DE3918772A1 - Motor-regelgeraet - Google Patents

Motor-regelgeraet

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelgerät für einen Verbrennungsmotor, mit dem eine maximale Leistung und ein maximaler Wirkungsgrad trotz Streuung im Leistungsverhalten der Motoren erzielt werden kann.
Bisher wurde ein Gerät zur Regelung des Sprengstoffeinspritzventils und eine Zündvorrichtung durch Berechnen der passenden Brennstoffversorgungsmenge und der Zündzeiteinstellung aufgrund der Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge oder dem Ansaugleitungsdruck und der Motorgeschwindigkeit (Umin) verwendet.
Weiter wurde in der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. 62-85 148 ein Regelgerät offenbart, das eine präzisere Regelung durch Erfassung des Verbrennungsdruckes des Motors und Abstimmung des Druckes auf einen vorausbestimmten Wert bewirkt.
Bei diesem Regelgerät wird die Verbrennungsbedingung durch das Ausgangssignal eines Zylinderinnendrucksensors (Verbrennungsdruck) in jedem Zylinder erfaßt, so daß die Regelung der Zündzeiteinstellung, der EGR-Ventile (Abgasrückführung) und dgl. so ausgeführt wird, daß sie der Bedingung eines vorausbestimmten Musters entspricht.
Bei den vorerwähnten Geräten des Standes der Technik wird die Regelung mit dem Ziel ausgeführt, den Verbrennungsdruck in Einklang mit einem im voraus anhand eines Standardmotors bestimmten Verbrennungsmuster zu bringen. Im Falle der Massenherstellung einer großen Anzahl von Motoren ergibt sich aber eine beträchtliche Streuung. Dementsprechend erfordern individuelle Motoren individuell unterschiedliche Verbrennungsmuster. Aus diesem Grunde kann nicht absolut gesagt werden, daß die Genauigkeit der Regel verbessert wird, wenn der Verbrennungsdruck durch Verwendung eines einheitlichen Standardmusters geregelt wird. Durch eine solche Regelung kann im Gegenteil das Leistungsverhalten des Motors eher vermindert werden.
Weiter werden bei dem bekannten Gerät die Brennstoff-Einspritz-Zeiteinstellung, die EGR-Menge und dgl. als Betriebsparameter zur Regelung des Verbrennungsdruckes gesteuert. Die wirksamsten Parameter der Ausgangsleistung des Motors sind aber die Verbrennungseinspritzmenge und das dazugehörige Zündzeiteinstellungsoptimum.
Allgemein ist der frei regelbare Bereich der Brennstoffeinspritzmenge begrenzt, um die Komponentenkonzentration des Abgases auf ein niedriges Niveau herabzudrücken. Daher müssen die Brennstoffeinspritzmenge und die Zündzeiteinstellung zusammenhängend geregelt werden, um den Einfluß der Komponenten des Abgases mit dem Leistungsverhalten des Motors miteinander in Einklang zu bringen.
Weiter ist es bei einem Benzinmotor zur Reinigung des Abgases und zur Verbesserung der Ausgangsleistung des Motors erforderlich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis und die Zündzeiteinstellung genau in Übereinstimmung mit der Betriebsbedingung des Motors zu regeln. Aus diesem Grunde ist bei Kraftfahrzeug-Benzinmotoren ein Verfahren in großem Umfange benutzt worden, bei dem ein Mikrocomputer dazu verwendet wird, das Luft-Brennstoff-Verhältnis und die Zündzeiteinstellung zu regeln.
Beispielsweise wird die Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf Basis der Brennstoffmengeneinspritzung in der folgenden Weise ausgeführt. Die Menge der Ansaugluft (Q a ) im Motor wird durch einen Luftstromsensor im Lufteinlaßkanal erfaßt. Die Motorgeschwindigkeit bzw. die Anzahl der Motorumdrehungen pro Zeiteinheit (N e ) wird durch das Ausgangssignal eines Umdrehungszahlsensors auf der Kurbelwelle oder dgl. gewonnen. Die auf eine Motorumdrehung entfallende Luftmenge (Q a /N e ) wird berechnet und dementsprechend wird die Menge der Brennstoffgrundeinspritzung anhand der Luftmenge (Q a /N e ) ermittelt. Die Größe der Brennstoffgrundeinspritzung wird dazu benutzt, ein Luft-Brennstoff-Zielverhältnis für jeden vorausbestimmten Betriebspunkt zu gewinnen. Dann wird in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal eines Wassersensors oder dgl., der zur Erfassung der Temperatur des Motorkühlwassers vorgesehen ist, eine Korrektur vorgenommen, um auf diese Weise endgültig die Brennstoffeinspritzmenge zu bestimmen. Aufgrund eines Einspritzimpulssignals mit einer, der wie oben bestimmten, Brennstoffeinspritzmenge entsprechenden Impulsbreite wird ein Einspritzgerät zum synchronen Öffnen seines Ventils mit der Motorumdrehung und Einspritzen von Brennstoff in den Motor betätigt. Weiter wird im unteren Belastungsbereich und im Teillastbereich ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor, bei dem sich das Ausgangssignal in der Nähe des theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses rasch ändert, verwendet, um daraus zu schließen, ob das tatsächliche Luft-Brennstoff-Verhältnis auf der fetten Seite oder auf der mageren Seite liegt. Eine auf dieser Beurteilung basierende Rückführungskorrektur wird auf die Menge der Brennstoffeinspritzung ausgeübt, so daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Weise geregelt wird, daß es sich dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis annähert. Indem das Luft-Brennstoff-Verhältnis immer auf das theoretische Luft-Brennstoff-Verhältnis hin geregelt wird, kann die Reinigung der Abgase hochwirksam durch eine ternärkatalytische Methode ausgeführt werden.
Des weiteren wird die Regelung der Zündzeiteinstellung in der folgenden Weise durchgeführt. Im allgemeinen wird eine auf einer Karte vorausbestimmte Frühzündungseinstellung entsprechend der Luftmenge (Q a /N e ) und der Motorgeschwindigkeit (N e ) abgelesen. Die Stromführung einer Zündspule wird durch ein auf der so abgelesenen Frühzündungseinstellung beruhendes Zündsignal gesteuert.
Im allgemeinen ist die Frühzündungseinstellung so eingestellt, daß eine MBT (die zur Erzeugung des maximalen Motordrehmomentes erforderliche Minimum-Frühzündungseinstellung) angestrebt wird. Da die MBT in weitem Umfange aufgrund einer Reihe von Faktoren variiert, wie etwa Streuung der Motortemperatur und des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, Maßfehler bei der Brennstoffkammer, Temperatur und Feuchtigkeit der Ansaugluft und dgl., ist es schwierig, durch ein solches einfaches "offenes" Regelverfahren kontinuierlich die optimale Zündzeiteinstellung zu erreichen. Es gibt das Problem, daß eine Störung durch Klopfen oder eine Verringerung des Drehmomentes auftreten kann. Deshalb wurde eine Verbesserung solcher Art vorgeschlagen, wie sie in der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. 62-82 273 beschrieben ist. Die Verbesserung ist so konzipiert, daß die Rückführungsregelung der Zündzeiteinstellung auf der Basis des gemessenen Wertes des Zylinderinnendruckes erfolgt, um das Motordrehmoment zu maximieren. Entsprechend dem Rückführungsregelverfahren auf Basis des Zylinderinnendruckes ist beispielsweise ein Umdrehungszahlsensor vorgesehen, der für jeden Kurbelwellenwinkelgrad (1°) einen Impuls erzeugt. Der für jeden erzeugten Impuls gemessene Ausgangswert (P 0) des Zylinderinnendrucksensors wird nacheinander abgelesen, so daß ein mittlerer Effektivdruck (P 1) aus dem Zylindervolumen (V) und der Kolbenverschiebung (V n ) entsprechend dem laufend erfaßten Kurbelwellenwinkel berechnet wird, entsprechend der folgenden Gleichung:
Somit dient die Rückführungsregelung der Zündzeiteinstellung zur Maximierung von P 1.
Wie oben beschrieben, ist das herkömmliche Rückführungsregelverfahren des Zylinderinnendruckes der Versuch, ein maximales Drehmoment durch Korrektur der Zündzeiteinstellung zwecks Maximierung des mittleren Effektivdruckes (P 1) zu erzielen. Im oberen Belastungsbereich wird aber die Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses unterbunden, so daß dort die "offene" Regelung stattfindet. Infolgedessen äußert sich ein durch Merkmalsstreuung auf Seiten der Sensoren, Einspritzgeräte und Brennstoffe verursachter Luft-Brennstoff-Verhältnisfehler als Verminderung des Drehmomentes. Damit wird es unmöglich, das beste Drehmoment aus dem Motor herauszuholen, selbst wenn die Rückführungsregelung des Zylinderinnendruckes durch Korrektur der Zündeinstellung erfolgt.
Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Motorregelgerät zu schaffen, das in der Lage ist, in geeigneter Weise die Verbrennungsbedingung eines Motors entsprechend der Betriebsbedingung des Motors zu regeln und aus dem Motor eine maximale Leistung und einen maximalen Wirkungsgrad herauszuholen, um so das obengenannte Problem zu lösen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Motorregelgerät zu schaffen, das in der Lage ist, auch im oberen Belastungsbereich durch ein Rückführungsregelverfahren des Zylinderinnendruckes das beste Drehmoment aus dem Motor herauszuholen, um so das obengenannte Problem zu lösen.
Das Motorregelgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einer Regeleinheit ausgestattet, bei der die Brennstoffversorgungsmenge Q f oder die Zündzeiteinstellung R i so korrigiert wird, daß der auf der Basis der Ansaugluftmenge Q a , der Motorgeschwindigkeit N und des mittleren Effektivdruckes P i im Motor erhaltene Bewertungsparameter A = P i /(Q a /N) maximiert wird, oder daß der auf der Basis des Ansaugleitungsdruckes P b und des mittleren Effektivdrucken P i gewonnene Parameter B = P i /P b maximiert wird, oder daß der maximale Druck P max oder der mittlere Effektivdruck P i bei jedem Verbrennungszyklus maximiert wird, so daß die Regelung auf der Basis des Ergebnisses der vorgenannten Korrektur erfolgt.
Weiter ist das Regelgerät des Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung mit einer Regeleinheit ausgestattet, welche die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge Q f durchführt und die Zündzeiteinstellung durch das oben erwähnte Korrekturmittel berichtigt.
Weiter ist das Regelgerät des Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung mit einer Regeleinheit ausgestattet, welche die Rückführungsregelung in einem vorausbestimmten Belastungs-Betriebsbereich des Motors ausführt und in anderen Betriebsbereichen des Motors die Rückführungsregelung unterbindet und die Brennstoffversorgungsmenge Q f korrigiert.
Weiter umfaßt das Motorregelgerät gemäß der Erfindung: ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel zur Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Motors; ein Zündzeiteinstellungregelungsmittel zur Regelung der Zündeinstellung des Motors; ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zur Erfassung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Motors; ein Belastungserfassungsmittel zur Erfassung der Belastung des Motors; ein Zylinderinnendruck-Erfassungsmittel zur Erfassung des Innendruckes eines Zylinders des Motors; ein erstes Mittel zur Erzeugungs eines Zylinderinnendruck-Rückführungssignals, das auf das Ausgangssignal des Zylinderinnendruck-Erfassungsmittels anspricht zur Erzeugung eines ersten Zylinderinnendruck-Rückführungssignals und zum Anlegen des ersten Zylinderinnendruck-Rückführungssignals an das Zündzeiteinstellungsregelungsmittel, um auf diese Weise das Ausgangsdrehmoment des Motors aufgrund des Zylinderinnendruckes wesentlich zu maximieren; ein Belastungsbeurteilungsmittel, das auf das Ausgangssignal des Belastungserfassungsmittels anspricht, um zu entscheiden, ob die Belastung des Motors im unteren oder im Teillastbereich oder im oberen Belastungsbereich liegt; ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückführungssignal- Erzeugungsmittel zur Erzeugung eines Luft-Brennstoff-Rückführungssignals und zum Anlegen des Luft-Brennstoff-Rückführungssignals an das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel, um auf diese Weise das Luft-Brennstoff-Verhältnis einem theoretischen Wert anzunähern, wenn das Belastungsbeurteilungsmittel nachweist, daß die Belastung des Motors im unteren oder im Teillastbereich liegt; und ein zweites Mittel zur Erzeugung eines Zylinderinnendruck-Rückführungssignals zur Erzeugung eines zweiten Zylinderinnendruck-Rückführungssignals und zum Anlegen des zweiten Zylinderinnendruck-Rückführungssignals an das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel, um auf diese Weise das Drehmoment des Motors wesentlich zu maximieren, wenn das Lastbeurteilungsmittel nachweist, daß die Belastung des Motors im oberen Belastungsbereich liegt. Das Gerät besitzt ein besonderes Merkmal insofern, als die Rückführungsregelung des Last-Brennstoff-Verhältnisses wie auch die Rückführungsregelung der Zündzeiteinstellung erfolgt, um das Drehmoment des Motors im oberen Belastungsbereich wesentlich zu maximieren, wo nach dem Stande der Technik die Rückführungsregelung des Last-Brennstoff-Verhältnisses bisher nicht durchgeführt worden ist.
Das Regelgerät gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt den maximalen Druck P max oder den mittleren Effektivdruck P i bei jedem Verbrennungszyklus auf der Basis des Verbrennungskammerdruckes P c und des Kurbelwellenwinkels R c ; es korrigiert die Brennstoffversorgungsmenge Q f oder die Zündzeiteinstellung R i um mindestens einen der folgenden Parameter maximaler Druck P max, mittlerer Effektivdruck P i und Bewertungsparameter A und B zu maximieren; und es versorgt auf der Basis der korrigierten Brennstoffversorgungsmenge Q f den Motor mit Brennstoff bzw. führt auf der Basis der korrigierten Zündzeiteinstellung R i die Zündregelung durch.
Weiter erfaßt das Regelgerät gemäß der Erfindung auf der Basis der vom Abgasdetektor erfaßten Komponentenkonzentration des Verbrennungsgases das Luft-Brennstoff-Verhältnis; es führt die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge Q f derart aus, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis einen vorausbestimmten Wert annimmt; und es korrigiert die Zündzeiteinstellung R i um mindestens einen der folgenden Parameter maximaler Druck P max, mittlerer Effektivdruck P i und Bewertungsparameter A und B zu maximieren.
Weiter erfaßt das Regelgerät gemäß der Erfindung auf der Basis der vom Abgassensor erfaßten Komponentenkonzentration des Verbrennungsgases das Luft-Brennstoff-Verhältnis; es führt die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge Q f derart aus, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis einen vorausbestimmten Wert erreicht und unterbindet die Rückführungsregelung in einem vorausbestimmten Last-Betriebs-Bereich des Motors; und es korrigiert zur gleichen Zeit die Brennstoffversorgungsmenge Q f derart, daß mindestens einer der folgenden Parameter maximaler Druck P max, mittlerer Effektivdruck P i sowie Bewertungsparameter A und B maximiert werden.
Weiter wird im unteren Belastungsbereich und im Teillastbereich das Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel so betrieben, daß es die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelung auf der Basis des Ausgangssignals der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel ausführt. Auf diese Weise wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis des Motors im wesentlichen dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis angenähert. Weiter erfolgt die Zündzeiteinstellungsregelung auf der Basis des Ausgangssignals des Zylinderinnendruck-Erfassungsmittels, um das Drehmoment des Motors wesentlich zu maximieren.
Im oberen Belastungsbereich werden sowohl die Zündzeiteinstellungsregelung als auch die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelung auf der Basis des Ausgangssignals des Zylinderinnendruck-Erfassungsmittels durchgeführt. Infolgedessen wird der Innendruck (Verbrennungsdruck) des Zylinders so gesteuert, daß das maximale Drehmoment auch dann erreicht wird, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis fett ist.
Nachfolgend werden die Figuren in der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist ein Schaubild des Regelgerätes des Verbrennungsmotors als eine der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild dar, das den inneren Aufbau der Regeleinheit der Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist ein Kenngrößendiagramm, das ein Beispiel des Verbrennungsdruckwellenverlaufes der Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 und 5 stellen Kenngrößendiagramme dar, welche die Beziehung zwischen den Verbrennungsparametern, dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und der Zündzeiteinstellung wiedergeben;
Fig. 6(a) bis 6(c), 7 und 8 stellen Flußdiagramme dar, die den Betriebsablauf zur Durchführung der Maximalbetragsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 9 stellt ein Erläuterungsbild für ein Beispiel zur Zonentrennung zwischen Betriebsbedingung und Zuweisung der Speicher dar;
Fig. 10 stellt ein Flußdiagramm dar, das den Betriebsablauf in einem Übergangszustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist ein Schaubild, das die gesamte Organisation des Motorregelgerätes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 12 ist ein partielles Blockdiagramm zur vorerwähnten Ausführungsform;
Fig. 13 bis 15 sind Kenngrößendiagramme zur Erläuterung der Regeloperation der erwähnten Ausführungsform; und
Fig. 16 stellt ein Flußdiagramm zur Durchführung der Regeloperation der erwähnten Ausführungsform dar.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Schaubild, das den grundsätzlichen Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung wiedergibt. In der Zeichnung bedeuten die Bezugszeichen: 1 - einen Luftreiniger; 2 - einen Luftstrommesser zur Messung der Menge der Ansaugluft; 3 - ein Drosselventil; 4 - ein Verteilerrohr für Ansaugluft; 5 - einen Zylinderblock; 6 - einen Wassertemperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Motorkühlwassers; und 7 - einen Kurbelwellenwinkelsensor.
Der Kurbelwellenwinkelsensor 7 erzeugt in jeder Bezugsstellung des Kurbelwellenwinkels einen Referenzimpuls (z.B. für jede 180 Grad bei einem Vierzylindermotor oder für jede 120 Grad bei einem Sechszylindermotor) und er erzeugt einen Einheitswinkelimpuls für jeden Einheitswinkel (z.B. für jeden einzelnen Grad).
Weiter bezeichnen die Bezugszeichen: 8 - ein Abgaserteilerrohr; 9 - einen Abgassensor zur Erfassung der Komponentenkonzentration (z.B. der Sauerstoffkonzentration) eines Abgases; 10 - ein Brennstoffeinspritzventil; 11 - eine Zündkerze; 13 - einen Zylinderinnendrucksensor (im folgenden als "Verbrennungsdrucksensor" bezeichnet) zur Erfassung des Zylinderinnendruckes; und 15 - eine Regeleinheit.
In der Regeleinheit 15 wird der momentane Kurbelwellenwinkel durch Zählen der Anzahl der Einheitswinkelimpulse nach Eingang eines Referenzimpulses festgestellt.
Weiter kann die Motorgeschwindigkeit durch Messen der Frequenz bzw. der Periode der Einheitswinkelimpulse festgestellt werden.
Obwohl die Ausführungsform nach Fig. 1 den Fall zeigt, bei der der Kurbelwellenwinkelsensor in einem Verteiler untergebracht ist, kann die Erfindung auch dann angewendet werden, wenn der Kurbelwellenwinkelsensor unmittelbar mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Das Bezugszeichen 2 a verweist auf einen Ansaugleitungsdrucksensor. Jedes der Ausgangssignale des Sensors 2 a und des Luftstrommessers 2 wird für die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge und der Zündzeiteinstellung verwendet.
Die Regeleinheit 15 weist den in Fig. 2 dargestellten Aufbau auf. In der Zeichnung bezieht sich das Bezugszeichen 151 auf einen A-D(Analog-Digital)-Wandler, der das Ausgangssignal S 1 des Luftstrommessers 2 oder das Ausgangssignal S 1 a des Ansaugleitungsdrucksensors 2 a, das Ausgangssignal S 2 des Wassertemperatursensors 6, das Ausgangssignal S 4 des Abgassensors 9, und das Ausgangssignal S 6 des Verbrennungsdrucksensors 13 empfängt.
Das Bezugszeichen 152 bezeichnet eine Eingabeschnittstelle, die das Ausgangssignal S 3 des Kurbelwellenwinkelsensors 7 aufnimmt.
Das Bezugszeichen 153 bezeichnet eine CPU, die mit einem ROM 154 und einem RAM 155 zur Verarbeitung des erwähnten Eingangssignals gemäß einem vorgegebenen Programm zusammenarbeitet.
Das Bezugszeichen 156 bezeichnet eine Ausgangsschnittstelle, welche das Ausgangssignal der CPU 153 empfängt und ihrerseits Ausgangssignale S 5 und S 6 liefert. Das Ausgangssignal S 5 ist ein Impulssignal zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 10. Die Brennstoffversorgungsmenge kann über die Impulsbreite des Impulssignals gesteuert werden.
Das Ausgangssignal S 7 ist ein Zündzeiteinstellungssignal, welches durch eine Leistungseinheit 16 verstärkt wird. Die Zündspule 17 wird durch das Ausgangssignal S 8 der Leistungseinheit 16 betrieben.
Das Ausgangssignal S 9 der Zündspule 17 wird durch einen Verteiler 18 als Ausgangssignal S 10 auf die Zündkerzen 11 verteilt, die jeweils in den Zylindern angeordnet sind.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Das Grundverfahren zur Regelung der Brennstoffeinspritzung und der Zündzeiteinstellung auf der Basis des Ausgangssignals des Luftstrommessers 2 oder des Ansaugleitungsdrucksensors 2 a des Gerätes nach Fig. 1 ist allgemein bekannt, so daß eine detaillierte Beschreibung entfallen kann. Deshalb wird die auf die vorliegenden Erfindung bezogene Betriebsweise näher im einzelnen beschrieben.
In Fig. 3 ist die Beziehung zwischen dem Verbrennungsdruck P c und dem Kurbelwellenwinkel R c dargestellt. Gemäß Fig. 3 erreicht das Ausgangssignal S 6 des Verbrennungsdrucksensors 13 in der Nähe des oberen Totpunktes des Kurbelwellenwinkels (TDC) ein Maximum. Es möge P max der Maximalwert sein.
Der mittlere Effektivdruck P i (Zylinderinnendruck) wird dann durch Integration des Verbrennungsdruckes P über einen Zyklus wie folgt berechnet:
In der Gleichung (1) bedeutet V s die Kolbenverschiebung, welche dargestellt wird durch die Gleichung:
Weiter stellt V das Zylindervolumen dar, welches durch die folgende Gleichung (2) dargestellt wird:
Darin bedeutet l die Steuerlänge, r den Kolbenhub und R c den Kurbelwellenwinkel.
Demzufolge wird die folgende Gleichung (3) aus der Gleichung (2) gewonnen:
Entsprechend kann der mittlere Effektivdruck P i durch Einsetzen der Gleichung (3) in die Gleichung (1) berechnet werden.
Der so erhaltene mittlere Effektivdruck P i ist allgemein als Parameter zur direkten Erfassung der Leistungsabgabe des Motors bekannt.
Andere Parameter A und B können berechnet werden aus dem mittleren Effektivdruck P i ; der auf der Basis des Ausgangssignals S 1 des Luftstrommessers 2 erhaltenen Ansaugluftmenge Q a des Motors; oder dem auf der Basis des Ausgangssignals S 1 a des Ansaugleitungsdrucksensors 2 a erhaltenen Ansaugleistungsdruckes P b ; und der auf der Basis des Kurbelwellenwinkels erhaltenen Motorgeschwindigkeit N. Diese Parameter A und B sind auch als Parameter zur Abschätzung der Verbrennungsenergie oder des Wirkungsgrades aus der Menge Q a /N oder P b der Ansaugluft je Motorhub verwendbar.
A = P i /(Q a /N) (4)
B = P i /P b (5)
Typische Beziehungen zwischen diesen Bewertungsparametern (P max, P i , A, B), dem Luft-Brennstoff-Verhältnis und der Zündzeiteinstellung sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weisen P max und P i Maximalwerte auf. Es geht aus Fig. 4 deutlich hervor, daß die maximale Ausgangsleistung durch Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in Richtung auf eine Maximierung dieser Parameter erzielt werden kann.
Weiter sind die Bewertungsparameter A und B Parameter zur Wiedergabe der Verbrennungsenergie, die aus der je Hub eingesetzten Ansaugluftmenge gewonnen werden kann. Bekanntlich kann der optimale Wirkungsgrad durch Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in Richtung auf eine Maximierung der Parameter A und B erreicht werden.
Wie in Fig. 5 gezeigt, nimmt der Wert P max mit der Vorverlegung der Zündzeiteinstellung R ig zu, wobei jedoch der mittlere Effektivdruck P i und die Bewertungsparameter A und B Maximalwerte aufweisen.
Bei einem Motor mit dieser Leistungsfähigkeit kann die Maximalleistung und der optimale Wirkungsgrad durch Regelung der Zündzeiteinstellung in Richtung auf eine Maximierung des mittleren Effektivdruckes P i und der Bewertungsparameter A und B erhalten werden.
Der vorerwähnte Regelvorgang wird unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 6(a) und 6(b) näher im einzelnen beschrieben. Was zunächst Fig. 6(a) angeht, zeigt sie ein Flußdiagramm zur Erfassung des Verbrennungsdruckes. In Schritt 101 wird die Ausgabe R c des Kurbelwellenwinkelsensors ausgelesen. Die Ausgabe des Kurbelwellenwinkelsensors kann in Form von Zählimpulsen erfolgen, die für jeden vorbestimmten Grad (z.B. für 1°) des Kurbelwellenwinkels erzeugt werden, oder sie kann in Form eines dem Winkel entsprechenden Codes erzeugt werden.
Dann wird in Schritt 102 die Ausgabe P c des Verbrennungsdrucksensors 13 ausgelesen. Das Auslesen von P c erfolgt für jeden vorbestimmten Grad (z.B. für 1°) des Kurbelwellenwinkels.
Dann findet in Schritt 103 eine Entscheidung darüber statt, ob P c größer als P′ max ist oder nicht. Da P′max in einer Anfangsstufe eines einzelnen Verbrennungszyklus gelöscht wird, ist der erste ausgelesene Wert von P c größer als P′ max. Dementsprechend wird in Schritt 104 der Wert P c auf dem Wert P′max gehalten.
Dann wird in Schritt 105 der mittlere Effektivdruck P′ i anhand der oben erwähnten Gleichung berechnet. Anschließend wird in Schritt 106 durch den Wert des Kurbelwellenwinkelsignals R c ein Urteil darüber gefällt, ob ein Verbrennungszyklus beendet ist oder nicht. Ist er nicht beendet, wird auf Schritt 101 zurückgegangen.
Wie oben beschrieben, wird der Wert P′max in Schritt 104 sukzessive auf einen höheren Wert aktualisiert, wenn P c zunimmt. Falls P c abnimmt, entfällt die Prozedur in Schritt 104, so daß der Maximalwert von P c in einem einzelnen Verbrennungszyklus auf dem Wert P′max gehalten werden kann.
Im Zeitpunkt, in dem ein Zyklus beendet ist, geht die Schrittfolge von Schritt 106 auf Schritt 107 über. In Schritt 107 wird der Wert P′max in P max gespeichert. Dann wird in Schritt 108 der Wert P′i in P i gespeichert. Anschließend werden in Schritt 109 P′ max und P′ i gelöscht. Danach wird die vorerwähnte Prozedur, beginnend mit Schritt 101, für einen neuen Zyklus wiederholt.
Die oben erwähnten Werte von P max und P i werden bei der nachfolgenden Brennstoffregelung und Zündzeiteinstellung verwendet.
Fig. 6(b) stellt ein Flußdiagramm zur Regelung der Brennstoffeinspritzmenge in Richtung auf eine Maximierung des mittleren Effektivdrucken P i dar, der in der Prozedur nach Fig. 6(a) gewonnen wurde. Obwohl nicht angegeben, werden die Anfangswerte P i(0) und P i(1) des mittleren Effektivdruckes P i auf Null gestellt.
Gemäß Fig. 6(b) dient der Schritt 201 zum Lesen des mittleren Effektivdruckes P i , der in einem (n-1)-ten Verbrennungszyklus geschaffen wird, d.h. er dient zum Lesen des Wertes P i(n-1). Ähnlich dient der Schritt 202 zum Lesen des mittleren Effektivwertes P i in einem (n)-ten Brennstoffzyklus, d.h. er dient zum Lesen von P i(n).
Dann werden in Schritt 203 die Größen von P i(n) und P i(n-1) diskriminiert. Da P i(1) in der Anfangsstufe dem Wert P i(0) entspricht, geht der Schritt auf Schritt 204 über. In der Zeichnung stellt T n die Impulsbreite dar, mit der das Brennstoffeinspritzventil das letzte Mal betätigt wurde. In der Anfangsstufe wird T n auf eine Impulsbreite von T 0 eingestellt. Diese Impulsbreite T 0 entspricht dem in Fig. 4 dargestellten Luft-Brennstoff-Bezugsverhältnis (A/F)0. Die Impulsbreite T 1 des nächsten Verbrennungszyklus wird durch Subtrahieren des Wertes Δ T von der Impulsbreite T 0 gewonnen.
Dann wird in Schritt 206 das Brennstoffeinspritzventil durch die Impulsbreite T 1 betätigt. Da die Impulsbreite T 1 um den Wert Δ T kleiner als die Impulsbreite T 0 ist, wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis gemäß Fig. 4 zur mageren Seite hin verschoben, womit der durch diese Einspritzung erzeugte mittlere Effektivdruck P i(2) größer als P i(1) wird.
Im folgenden Schritt 207 wird der mittlere Effektivdruck P i(2) ausgelesen. Im anschließenden Schritt 208 wird der mittlere Effektivdruck P i(0) ersetzt durch P i(1). In Schritt 209 wird der mittlere Effektivdruck P i(1) ersetzt durch P 1(2). Weiter wird in Schritt 210 die Impulsbreite T 0 durch den Wert T 1 ersetzt. Anschließend wird auf Schritt 201 zurückgegangen.
Wie oben beschrieben, wird die Impulsbreite T n+1 immer dann verringert, wenn Δ T in Schritt 204 subtrahiert wird. Dementsprechend nähert sich der Wert T n+1 der Impulsbreite T opt entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten optimalen Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F) opt .
Wenn der Wert T n+1 noch weiter reduziert wird, so daß er unter die Impulsbreite T opt sinkt, wird der mittlere Effektivdruck P i umgekehrt (reversiert).
Da die Beziehung P i(n) < P i(n-1) in Schritt 203 hergestellt wird, geht der nächste Schritt auf Schritt 205 über. In Schritt 205 wird die Impulsbreite T n+1 umgekehrt gesetzt, so daß sie um den Betrag Δ T größer als der letzte Wert T n ist.
Wenn die vorerwähnte Operation wiederholt wird, nähert sich die Pulsbreite T n+1 dem Wert T opt , so daß der mittlere Effektivdruck P i in die Nähe seines Maximalwertes gebracht wird. Der Subtrahend Δ T wird so klein wie möglich angesetzt. Der Grund dafür liegt darin, daß sich die Impulsbreite T n+1 in der Nähe von T opt in dem Maße stark verändert, wie der Subtrahend Δ T wächst, wodurch ein stabiler Lauf bei einem genügend nahe an T opt gelegenen Wert unmöglich wird.
Die Fig. 6(b) ist eine zum Zwecke der Erläuterung des Betriebsprinzips vereinfachte Zeichnung. Deshalb kann der folgende Betriebsfehler auftreten.
Es sei angenommen, daß die Impulsbreite T n zwischen T 0 und T opt liegt. Dann kann sich die Impulsbreite T n durch die in Schritt 204 angezeigte Subtraktion dem Wert T opt annähern. Wenn jedoch die in Schritt 205 erfolgende Addition fälschlich für die in Schritt 204 erfolgende Subtraktion erfolgt, nimmt der mittlere Effektivdruck P i ab, und dementsprechend wird die in Schritt 205 erfolgende Addition, basierend auf der Entscheidung in Schritt 203 des nächsten Zyklus, ausgeführt. Infolgedessen weicht die Pulsbreite in Richtung auf die Pulsbreite T 0 ab. Das erwähnte Problem kann logisch in der in Fig. 6(c) gezeigten Weise gelöst werden.
Fig. 6(c) zeigt den Punkt, wo die Verbesserung erfolgt. Andere, nicht in Fig. 6(c) gezeigte Abschnitte entsprechen jenen der Fig. 6(b). In Fig. 6(c) dient der Schritt 303 zum Setzen des Flip-Flop I auf 0, wenn die Subtraktion in Schritt 204 ausgeführt wird. In ähnlicher Weise dient der Schritt 304 zum Setzen des Flip-Flop I auf 1, wenn die Addition in Schritt 205 ausgeführt wird. Nach Beendigung der Prozedur der Schritte 304 oder 303 geht der Schritt weiter nach Schritt 206.
Im nächsten Zyklus wird in den Stufen 301 und 302 der Wert des Flip-Flop I überprüft, nachdem das Urteil in Schritt 203 gefällt wurde. Falls der Flip-Flop I auf 0 gesetzt wurde, wenn von Schritt 203 nach Schritt 203 übergegangen wird, ist der mittlere Effektivdruck P i gewachsen infolge der Subtraktion. Dementsprechend wird in diesem Falle die Subtraktion in Schritt 204 erneut ausgeführt, um die Impulsbreite T n+1 dem Wert T opt anzunähern.
Falls der Flip-Flop I auf den Wert 1 gesetzt wurde, ist der mittlere Effektivdruck P i gewachsen infolge der letzten Addition. Demgemäß wird die Entscheidung gefällt, daß die Impulsbreite rechts von T opt liegt (d.h., T n+1 <T opt). Entsprechend geht der Schritt auf Schritt 205 über, so daß in Schritt 205 die Addition zur Annäherung der Impulsbreite T n+1 an den Wert T opt erfolgt. Die Operation in Schritt 302 ist die gleiche wie die oben beschriebene.
Aus der vorgenannten Beschreibung geht hervor, daß der Flip-Flop I dazu dient, eine Entscheidung darüber zu fällen, ob die Impulsbreite T n+1 auf der rechten Seite von T opt liegt oder nicht, um auf diese Weise zu verhindern, daß die Impulsbreite in umgekehrter Richtung divergiert, wie anfänglich festgestellt wurde.
Natürlich muß in der ersten Stufe der Flip-Flop I auf 0 gesetzt werden, ebenso wie die Impulsbreite auf T 0 gesetzt werden muß.
Das Verfahren zur Regelung des mittleren Effektivdruckes P i durch Regelung der Brennstoffversorgungsmenge wurde unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(c) beschrieben. Das Verfahren zur Regelung des mittleren Effektivdruckes P i über die Zündzeiteinstellung R ig ist, wenn die in den Zeichnungen dargestellte Impulsbreite T durch die Zündzeiteinstellung R ig ersetzt wird, leicht zu verstehen. Demgemäß erübrigt sich eine detaillierte Beschreibung.
Ähnlich ist das Regelverfahren zur Maximierung des maximalen Verbrennungsdruckes P max und der Bewertungsparameter A=P i /(Q a /N), B=P i /P b leicht zu verstehen, wenn der in den Zeichnungen veranschaulichte mittlere Effektivdruck P i durch diese Parameter ersetzt wird. Infolgedessen erfolgt keine detaillierte Beschreibung.
Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der das vorerwähnte Regelverfahren praktisch angewendet wird. Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Maximalwertregelung mit Hilfe des Gerätes gemäß der Erfindung, wobei die Rückführungsregelung so erfolgt, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis durch Verwendung des Abgassensors einen vorbestimmten Wert annimmt.
In der Zeichnung dient Schritt 401 dazu, ein Urteil darüber zu fällen, ob die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückführungsregelung auf der Basis des Abgassensors durchgeführt werden kann oder nicht. Die Entscheidung erfolgt auf der Grundlage der Betriebsbedingung des Motors, der Analyse des Abgassensors und dgl.
Im Falle, daß diese Regelung durchgeführt wird, geht der Schritt auf Schritt 402 über. In Schritt 402 wird die Ausgabe des Abgassensors 9 gelesen. Dann wird in Schritt 403 die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge mit dem Ziel ausgeführt, die Ausgabe des Abgassensors auf einen vorbestimmten Wert zu bringen. Das Regelverfahren ist allgemein bekannt, so daß eine detaillierte Beschreibung desselben entfällt.
Dann wird in Schritt 404 die Zündzeiteinstellung R ig im Sinne der Maximierung mindestens eines der Bewertungsparameter P max, P i , A und B eingeregelt. Das Regelverfahren erfolgt durch Maximalwertregelung, wie weiter oben unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(c) erläutert wurde.
Die Schrittfolge geht auf Schritt 405 über, wenn in Schritt 401 die Entscheidung gefällt wurde, daß die Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses nicht ausgeführt wird. In Schritt 405 wird die Brennstoffversorgungsmenge Q f dahingehend geregelt, daß mindestens einer der Bewertungsparameter P max, P i , A und B maximiert wird. Diese Regeloperation ist unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(c) beschrieben worden.
Dann wird die Zündzeiteinstellung R ig durch das Verfahren in Schritt 404 geregelt. Das Flußdiagramm der Fig. 7 ist so konzipiert, daß die auf der Brennstoffversorgungsmenge Q f basierende Maximalwertregelung erfolgt, während die Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses stattfindet. Kurz gesagt wird die Komponentenkonzentration des Abgases auf oder unter einem vorausbestimmten Niveau gehalten, so daß vorzugsweise das Luft-Brennstoff-Verhältnis eingestellt wird.
Fig. 8 zeigt ein Verfahren zur Mittelwertsbildung der in der vorerwähnten Regelung verwendeten Bewertungsparameter. Gemaß der Zeichnung dient Schritt 501 dazu, den Parameter X i zu lesen (bei dem es sich um den Wert von P max P i , A oder B im (i)-ten Brennstoffzyklus handelt, der der Ausgabe der Schritte 107 oder 108 in Fig. 6(a) entspricht). In Schritt 502 wird der Parameter X i nacheinander integriert.
Der Schritt 503 dient zur Fällung eines Urteils darüber, ob die Anzahl der Integrationsoperationen die Anzahl von n (Zyklen) erreicht hat oder nicht. Hat die Anzahl noch nicht den Betrag n erreicht, geht die Schrittfolge auf den Schritt 504 über, durch den der Mittelwert X durch Division des integrierten Wertes durch den Betrag n gewonnen wird. Die Regelung gemäß den Fig. 6(b), 6(c) und 7 wird mit dem Mittelwert X ausgeführt. Die Mittelwertsbildung wird mit Rücksicht auf den Fall durchgeführt, daß sich der Verbrennungsdruck P c oder die Bewertungsparameter P max, P i , A oder B leicht ändern und hierdurch die Maximalwertregelung stören, obwohl der Motor mit der gleichen Brennstoffversorgungsmenge Q f und mit der gleichen Zündzeiteinstellung R i betrieben wird.
In Anbetracht der Tatsache, daß die Lerngeschwindigkeit wegen der Mittelwertbildung langsamer wird, ist es erforderlich, den Wert n innerhalb eines für die Regelung zulässigen Bereiches zu bestimmen. Nach der Mittelwertbildung wird in Schritt 505 der integrierte Wert gelöscht.
Obgleich Fig. 8 ein einfaches arithmetisches Verfahren zur Mittelwertbildung zeigt, können auch andere Verfahren angewendet werden, wie etwa das Verfahren mit gewichteter Mittelwertsbildung und mit gleitender Mittelwertsbildung.
Bei der weiter oben beschriebenen Maximalwertregelung ist es erwünscht, daß der auf die Zündzeiteinstellungsregelung und die Brennstoffmengen-Versorgungsregelung bezogene regelbare Bereich begrenzt ist. Der Grund liegt darin, daß eine nachhinkende Zündzeiteinstellung schädliches Feuer oder eine Beschädigung infolge Überhitzung des Abgases verursacht, daß aber im Gegensatz dazu eine verfrühte Zündzeiteinstellung eine Absenkung der Ausgangsleistung oder eine Beschädigung aufgrund einer abnormalen Verbrennung verursacht. Im Falle, daß die Brennstoffversorgungsmenge zu groß oder zu klein ist, tritt die gleiche Beeinträchtigung auf.
Die Begrenzung kann durch Regelung der Zündzeiteinstellung R ig und der Brennstoffeinspritz-Impulsbreite mit Hilfe oberer und unterer Grenzwerte erfolgen, wenn diese unteren und oberen Grenzwerte überschritten werden. Die Logik dazu ist einfach, so daß eine Beschreibung derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnung entfällt.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 6(b) weiter oben beschrieben wurde, muß der in jedem Zyklus benutze Summand oder Subtrahend Δ T (oder Δ R ig im Falle der Zündzeiteinstellung) so klein wie möglich festgesetzt werden.
Die Tatsache aber, daß der Summand oder Subtrahend klein ist, bedeutet jedoch, daß die Impulsbreite (Zündzeiteinstellung) nur langsam in den Optimalwert übergeht. Dementsprechend ist dieses Verhalten für die Regelung eines Motors ungeeignet, bei dem sich die Betriebsbedingungen kontinuierlich ändern.
Um ein solches Problem zu lösen, wird die Betriebsbedingung des Motors durch Betriebsparameter in zwei Zonen unterteilt. Für jede Zone wird die Maximalwertregelung mit Hilfe der Einspritzimpulsbreite T n oder der Zündzeiteinstellung R ig(n) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Regelung, d.h. die Werte T n und R ig(n) werden in dafür eingerichteten Speichern abgelegt, die den Zonen zugeordnet sind. Die Speicher können so beschaffen sein, daß sie die Ergebnisse kontinuierlich nach Abschalten der Leistungsversorgung speichern.
In diesem Falle kann die Korrektur der Regelparameter T n und R ig(n) im Nahbereich der entsprechenden Optimalwerte beginnen, wenn der Motor wieder gestartet wird oder wenn die Motorbetriebsbedingungen von der einen zur anderen Bedingung übergehen. Dementsprechend kann die Konvergenzgeschwindigkeit verbessert werden, so daß eine Vorzugsregelung stattfinden kann.
Um eine solche Regelung durchzuführen, kann der RAM 155 in Fig. 2 als Festspeicher vorgesehen werden; es kann aber auch die Leistungsversorgung des RAM 155 durch eine Batterie unterstützt werden, um den Inhalt des RAM 155 festzuhalten.
Fig. 9 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für die Zonentrennung der Betriebsbedingung sowie die Zuweisung der Speicher zeigt. In der Zeichnung ist an der Abszisse die Motorgeschwindigkeit N abgetragen, die in die Beträge N 1, N 2 und N 3 unterteilt ist. An der Ordinate Y ist als Parameter die Belastung des Motors abgetragen. Die Ansaugluftmenge Q a , der durch Division der Ansaugluftmenge Q a durch die Maschinengeschwindigkeit N erhaltene Wert Q a /N, der Ansaugleitungsdruck P b und dgl. werden als Parameter verwendet. Auch die Ordinate Y ist in Teilbeträge Y 1, Y 2, Y 3 und Y 4 unterteilt.
Die Zonenunterteilung erfolgt über die Variablen N und Y, so daß die Speicher M T l, m und MR l,m entsprechend den jeweiligen Zonen zugewiesen werden. In Fig. 9 stellt M T einen Speicher zur Aufnahme des Regelparameters T n dar; M R stellt einen Speicher zur Aufnahme des Regelparameters R ig(n) dar, während l und m Trennziffern jeweils der Abszisse und der Ordinate darstellen.
Im Falle, daß die Betriebsbedingung in diesen Zonen liegt, wird die Maximalwertregelung so durchgeführt, daß die Regelparameter vorübergehend in die Speicher M und M R eingeschrieben und darin festgehalten werden. Obgleich Fig. 9 den Fall zeigt, bei dem die Betriebsbedingung durch die zweidimensionalen Parameter der Motorgeschwindigkeit N und des Parameters Y für die Motorbelastung in Zonen unterteilt wird, ist es natürlich möglich, daß die Betriebsbedingung mit nur einem einzigen Parameter N oder Y in Zonen unterteilt wird.
Die Regellogik der Fig. 9 ist einfach, so daß die Beschreibung derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnung entfällt.
Die in den Speichern M T und M R gespeicherten Regelparameter können in tatsächliche Werte übergehen, wenn der Motor in einer entsprechenden Zone stabil arbeitet.
Im Falle jedoch, daß der Motor wiederholt beschleunigt und abgebremst wird, kann die Maximalwertregelung entsprechend dem Übergangszustand der Verbrennung durchgeführt werden, so daß abweichende Werte in den Speichern abgelegt werden können.
Um ein solches Problem zu lösen, kann ein Filter benutzt werden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. In Fig. 10 dient der Schritt 601 zum Lesen der Impulsbreite T n (dem Wert von Schritt 210 in Fig. 6(b)) als einem der Parameter der Maximalwertregelung. Dann wird in Schritt 602 der letzte Wert T 0(old) gelesen, der im Speicher M T gespeichert worden war. In Schritt 603 wird die folgende arithmetische Operation durchgeführt, die auf den Größen T n und T 0(old) basiert.
T₀ (new) = (1-K) · T₀ (old) + KT n
In der arithmetischen Operation befriedigt K die Beziehung 0 < K ≦ 1.
Die Bedeutung dieser arithmetischen Operation besteht darin, daß ein neu im Speicher festzuhaltender Wert T 0(new) erzeugt wird, so daß das laufend erhaltene Resultat T n im Speicher Kmal vertreten ist. Der Wert von K wird durch ein abgestimmtes Gleichgewicht zwischen der geeigneten Konvergenzgeschwindigkeit des im Speicher festzuhaltenden Wertes und der Unterdrückung abweichender Korrekturwerte im Übergangsstadium bestimmt.
Dann wird in Schritt 604 die Impulsbreite T 0(new) in den Speicher M T eingeschrieben. Anschließend wird nach Schritt 601 zurückgebracht. Der im Speicher M T gespeicherte Wert T 0 wird als ein Anfangswert der Impulsbreite T n verwendet, wenn die Maximalwertkontrolle gemäß Fig. 6(b) beginnt.
In Fig. 10 können die Schritte 601 bis 604 synchron mit der Maximalwertregelung gemäß Fig. 6(b) durchlaufen werden, oder sie können in einem mehr verzögerten Zyklus durchlaufen werden.
Obgleich Fig. 10 den Fall zeigt, bei dem die Impulsbreite T n als einer der Regelparameter verwendet wird, ist es natürlich möglich, daß die Zündzeiteinstellung R ig(n) im Speicher M in derselben Weise wie oben beschrieben gespeichert wird. Die Ausführung der vorerwähnten Maximalwertregelung sollte besser unterbleiben, wenn das Arbeiten des Verbrennungsdrucksensors 13 anormal wird. Es sollte also besser im voraus eine Schar von Ausgangswerten, die bei einem normal arbeitenden Verbrennungsdrucksensor 13 erhalten wurden, festgelegt werden, so daß eine Marke zur Unterdrückung der Maximalwertregelung gesetzt werden kann, wenn vom Verbrennungsdrucksensor 13 ein Wert außerhalb der Schar empfangen wird. Kurz gesagt wird die Marke gelesen, wenn die Maximalwertregelung beginnt, so daß die Regelung unterdrückt wird, wenn sich die Marke im Setzzustand befindet. Die Logik ist einfach, so daß die Beschreibung derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnung unterbleibt.
Das Urteil darüber, ob das Ausgangssignal des Verbrennungsdrucksensors 13 normal ist oder nicht, kann unter Verwendung mindestens eines der direkt vom Verbrennungsdrucksensor 13 erhaltenen Verbrennungsdrücke P c , vom Maximalwert P max des Verbrennungsdruckes P c und vom mittleren Effektivdruck P i getroffen werden.
Fig. 11 stellt ein Schaubild des Motorregelgerätes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Drosselventil 3 zur Anpassung der Luftzufuhr in einem Lufteinlaßkanal 22 des Motors 21 angebracht. Der Luftstromsensor 2 zur Erfassung der Luftzufuhr ist an einer Seite stromaufwärts des Lufteinlaßkanals 22 angebracht. Mit dem Lufteinlaßkanal 22 ist ein Einspritzgerät 26 zum Einspritzen von Brennstoff in die Brennkammer 5 angeschlossen. Im Abgaskanal 8 des Motors 21 ist ein Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor (O2-Sensor) 28 zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration des Abgases zwecks Erzeugung eines Erfassungssignals angebracht, welches sich, bezogen auf ein theoretisches Luft-Brennstoff-Verhältnis, über einen weiten Bereich ändert. In einem Tank 29 mit Kühlwasser für den Motor ist ein Wassertemperatursensor 6 angebracht. Im Zylinderkopf 31 des Motors 21 ist eine Zündkerze 11 zum Zünden des Gasgemisches in der Brennkammer 5 angebracht. Weiter ist ein Zylinderinnendrucksensor 13 zur Erfassung des Druckes in der Brennkammer 5 im Zylinderkopf 31 vorhanden. Die Zündkerze 11 ist elektrisch über einen Verteiler 18 an eine Zündspule 17 angeschlossen, der mit einem Umdrehungszahlsensor 7 zur Erfassung der Motordrehung ausgestattet ist.
Das Einspritzgerät 26 und die Zündspule 17 werden durch eine Regeleinheit 15 gesteuert. Die Regeleinheit 15 empfängt verschiedene Erfassungssignale vom Luftstromsensor 2, vom Zylinderinnendrucksensor 13, vom Umdrehungszahlsensor 7 und vom Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor 28. Wie in Fig. 12 gezeigt, besteht die Regeleinheit 15 aus einer CPU 100, einem A/D-Wandler 101 zur Umwandlung verschiedener Analog-Eingangssignale in Digitalsignale und zur Lieferung dieser Digitalsignale an die CPU 100. Sie besteht weiter aus einem Eingangskreis 102 zur Wellenformung verschiedener Impulssignale, einem ROM 103 zur Vorabspeicherung der Prozedur zur Steuerung der CPU 100, einem RAM 104 zur Verwendung in der arithmetischen Operation der CPU 100, und aus Ausgangskreisen 105 und 106 zur Lieferung von Steuersignalen an das Einspritzgerät 26 und die Zündspule 17.
Fig. 13 ist ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen dem Verbrennungsdruck (P 0) und dem Kurbelwellenwinkel. Fig. 14 ist ein Kenngrößendiagramm, das die Bedingung zeigt, unter der der aus der Beziehung zwischen dem Brennstoffdruck P 0 und dem Kurbelwellenwinkel gewonnene mittlere Effektivdruck (P i ) entsprechend der Änderung der Zündzeiteinstellung geändert wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Regeloperation so ausgeführt, daß der Kurbelwellenwinkel mit dem Maximalwert P 1 als Zielzündeinstellung verwendet werden kann. Inbesondere wird im oberen Belastungsbereich die Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses derart ausgeführt, daß der Maximalwert P 1 am größten wird.
Die Regeleinheit 15 berechnet die Menge der Ansaugluft (Q a ) und die Motorgeschwindigkeit (N e ) und entscheidet über die Belastung auf der Basis des Wertes Q a /N e . Wenn die Belastung nicht größer als ein vorausbestimmter Wert wird, d.h. wenn sich die Belastung innerhalb des Bereiches von P gemäß Fig. 15 befindet, erfolgt eine normale Brennstoffeinspritzregelung. Zur gleichen Zeit wird eine Rückführungsregelgung der Zündzeiteinstellung auf der Basis des Zylinderinnendruckes durchgeführt, um den Maximalwert des mittleren Effektivdruckes (P i ) im Beharrungszustand zu erreichen. Wenn hingegen die Belastung größer als der vorausbestimmte Wert wird, d.h. wenn sich die Belastung im Bereich E der Fig. 15 befindet, erfolgt die Rückführungskontrolle der Zündzeiteinstellung auf der Basis des Zylinderinnendruckes, um den Maximalwert von P 1 im Beharrungszustand zu erreichen. Zur gleichen Zeit wird die Brennstoffeinspritzregelung auf der Basis des Zylinderinnendruckes zwecks Maximierung von P 1 ausgeführt.
Im folgenden wird die Regeloperation der hier behandelten Ausführungsform der Erfindung näher unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 16 beschrieben. In der Zeichnung beziehen sich die Symbole S 1 bis S 13 auf die verschiedenen Regelschritte.
Zu Beginn wird die Ansaugluftmenge (Q a ) in Schritt S 1 gelesen. Bei diesem Schritt werden die Analogsignale des Luftstromsensors 2 durch den A/D-Wandler 101 in Digitalwerte umgewandelt, so daß die Digitalwerte, falls nötig, gemittelt werden und den Wert der Ansaugluftmenge (Q a ) ergeben.
Dann wird in Schritt S 2 die Motorgeschwindigkeit (N e ) gelesen. In diesem Schritt wird N e durch Lesen und Messen des Intervalls zwischen den Impulssignalen des Umdrehungssensors 16 gewonnen.
Dann wird in Schritt S 3 die je Motorumdrehung (Q a /N e ) anfallende Luftmenge entsprechend der Größe der Motorbelastung berechnet.
In Schritt S 4 wird das Ausgangssignal des Zylinderinnendrucksensors 13 immer dann gelesen, wenn vom Umdrehungssensor 7 ein Kurbelwellenwinkelsignal erzeugt wird. In Schritt S 5 wird der mittlere Effektivdruck (P i ) auf der Basis der Werte der Ausgangssignale des Zylinderinnendrucksensors 13 berechnet.
Schließlich wird in Schritt S 6 das Urteil über die Belastung durch Entscheidung darüber gefällt, ob der Wert von Q a /N e größer als ein vorausbestimmter Wert α 1 ist oder nicht.
Falls Q a /N e nicht größer als α 1 ist, beweist das Urteil, daß die Belastung im Teillastbereich liegt, so daß die Schrittfolge von S 6 nach S 7 übergeht. In Schritt S 7 wird die Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses (O2-Rückführungsregelung) auf der Basis des Ausgangssignals des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensors 28 ausgeführt.
Dann wird in Schritt S 8 ein Urteil darüber gefällt, ob die O2-Rückführungsregelung in Betrieb ist oder nicht. Fall die Antwort "JA" ist, geht die Schrittfolge nach S 9 über. In Schritt S 9 wird ein Urteil darüber gefällt, ob sich die Belastung im Beharrungszustand befindet oder nicht. Das Urteil darüber, ob die O2-Rückführungsregelung in Betrieb ist oder nicht, beruht auf der Entscheidung darüber, ob verschiedene Bedingungen, wie etwa die Wassertemperaturbedingungen und die Aktivierungsbedingungen des Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensors (O2-Sensor), befriedigt sind oder nicht. Im allgemeinen werden die Urteilsbedingungen bei der üblichen Brennstoffeinspritzungsregelung verwendet. Andererseits basiert das Urteil über den Beharrungszustand auf der Entscheidung darüber, ob der Absolutwert der Abweichung von Q a /N e pro Zeiteinheit kleiner als ein vorausbestimmter Wert ist oder nicht (Q a /N e kann ersetzt werden durch Q a ). Mit anderen Worten basiert das Urteil über den Beharrungszustand auf der Entscheidung, ob die Straßenbedingungen und der Verschiebungsweg des Gaspedals konstant sind oder nicht.
Falls die Entscheidung beweist, daß sich in Schritt S 9 die Fahrbedingungen im Beharrungszustand befinden, wird die Zündzeiteinstellung in Richtung auf die Maximierung von P i geregelt. Die Zündzeiteinstellungsregelung wird innerhalb eines variablen Bereiches zwischen einer unteren Grenze A 1 und einer oberen Grenze B 1 ausgeführt.
Falls die Entscheidung beweist, daß die O2-Rückführungsregelung in Schritt S 8 nicht in Betrieb ist, oder wenn die Entscheidung beweist, daß sich die Fahrbedingung in Schritt S 9 nicht im Beharrungszustand befindet, wird zum Ausgangsschritt S 1 zurückgegangen.
Dann wird, falls die Beziehung Q a /N e < α 1 in Schritt S 8 befriedigt wird, d.h., falls sich die Belastung im oberen Belastungsbereich findet, auf Schritt S 11 übergegangen, um zu entscheiden, ob sich die Fahrbedingung im Beharrungszustand befindet oder nicht. Das Urteil in Schritt S 11 ist das gleiche wie in Schritt S 9.
Dann wird auf Schritt S 12 übergegangen, falls das Urteil beweist, daß sich in Schritt S 11 die Fahrbedingung im Beharrungszustand befindet. In Schritt S 12 wird die Zündzeiteinstellung in Richtung auf die Maximierung von P i geregelt. In diesem Falle wird die Zündzeiteinstellungsregelung innerhalb eines veränderlichen Bereiches zwischen einer unteren Grenze A 2 und einer oberen Grenze B 2 ausgeführt. Obwohl die Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses im Teillastbereich durchgeführt wird, ist die Veränderung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses im oberen Belastungsbereich groß. Demgemäß ist der veränderliche Bereich der Zündzeiteinstellung im oberen Belastungsbereich kleiner als der veränderliche Bereich der Zündzeiteinstellung im Teillastbereich. Beispielsweise erstreckt sich der veränderliche Bereich der Zündzeiteinstellung im oberen Belastungsbereich von -5°CA (A 2) bis +5°CA (B 2), während sich der veränderliche Bereich der Zündzeiteinstellung im Teillastbereich von -10 CA (A 1) bis +10°CA (B 1) erstreckt.
Dann geht die Schrittfolge auf den Schritt S 13 zur Regelung der Brennstoffmenge in Richtung auf die Maximierung von P i über. Die Brennstoffregelung wird in einem veränderlichen Bereich zwischen einer unteren Grenze A 3 und einer oberen Grenze B 3 ausgeführt.
Wenn auch die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung den Fall darstellt, bei dem die Rückführungsregelung auf der Basis eines mittleren Effektivdruckes ausgeführt wird, der als ein dem Drehmoment des Motors entsprechender Wert aus den Erfassungswerten des Zylinderinnendruckes berechnet wurde, ist die Erfindung auch auf einen Fall anwendbar, bei dem die Rückführungsregelung der Zündzeiteinstellung und des Luft-Brennstoff-Verhältnisses unter Verwendung desjenigen Kurbelwellenwinkels als Standardparameter durchgeführt werden kann und bei dem der Zylinderinnendruck einen Spitzenwert erreicht, um so das höchste Drehmoment zu erzielen.
Obgleich die oben erwähnte Ausführungsform den Fall darstellt, bei dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis durch Regelung der Brennstoffeinspritzmenge gesteuert wird, sind die Mittel zur Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses nicht auf das Brennstoffeinspritz-Regelverfahren beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen Ausführungsformen verwirklicht werden.
Wie oben beschrieben, wird die Zündregelung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung auf der Basis der Brennstoffversorgungsmenge Q f oder der Zündzeiteinstellung R i durchgeführt, um mindestens einen der folgenden Parameter zu maximieren: den maximalen Druck P max, den mittleren Effektivdruck P i und die Bewertungsparameter A und B für jeden Verbrennungszyklus. Weiter wird gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge Q f mit dem Ziel durchgeführt, das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen vorausbestimmten Wert zu bringen. Zur gleichen Zeit wird die Zündzeiteinstellung R i in Richtung auf die Maximierung mindestens eines der folgenden Parameter korrigiert: maximaler Druck P max, mittlerer Effektivdruck P i und Bewertungsparameter A und B. Weiter wird gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung die Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge Q f mit dem Ziel ausgeführt, das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Wert zu bringen, während die Rückführungsregelung in einem vorausbestimmten Bereich der Motorbelastung abgebrochen wird. Zur selben Zeit wird die Brennstoffversorgungsmenge Q f oder die Zündzeiteinstellung R i in Richtung auf die Maximierung mindestens eines der folgenden Parameter korrigiert: maximaler Druck P max, mittlerer Effektivdruck P i und Bewertungsparameter A und B. Dementsprechend wird eine maximale Ausgangsleistung und ein maximaler Wirkungsgrad trotz Streuung des Leistungsverhaltens der Motoren erzielt.
Weiter können Leistung und Wirkungsgrad verbessert werden, während gleichzeitig eine Störung zwischen der auf dem Abgassensor basierenden Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückführungsregelung und der auf dem Verbrennungsparameter beruhenden Maximalwertregelung unterdrückt wird, wobei weiter zur gleichen Zeit die Komponentenkonzentration des Abgases innerhalb oder unter einem vorausbestimmten Niveau gehalten wird.
Da weiter die vorliegende Erfindung in der oben beschriebenen Weise konzipiert ist, kann die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückführungsregelung wie auch die Zündzeiteinstellungs-Rückführungsregelung in Übereinstimmung mit dem Zylinderinnendruck durchgeführt werden, selbst im oberen Belastungsbereich, wo nach dem Stande der Technik keine Rückführungsregelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses erfolgen sollte. Somit kann in Bezug auf das Motordrehmoment das Beste erreicht werden.

Claims (4)

1. Regelgerät für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch:
  • - einen Luftstrommesser zur Messung einer Ansaugluftmenge Q a eines Motors;
  • - einen Ansaugleitungsdrucksensor zur Erfassung des Ansaugleitungsdruckes P b des Motors;
  • - einen Kurbelwellenwinkelsensor zur Erfassung des Umdrehungswinkels R c des Motors;
  • - mindestens einen Zylinderinnendrucksensor zur Erfassung des Brennkammerdruckes P c des Motors; und
  • - eine Regeleinheit, welche umfaßt:
  • - Mittel zur Erzielung einer Brennstoffversorgungsmenge Q f und einer Zündzeiteinstellung R i aus der Motorgeschwindigkeit N und einer Ansaugluftmenge Q a bzw. des Ansaugleitungsdruckes P b ;
  • - Mittel zur Erzielung mindestens einer der Größen: Maximaldruckwert P max, mittlerer Effektivdruck P i , erster Bewertungsparameter A=P i /(Q a /N) und zweiter Bewertungsparameter B=P i /P b , wobei der Maximaldruck P max und der mittlere Effektivdruck P i für jeden Verbrennungszyklus aus dem Brennkammerdruck P c und dem Umdrehungswinkel R c berechnet wird, wobei der erste Bewertungsparameter A aus der Ansaugluftmenge Q a , der Motorgeschwindigkeit N und dem mittleren Effektivdruck P i berechnet wird, und wobei der zweite Bewertungsparameter B aus dem Ansaugleitungsdruck P b und dem mittleren Effektivdruck P i berechnet wird; und
  • - Mittel zur Korrektur mindestens der Brennstoffversorgungsmenge R f bzw. der Zündzeiteinstellung R i mit dem Ziel der Maximierung mindestens einer der Größen: Maximaldruckwert P max, mittlerer Effektivdruck P i und erster und zweiter Bewertungsparameter A und B; und
  • - Mittel zur Regelung einer Brennstoffversorgungsmenge bzw. einer Zündzeiteinstellung auf der Basis eines mit den Korrekturmitteln gewonnenen Korrekturwertes.
2. Regelgerät für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter einen Abgassensor zur Erfassung der Komponentenkonzentration des Verbrennungsgases aufweist, und
  • - daß die Regeleinheit weiter Mittel zur Erzielung eines auf der Komponentenkonzentration des Abgases beruhenden, durch den Abgassensor erfaßten Luft-Brennstoff-Verhältnisses sowie Mittel zur Durchführung einer Rückführungsregelung der Brennstoffversorgungsmenge R r zur Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses auf einen vorausbestimmten Wert umfaßt, wobei das Korrekturmittel die Zündzeiteinstellung R i korrigiert, um mindestens eine der Größen: Maximaldruckwert P max, mittlerer Effektivdruck P i und erster und zweiter Bewertungsparameter A und B zu maximieren.
3. Regelgerät für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines vorausbestimmten Belastungsbetriebsbereiches des Motors die Rückführungsregelung und die Korrektur der Zündzeiteinstellung R i durchgeführt werden, während außerhalb dieses Belastungsbetriebsbereiches des Motors die Rückführungsregelung gestoppt und die Zündzeiteinstellung R i mit dem Ziel korrigiert wird, daß mindestens eine der Größen: Maximaldruckwert (P max), mittlerer Effektivdruck P i und erster und zweiter Bewertungsparameter A und B maximiert wird.
4. Motor-Regelgerät, gekennzeichnet durch:
  • - Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel zur Regelung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines Motors;
  • - Zündzeiteinstellungregelungsmittel zur Regelung der Zündeinstellung des Motors;
  • - Luft-Brennstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zur Erfassung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Motors;
  • - Belastungserfassungsmittel zur Erfassung der Belastung des Motors;
  • - Zylinderinnendruck-Erfassungsmittel zur Erfassung des Innendruckes mindestens eines Zylinders des Motors;
  • - erste Mittel zur Erzeugungs eines Zylinderinnendruck-Rückführungssignals, die auf das Ausgangssignal der Zylinderinnendruck-Erfassungsmittel ansprechen und ein erstes Zylinderinnendruck-Rückführungssignal an die Zündzeiteinstellungs-Regelungsmittel liefern, um das Ausgangsdrehmoment des Motors aufgrund des von den Zylinderinnendruck-Erfassungsmitteln erfaßten Zylinderinnendruckes wesentlich zu maximieren;
  • - Belastungsentscheidungsmittel, die auf das Ausgangssignal der Belastungserfassungsmittel ansprechen, um zu entscheiden, ob die Belastung des Motors im unteren Belastungsbereich oder im Teillastbereich oder im oberen Belastungsbereich liegt;
  • - Luft-Brennstoff-Verhältnis-Rückführungssignal- Erzeugungsmittel zur Lieferung eines Luft-Brennstoff-Rückführungssignals an die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel, um das durch die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel erfaßte Luft-Brennstoff-Verhältnis einem theoretischen Wert anzunähern, wenn die Belastungsentscheidungsmittel entscheiden, daß die Belastung des Motors im unteren oder im Teillastbereich liegt; und
  • - zweite Mittel zur Erzeugung eines Zylinderinnendruck-Rückführungssignals, die auf das Ausgangssignal der Zylinderinnendruck-Erfassungsmittel ansprechen, zur Lieferung eines zweiten Zylinderinnendruck-Rückführungssignals und zum Ablegen des zweiten Zylinderinnendruck-Rückführungssignals an die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Regelungsmittel, um das Drehmoment des Motors wesentlich zu maximieren, wenn die Belastungsentscheidungsmittel entscheiden, daß die Belastung des Motors im oberen Belastungsbereich liegt.
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