcher die Periode zwischen ansteigenden Flanken des Ausgangs des ASF 13 mißt. Jedesmal, wenn der Pegel des Ausgangssignales des ASF 13 ansteigt (das Signal wird dem Interrupt-Eingang P 2 zugeführt), vollzieht die CPU 32 eine Interrupt-Routine und die Periode des Zählers 35 wird gemessen. Der Ausgang des Wassertemperaturfühlers 18 wird über das Interface 36 und den A/D-Wandler 37 in vorbestimmten Intervallen in Digitalwerte gewandelt, wobei der Ausgang des A/D-Wandlers 37 dem Mikrocomputer 31 zugeführt wird. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird dem Interrupt-Eingang P 3 des Mikrocomputers 31 und dem Zähler 39 über den Wellenformer 38 zugeführt. Der Mikrocomputer 31 vollzieht bei jeder ansteigenden Flanke des Kurbelwellensignales SGT eine Interrupt-Routine durch und die Periode zwischen ansteigenden Flanken des Kurbelwinkelsignales SGT wird basierend auf dem Ausgang des Zählers 39 festgestellt. Der Pegel des Zylindererkennungssignales SGC des Kurbelwinkelfühlers 17 wird bei jeder ansteigenden Flanke des Kurbelwinkelsignales SGT festgestellt. Dann wird festgelegt, ob der erste Zylinder komprimiert oder nicht. In vorgeschriebenen Intervallen generiert der Zeitgeber 41 eine Interrupt-Anforderung, die dem Interrupt-Eingang P 4 des Mikrocomputers 31 zugeführt wird. Der A/D-Wandler 42 wandelt den Analogbetrag der Spannung VB der nicht dargestellten Batterie in einen Digitalwert und der Mikrocomputer 31 liest in vorgeschriebenen Intervallen des Batteriespannungsdaten. Die Zeitgeber 43 bis 46 werden vom Mikrocomputer 31 vorgestellt und über Signale von Ausgängen P 2 bis P 6 des Mikrocomputers 31 getriggert. Jeder Zeitgeber gibt einen Puls vorgeschriebener Breite aus, der einen der Kraftstoffeinspritzer 16 a bis 16 d über den jeweiligen Treiber 47 bis 50 ansteuert.

Im folgenden wird der Betrieb der CPU 32 unter Bezug auf die Flußdiagramme nach den Fig. 3, 5 und 6 beschrieben. Die Fig. 3 zeigt das Hauptprogramm der CPU 32. Wenn ein Reset-Signal der CPU 32 im Schritt 100 zugeführt wird, so werden das RAM 34, die Eingänge usw. initialisiert. Im Schritt 101 findet eine A/D-Wandlung des Ausgangs des Wassertemperaturfühlers statt. Das Resultat wird im RAM 34 als WT gespeichert. Im Schritt 102 wird eine A/D-Wandlung der Batteriespannung durchgeführt. Das Resultat wird im RAM 34 als VB gespeichert. Im Schritt 103 wird die Drehzahl Ne in Umdrehungen über eine Berechnung des Wertes von 30/TR festgelegt, wobei TR die Periode des Kurbelwinkelsignales SGT in Sekunden ist und gleich der Zeit ist, während derer sich die Kurbelwelle um 180° dreht. Im Schritt 104 wird die Frequenz Fa des Ausgangssignales des AFS 13 über die Rechnungen AN × Ne/30 errechnet. AN wird als Daten für die Last interpretiert. Es ist gleich der Anzahl von Ausgangspulsen, die vom AFS 13 zwischen der ansteigenden Flanke von zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Kurbelwinkelsignales SGT generiert werden und ist ein Indiz für die auf den Motor wirkende Last. Im Schritt 105 wird basierend auf der Ausgangsfrequenz Fa ein Basiseinspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizient Kp unter Benutzung einer Funktion f 1 errechnet, die einen bestimmten Wert bezüglich Fa aufweist, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Im Schritt 106 wird der Basiseinspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizient Kp durch eine Funktion f 2 korrigiert, die eine Funktion der Wassertemperaturdaten WT ist. Der korrigierte Wert wird im RAM 34 als Einspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizient KI gespeichert. Im Schritt 107 wird ein Übergangskorrekturansteuerzeit-Umrechnungskoeffizient KIA unter Berechnung folgender Formel errechnet:

KIA = KPA × f 3 (WT),

wobei KPA eine Konstante und f 3 ein Beschleunigungsanstiegskoeffizient ist, der über die Wassertemperatur korrigiert ist und eine Funktion der Wassertemperatur WT darstellt. Der Wert von f 3 ist in einer Datentabelle im ROM 33 gespeichert. Der berechnete Wert von KIA wird im RAM 34 gespeichert. Im Schritt 108 wird basierend auf der Batteriespannung VB die Totzeit TD aus einer Datentabelle f 4 abgeleitet, welche im ROM 33 gespeichert ist, so daß die Totzeit TD als Funktion der Batteriespannung VB hergeleitet wird. Das Resultat wird im RAM 34 gespeichert. Nach dem Schritt 108 kehrt das Programm zum Schritt 101 zurück.

Fig. 5 zeigt eine Interrupt-Routine, die von der CPU 32 jedesmal dann durchgeführt wird, wenn eine Interrupt-Anforderung am Interrupt-Eingang P 2 vorliegt, d. h. jedesmal dann, wenn der Pegel des AFS-Signales ansteigt. Im Schritt 201 wird der Ausgang des Zählers 35 gelesen und der Zähler 35 gelöscht. Der Ausgang des Zählers 35 wird im RAM 34 als TA gespeichert und stellt die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegsflanken im Ausgang des ASF 13 dar. Im Schritt 202 werden die als Pulsdaten PD bezeichneten Werte zu angesammelten Pulsdaten PR addiert, um einen neuen Wert für die angesammelten Pulsdaten PR zu gewinnen. Die angesammelten Pulsdaten PR entsprechen der Gesamtzahl von Pulsen, die vom AFS 13 zwischen aufeinanderfolgenden Pegelanstiegen des Kurbelwinkelsignales SGT ausgegeben wurden. Zum einfacheren Verarbeiten wird PR mit jedem Puls vom ASF 13 um 156 inkrementiert, so daß der Wert von PR 156 mal der tatsächlichen Zahl von Ausgangspulsen des AFS 13 entspricht. Im Schritt 203 werden die übrigen Pulsdaten PD gleich 156 gesetzt. Nach dem Schritt 203 ist die Interrupt-Routine nach Fig. 5 beendet und das Hauptprogramm geht weiter.

Die Fig. 6a und 6b sind jeweils ein Flußdiagramm einer Interrupt-Routine, die von der CPU 32 dann durchgeführt wird, wenn eine Interrupt-Anforderung am Interrupt-Eingang P 3 des Mikrocomputers 31 anliegt, was jedesmal dann der Fall ist, wenn der Pegel des Kurbelwinkelsignales SGT ansteigt. Im Schritt 301 wird die Periode zwischen dem letzten Anstieg und dem davorliegenden Anstieg im Pegel des Kurbelwinkelsignales SGT vom Zähler 39 gelesen und im RAM 34 als Periode TR gespeichert. Der Zähler 39 wird dann gelöscht. Im Schritt 302 wird festgestellt, ob ein Ausgangspuls vom AFS 13 während der Periode TR vorlag. Wenn ja, dann wird im Schritt 303 der Zeitunterschied TS zwischen dem Zeitpunkt des allerletzten Ausgangspulses des AFS 13 und dem Zeitpunkt der letzten Interrupt-Anforderung vom Kurbelwinkelfühler 17 errechnet. Wenn kein Ausgangspuls vom AFS 13 während der Periode TR vorlag, so wird im Schritt 304 die Periode TS gleich der Periode TR gesetzt. Im Schritt 305 wird die Zeitdifferenz TS in Pulsdaten Δ P unter Benutzung folgender Formel umgerechnet

Δ P = 156 × TS/TA.

Die Pulsdaten Δ P sind der Betrag, um welchen die gesammelten Pulsdaten PR für die Zeitdauer TS angehoben werden sollten. Wenn im Schritt 306 der Betrag der Pulsdaten Δ P kleiner oder gleich 156 ist, so schreitet die Routine zum Schritt 308 weiter. Wenn die Zahl größer ist, so wird Δ P im Schritt 307 um 156 vermindert. Im Schritt 308 werden die restlichen Pulsdaten PD um die Pulsdaten Δ P vermindert. Der verminderte Wert wird zu den neuen restlichen Pulsdaten PD. Wenn im Schritt 309 die restlichen Pulsdaten PD positiv oder Null sind (größer oder gleich Null), so schreitet die Routine zum Schritt 313 fort. Wenn nicht, ist der errechnete Wert der Pulsdaten Δ P um einiges zu groß in bezug auf die Ausgangspulse des AFS 13. Somit werden im Schritt 310 die Pulsdaten Δ P gleich PD gesetzt. Im Schritt 312 werden die übrigen Pulsdaten PD gleich Null gesetzt. Im Schritt 313 werden die angesammelten Pulsdaten PR um die Pulsdaten Δ P vergrößert. So wird ein neuer Wert für die angesammelten Pulsdaten PR erhalten. Die angesammelten Pulsdaten PR sind proportional der Anzahl von Pulsen, die als AFS 13- Ausgang zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegen des Kurbelwinkelsignales SGT angenommen werden.

Während einer Übergangsperiode (Veränderung des Betriebszustandes) ist die Menge an Luft, die vom Motor zwischen aufeinanderfolgenden Anstiegen im Pegel des Kurbelwinkelsignales SGT angesaugt wird, nicht gleich der Luftmenge, die vom AFS 13 während derselben Periode (zuvor) gemessen wurde. Wenn die Menge an Einlaßluft, die vom AFS 13 zwischen den beiden letzten aufeinanderfolgenden Anstiegen im Pegel des Kurbelwinkelsignales SGT (während der letzten 180°-Drehung der Kurbelwelle) gleich AN (t) gesetzt wird, und die momentane Menge von Luft, die vom Motor 1 während der davor liegenden 180°-Kurbelwinkeldrehung AN (n-1) ist, so errechnet sich die momentane Luftmenge AN (n), die während der letzten 180°-Drehung der Kurbelwelle angesaugt wurde, durch folgende Formel:

AN (n) = K 1 × AN (n-1) + K 2 × AN (t) (1)

wobei K 1 und K 2 Konstanten sind. Im Schritt 314 wird eine Berechnung entsprechend dieser Gleichung durchgeführt, um die momentane Menge an eingesaugter Luft zu bestimmen. Insbesondere wird der Wert von

k 1 × AN + k 2 × PR

errechnet, wobei die Lastdaten AN Verwendung finden, die bis zur vorhergehenden Anstiegsflanke des Kurbelwinkelsignales SGT errechnet wurden, wobei weiterhin die gesammelten Pulsdaten PR und Filterkonstanten k 1 und k 2 Verwendung finden. Das Resultat wird als neue Lastdaten AN übernommen.

Im Schritt 315 wird dann, wenn die neuen Lastdaten AN einen vorbestimmten Wert β1 übersteigen, zum Schritt 316 gegangen, in welchem AN auf β1 angehoben wird, so daß auch dann, wenn die Drosselklappe 14 vollständig geöffnet ist, die Lastdaten AN nicht zuviel größer sind als der tatsächliche Wert. Wenn AN kleiner oder gleich β1 ist, so schreitet die Routine zum Schritt 317 weiter, in welchem die angesammelten Pulsdaten PR zu Null gesetzt werden. Im Schritt 318 werden die Einspritzzeitpunktdaten TI basierend auf den Lastdaten AN, den Einspritzzeitpunkt-Umrechnungskoeffizienten KI und der Totzeit TD errechnet, und zwar:

TI = (AN × KI) + TD.

Im Schritt 319 wird die Differenz zwischen den neuen Lastdaten AN und den alten Lastdaten ANold festgestellt. Im Schritt 320 wird die Differenz mit einem vorgeschriebenen Wert γ verglichen. Im Schritt 320 wird festgestellt, ob die Differenz geringer oder gleich γ ist. Wenn ja, so wird ein Schritt 322 durchgeführt. Wenn die Differenz größer als γ ist, so wird in einem Schritt 321 ein neuer Wert für die Einspritzzeitpunktdaten TI errechnet unter Verwendung des Wertes von TI, der im Schritt 318, und der Differenz, die im Schritt 319 festgestellt wurden. Weiterhin fließt der Übergangskorrekturansteuerzeit-Umrechnungskoeffizient KIA mit ein, der zuvor im RAM 34 gesteuert wurde. Die Berechnung erfolgt nach der Formel:

TI = TI + Δ AN × KIA.

Im Schritt 322 werden die Einspritzzeitpunktdaten TI in den vier Zeitgebern 43 bis 46 voreingestellt. Im Schritt 323 werden die momentanen Lastdaten AN im RAM 34 als alte Lastdaten ANold gespeichert.

Im Schritt 324 wird der Pegel des Zylindererkennungssignales SGC vom Kurbelwinkelfühler 17 festgestellt. Wenn das Zylindererkennungssignal SGC hoch ist, so wird im Schritt 325 eine als Zylinderzählvariable Cc bezeichnete Variable gleich Null gesetzt. Wenn das Zylindererkennungssignal SGC niedrig ist, so wird im Schritt 326 der Zylinderzähler Cc um 1 erhöht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird der Einspritzzeitpunkt um einen Hub (180° der Kurbelwellendrehung) nach vorne gelegt, wenn bestimmte Motorbetriebsbedingungen existieren. Diese Bedingungen sind dann gegeben, wenn die Motordrehzahl Ne oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl liegt, oder dann, wenn die Einspritzpulsbreite größer als eine vorbestimmte Breite ist. Die Feststellung, ob diese Bedingungen existieren, wird in den Schritten 327 a 327 b getroffen. Im Schritt 327 a wird festgestellt, ob die Drehzahl Ne des Motors geringer ist als eine vorgeschriebene Drehzahl α. Wenn ja, so wird der Schritt 328 durchgeführt. Wenn die Drehzahl nicht geringer ist, so wird der Schritt 327 b durchgeführt. Im Schritt 327 b wird festgestellt, ob die Einspritzzeitpunktdaten TI geringer sind als ein vorgeschriebener Wert δ. Wenn sie geringer sind, so wird der Schritt 328 durchgeführt. Wenn nicht, so wird der Schritt 335 durchgeführt. Im Schritt 328 wird festgestellt, ob der Zylinderzähler Cc gleich 0 ist, wenn dies nicht der Fall ist, so wird im Schritt 329 der vierte Zeitgeber 46 getriggert und der vierte Einspritzer 16 d angesteuert. Wenn der Wert 0 ist, so wird im Schritt 330 festgestellt, ob der Zylinderzähler 1 ist. Wenn dies der Fall ist, so wird im Schritt 331 der zweite Zeitgeber 44 getriggert und der zweite Kraftstoffeinspritzer 16 b angesteuert. Wenn der Wert nicht 1 ist, so wird der Schritt 332 durchgeführt, in welchem festgestellt wird, ob der Zylinderzähler 2 ist. Wenn er 2 ist, so wird im Schritt 333 der erste Zeitgeber 43 getriggert und der erste Einspritzer 16 a angesteuert. Wenn er nicht 2 ist, so muß er 3 sein, so daß im Schritt 334 der dritte Zeitgeber 45 getriggert und der dritte Kraftstoffeinspritzer 16 c angesteuert werden.

Im Schritt 335 wird festgestellt, ob der Zylinderzähler 0 ist. Wenn er 0 ist, so wird im Schritt 336 der zweite Zeitgeber 44 getriggert und der zweite Kraftstoffeinspritzer 16 b angesteuert. Wenn er nicht 0 ist, so wird im Schritt 337 festgestellt, ob der Zylinderzähler 1 ist. Wenn er 1 ist, so wird im Schritt 338 der erste Zeitgeber 33 getriggert und der erste Kraftstoffeinspritzer 16 a angesteuert. Wenn er nicht 1 ist, so wird der Schritt 339 durchgeführt. Im Schritt 339 wird festgestellt, ob der Zylinderzähler 2 ist. Wenn er 2 ist, so wird im Schritt 340 der dritte Zeitgeber 45 getriggert und der dritte Einspritzer 16 c angesteuert. Wenn er nicht 2 ist, so wird im Schritt 341 der vierte Zeitgeber 46 getriggert und der vierte Kraftstoffeinspritzer 16 d angesteuert.

Aus obigem ist ersichtlich, daß die Schritte 335 bis 341 durchgeführt werden, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt normal ist. Die Schritte 328 bis 334 werden durchgeführt, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorverstellt ist. In jedem Fall ist die Reihenfolge, in welcher die Einspritzung erfolgt (Zylinder 2, Zylinder 1, Zylinder 3, Zylinder 4) dieselbe. Wenn aber der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorgerückt wird, so wird jeder Zylinder mit Kraftstoff zu einem Zeitpunkt versorgt, der um einen Hub früher liegt, als es bei normaler Kraftstoffeinspritzzeitgebung der Fall wäre.

Jedesmal, wenn eine Interrupt-Routine nach den Fig. 6a und 6b durchgeführt wird, wird einer der Kraftstoffeinspritzer 16 a bis 16 d angesteuert, woraufhin das Hauptprogramm wieder weiter abläuft.

Die Fig. 7 zeigt die Veränderung verschiedener Parameter dann, wenn die Drosselklappe 14 plötzlich geöffnet wird. Die Kurve (a) zeigt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 14. Die Kurve (b) zeigt den Betrag von Luft Qa, mit der diese durch den AFS 13 zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln strömt. Qa weist einen Überschwinger am Anfang auf und nimmt dann auf einen konstanten Wert ab. Die Kurve (c) zeigt die Menge von Luft Qe, die tatsächlich in den Motor während derselben Periode eintritt. Da der Ausgleichstank 15 vorgesehen ist, steigt Qe langsamer (gradueller) an als Qa. Die Kurve (d) zeigt den Druck P im Ausgleichstank. Die Kurve (e) zeigt die Änderungsrate von Qe. Die Kurve (f) zeigt die Menge fu an Kraftstoff, die dem Motor zugeführt wird. fu 1 bezeichnet einen Wert, der auf der Basis der Kurve Qe errechnet wird. fu 2 bezeichnet den Wert, der auf der Basis der Kurve (e) korrigiert wird. Wenn die Menge von Luft, die durch den AFS 13 zwischen Auftreten von zwei vorbestimmten Kurbelwinkeln strömt, als Qa (n), und die Menge von Luft, die tatsächlich in den Motor zwischen zuvor aufgetretenen (zwei) vorbestimmten Kurbelwinkeln strömt, als Qe (n-1) bezeichnet wird, so errechnet sich die tatsächliche Luftmenge, welche zwischen den zwei vorbestimmten Kurbelwinkeln in den Motor angesaugt wird, nach einer Formel, die der Formel (1) entspricht, wobei K 1 und K 2 Konstanten sind:

Qe (n) = K 1 × Qe (n-1) + K 2 × Qa (n) (2)

Die Zeitdauer, die für jeden Kolbenhub des Motors benötigt wird, ist umgekehrt proportional zur Motordrehzahl. Bei z. B. 6000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Zeitdauer für jeden Hub etwa 5 msec. Aus diesem Grund wird die Einspritzpulsbreite (12-15 msec) relativ zur Hubdauer länger, wenn die Drehzahl anwächst. Wenn der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoffeinspritzung ungeachtet der Motordrehzahl konstant bleibt (übereinstimmend mit dem Beginn des Leistungshubes), so kann bei hoher Drehzahl die notwendige Kraftstoffmenge dem Einlaßkrümmer vor Beginn des Saughubes nicht mehr zugeführt werden.

Um nun bei hohen Motordrehzahlen adäquate Kraftstoffzufuhr zu gewährleisten, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Einspritzzeitpunkt bei hohen Motordrehzahlen vorverlegt. Das Vorverlegen des Einspritzzeitpunktes ist in Fig. 8 gezeigt. (a) und (b) zeigen die Werte des Zylindererkennungssignales SGC und des Kurbelwinkelsignales SGT des Kurbelwinkelfühlers 17. Unter der Kurve (b) ist der Zustand des ersten Zylinders des Motors 1 angezeigt (POW = Leistungshub, EXH = Ausschubhub, SUCT = Ansaughub, COMP = Kompressionshub). Die Kurve (c) zeigt den Zeitablauf der Berechnung der zuzuführenden Kraftstoffmenge. Die Kraftstoffzufuhr wird direkt nach dem Pegelanstieg des Kurbelwinkelsignales SGT berechnet. Direkt nach der Berechnung wird das errechnete Resultat in den Zeitgebern 43 bis 46 voreingestellt, wie dies in der Kurve (d) gezeigt ist. Direkt nach dem Voreinstellen der Zeitgeber wird festgestellt, welcher Zeitgeber getriggert werden soll und ein Triggersignal wird dem entsprechenden der vier Zeitgeber, wie in der Kurve (e) gezeigt, zugeführt. Der Zeitgeber, der getriggert wurde, gibt sofort einen Puls vorbestimmter Breite an den entsprechenden Zylinder (bzw. Einspritzer) wie in der Kurve (f) gezeigt ist, woraufhin Kraftstoff dem entsprechenden Zylinder zugeführt wird. In der Fig. 8 ist aus Gründen der Einfachheit das Triggersignal und das Kraftstoffeinspritzsignal nur für den ersten Zylinder gezeigt.

Im normalen Betriebszustand (wenn die Motordrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl liegt und die Einspritzpulsbreite geringer als ein vorbestimmter Wert ist) gibt es keine Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, so daß die Kraftstoffeinspritzung beim Leistungshub beginnt. Wenn jedoch die Motordrehzahl eine vorbestimmte Drehzahl überschreitet oder die Einspritzpulsbreite oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, so wird der Einspritzbeginn vorgerückt, so daß die Einspritzung beim Kompressionshub beginnt. Der vorzurückende Zeitpunkt, zu welchem die Einspritzung beginnt, ist unter der Kurve (f) in Fig. 8 mit einem Pfeil bezeichnet.

Wenn die Berechnung der in die Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffmenge mit einem Zeitablauf durchgeführt wird, der keine Beziehung zum Kraftstoffeinspritzzeitpunkt aufweist (wenn der Beginn der Kraftstoffeinspritzung vorgerückt wird), so kann die Kraftstoffzufuhr nicht mehr so eingestellt werden, daß sie sofort auf Änderungen in den Motorbetriebsdaten reagiert. Aus diesem Grund wird, wie in Fig. 8 gezeigt, gemäß der vorliegenden Erfindung auch dann, wenn der Einspritzzeitpunkt vorverlegt wird, die Einspritzung im wesentlichen synchron zur Berechnung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorgenommen. Aus diesem Grund existiert im wesentlichen keine Verzögerung zwischen der Berechnung der Kraftstoffmenge und der Einspritzung der errechneten Menge. Die zuzuführende Menge entspricht dem gerade zuvor festgestellten Motorbetriebszustand. Aus diesem Grund kann immer eine korrekte Kraftstoffmenge dem Motor zugeführt werden, und zwar unabhängig von der Motordrehzahl.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde die Anzahl der Ausgangspulse vom AFS 13 zwischen konsekutiven Anstiegsflanken des Kurbelwinkelsignales SGT errechnet. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Anzahl der ASF-Ausgangspulse anstelle dessen zwischen aufeinanderfolgenden Abfallsflanken des Kurbelwinkelsignales SGT berechnet. Es ist auch möglich, die Anzahl der ASF-Ausgangspulse über mehrere Perioden des Kurbelwinkelsignales SGT zu zählen.

Während bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Anzahl der Ausgangspulse des ASF 13 gezählt wurde, so ist es auch möglich, die Anzahl der Ausgangspulse multipliziert mit einer Konstanten entsprechend der Frequenz des ASF-Ausgangssignales zu errechnen.

Weiterhin muß man nicht unbedingt den Kurbelwinkelfühler 17 verwenden. Es ist auch möglich, die Drehung des Motors unter Verwendung eines Zündsignales des Motors mit denselben Ergebnissen festzustellen.

Claims (9)

1. Kraftstoffregler für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch
einen Kraftstoffeinspritzer (16), der einem Zylinder des Motors (1) Kraftstoff zuführt;
Detektormittel (13, 17) zum Feststellen des Betriebszustandes des Motors (1) und
eine Steuereinheit (30) umfassend eine Rechnereinrichtung (32) zum Errechnen einer geeigneten, dem Motor zuzuführenden Kraftstoffmenge, basierend auf dem festgestellten Motorbetriebszustand, wobei weiterhin Einspritzer-Steuermittel (43-50) vorgesehen sind, um den Kraftstoffeinspritzer (16) im wesentlichen synchron zur Errechnung der Kraftstoffmenge während einer Zeitdauer anzusteuern, die ausreicht, um die errechnete Kraftstoffmenge dem Zylinder zuzuführen, wobei weiterhin Vorverstellungsmittel vorgesehen sind, um den Beginn der Kraftstoffeinspritzung um einen vorbestimmten Betrag vorzuverlegen, wobei gleichzeitig die Errechnung der Kraftstoffmenge im wesentlichen synchron zur Kraftstoffeinspritzung gehalten wird, und zwar dann, wenn der festgestellte Motorbetriebszustand einer vorgegebenen Bedingung genügt.

2. Kraftstoffregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (30) einen Mikrocomputer (31) umfaßt.

3. Kraftstoffregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel einen Kurbelwinkelfühler (17) umfassen, der ein Kurbelwinkelsignal bei vorbestimmten Kurbelwinkeln des Motors generiert.

4. Kraftstoffregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (32) Mittel umfaßt, um dem Kraftstoffeinspritzer (17) einen Treiberimpuls zuzuführen, dessen Breite hinreichend ist, um die errechnete Kraftstoffmenge dem Zylinder zuzuführen und daß die Vorverstellungsmittel Einrichtungen umfassen, um den Beginn der Kraftstoffeinspritzung dann vorzuverlegen, wenn die Periode des Kurbelwinkelsignales geringer als eine vorbestimmte Dauer ist oder dann, wenn die Breite des Treiberpulses größer ist als eine vorbestimmte Zeitdauer.

5. Kraftstoffregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Errechnung der Kraftstoffmenge im wesentlichen synchron zu einer vorbestimmten Änderung im Pegel des Kurbelwinkelsignales des Kurbelwinkelfühlers (17) erfolgt.

6. Verfahren zum Steuern der Kraftstoffmenge für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Der Betriebszustand des Motors wird festgestellt;
die dem Motor zuzuführende Kraftstoffmenge wird basierend auf dem festgestellten Betriebszustand errechnet;
die errechnete Menge wird einem Zylinder des Motors nach einem vorbestimmten Zeitplan zugeführt, der im wesentlichen synchron zur Berechnung der Kraftstoffmenge abläuft;
der Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird um einen vorbestimmten Betrag vorverlegt, wenn der festgestellte Motorbetriebszustand eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, wobei die Errechnung für die Kraftstoffmenge im wesentlichen synchron zur Kraftstoffeinspritzung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Feststellen des Motorbetriebszustandes die Drehzahl des Motors und die Menge von Luft festgestellt wird, die zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln in den Motor eintritt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspritzen einem Kraftstoffeinspritzer Treibstoffpulse zugeführt werden, deren Breite geeignet ist, die errechnete Menge von Kraftstoff dem Zylinder zuzuführen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Bedingung zum Vorverstellen des Beginns der Einspritzung dann als gegeben angenommen wird, wenn die Drehzahl des Motors oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl liegt, oder dann, wenn die Breite der Treiberpulse eine vorbestimmte Breite überschreitet.