DE3914165A1

DE3914165A1 - Kraftstoffeinspritzsteuersystem fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3914165A1
Application number: DE3914165A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Nakamura
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-04-30
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1989-11-09
Also published as: DE3914165C2; GB2218828A; US4919100A; GB8909714D0; GB2218828B; JPH01280645A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Hierbei dreht es sich insbesondere um die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit Motorbetriebs bedingungen.

Bei einem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem wird eine Basis kraftstoffeinspritzmenge Tp in Abhängigkeit vom Absolutdruck im Einlaßkanal der Maschine und von der Maschinendrehzahl er rechnet. Stromab einer Drosselklappe der Maschine ist ein Drucksensor angeordnet, über welchen der Absolutdruck im Ein laßkanal abgetastet wird. Die Maschinendrehzahl wird über ei nen Kurbelwinkelsensor festgestellt. In Übereinstimmung mit Ausgangssignalen aus diesen Sensoren wird die Basiskraftstoff einspritzmenge Tp festgelegt. Eine tatsächliche Kraftstoff einspritzmenge Ti wird durch Korrektur der Basiskraftstoffein spritzmenge Tp in Übereinstimmung mit Motorbetriebsdaten, z. B. mit der Kühlmitteltemperatur und dem Drosselklappenöffnungs grad, erhalten.

Der Absolutdruck im Einlaßkanal oszilliert jedoch aufgrund der Pulsierschwingungen der Luft. Aus diesem Grund variiert die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp in Übereinstimmung mit dem Pulsieren der Luft. Dadurch wiederum wird der Betrieb der Maschine unstabil, insbesondere bei niedrigen Maschinendreh zahlen.

Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 60-3 448 ist ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem bekannt. Bei diesem System wird der Druck im Einlaßkanal zu einem ersten Zeitpunkt abgetastet bzw. gesampelt, der in einem synchronen Zusammenhang mit der Drehung der Maschinenkurbelwelle steht. Zu einem zweiten Zeitpunkt wird ein weiterer Abtastwert mit einer kürzeren Periode als der erste Zeitpunkt genommen. Die gesampelten Drücke werden gemittelt, um einen ersten mittleren Druck und einen zweiten mittleren Druck zu erhalten. Abhängig von den Motorbetriebsbedingungen wird entweder der erste oder der zweite mittlere Druck ausgewählt. In Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und vom ausgewählten Druckwert wird die Basis kraftstoffeinspritzmenge Tp errechnet.

Bei einem Übergangszustand des Maschinenbetriebs wird jedoch der mittlere Druck PM _AVE, der auf dem Druck PM basiert, mit einer Verzögerung bezüglich den Erfordernissen der Maschinen betriebsdaten hergeleitet, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Daraus resultiert eine Abweichung der Kraftstoffeinspritzmenge von der (für den korrekten Maschinenbetrieb) notwendigen Menge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffein spritzsystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu bilden, daß eine korrekte Kraftstoffeinspritzmenge ohne Ab weichung von der für korrekten Maschinenbetrieb notwendigen Menge herleitbar ist.

Beim erfindungsgemäßen System wird der Druck im Einlaßkanal aus der Maschinendrehzahl und der Drosselklappenposition ab geschätzt. Die Änderungsrate des abgeschätzten Drucks wird zur Erstellung eines Korrekturwertes errechnet. Eine Kraftstoff einspritzmenge wird über den Korrekturwert korrigiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System (bzw. eine Vorrichtung sowie ein Verfahren) zum Steuern der Kraftstoff einspritzung einer Kraftfahrzeugmaschine aufgezeigt, die einen Einlaßkanal, eine Drosselklappe im Einlaßkanal und einen Kraft stoffeinspritzer zum Einspritzen einer vom System vorbestimm ten Kraftstoffmenge aufweist.

Das System umfaßt einen Maschinendrehzahlsensor, der ein Maschinendrehzahlsignal abhängig von der Drehzahl der Maschine erzeugt, einen Drosselklappenpositionssensor, der ein Drossel klappenpositionssignal in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Drosselklappe erzeugt, einen Drucksensor, der ein Drucksignal in Abhängigkeit vom Druck im Einlaßkanal erzeugt, erste Rech nereinrichtungen, die auf das Maschinendrehzahlsignal und das Drucksignal hin ein Kraftstoffeinspritzmengensignal erzeugen, Abschätzungseinrichtungen, die auf das Maschinendrehzahlsignal und das Drosselklappenpositionssignal den Druck im Einlaßkanal abschätzen und ein Druckabschätzungssignal erzeugen, zweite Rechnereinrichtungen zum Errechnen einer Änderungsrate des ab geschätzten Drucksignals, Einrichtungen, die auf die Änderungs rate des abgeschätzten Drucksignals ein Korrektursignal erzeu gen, Korrektureinrichtungen zum Korrigieren des Basiskraftstoff einspritzmengensignals mittels des Korrektursignals, um die tatsächlich einzuspritzende Kraftstoffmenge festzulegen.

Weitere erfinderische Merkmale ergeben sich aus den Unteransprü chen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungs formen der Erfindung, die im folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Steuereinheit gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Kraftstoffein spritzsteuersystems der Steuereinheit,

Fig. 4a und 4b Schemadarstellungen des Einlaßsystems,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Berechnungsroutine für die Kraftstoffeinspritzsteuerung bzw. zur Erläute rung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Berechnungsroutine zum Festlegen der Kraftstoffeinspritzmenge,

Fig. 7 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Drosselklappenöffnungsgrad und Druck im Ansaugkanal,

Fig. 8 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Bezie hung zwischen Widerstand Re und Maschinendrehzahl,

Fig. 9 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Bezie hung zwischen dem Widerstand R _R und dem Drosselklap penöffnungsgrad,

Fig. 10 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Bezie hung zwischen der Änderungsrate des abgeschätzten Drucks und der Korrekturgröße, und

Fig. 11 eine Tabelle zum Speichern von Korrekturgrößen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist in einem Einlaßkanal 2 einer Maschi ne 1 eine Sammelkammer 4 stromab einer Drosselklappe 3 so an geordnet, daß eine Pulsierung der Einlaßluft absorbiert wird. Mehrere Kraftstoffeinspritzer 5 sind im Einlaßkanal 2 gegenüber den Einlaßventilen der Zylinder so angeordnet, daß Kraftstoff jedem Zylinder der Maschine 1 zugeführt wird. Ein Drosselklap penpositionssensor 6 ist an der Drosselklappe 3 angeordnet. Ein Drucksensor 7 ist in der Sammelkammer 4 zum Abtasten des Drucks im Einlaßkanal vorgesehen. Ein Kugelwinkelsensor 8 und ein Kühl mittel-Temperatursensor 9 sind an der Maschine 1 angebracht. Ein Atmosphärendrucksensor 11 ist vorgesehen, um den Atmosphä rendruck abzutasten. Die Ausgangssignale der Sensoren zum Fest stellen der jeweiligen Bedingungen werden einer Steuereinheit 12 zugeführt, die einen Mikrocomputer zum Betätigen der Kraft stoffeinspritzer 5 umfaßt. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 12 einen A/D-Wandler 12 a, dem die Signale aus dem Drucksensor 7, dem Drosselklappenpositionssensor 6, dem Kühl mittel-Temperatursensor 9 und dem Atmosphärendrucksensor 11 zu geführt werden. Ein digitaler Eingang 12 b wird mit Signalen aus dem Kugelwinkelsensor 8 versorgt. Ausgangssignale aus dem A/D- Wandler 12 a und dem Eingang 12 b werden einem Zentralprozessor (CPU) 12 e zugeführt. Die CPU 12 e verarbeitet diese Signale in Übereinstimmung mit Daten und Programmen, die in einem Lese speicher (ROM) 12 c und einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 12 d gespeichert sind und erzeugt Steuersignale, die einen Digitalausgang 12 f zum Treiben der Kraftstoffeinspritzer 5 zu geführt werden.

Fig. 3 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem, bei welchem die Maschinendrehzahl N in einem Maschinendrehzahlrechner 21 in Abhängigkeit vom Kurbelwinkelsignal aus dem Kurbelwinkel sensor 8 errechnet wird und zwar synchron zur Maschinendreh zahl. Die Maschinendrehzahl N wird einem Basiskraftstoffein spritzmengenrechner 13 (zur Errechnung der Einspritzpulsbreite) und einem Einlaßdruckabschätzabschnitt 14 zugeführt. Aus dem Kurbelwinkelsignal wird ein Signal für den oberen Totpunkt ab geleitet und einem Einlaßdruckmittelungsabschnit 15 zugeführt, dem darüber hinaus der Einlaßdruck PM aus dem Sensor 7 zugeführt wird.

Im Einlaßdruckmittelungsabschnitt 15 wird der Druck PM im Ein laßkanal mit einem kurzen Abtastzyklus gesampelt. Die gesampel ten Drücke werden bei jedem Zyklus abhängig vom Signal für den oberen Totpunkt gemittelt und zwar über ein gewichtetes Mitte lungsverfahren zum Herleiten eines Druckmittelwertes PM _AVE gemäß der folgenden Gleichung:

PM _VE(t) = k × PM _AVE(t - 1) + (1 - k) PM(t):

hierbei bedeutet k die Wichtung.

Durch Anwendung dieser Gleichung bzw. dieses Verfahrens kann der Einfluß der Oszillation des Absolutdruckes im Einlaßkanal eliminiert werden.

Der mittlere Druck PM _AVE wird dem Basiskraftstoffeinspritzrech ner 13 zugeführt. Der Rechner 13 errechnet eine Basiskraftstoff einspritzmenge Pt, basierend auf dem mittleren Druck PM _AVE und der Maschinendrehzahl N unter Verwendung von Daten, die aus der im ROM 12 c gespeicherten Tabelle ausgelesen werden. Die Basis kraftstoffeinspritzmenge Tp wird einem Basiskraftstoffeinspritz bestimmungsabschnitt 16 zugeführt.

Der Einlaßdruckabschätzungsabschnitt 14 schätzt einen Druck schätzwert P in Übereinstimmung mit dem Drosselklappenöffnungs grad R (der aus dem Drosselklappenpositionssensor 6 stammt) und der Maschinendrehzahl N über eine festgelegte Modellgleichung. Die Modellgleichung wird aus einem Ersatzschaltbild gemäß Fig. 4b für das Einlaßsystem nach Fig. 4a erhalten.

Das Einlaßsystem, das schematisch in Fig. 4a gezeigt ist, ver hält sich näherungsweise wie die elektrische Schaltung nach Fig. 4b. Insbesondere stellt Po einen Druck stromab der Dros selklappe 3 dar und entspricht der Spannung Vo in Fig. 4b. Der Druck P im Einlaßkanal 2 stromab der Drosselklappe 3 und in der Kammer 5 entspricht der Spannung V. Die Menge Q _R entspricht dem Strom I _R in Fig. 4b. Der Wert Qe repräsentiert die tatsächliche Menge von Luft, die in den Zylinder der Maschine 1 gesorgt wird und entspricht dem Strom Ie. Der Strom Ic stellt eine Antwort verzögerung im Übergangszustand der Maschine dar. Die Wider stände Re und R R und eine Kapazität C sind Faktoren für die Verzögerung der Antwort. Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt, kön nen der Widerstand Re als Funktion der Maschinendrehzahl N und der Widerstand R _R als Funktion des Öffnungsgrades R der Dros selklappe 3 hergeleitet werden. Die entsprechenden Modell gleichungen lauten wie folgt:

C × dV/dt = (V₀ - V)/R _R - V/Re

V = {Re/(R _R + Re)} × V₀ × (1 - e^-t/ ^τ)

τ = C × R _R × Re/(R _R + Re);

daraus ergibt sich, daß der abgeschätzte Druck P ausgedrückt werden kann zu:

P = {Re/(R _R + Re)} × P₀ × (1 - e^-t/ ^τ)

In anderen Worten, der Druck P im Einlaßkanal wird in Überein stimmung mit der Maschinendrehzahl N und dem Drosselklappen öffnungsgrad R abgeschätzt.

Der abgeschätzte Druck P aus dem Abschnitt 14 wird einem Ein laßdruck-Änderungsratenrechner 19 zugeführt, in welchem der Druck P differenziert wird, um eine Änderungsrate Δ P in Über einstimmung mit folgender Gleichung zu erhalten:

Δ P = {P(t) - P(T - Δ t)}/Δ t

Die Änderungsrate Δ P wird einem Übergangszustandsbestimmungs abschnitt 20 zugeführt, in welchem bestimmt wird, ob die Maschi ne aus dem stationären Zustand beschleunigt oder verzögert wird, indem die Änderungsrate Δ P mit einem vorbestimmten Bezugswert Δ Pref verglichen wird. Wenn Δ P <Δ Pref wird festgelegt, daß sich die Maschine in einem Übergangszustand befindet. Ein Aus gangssignal aus dem Abschnitt 20 und die Änderungsrate Δ P wer den einem Korrekturgrößenrechner 17 zugeführt, in welchem eine Korrekturgröße Δ Tp errechnet wird. Die Korrekturgröße Δ Tp kann in Abhängigkeit von der Änderungsrate Δ P hergeleitet wer den, wie sie grafisch in Fig. 10 gezeigt ist. Bei einer ande ren bevorzugten Ausführungsform wird sie aus einer dreidimen sionalen Tabelle ausgelesen, bei welcher die Änderungsrate P und die Maschinendrehzahl N als Parameter vorgesehen sind, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.

Die Korrekturgröße Δ Tp wird dem Kraftstoffeinspritzmengen bestimmungsabschnitt 16 zugeführt.

Die Kühlmitteltemperatur TW aus dem Sensor 9, der Atmosphären druck aus dem Sensor 11 und andere Signale R und N aus den Sen soren 6 und 8 werden einem Korrekturkoeffizientenrechner 18 zugeführt, in welchem ein Mischkorrekturkoeffizient COEF er rechnet wird. Der Koeffizient COEF wird dem Kraftstoffeinspritz mengenbestimmungsabschnitt 16 zugeführt, in welchem eine Kraft stoffeinspritzmenge Ti über die Gleichung Ti=Tp ×Δ Tp xCOEF errechnet. Ein Ausgangssignal, welches die Menge Ti darstellt, wird den Einspritzern 5 als Kraftstoffeinspritzpulsbreite zu geführt.

Die Errechnung zum Festlegen der Einlaßdruckänderungsrate Δ P im Betrieb des Systems wird im folgenden unter Bezug auf das Flußdiagramm nach Fig. 5 erläutert. Hieraus ergibt sich, daß sich die Erfindung auch auf ein Verfahren bezieht.

In einem Schritt S 101 werden der Drosselklappenöffnungsgrad R aus dem Ausgangssignal des Drosselklappenpositionssensors 6 und das Maschinendrehzahlsignal N basierend auf dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 8 hergeleitet. In einem Schritt S 102 werden die Widerstände R R und Re aus Nachschlagetabellen in Übereinstimmung mit dem Drosselklappenöffnungsgrad R und der Maschinendrehzahl N ausgelesen. In einem Schritt S 103 wird die Zeitkonstante τ für die Verzögerungszeit errechnet. In nach folgenden Schritten S 104 und S 105 werden Rechnungen durchgeführt, um den abgeschätzten Druck P zu erhalten. In den Gleichungen, die im Flußdiagramm offenbart sind, bedeuten die Größen Kc, α, und β Konstanten. In einem Schritt S 106 wird die Änderungsrate Δ P des abgeschätzten Drucks P errechnet.

Fig. 6 zeigt das Flußdiagramm zur Errechnung der Kraftstoffein spritzmenge Ti. In einem Schritt S 201 wird die Korrekturgröße Δ Tp basierend auf der Änderungsrate Δ P errechnet. In einem Schritt S 202 wird der Mischkoeffizient COEF errechnet. In einem Schritt S 203 wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tp über die Korrekturgröße Δ Tp und dem Korrekturkoeffizienten COEF korri giert.

Nachdem gemäß der vorliegenden Erfindung die Basiskraftstoff einspritzmenge mit einer Korrekturgröße korrigiert wird, die basierend auf der Einlaßdruckänderungsrate errechnet wird, kann eine korrekte Menge an Kraftstoff ohne Antwortverzögerung in einem Übergangszustand eingespritzt werden.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsteuersystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Einlaßkanal (2), einer Dros selklappe (3) im Einlaßkanal (2), einem Kraftstoffeinspritzer (5) zum Einspritzen von Kraftstoff, gekennzeichnet durch
einen Maschinendrehzahlsensor (8) zum Erzeugen eines Maschi nendrehzahlsignals in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl,
einen Drosselklappenpositionssensor (6) zum Erzeugen eines Drosselklappenpositionssignals in Abhängigkeit vom Öffnungs grad der Drosselklappe (3),
einen Drucksensor (7) zum Erzeugen eines Drucksignals in Ab hängigkeit vom Druck im Einlaßkanal (2),
erste Rechnereinrichtungen (13), die auf das Maschinendreh zahlsignal (N) und das Drucksignal (PM) hin ein Basiskraft stoffeinspritzmengensignal (Tp) erzeugen,
Abschätzungseinrichtungen (14), die auf das Maschinendreh zahlsignal (N) und das Drosselklappenpositionssignal (R) den Druck im Einlaßkanal (2) abschätzen und ein Druckschätzsig nal (P) erzeugen,
zweite Rechnereinrichtungen (19), welche die Änderungsrate ( R P) des Druckschätzsignals errechnen,
Einrichtungen (17, 20), die auf die Änderungsrate ( R P) des Druckschätzsignals (P) ein Korrektursignal ( R Tp) erzeugen, und
Korrektureinrichtungen (16), welche das Basiskraftstoff einspritzmengensignal (Tp) mit dem Korrektursignal ( R Tp) korrigieren, um so die einzuspritzende Kraftstoffmenge fest zulegen.

2. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinendrehzahlsensor (8) einen Kurbelwinkelsensor umfaßt.

3. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursig nal ( R TP) ein Koeffizient ist.

4. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (20) zum Bestimmen eines Übergangszustands vorgesehen sind, die auf die Änderungsrate ( R P) des abgeschätzten Drucksignals (P) ein Übergangssignal dann abgeben, wenn die Änderungsrate ( R P) einen vorbestimmten Bezugswert überschreitet, wobei die Korrektureinrichtungen (17) so ausgebildet sind, daß auf das Übergangssignal hin das Basiskraftstoffeinspritzmengensignal (Tp) korrigierbar ist.