DE3909711C2

DE3909711C2 -

Info

Publication number: DE3909711C2
Application number: DE3909711A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Tokio/Tokyo Jp Sogawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1991-10-17
Also published as: GB2216685A; DE3909711A1; JP2901613B2; GB8906732D0; JPH01244138A; GB2216685B; US4911133A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraftfahrzeugmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kraftstoffeinspritzanlagen mit Luftdurchflußmessern werden bei verschiedenen Arten von Kraftfahrzeugmotoren verwendet. Bei einer charakteristischen bekannten Anlage ist der Luft durchflußmesser im Luftansaugsystem an einer vor der Dros selklappe befindlichen Stelle angeordnet und erfaßt exakt die Luftdurchflußmenge Q der in den Motor angesaugten Luft. Dann wird die Grundeinspritzmenge T_p entsprechend der Ein spritzdauer errechnet, um eine der Saugluftdurchflußmenge Q entsprechende Kraftstoffmenge bereitzustellen; z. B. wird die Grundeinspritzmenge T_p, die dem theoretischen bzw. idealen Luft-Kraftstoffverhältnis angenähert ist, gemäß der Gleichung T_p=Q/N errechnet, wobei N die Motordrehzahl ist. Die Einspritzdüse wird im Prinzip auf der Basis von T_p überwacht.

Konventionell wird T_p als Information zur Bestimmung der Last bei der Berechnung des Zündzeitpunkts genützt. Daher ist für die Messung der Saugluftdurchflußmenge Q des Motors hohe Genauigkeit erforderlich. Infolgedessen werden Präzi sionssensoren wie Hitzdraht-Luftdurchflußmesser eingesetzt, die ein sehr gutes Ansprechverhalten aufweisen.

Wie vorstehend erläutert, wird jedoch der Luftdurchfluß messer in derartigen Anlagen bisher aufstrom von der Dros selklappe angeordnet und ist daher nicht zu einer direkten Messung der in den Motor angesaugten Luftdurchflußmenge in der Lage. Im Fall eines Übergangszustands des Motorbe triebs, wenn etwa die Drosselklappe sehr schnell aus der Schließstellung heraus weit geöffnet wird, erhöht sich die in den Motor strömende Luftmenge. Gleichzeitig steigt auch der Druck in dem der Drosselklappe nachgeschalteten An saugkrümmer. Diese durch den Druckanstieg induzierte Über schußluftmenge wird somit ebenfalls von dem Luftdurchfluß messer erfaßt.

Somit wird also die bei weitem Öffnen der Drosselklappe in den Motor einströmende überschüssige Luftmenge gemessen, wenn der Luftdurchflußmesser aufstrom von der Drosselklappe angeordnet ist. Diese überschüssige Luftmenge wirkt sich als Spitzenwert im Ansaugsystem aus. Je größer die Kapazi tät des Ansaugkrümmers, um so größer ist der Spitzenwert. Außerdem nimmt diese Spitzenmenge mit steigender Empfind lichkeit des Luftdurchflußmessers zu.

Da nun die Einspritzdüse abstrom vom Ansaugkrümmer ange ordnet ist, wird der Maschine zuviel Kraftstoff entspre chend der vom Luftdurchflußmesser erfaßten Luftmenge zuge führt. Infolgedessen tritt eine plötzliche Anreicherung des Luft-Kraftstoffgemischs ein, und dann steigt der Anteil schädlicher Gase wie CO und HC im Abgas an. Schlimmsten falls fällt die Motorleistung wegen des zu fetten Gemischs ab, und das Fahrgefühl verschlechtert sich.

Wenn im übrigen das Überwachungssystem auch die Zündzeit punktüberwachung umfaßt, besteht die Gefahr einer momen tanen Verzögerung bzw. Nachverstellung des Zündzeitpunkts aufgrund der Funktion eines Klopfbremsmechanismus. Infolge dessen treten ein sofortiger Abfall der Motorleistung und eine Verschlechterung der Abgasgüte auf.

Im Übergangszustand des Motorbetriebs treten auch Abwei chungen des Luft-Kraftstoffgemischs und des Zündzeitpunkts von ihren Optimalwerten auf, wenn der Drosselklappenöff nungsgrad sich von der weit offenen Stellung zur Schließ stellung ändert.

Daher wurde bereits ein Motorüberwachungssystem zur Über wachung der Kraftstoffeinspritzmenge und des Zündzeitpunkts vorgeschlagen, wobei die folgenden Betriebsfunktionen ent sprechend der JP-OS 2 61 645/1987 vorgesehen sind. Unter Anwendung eines Luftmodells in der Ansaugleitung wird der Druck in der Ansaugleitung gemäß der vom Luftdurchfluß messer erfaßten Luftdurchflußmenge, dem erfaßten Drossel klappenöffnungsgrad und der erfaßten Motordrehzahl ge schätzt. Dann wird aus diesem geschätzten Druck die den Sammelraum bzw. den Ansaugkrümmer stromab von der Drossel klappe füllende Luftmenge unter einer Übergangsbedingung geschätzt. Aus dieser geschätzten Luftmenge und der ge nannten, vom Luftdurchflußmesser erfaßten Luftdurchfluß menge wird die Ist-Saugluftmenge bestimmt. Dann werden aus dieser Ist-Saugluftmenge und der Motordrehzahl die Kraft stoffeinspritzmenge und der Zündzeitpunkt bestimmt.

Da dieses Überwachungssystem aber eine große Anzahl von Meßfaktoren verlangt und ferner mit komplizierten Formeln für die Rechenvorgänge arbeitet, muß die Speicherkapazität des Mikrorechners groß sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der Einspritzmenge eines Kraftfahrzeugmotors anzugeben, mit denen die Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündzeitpunkt für alle Betriebsbedingungen zwischen dem Normalzustand und einem Übergangszustand so festlegbar sind, daß eine optimale Kraftstoffeinspritzung für jeden Betriebszustand gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Verfahren nach der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Eine Einrichtung nach der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 3 gekennzeichnet.

In bevorzugter Ausbildung der Einrichtung ist eine Zünd zeitpunkt-Bestimmungseinheit vorgesehen, die das Ausmaß einer Vor- bzw. Nachverstellung des Zündzeitpunkts in Ab hängigkeit vom Gesamtgewicht der Saugluft in den Zylindern bestimmt.

Gemäß der Erfindung wird das Gesamtgewicht der Luft abstrom von der Drosselklappe für jeden Takt geschätzt. Infolge dessen werden das Gewicht der Luft im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe und das Gewicht der in die Zylinder gesaugten Luft auch im Übergangszustand exakt bestimmt. Daher kann eine Abweichung vom Sollwert des Luft-Kraft stoffverhältnisses zum Zeitpunkt eines Übergangszustands minimiert werden. Infolgedessen werden die CO- und HC- Anteile im Abgas verringert, und auch das Fahrgefühl wird verbessert.

Hinsichtlich des Zündzeitpunkts kann eine unnötige Verzö gerung zum Beschleunigungszeitpunkt verhindert werden. Je größer die Verlagerung des Ansaugkrümmers abstrom von der Drosselklappe ist, um so stärker wirkt sich die vorgenannte Verbesserung aus.

Im übrigen werden quantitative Faktoren wie der Drossel klappenöffnungsgrad bei dem vorliegenden Überwachungssystem für die Berechnung nicht berücksichtigt. Daher wird die Berechnungsformel vereinfacht, und es werden Vorteile wie etwa Einsparungen hinsichtlich der Speicherkapazität des Mikrorechners erzielt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kombination eines Blockschaltbilds und eines Ansaug/Abgas-Strömungsdiagramms der Überwachungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Kraftstoffeinspritz- Überwachungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3a bis 3g grafische Darstellungen, die die Änderungen verschiedener quantitativer Daten zum Zeit punkt eines Übergangszustands zeigen; und

Fig. 4 einen Ablaufplan von Arbeitsschritten der Kraftstoffeinspritz-Überwachungseinrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch die Überwachungseinrichtung. Ein Motor 1 saugt Luft durch eine Ansaugleitung 2 an, in der eine Drosselklappe 3 und ein dieser nachgeschalteter Sam melraum 4 angeordnet sind. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 5 ist zwischen dem Sammelraum 4 und dem Motor 1 angeordnet und spritzt Kraftstoff in die Ansaugleitung 2 ein. Ein Hitzdraht-Luftdurchflußmesser 7 ist in die Ansaugleitung 2 vor der Drosselklappe 3 eingebaut und erzeugt Ausgangssi gnale, die der Saugluftmenge Q entsprechen. Ein Drossel klappensensor 8 erfaßt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 3. Die Kühlmitteltemperatur im Motor 1 wird von einem Tem peratursensor 9 erfaßt, und der Kurbelwinkel der Kurbel welle des Motors wird von einem Kurbelwinkelsensor 10 erfaßt. In eine Abgasleitung ist ein O₂-Sensor 11 einge baut.

Die Ausgangssignale des Luftdurchflußmessers 7 und der Sensoren 8, 9, 10 und 11 werden in eine mit Mikrorechnern arbeitende Steuerung 12 eingegeben. Aufgrund dieser Infor mationen erzeugt die Steuerung 12 Ausgangs- bzw. Steuer signale, die der Einspritzdüse 5 bzw. einer Zündspule 6 des Motors 1 zugeführt werden.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Steuerung 12 folgende Bestimmungs- und Vorgabeeinheiten:

Auf der Eingangsseite ist eine Saugluftmengen-Recheneinheit 13 an den Luftdurchflußmesser 7 angeschlossen. Die Saug luftmengen-Recheneinheit 13 errechnet die während eines Takts abstrom von der Drosselklappe 3 angesaugte Luftmenge aus dem Ausgangssignal (Saugluftdurchflußmenge Q) des Luft durchflußmessers 7 und auf der Basis eines Saugluftmodells. Gleichzeitig multipliziert die Saugluftmengen-Recheneinheit 13 diese Luftmenge mit der Luftdichte zur Ermittlung des Luftgewichts. Eine Saugluftmengen-Bestimmungseinheit 14 errechnet das Gewicht der in den Motor 1 angesaugten Luft aus einem Volumen Vo eines der Drosselklappe 3 nachgeschalteten Ansaugsystems, einem Füllungsgrad η der Maschine und einer Verdrängung Vh. Die Saugluftmengen-Recheneinheit 13 und die Saugluftmengen- Bestimmungseinheit 14 sind mit einer Saugluftgesamtgewicht- Bestimmungseinheit 15 gekoppelt. Diese errechnet das Ge samtluftgewicht G(t_n) innerhalb des gleichen Ansaugsystems des momentanen Takts aus dem so von den Einheiten 13 bzw. 14 gewonnenen Luftgewicht und aus dem im vorhergehenden Takt bestimmten Gesamtluftgewicht G(t_n-1) im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe. Zusätzlich ist eine Grund einspritzmengen-Vorgabeeinheit 16 mit der Saugluftgesamt gewicht-Bestimmungseinheit gekoppelt und bestimmt eine Grundeinspritzmenge T_p mittels des aus dem Luftgesamtge wicht G(t_n) bestimmten Gewichts der die Zylinder füllenden Luft.

Insbesondere wird in der Saugluftmengen-Recheneinheit 13 zur Bestimmung der Saugluftmenge im Ansaugsystem die Saug luftmenge mittels der folgenden Formel errechnet:

Die während eines Takts durch die Drosselklappe 3 strömende Luftmenge wird mit Hilfe der Motordrehzahl N, die vom Kur belwinkelsensor 10 abgeleitet ist, und der Saugluftmenge Q errechnet. Mit einem die Luftdichte umfassenden Koeffizien ten K₁ ergibt sich ferner das während eines Takts ange saugte Luftgewicht a zu a=K₁×Q/N.

In der Saugluftmengen-Bestimmungseinheit 14 wird das Saug luftgewicht b_n-1 = (Vhη/Vo)×G(t_n-1) des vorhergehenden Takts mit dem vorher bestimmten Ansaugsystemvolumen Vo abstrom von der Drosselklappe, dem Füllungsgsrad η des Motors und der Verdrängung Vh als Kalkulationsfaktoren errechnet. Diese Größe G(t_n-1) ist das Saugluftgesamtge wicht des vorhergehenden Takts. Der Füllungsgrad η ist in Form einer Map in einem ROM als Funktion des Saugluftge samtgewichts G und der Motordrehzahl N gespeichert. Bei Empfang des Ausgangssignals N des Kurbelwinkelsensors 10 beginnt der Rechenvorgang.

In der Saugluftgesamtgewicht-Bestimmungseinheit 15 wird das Saugluftgewicht a zu dem Saugluftgesamtgewicht G(t_n-1) des vorhergehenden Takts hinzuaddiert. Beim Anlassen des Motors wird jedoch G(t₀) bzw. der Anfangswert von G(t_n) unter der Annahme errechnet, daß der Druck im System abstrom von der Drosselklappe 3 als Standardatmosphärendruck angesehen wird. Durch Subtraktion des Saugluftgewichts b_n-1 des vor hergehenden Takts von der oben gewonnenen Summe zur Bildung des Werts G(t_n) = G(t_n-1)+a-b_n-1 wird ferner der Rechen vorgang zur Schätzung des momentanen Gesamtluftgewichts G(t_n) im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe 3 durchgeführt.

In der Grundeinspritzmengen-Vorgabeeinheit 16 wird das Gewicht der die Zylinder füllenden Luft b_n = (Vhη/Vo)×G(t_n) im momentanen Takt aus dem Schätzwert G(t_n) bestimmt. Außerdem wird die Grundeinspritzmenge T_p bestimmt entspre chend T_p = K₂×(Vhη/Vo)×G(t_n). In der Gleichung ist K₂ ein Koeffizient.

In der Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 17 wird der opti male Zündzeitpunkt durch Vergleich od. dgl. unter Anwendung einer Map aus dem Gesamtgewicht G(t_n) der Ansaugluft im Ansaugsystem und der Motordrehzahl N bestimmt. Das von der Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit 17 erzeugte Ausgangssignal wird der Zündspule 6 zugeführt, so daß die Zündung zum optimalen Zündzeitpunkt erfolgt.

In einem Übergangszustand, in dem die Drosselklappe 3 plötzlich geöffnet wird, erhöht sich die vom Luftdurchfluß messer 7 erfaßte Luftdurchflußmenge Qa auf die in den Motor angesaugte Ist-Saugluftmenge Qe, wie in Fig. 3(b) gezeigt ist. Gleichzeitig wird durch die Luftmenge zum Füllen der Zylinder der Druck P im Ansaugsystem abstrom von der Dros selklappe 3 erhöht. Infolgedessen tritt ein Überschwingen auf. Wenn somit die Kraftstoffeinspritzmenge wie beim Stand der Technik mit dem Meßwert Qa als Ist-Saugluftmenge er rechnet wird, tritt vorübergehend (vgl. Fig. 3(c)) eine starke Schwankung des Luft-Kraftstoffverhältnisses A/F auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aber die Berechnung auf der Basis der Saugluftmenge Q unter Anwendung der Modellgleichung durchgeführt. Dann wird, wie in Fig. 3(e) gezeigt, die geschätzte Luftdurchflußmenge Qc (ausschließ lich des Saugluftgewichts) des Ansaugsystems abstrom von der Drosselklappe 3 bestimmt. Somit wird für jeden Takt des Motorbetriebs das Gesamtluftgewicht G(t_n) im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe 3 errechnet. Daher ist, wie Fig. 3(g) zeigt, die Schwankung des Luft-Kraftstoffverhält nisses A/F sehr klein. Selbst während eines Übergangszu stands kann daher eine optimale Überwachung der Kraftstoff einspritzung realisiert werden.

Die Abfolge der Rechenvorgänge in einem Takt des Einspritz überwachungsvorgangs in der Steuerung 12 ist in Fig. 4 gezeigt. Zuerst werden, wie bereits erläutert, in Schritt S 101 der Ausgangswert Q des Luftdurchflußmessers 7 und die Motordrehzahl N gewonnen. Im folgenden Schritt S 102 wird der Füllungsgrad η der Zylinder im vorhergehenden Takt entsprechend der Map aus dem Gesamtgewicht G(t_n-1) der Saugluft im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe 3 und der Motordrehzahl N errechnet. In Schritt S 103 wird a = K₁Q/N errechnet. In Schritt S 104 wird G(t_n)= G(t_n-1)+a-b_n-1 (mit b_n-1 = Gesamtgewicht der Luft, die im vorhergehenden Takt in die Zylinder gesaugt wurde) errech net. In Schritt S 105 wird das Gewicht b_n=(Vhη/Vo)×G(t_n) der die Zylinder füllenden Luft im vorhergehenden Takt bestimmt. Schließlich wird in Schritt S 106 die Grundein spritzmenge T_p=K₂ · b_n errechnet.

Wie vorstehend erläutert, wird durch die Erfindung eine Kraftstoffeinspritzüberwachungseinrichtung für ein Kraft fahrzeug angegeben, wobei diese Einrichtung die Kraftstoff einspritzmenge sowie den Zündzeitpunkt innerhalb eines weiten Betriebsbereichs zwischen dem Normalzustand und einem Übergangszustand aus den Meßwerten des Luftdurchflußmessers und der Maschinendrehzahl durch einen relativ einfachen Rechenvorgang bestimmen kann. Infolgedessen wird unter sämtlichen Bedingungen eine optimale Kraftstoffeinspritz menge aufrechterhalten.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraftfahrzeugmotor, wobei die Luftmenge im Ansaugsystem abstrom von einer Drosselklappe unter Anwendung eines Luftmodells in einer Ansaugleitung geschätzt und die Einspritzmenge auf der Grundlage der Luftmenge bestimmt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Errechnen des Gewichts der während eines Takts durch die Drosselklappe (3) in das Ansaugsystem angesaugten Luftmenge aus der von einem Luftdurchflußmesser (7) erfaßten Luftdurchflußmenge in jedem Arbeitstakt des Motors und auf der Basis des Luftmodells;
- Bestimmen des Gewichts der während eines vorhergehenden Takts angesaugten Luftmenge aus dem Volumen des Ansaugsystems abstrom von der Drosselklappe, einem Füllungsgrad der Zylinder und der Verdrängung;
- Bestimmen des Gesamtluftgewichts der in das Ansaugsystem angesaugten Luft aus den gemäß den beiden vorangehenden Schritten ermittelten Luftgewichten und aus dem im vorhergehenden Takt bestimmten Gesamtluftgewicht im Ansaugstrom abstrom von der Drosselklappe;
- Schätzen des Gesamtgewichts der in die Zylinder angesaugten Luft auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Saugluft im Ansaugsystem; und
- Einstellen der Kraftstoff-Grundeinspritzmenge auf der Basis des Gesamtgewichts der in die Zylinder angesaugten Luft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:

- Bestimmen des Ausmaßes der Vor- bzw. Nachverstellung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit vom Gesamtgewicht der Saugluft in den Zylindern.

3. Einrichtung zur Überwachung der Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraftfahrzeugmotor, wobei die Luftmenge in einem Ansaugsystem abstrom von einer Drosselklappe (3) unter Anwendung eines Luftmodells in einer Ansaugleitung (2) geschätzt und die Einspritzmenge auf der Grundlage der Luftmenge bestimmt wird, gekennzeichnet durch

- eine Saugluftmengen-Recheneinheit (13), die das Gewicht der während eines Takts durch die Drosselklappe (3) in das Ansaugsystem angesaugten Luftmenge aus der von einem Luftdurchflußmesser (7) erfaßten Luftdurchflußmenge in jedem Arbeitstakt des Motors und auf der Basis des Luftmodells errechnet;
- eine Saugluftmengen-Bestimmungseinheit (14), welche das Gewicht der während eines vorhergehenden Takts angesaugten Luftmenge aus dem Volumen des Ansaugsystems abstrom von der Drosselklappe (3), dem Füllungsgrad der Zylinder und der Verdrängung bestimmt;
- eine Saugluftmengengesamtgewicht-Bestimmungseinheit (15), die das momentane Gesamtgewicht der Luft im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe (3) aus den von der Saugluftmengen-Recheneinheit und der Saugluftmengen-Bestimmungseinheit bestimmten Luftmengen sowie aus dem Gesamtgewicht der im vorhergehenden Takt angesaugten Luft im Ansaugsystem abstrom von der Drosselklappe (3) schätzt; und
- eine Kraftstoff-Grundeinspritzmengen-Vorgabeeinheit (16), die eine Kraftstoff-Grundeinspritzmenge in Abhängigkeit vom Gesamtgewicht der in die Zylinder angesaugten Luft vorgibt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündzeitpunkt-Bestimmungseinheit (17) vorgesehen ist, die das Ausmaß einer Vor- bzw. Nachverstellung des Zündzeitpunkts in Abhängigkeit vom Gesamtgewicht der Saugluft in den Zylindern bestimmt.