DE3910326C2

DE3910326C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge

Info

Publication number: DE3910326C2
Application number: DE3910326A
Authority: DE
Inventors: Hideo Watanabe
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2009-03-31
Also published as: DE3910326A1; JPH01253543A; GB8907164D0; US4913118A; GB2217045A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach dem Ober begriff des Patentanspruches 1.

Es wurde bereits ein System vorgeschlagen, um den Zündzeitpunkt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern, indem man den Verbrennungsdruck in jedem Zylinder der Maschine mit einem Druckfühler abtastet. Die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 60-47836 zeigt ein System zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, basierend auf dem Druck in den Zylindern. In diesem System wird eine Einspritzpulsbreite aus einer Basiseinspritzpulsbreitentabelle in Übereinstim mung mit dem festgelegten Druck und der Motordrehzahl abge leitet.

Der Druck im Zylinder ist jedoch immer eng mit der Tempera tur im Brennraum verknüpft. Die Temperatur ändert sich in Übereinstimmung mit der Wandtemperatur des Brennraumes, die wiederum mit der Kühlmitteltemperatur und der Umgebungstem peratur variiert. Demzufolge ist es schwierig, die Luft menge nur in Abhängigkeit vom Druck im Zylinder zu errech nen. Weiterhin differieren die Temperaturen der Wände der Brennräume in Maschinen mit mehreren Zylindern von Zylinder zu Zylinder aufgrund der Anordnung der Kühlmitteldurchlässe. Demzufolge sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse für die verschiedenen Zylinder beim Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regel system verschieden. Als Resultat hieraus wird die Kraft stoffverbrennung instabil, so daß ein erhöhter Kraftstoff verbrauch und eine Schwierigkeit bei der Abgasregelung ent stehen.

Die Einlaßluftmenge für jeden Zylinder kann auch nicht hinreichend exakt mit herkömmlichen Luftströmungsfühlern gemessen werden. Demzu folge kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für jeden Zylin der nicht durch ein System geregelt werden, das einen Luft strömungsfühler verwendet. Darüber hinaus stellt ein Luft strömungsfühler einen Widerstand für die Luft dar, so daß die Ansaugeffizienz verringert wird.

Aus der JP 59-103965A ist eine Regelvorrichtung für eine Brenn kraftmaschine vorbekannt. Bei der dortigen Regelvorrichtung wird ständig der Druck im Brennraum eines Zylinders ermittelt, um zeit lich schnell nach dem Schließen des Einlaßventiles oder während der Verbrennung den tatsächlich vorliegenden Verbrennungsdruck erfassen zu können. Im Zusammenwirken mit einem Kurbelwinkelsensor wird unter Rückgriff auf gespeicherte Werte oder durch Berechnung eine zuordenbare Ansaugluftmenge bestimmt. Gleichzeitig soll durch den vorhandenen Drucksensor das Erkennen von verbrennungsbedingtem Klopfen erfolgen. Ein Temperatursensor an der Zylinderaußenwand erfaßt eine integrale Wärmemenge, die sich aus Verbrennungsvorgang und Reibung im System Kolben und Zylinder ergibt. Eine exakte Be stimmung der Temperaturverhältnisse in der Brennkammer erfolgt nicht. Demzufolge ist die Bestimmung der Einlaßluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge ungenau, so daß sich erhöhte Schadstoff emissionen sowie ein ungünstigerer Verbrauch von Kraftstoff erge ben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Bestim mung der Kraftstoffeinspritzmenge für eine mehrzylindrige Brenn kraftmaschine anzugeben, welche es gestattet, die erforderliche Menge an Einlaßluft präzise zu ermitteln, so daß darauf aufbauend das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d. h. die zugehörige Kraftstoffein spritzmenge genau bestimmt und die Brennkraftmaschine mit optima len Parametern betrieben werden kann.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand nach den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprü che mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen um fassen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Vorrichtung;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebszyklen in den Zylindern einer Brennkraftmaschine über den Kurbelwinkel; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungs weise des Systems bzw. zur Erläuterung des Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Boxermotor 1 für ein Kraftfahrzeug ge zeigt, dem Luft durch ein Luftfilter 8 und einen Ansaug kanal 7 zugeführt wird. Es sind eine Drosselklappe 13 und ein Einlaßkrümmer 5 vorgesehen, wobei die Luft mit Kraft stoff vermischt wird, der von Kraftstoffeinspritzern 4 eingespritzt wird. Jeder Kraftstoffeinspritzer 4 ist bei ei ner Einlaßöffnung 1b angebracht, die mit einem Zylinder der Maschine 1 in Verbindung steht. Abgas der Maschine 1 wird über Auslaßöffnungen 1c, einen Abgaskrümmer 6 und einen Kata lysator 12 abgegeben.

Ein Druckfühler 2 und ein Temperaturfühler 3 zum Feststellen des Druckes bzw. der Temperatur in einer Brennkammer eines jeden Zylinders sind im Zylinderkopf 1a auf jeder Seite der Maschine 1 vorgesehen. Der Temperaturfühler 3 ist z. B. ein wärmeempfindlicher Temperaturfühler, der die Temperatur in Abhängigkeit von der Änderung des Widerstandes eines darin angebrachten Thermistors feststellt. Weiterhin ist ein O₂- Fühler 11 im Abgaskrümmer 6 vorgesehen. Ein Verteiler 9, der mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle der Maschine 1 ver bunden ist, umfaßt einen Zeitfühler 10. Der Zeitfühler 10 umfaßt einen Zeitgeber-Rotor (nicht gezeigt), der fest auf der Verteilerwelle des Verteilers 9 montiert ist, um einen Zeitpunkt für jeden Zylinder festzustellen, wenn sich die Kurbelwelle bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel während des Kompressionshubs des Zylinders befindet. Beispielsweise liegt der vorbestimmte Kurbelwinkel um 90° vor dem oberen Totpunkt (BTDC), wo der Druck anfängt, sich vor der Zündung wesentlich zu ändern.

Ausgangssignale der Fühler 2, 3, 10 und 11 werden dem Regler 14 zugeführt. Der Regler 14 gibt ein Betätigungssignal ab, um die Einspritzer 4 über einen Treiber 16 anzusteuern.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt der Regler 14 eine Zeit steuerung 18, welcher das Ausgangssignal des Zeitfühlers 10 zugeführt wird. Wenn der Kurbelwinkel θ bei dem vorbestimm ten Winkel BTDC 90° liegt, so gibt die Zeitsteuerung ein Ausgangssignal an einen Luftmengenrechner 19, dem außerdem die Ausgangssignale des Druckfühlers 2 und des Temperatur fühlers 3 zugeführt werden. Im Luftmengenrechner 19 wird die Menge G der Ansaugluft für jeden Zylinder auf Grundlage des Boyle-Charles-Gesetz wie folgt errechnet:

P × V = G × R × T;

wobei
P: der Druck im Brennraum,
T: die Temperatur im Brennraum,
V: ein festes Volumen bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel,
R: eine Gaskonstante beim Kompressionshub
und

∴ G = (P × V)/(R × T) (1)

sind.

Der Regler 14 umfaßt weiterhin einen Rückkopplungskorrektur koeffizientenrechner 20 zum Berechnen eines Rückkopplungs korrekturkoeffizienten KFB basierend auf einem Ausgangssig nal λ des O₂-Fühlers 11. Die Einlaßluftmenge G und der Kor rekturkoeffizient KFB werden einem Einspritzpulsbreitenrech ner 21 zugeführt, in welchem eine Einspritzpulsbreite Ti in Übereinstimmung mit folgender Gleichung errechnet wird:

Ti = K × G × KFB (K ist eine Konstante) (2)

Die Pulsbreite Ti wird den Einspritzern 4 über den Treiber 16 zum Einspritzen von Kraftstoff zugeführt. Die Pulsbreite Ti wird unabhängig für jeden Zylinder in Übereinstimmung mit dem Zeitsignal aus der Zeitsteuerung 18 erhalten.

Die Funktionsweise bzw. das Verfahren wird im folgenden unter Bezug auf das Flußdiagramm nach Fig. 4 beschrieben. Hieraus geht auch hervor, daß die in Fig. 2 als Hardware-Lösung gezeigte Anordnung auch innerhalb eines Mikrocomputers verwirklicht sein kann.

In einem Schritt 101 wird das Ausgangssignal des Zeitfühlers 10 der Zeitsteuerung 18 des Reglers 14 zugeführt. In einem Schritt 102 wird abgefragt, ob der Kurbelwinkel bei einem vorbestimmten Winkel, z. B. BTDC 90° liegt, d. h. ob ein ge eigneter Meßzeitpunkt vorliegt. Wenn der Kurbelwinkel beim vorbestimmten Winkel liegt, so schreitet das Programm zu einem Schritt 103. Im anderen Fall wird das Programm abge brochen. Im Schritt 103 werden der Druck P und die Tempera tur T in dem jeweiligen Brennraum, die vom Fühler 2 bzw. 3 festgestellt wurden, berechnet. In einem Schritt 104 wird die Einlaßluftmenge G in Übereinstimmung mit der oben ge nannten Gleichung (1) hergeleitet und zwar basierend auf dem Druck P und der Temperatur T. Der Rückkopplungskoeffizient KFB wird in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal λ des O₂- Fühlers 11 in einem Schritt 105 berechnet. In einem Schritt 106 wird die Einspritzpulsbreite Ti in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) hergeleitet.

Die Einspritzpulsbreite für jeden Zylinder wird bei jedem der vorbestimmten Kurbelwinkel errechnet, um Kraftstoff während des Ausstoßhubs einzuspritzen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird nur ein Temperaturfühler 3 in einem der Zylinder vor gesehen. Die von diesem einzigen Fühler 3 abgetastete Tem peratur T wird in einem Speicher gespeichert und die zuletzt festgestellte Temperatur wird aus dem Speicher ausgelesen, wenn die Berechnung der Basiseinspritzpulsbreite für die anderen Zylinder stattfindet.

Aus obigem geht hervor, daß die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge umfaßt, bei welcher die Ansaugluftmenge für jeden Zylinder genau berech net wird und zwar basierend auf dem Druck und der Tempera tur im Zylinder, so daß ein gleichförmiges Luft-Kraftstoff- Verhältnis für alle Zylinder bzw. ein in jedem Zylinder zu treffendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis errechenbar sind. Da durch kann ein stabiler Lauf der Maschine erzielt werden, so daß die Abgasemission und der Kraftstoffverbrauch reduziert sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine,
mit einer ersten Recheneinrichtung (21) zum Berechnen einer Einspritzimpulsbreite,
einem Temperaturfühler (3),
einem Druckfühler (2) zum Erfassen des Druckes in einer Brenn kammer eines Zylinders und zum Abgeben eines Brennkammer- Drucksignales,
einen Zeitgeber (10) zum Abtasten eines vorbestimmten Kurbel winkels bezüglich eines Zylinders und zum Abgeben eines Zeit signales bei einem bestimmten Kurbelwinkel,
gekennzeichnet durch

- die Anordnung des Temperaturfühlers (3) zur Erfassung der Temperatur in der Brennkammer eines Zylinders und zum Abgeben eines Brennkammer-Temperatursignales,
- das Vorsehen eines Druckfühlers (2) in jedem Zylinder,
- eine zweite Recheneinrichtung (19), welche auf der Basis des Brennkammer-Drucksignales, des Brennkammer-Temperatursignales und des Zeitsignales eine Einlaßluftmenge zum Zeitpunkt des Zeitsignales berechnet und wobei
- die erste Recheneinrichtung (21) die Einspritzimpulsbreite unter Verwendung der berechneten Einlaßluftmenge bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zylinder ein Temperaturfühler (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler (2) und der Temperaturfühler (3) zum Fest stellen des Druckes bzw. der Temperatur in der Brennkammer des Zylinders im Zylinderkopf angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein O₂-Fühler (11) vorgesehen ist, um ein Rückkopplungssignal abzugeben, welches das Luft-Kraftstoff-Verhältnis repräsen tiert, das den Zylindern der Maschine zugeführt wird, und daß Korrektureinrichtungen (20) vorgesehen sind, um die berechnete Kraftstoff-Einspritzimpulsbreite in Übereinstimmung mit dem Rückkopplungssignal nachzuregeln.