DE3905156A1

DE3905156A1 - Steuerungssystem fuer die kraftstoffeinspritzung in fahrzeugmotoren

Info

Publication number: DE3905156A1
Application number: DE3905156A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Nakamura
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-02-24
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1989-08-31
Also published as: GB2216297A; GB8904006D0; GB2216297B; JPH01216054A; US4899713A

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für die Kraft stoffeinspritzung in Fahrzeugmotoren, und zwar unter Berücksichtigung der Motorbetriebsbedingungen.

Bei einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp in Abhängigkeit vom absoluten Druck in einem Ansaugrohr des Motors und der Motordrehzahl berechnet. Ein Druckfühler ist stromabwärts von einer Drosselklappe im Motor vorgesehen, um den absoluten Druck in dem Ansaugrohr zu messen. Die Motor drehzahl wird von einem Kurbelwinkelfühler gemessen. In Abhängigkeit von diesen Ausgangssignalen von diesen Meßfühlern wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp bestimmt. Die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge Ti wird erhalten durch Korrektur der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen, wie z. B. der Kühlmitteltemperatur und dem Drosselklappenöffnungsgrad.

Der Absolutdruck im Ansaugrohr oszilliert jedoch wegen der Pulsierung der Ansaugluft. Infolgedessen ändert sich die Basiskraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von dieser Pulsierung. Somit wird der Betrieb des Motors insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen instabil.

Die JP-OS 60-3 448 beschreibt ein Steuerungssystem für die Kraftstoffeinspritzung. Bei diesem System wird der Druck in dem Ansaugrohr mit einem ersten Zeitablauf abgetastet, der mit der Drehung der Kurbelwelle des Motors synchronisiert ist, und außerdem mit einem zweiten Zeitablauf abgetastet, der eine kürzere Periode hat als der erste Zeitablauf. Die gemessenen Drücke werden gemittelt, um einen ersten Durchschnittsdruck und einen zweiten Durchschnittsdruck zu erhalten. Die ersten und zweiten mittleren Drücke werden in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen gewählt. In Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem gewählten Druckwert wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp berechnet.

In einem Übergangszustand des Betriebes des Motors wird jedoch der durchschnittliche Druck PM _AVE, basierend auf dem Druck PM, mit einer Verzögerung bezüglich der Erfordernisse des Motorbetriebszustandes erzeugt, wie es Fig. 7 zeigt. Infolgedessen weicht die Kraftstoffeinspritzmenge von der erforderlichen Menge ab.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Steuerungssystem für die Kraftstoffeinspritzung anzugeben, das in der Lage ist, für die ordnungsgemäße Kraftstoffeinspritzmenge zu sorgen, ohne dabei von der erforderlichen Menge abzuweichen.

In dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem wird der Druck im Ansaugrohr aus der Motordrehzahl und der Drosselklappenstellung bestimmt. Der bestimmte Druck wird mit dem Durchschnittsdruck der tatsächlichen Ansaugrohrdrücke verglichen, um einen Korrekturwert zu berechnen, und die Basiskraftstoffeinspritz menge wird mit dem Korrekturwert korrigiert.

Gemäß der Erfindung wird ein Steuerungssystem für die Kraft stoffeinspritzung in Fahrzeugmotoren angegeben, das ein An saugrohr, eine in dem Ansaugrohr vorgesehene Drosselklappe sowie Kraftstoffeinspritzdüsen aufweist, um den Kraftstoff mit einer vom System vorgegebenen Menge einzuspritzen.

Das erfindungsgemäße System weist folgendes auf: einen Motor drehzahlfühler, der in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors ein Motordrehzahlsignal erzeugt; einen Drosselklappen stellungsfühler, der ein Drosselklappenstellungssignal in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Drosselklappe erzeugt; einen Druckfühler, der ein Drucksignal in Abhängigkeit vom Druck in dem Ansaugrohr erzeugt; einen ersten Rechner zur Durch führung einer Mittelung von Drücken, die durch Drucksignale repräsentiert werden, und zur Erzeugung eines Durchschnitts drucksignals; eine Bestimmungseinrichtung, die auf das Motordrehzahlsignal und das Drosselklappenstellungssignal anspricht, um den Druck in dem Ansaugrohr zu bestimmen und ein Bestimmungsdrucksignal zu erzeugen; eine Einrichtung, die auf das Durchschnittsdrucksignal und das Bestimmungs drucksignal anspricht, um ein Korrektursignal zu erzeugen; einen zweiten Rechner, der auf das Motordrehzahlsignal und das Durchschnittsdrucksignal anspricht, um ein Basiskraft stoffeinspritzmengensignal zu erzeugen; und eine Korrektur einrichtung, um das Basiskraftstoffeinspritzmengensignal mit dem Korrektursignal zu korrigieren, um dadurch die einzu spritzende Kraftstoffmenge vorzugeben.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungs beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Steuerungssystems für die Kraftstoff einspritzung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Steuereinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines mit der Steuereinheit durchführbaren Steuerungs systems für die Kraftstoffeinspritzung;

Fig. 4a und 4b schematische Darstellungen zur Erläuterung des Ansaugsystems;

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Berechnungsroutine für die Kraftstoffein spritzsteuerung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Berechnungsroutine zur Bestimmung der Kraft stoffeinspritzmenge; und in

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammen hanges zwischen dem Drosselklappenöffnungsgrad und dem Ansaugrohrdruck.

Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen; man erkennt ein Ansaugrohr 2 eines Motors 1, wobei eine Drosselkammer 4 stromabwärts von einer Drosselklappe 3 vorgesehen ist, um Pulsierungen der Ansaugluft auszugleichen. Eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen oder Kraftstoffeinspritzern 5 sind in dem Ansaugrohr 2 in den Einlaßventilen benachbarten Positionen vorgesehen, um die jeweiligen Zylinder des Motors mit Kraftstoff zu versorgen.

Ein Drosselklappenstellungsfühler 6 ist an der Drosselklappe 3 vorgesehen. Ein Druckfühler 7 ist in der Drosselkammer 4 vorgesehen, um den Druck im Ansaugrohr zu messen. Ein Kurbel winkelfühler 8 sowie ein Kühlmitteltemperaturfühler 9 sind am Motor 1 vorgesehen, während ein 0₂-Fühler 10 in einem Auspuffrohr vorgesehen ist. Ein Atmosphärendruckfühler 11 ist vorgesehen, um den Atmosphärendruck zu messen. Die Ausgangssignale der Fühler zur Messung der jeweiligen Betriebs zustände werden einer Steuereinheit 12 zugeführt, die zur Betätigung der Kraftstoffeinspritzdüsen 5 mit einem Mikro computer ausgerüstet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die Steuereinheit 12 einen A/D-Wandler 12 a auf, der mit Signalen von dem Druckfühler 7, dem Drosselklappenstellungsfühler 6, dem Kühlmitteltemperatur fühler 9 und dem Atmospährendruckfühler 11 versorgt wird. Ein Digitaleingang 12 b wird mit Signalen vom Kurbelwinkel fühler 8 und dem 0₂-Fühler 10 versorgt. Ausgangssignale vom A/D-Wandler 12 a und dem Digitaleingang 12 b werden an eine CPU oder Zentraleinheit 12 e angelegt. Die Zentraleinheit 12 e arbeitet so, daß sie diese Signale in Abhängigkeit von Daten und Programmen verarbeitet, die in einem Festwertspeicher oder ROM 12 c sowie einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM 12 d gespeichert sind, und erzeugt ein Steuersignal, welches an einen Digitalausgang 12 f angelegt wird, um über diesen Ausgang die Kraftstoffeinspritzdüsen 5 zu treiben.

Fig. 3 zeigt ein Steuerungssystem für die Kraftstoffeinspritzung, wobei die Motordrehzahl N , die von dem Kurbelwinkelfühler 8 ermittelt wird, an einen Rechner 13 für die Basiskraftstoff einspritzmenge (Impulsbreite) sowie eine Ansaugrohrdruck- Bestimmungseinheit 14 angelegt. Ein Signal für den oberen Totpunkt, das vom Kurbelwinkelsignal abgeleitet wird, wird an eine Ansaugrohrdruck-Mittelungseinheit 15 angelegt, an die außerdem ein Ansaugrohrdruck PM vom Druckfühler 7 angelegt wird.

In der Ansaugrohrdruck-Mittelungseinheit 15 wird der Ansaug rohrdruck PM mit einem kurzen Abtastzyklus abgetastet, und die abgetasteten Drücke werden bei jedem Zyklus in Abhängigkeit vom Signal für den oberen Totpunkt gemittelt, und zwar mit einem Wichtungsverfahren, um einen Durchschnittsdruck PM _AVE gemäß der nachstehenden Gleichung zu erhalten:

PM _AVE(t) = a · PM _AVE(t - 1) + (1 - a)PM(t),

wobei a ein Wichtungsfaktor ist. Dementsprechend kann der Einfluß der Oszillierung oder Schwankung des absoluten Druckes im Ansaugrohr eliminiert werden.

Der Durchschnittsdruck PM _AVE wird an den Rechner 13 für die Basiskraftstoffeinspritzmenge angelegt. Der Rechner 13 berechnet eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp auf der Basis des Durchschnittsdruckes PM _AVE und der Motordrehzahl N , und zwar unter Verwendung von Daten, die aus einer Tabelle im ROM 12 c abgeleitet werden. Die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp wird an eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit 16 angelegt.

Die Ansaugrohrdruck-Bestimmungseinheit 14 bestimmt einen Bestimmungsdruck P in Abhängigkeit von dem Drosselklappen öffnungsgrad R, der vom Drosselklappenstellungsfühler 6 erhalten wird, und der Motordrehzahl N mit einer vorgegebenen Modellgleichung. Die Modellgleichung wird erhalten aus einem Ersatzschaltbild, das in Fig. 4b für das Ansaugsystem gemäß Fig. 4a dargestellt ist.

Das in Fig. 4a schematisch dargestellte Ansaugsystem entspricht näherungsweise dem Ersatzschaltbild in Fig. 4b. Es bezeichnet nämlich Po einen Druck stromaufwärts von der Drosselklappe 3 und entspricht einer Spannung Vo in Fig. 4b. Der Druck P im Ansaugrohr 2 stromabwärts von der Drosselklappe 3 und der Drosselkammer 4 entspricht der Spannung V, und eine Menge Q _R entspricht dem Strom I _R in Fig. 4b. Das Bezugszeichen Qe gibt die tatsächliche Menge von Luft an, die in den Zylinder des Motors 1 eingeleitet wird, und sie entspricht dem Strom Ie. Der Strom Ic repräsentiert eine Verzögerung im Ansprechver halten im Übergangszustand des Motors. Ein Widerstand Re und eine Kapazität C sind Faktoren für die Verzögerung im Ansprechverhalten. Die Modellgleichung läßt sich folgender maßen ausdrücken:

C · dV/dt = (Vo - V)/R _R - V/Re
V = {Re/(R _R + Re)} × Vo × (1 - e^-t/ ^τ)
τ = C × R _R · Re/(R _R + Re).

Mit anderen Worten, man erkennt, daß der Ansaugrohrdruck P in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N und dem Drossel klappenöffnungsgrad R bestimmt wird.

Der von der Bestimmungseinheit 14 ermittelte oder bestimmte Druck P wird an einen Rechner 17 für einen ersten Korrektur koeffizienten angelegt, der außerdem das Signal für den Durchschnittsdruck PM _AVE erhält. Der Rechner 17 berechnet einen Korrekturkoeffizienten (Korrekturwert) K auf der Basis des bestimmten Druckes P und des Durchschnittsdruckes PM _AVE. Der Korrekturkoeffizient K wird an die Kraftstoffein spritzmengen-Bestimmungseinheit 16 angelegt.

Die Kühlmitteltemperatur TW vom Kühlmitteltemperaturfühler 9, der Atmosphärendruck vom Atmosphärendruckfühler 11 sowie der Drosselklappenöffnungsgrad R vom Drosselklappenstellungs fühler 6 und die Drehzahl N vom Kurbelwinkelfühler 8 werden an einen Rechner 18 für einen zweiten Korrekturkoeffizienten angelegt, in welchem ein Mischkorrekturkoeffizient COEF berechnet wird. Dieser Korrekturkoeffizient COEF wird an die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit 16 angelegt, in welcher eine Einspritzmenge Ti gemäß der nachstehenden Gleichung

Ti = Tp × K × COEF

berechnet wird. Ein Ausgangssignal, das diese Einspritzmenge Ti repräsentiert, wird an die Kraftstoffeinspritzdüsen 5 als Kraftstoffeinspritz-Impulsbreite angelegt.

Die Berechnung zur Bestimmung des bestimmten Druckes P beim Betrieb des Systems wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 5 näher erläutert. Nach dem Start wird bei einem Schritt S 101 der Drosselklappenöffnungsgrad R aus dem Ausgangssignal des Drosselklappenstellungsfühlers 6 er halten; ferner wird die Motordrehzahl N auf der Basis des Ausgangssignals vom Kurbelwinkelfühler 8 berechnet.

Bei einem Schritt S 102 werden die Widerstände R _R und Re aus Nachschlagetabellen entsprechend dem Drosselklappenöffnungs grad R und der Motordrehzahl N abgeleitet. Bei einem Schritt S 103 wird die Zeitkonstante für die Ansprechverzögerung τ berechnet. Bei den Schritten S 104 und S 105 werden die ange gebenen Berechnungen durchgeführt, und es wird der bestimmte Druck P erhalten. In den Gleichungen gemäß den Schritten S 104 und S 105 in Fig. 5 sind mit Kc, α und β jeweils Konstanten bezeichnet.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm zur Berechnung der Kraftstoff einspritzmenge Ti. Nach dem Start wird bei einem Schritt S 201 der Korrekturkoeffizient K berechnet auf der Basis des bestimmten Druckes P und des Durchschnittsdruckes PM _AVE. Bei einem Schritt S 202 wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp mit dem Korrekturkoeffizienten K korrigiert.

Da gemäß der Erfindung die Basiskraftstoffeinspritzmenge mit dem Korrekturkoeffizienten korrigiert wird, der auf der Basis des Durchschnittsdruckes und des bestimmten Druckes berechnet wird, wird ohne Ansprechverzögerung dafür gesorgt, daß die richtige Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

Claims

1. Steuerungssystem für die Kraftstoffeinspritzung in Fahrzeugmotoren, mit einem Ansaugrohr (2), mit einer Drosselklappe (3) in dem Ansaugrohr (2) und mit einer Kraftstoffeinspritzdüse (5), um eine von dem Steuerungs system vorgegebene Kraftstoffmenge einzuspritzen, gekennzeichnet durch

- einen Motordrehzahlfühler (8), der in Abhängigkeit von der herrschenden Drehzahl des Motors (1) ein Motordrehzahlsignal (N) erzeugt;
- einen Drosselklappenstellungsfühler (6), der in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Drosselklappe (3) ein Drosselklappenstellungssignal (R) erzeugt;
- einen Druckfühler (7), der in Abhängigkeit vom Druck im Ansaugrohr (2) ein Drucksignal (PM) erzeugt;
- einen ersten Rechner (15) zur Mittelung von Drücken, die von dem Drucksignal (PM) repräsentiert werden, und zur Erzeugung eines Durchschnittsdrucksignals (PM _AVE);
- eine Bestimmungseinheit (14), die auf das Motordrehzahl signal (N) und das Drosselklappenstellungssignal ( R ) an spricht, um den Druck in dem Ansaugrohr (2) zu bestimmen und ein Bestimmungsdrucksignal (P) zu erzeugen;
- eine Einrichtung (17), die auf das Durchschnittsdrucksignal (PM _AVE) und das Bestimmungsdrucksignal (P) anspricht und ein Korrektursignal (K) erzeugt;
- einen zweiten Rechner (13), der auf das Motordrehzahlsignal (N) und das Durchschnittsdrucksignal (PM _AVE) anspricht, um ein Basiskraftstoffeinspritzmengensignal (Tp) zu erzeugen; und
- eine Korrektureinrichtung (17, 18), zur Korrektur des Basiskraftstoffeinspritzmengensignals (Tp) mit dem Korrektur signal (K, COEF), um die einzuspritzende Menge an Kraftstoff zu bestimmen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motordrehzahlfühler ein Kurbelwinkelfühler (8) ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal (K, COEF) einen Korrekturkoeffizienten enthält.