DE3924923C2

DE3924923C2 -

Info

Publication number: DE3924923C2
Application number: DE3924923A
Authority: DE
Inventors: Koji Tokio/Tokyo Jp Morikawa
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1992-01-09
Also published as: JPH0240054A; US4967711A; GB8917306D0; DE3924923A1; GB2221327B; GB2221327A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritz-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges System ist aus der DE 37 23 251 A1 bekannt. Bei diesem System wird der Ansaugluftdruck im Ansaugrohr gemessen, und zwar zu zwei verschiedenen Zeitpunkten vor der Zündung, um daraus ein Druckdifferenz-Signal abzuleiten, auf dem basierend die Kraftstoff-Einspritzmenge berechnet wird. Wenn man die Luftmengenmessung in dieser Art basierend auf dem Ansaugdruck durchführt, so ist die Messung mit Schwingungen überlagert, die aus den Ventilbewegungen und anderen Druckschwankungen resultieren. Dadurch wiederum ergeben sich Fehler bei der Einspritzmengen- Bestimmung. Darüber hinaus ergeben sich aufgrund von Temperaturunterschieden der Luft am Ort der Druckmessung und im Zylinder Fehler bei der Mengenbestimmung der tatsächlich zur Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmenge.

In der japanischen Offenlegungsschrift 60-47 836 wird ein System zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben, bei dem die Menge der Ansaugluft aus der Differenz P zwischen einem Mindestdruck P_min, der am unteren Totpunkt (BDC) ermittelt wird, und einem Druck, der bei einem Kurbelwinkel von 140° erfaßt wird, errechnet wird. Dadurch, daß bei dieser Berechnung mit einem relativen Druck gearbeitet wird, löst sich das Problem mit der Nullpunktabweichung bei der Druckerfassung.

Da jedoch der Druckfühler am Ansaugventil des Zylinders am Punkt BDC immer noch offen ist, unterliegt der Mindestdruck P_min im Zylinder gewissen Schwankungen infolge des pulsierenden Ansaugluftstroms. Folglich wird der Druck nicht exakt erfaßt.

Außerdem entsteht bei diesem Regelsystem beim Durchtreten des Gaspedals eines Fahrzeugs zu dessen Beschleunigung eine Spitze in der Kurve für ein mageres Gemisch bzw. ein fettes Gemisch und damit jeweils ein zu großer Betrag des Luft-Kraftstoff- Gemisches, was auf ungenaue Regelung der Kraftstoffmenge zurückzuführen ist.

Ausgehend von der DE 37 23 251 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritz-Regelsystem dahingehend weiterzubilden, daß eine Erhöhung der Genauigkeit der Luftmengen- Bestimmung sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß aus der Druckdifferenzmessung während des Kompressionshubes eine besonders exakte Luftmengenmessung erfolgt, die unabhängig ist von Strömungserscheinungen, pulsierenden Druckwellen im Ansaugsystem, Temperaturunterschieden oder dergleichen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Übersicht über das Kraftstoffeinspritzregelsystem;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steue rung;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, aus dem sich die Funktionsweise der Steuerung schrittweise entneh men läßt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der zeitlichen Steuerung der Druckerfassung in einem Motorzylinder;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer schrittweisen Veränderung des Drucks und der Ansaugluftmenge, bezogen auf die Motordrehzahl, und

Fig. 6 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Funktionsablaufs in der Steuerung.

Aus Fig. 1 ist ein Motor 8 mit einer Drosselklappengruppe 1 mit einer Drosselklappe 2 erkennbar, die in einem Ansaugrohr 5 sitzt. Im Ansaugsystem befinden sich außerdem ein Luftfilter 3 sowie ein Kompressor 4a eines Turboladers 4. Die Drosselklappengruppe 1 ist weiterhin mit einem Ansaug stutzen 7 verbunden, der seinerseits mit einem Brenn raum jedes (nicht dargestellten) Zylinders im Motor 8 in Ver bindung steht. In einem Abgasrohr 9 befinden sich eine Ab gasturbine 4b und ein Katalysator 11. Über eine Kraft stoffpumpe 14 wird Kraftstoff den Einspritzdüsen 12 aus einem Kraftstofftank 13 zugeführt, und über eine Rückführleitung 16 und einen Druckregler 15 wieder in den Tank 13 zu rückgeführt, wobei der Druckregler durch den Druck im Ansaug stutzen geregelt wird, der über eine Druckleitung 16a einge speist wird.

In jedem Zylinder befindet sich ein piezoelektrischer Druck fühler 6. An der Drosselklappengruppe 1 ist ein Drossel stellungsmelder 19 angeordnet, der den Öffnungswinkel der Drosselklappe erfaßt, d.h. den Betriebszustand des Motors. Im Motor 8 befindet sich außerdem ein Kühlmittel-Temperaturfüh ler 20, der die Kühlmitteltemperatur mißt. Der Motor 8 ist mit einem Kurbelwinkelmesser 18 ausgerüstet, der die Motordrehzahl erfaßt. Die Ausgangssignale der verschiedenen Melder und Fühler 6, 18, 19 und 20 werden einer Steuerung 17 zugeleitet, die die Einspritzdüsen 12 steuert.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Steuerung 17 einen Dreh zahlrechner 22 aufweist, der die Motordrehzahl N in Abhängig keit von einem Ausgangssignal vom Kurbelwinkelmesser 18 berech net. Das Ausgangssignal des Kurbelwinkelmessers 18 geht des weiteren einem Druckänderungsrechner 23 zu, in dem der Druck anstieg im Zylinder während des Verdichtungstakts berechnet wird. Wie Fig. 4 veranschaulicht, wird hierbei ein erster Druck PA unmittelbar nach dem Schließen eines Einlaßventils bei Stellung der Kurbelwelle unter einem Winkel A erfaßt. Bei einem Kurbelwinkel B wird unmittelbar vor der Zündung ein zweiter Druckwert PB erfaßt, also vor einem maximalen Voreil winkel der Zündsteuerung. Auf diese Weise wird gemäß der Beziehung ΔP = PB-PA eine Druckdifferenzgröße ΔP be rechnet.

Die sich verändernde Größe ΔP und die Motordrehzahl N aus dem Rechner 22 werden einem Ansaugluftmengenrechner 24 zugeführt, in welchem die Ansaugluftmenge Q aus Daten berechnet wird, die aus einer Tabelle abgeleitet werden, in der die Motor drehzahl N und die Größe ΔP erfaßt sind. Gemäß Fig. 5 stellt die Ansaugluftmenge Q eine lineare Funktion der sich ändern den Größe ΔP dar. Die Ansaugluftmenge Q wird in einem Spei cher erfaßt, beispielsweise in einem RAM, und einem Impulsbreitenrechner 25 zugeleitet, in dem die Impulsbreite Tp eines Grundkraftstoffeinspritzimpulses nach folgender Be ziehung berechnet wird:

Tp = Q/(A/F)

wobei A/F für ein vorgegebenes und erwünschtes Luft-Kraft stoff-Verhältnis (stöchiometrisch ausgedrückt) steht. Die Im pulsbreite Tp wird den Einspritzdüsen 12 über einen Treiber 26 zur Einspritzung von Kraftstoff zugeleitet.

Weiterhin umfaßt die Steuerung 17 ein System zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dynamischer Weise in einem Übergangszustand, wobei zusätzlich Kraftstoff eingespritzt wird. An einen Beschleunigungsaufnehmer 27 wird ein Ausgangs signal des Drosselstellungsmelders 19 angelegt. Dabei wird der Drosselöffnungswinkel Th durch Division des Ausgangssig nals durch die Zeit ermittelt. Der Beschleunigungsaufnehmer 27 erfaßt eine Vergrößerung des Drosselöffnungswinkels Th in nerhalb eines vorgegebenen Zeitraums und stellt fest, daß das Fahrzeug beschleunigt wurde.

In einem Th-Veränderungsrechner 28 wird durch Differenzierung des Drosselöffnungswinkels Th die Größe der Differenz im Drosselöffnungswinkel ermittelt, woraus sich die Differenz größe ΔTh ergibt. Die Ausgangssignale des Entscheidungsbau steins 27 und des Rechners 28 werden einer Beschleunigungs- Korrekturfaktor-Tabelle 29 zugeleitet, in der sich ein Kor rekturfaktor K für die Korrektur der Beschleunigung als Funk tion der Differenzgröße ΔTh aus einer Koeffiziententabelle ableiten läßt, wenn das Fahrzeug beschleunigt. Entsprechend den im Baustein 29 erfaßten Werten wird der richtige Koeffi zient K in einem RAM abgespeichert. Ein Impulsbrei tenrechner 30 berechnet dann die Impulsbreite Tc für einen zusätzlichen Kraftstoffeinspritzimpuls nach folgender Bezie hung:

Tc - Tp × K.

Das Impulsbreitensignal Tc für den zusätzlichen Einspritzim puls geht dann an den Treiber 26, so daß im Anschluß an die Grundeinspritzung zusätzlich Kraftstoff eingespritzt werden kann.

Die Impulsbreite Tp des Grundeinspritzimpulses und die Im pulsbreite Tc für den zusätzlichen Kraftstoffeinspritzimpuls werden in einem Speicher abgespeichert, der in einem Rechner 31 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorgesehen ist. Wird im nächsten Programmdurchlauf (d.h. beim nächsten Arbeitstakt des Zylinders) die Ansaugluftmenge Q dem Rechner 31 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemeldet, so wird auf der Grundla ge der gespeicherten Einspritzimpulsbreiten Tp und Tc ein Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nach der Bezie hung

A/F = Q(Tp + Tc)

berechnet. Überschreitet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F einen hierfür zulässigen Bereich, so übermittelt der Rechner 31 ein entsprechendes Signal an ein selbstlernendes Teil 32 für die Erfassung von Korrekturkoeffizienten, in welchem dann der Beschleunigungs-Korrekturfaktor K in einem "Lernvorgang" korrigiert wird. Ist das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu mager, wird der im vorangegangenen Programmdurchlauf ermittelte Ko effizient K_OLD um einen vorgegebenen Satz K, beispielsweise um 0,02, erhöht. Auf diese Weise erhält man einen neuen Kor rektur-Koeffizienten K nach der Beziehung

K = K_OLD × (1 + 0,02).

Ist andererseits das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu fett, wird der Koeffizient K folgendermaßen verringert:

K = K_OLD × (1 - 0,02).

Der korrigierte Koeffizient K wird dann unter der entspre chenden Adresse in der Koeffiziententabelle in der Schaltung 29 abgespeichert.

Stimmt der berechnete Zeitpunkt der zusätzlichen Kraftstoff einspritzung mit der Grundkraftstoffeinspritzung zusammen, wird der Zeitpunkt der zusätzlichen Einspritzung so einge stellt, daß diese unmittelbar im Anschluß an die Grundein spritzung beginnt.

Nachstehend wird nun die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems anhand des Ablaufdiagramms aus Fig. 3 und des Zeit diagramms aus Fig. 6 näher beschrieben.

Hier wird nun ein Programm beschrieben, das an einem Punkt b beginnt, der im Zeitdiagramm ausgewiesen ist. In einem ersten Programmschritt S 101 wird eine Druckänderungsgröße ΔP über einen vorgegebenen Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, zu dem sich das Einlaßventil schließt, und dem Zündzeitpunkt, also während des Verdichtungstakts, berechnet. Im nächsten Ar beitsschritt S 102 errechnet der Rechner 22 die Motordrehzahl N. Auf der Grundlage der Änderungsgröße ΔP und der Motor drehzahl N (gegebenenfalls mit Interpolation) wird im näch sten Programmschritt S 103 aus der Tabelle im Ansaugluftmen genrechner 24 eine Ansaugluftmenge Q ermittelt, die dann in einem Speicher abgespeichert wird. Im Arbeitsschritt S 104 wird die Impulsbreite Tp des Grundeinspritzimpulses berech net. Im nächsten Schritt S 105 wird der Treiber 26 so an gesteuert, daß durch die Einspritzdüse 12 Kraftstoff entspre chend der Impulsbreite Tp eingespritzt wird.

Im Arbeitsschritt S 106 wird ermittelt, ob während des voran gegangenen Programmdurchlaufs zwischen den Zeitpunkten a und b im Zeitdiagramm zusätzlich Kraftstoff eingespritzt wurde. Stellte der Entscheidungsbaustein 27 fest, daß während des letzten Programmdurchlaufs das Fahrzeug beschleunigt wurde, so wurde eine entsprechende Marke gesetzt. Wird nun im Arbeitsschritt S 106 festgestellt, daß diese Marke ge setzt ist, so ist dies ein Hinweis auf den Beschleunigungs zustand des Kraftfahrzeugs und damit auf eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während des vorangegangenen Programm durchlaufs. Da im augenblicklichen Programmdurchgang die Marke nicht gesetzt wird, springt das Programm zum Schritt S 107 weiter.

Im Programmschritt S 107 wird die Veränderung des Öffnungswin kels der Drosselklappe festgestellt. Im Programmschritt S 108 wird der Beschleunigungszustand im Entscheidungsbaustein 27 als Funktion der Veränderung des Öffnungswinkels der Dros selklappe ermittelt. Steht am Punkt c (vgl. Fig. 6) fest, daß eine Beschleunigung vorliegt, so geht das Programm zum Arbeitsschritt S 109 weiter, wo die Veränderungsgröße ΔTh bzw. die Veränderungsrate für den Drosselöffnungswinkel berechnet wird.

Im Programmschritt S 110 wird aus der entsprechenden Tabelle ein Korrekturfaktor K abgeleitet und im Speicher erfaßt. Im nächsten Schritt S 111 wird dann nach der Beziehung

Tc = Tp × K

die Impulsbreite Tc für den zusätzlichen Einspritzimpuls be rechnet, worauf die Einspritzdüse 12 über den Treiber 26 so angesteuert wird, daß am Punkt c zusätzlich Kraftstoff einge spritzt wird. Dementsprechend stellt die Gesamtimpulsbreite T für die Kraftstoffeinspritzung, die der Ansaugluftmenge Q für das nächste Arbeitsspiel ab Punkt d entspricht, die Summe aus der Impulsbreite Tp für den Grundeinspritzimpuls, wie er zum Zeitpunkt b berechnet wurde, und aus der Impulsbreite Tc für den zusätzlichen Einspritzimpuls dar, der zum Zeitpunkt c er mittelt wurde. Folglich wird eine Erhöhung der Luftansaugmen ge infolge eines vergrößerten Drosselöffnungswinkels durch die Einspritzung einer zusätzlichen Kraftstoffmenge ausgegli chen.

Beim nächsten Programmdurchlauf ab Punkt D (vgl. Fig. 6) wird im Programmschritt S 106 festgestellt, daß die Marke ge setzt wurde, da zwischen den Zeitpunkten b und d zusätzlich Kraftstoff eingespritzt wurde. Nach Rücksetzen der Marke springt das Programm gleich zum Programmschritt S 112 weiter, indem der Rechner 31 auf der Grundlage der berechneten An saugluftmenge Q, die im Programmschritt S 103 des gerade aktu ellen Programmdurchlaufs gespeichert wurde, und anhand der Impulsbreite Tp_OLD des Grundeinspritzimpulses sowie der im vorangegangenen Programmdurchlauf gespeicherten Impulsbreite Tc_OLD für den zusätzlichen Einspritzimpuls einen entsprechen den Wert für das Luft-Kraftstoff-Gemisch A/F berechnet. Im Arbeitsschritt S 113 wird untersucht, ob das berechnete Ver hältnis A/F noch im zulässigen A/F-Bereich A/F_INIT liegt. Fällt der Wert dieses Verhältnisses noch in diesen Bereich, geht das Programm zum Arbeitsschritt S 107 weiter.

Liegt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dagegen außerhalb des zulässigen Bereiches, so geht das Programm zum Schritt S 114 weiter, indem der beim letzten Programmdurchlauf ge speicherte Korrekturfaktor K_OLD für die Beschleunigungskor rektur selbst korrigiert wird. Liegt ein zu fettes Luft- Kraftstoff-Gemisch vor, so wird nach der Formel

K = K_OLD × (1 - ΔK)

ein neuer Koeffizient K berechnet. Ist jedoch das Luft-Kraft stoff-Gemisch zu mager, wird anhand der Beziehung

K = K_OLD ô (1 + ΔK)

ein neuer Koeffizient K berechnet. Dieser korrigierte Koeffi zient K wird dann in den Speicher übertragen und das Programm geht zum Arbeitsschritt S 107 weiter, um die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zu veranlassen, deren Impulsbreite vom korrigierten Faktor K abhängt. Auf diese Weise wird die Impulsbreite für den zusätzlichen Einspritzimpuls in einem Lernprozeß korrigiert, wobei verhindert wird, daß das Luft- Kraftstoff-Gemisch zu fett oder zu mager wird.

Als Parameter für die Ableitung des Korrekturfaktors K kann statt der Veränderungsgröße ΔTh des Drosselöffnungswinkels auch die Veränderungsrate ΔsTh abgeleitet werden, mit der sich der Drosselöffnungswinkel verändert.

Auch wenn die Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses für jeden Zylinder berechnet wird, kann diese Impulsbreite auch anhand des Ansaugdruckunterschieds ermittelt werden, die nur in einem bestimmten Zylinder auch für die anderen Zylin der mit ermittelt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wurde deutlich, daß erfin dungsgemäß ein System zur Regelung der Krafteinspritzung ge schaffen wurde, bei dem der Druck im Zylinder mit Hilfe eines piezoelektrischen Druckfühlers exakt bestimmt wird, oh ne daß die pulsierende Ansaugluftströmung einen Einfluß auf die Erfassung nimmt. Des weiteren wird dabei die Kraftstoff einspritzmenge um eine zusätzliche Einspritzmenge in einem dynamischen bzw. Übergangszustand erhöht, um das Fahrverhal ten des Fahrzeugs zu verbessern.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzregelsystem für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, die mindestens einen Zylinder, eine Kraftstoffeinspritzdüse, einen Drosselstellungsmelder zur Erfassung des Öffnungswinkels einer Drosselklappe, einen Druckfühler zur Erfassung des Drucks der Ansaugluft, einen Kurbelwinkelmesser zur Erfassung der Motordrehzahl, einen Drehzahlrechner zur Erzeugung eines Motordrehzahlsignals in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, einen Druckrechner, der im Ansprechen auf die Ausgangssignale des Druckfühlers und des Kurbelwinkelmessers ein Drucksignal errechnet, einen Ansaugluftmengenrechner, der im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Druckrechners und des Drehzahlrechners eine Ansaugluftmenge anhand des Druckes und der Motordrehzahl berechnet, einen Impulsbreitenrechner, der im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Ansaugluftmengenrechners die Impulsbreite für einen Grundeinspritzimpuls anhand der ermittelten Ansaugluftmenge berechnet, und mit einer Stelleinrichtung, welche die Kraftstoffeinspritzdüse unter Berücksichtigung des berechneten Grundeinspritzimpulses zur Kraftstoffeinspritzung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler (6) im Zylinder montiert und derart ausgebildet ist, daß er den Druck im Zylinder erfaßt, daß der Druckrechner als Druckänderungsrechner (23) ausgebildet ist, der im Ansprechen auf die Ausgangssignale des Druckfühlers (6) und des Kurbelwinkelmessers (18) ein Druckdifferenzsignal (ΔP) zwischen einem ersten Druck im Zylinder, der nach dem Schließen des Ansaugventils erfaßt wird, und einem zweiten Druck im Zylinder, der nach dem ersten Druck und vor dem Zündzeitpunkt erfaßt wird, berechnet, und daß die Ansaugluftmenge (Q), basierend auf der Druckdifferenz (ΔP) und dem Motordrehzahlsignal, berechnet wird.

2. Kraftstoffeinspritzregelsystem nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch
einen Beschleunigungsaufnehmer (27), der eine Beschleunigung der Brennkraftmaschine (8) erfaßt,
eine Speichereinrichtung (29), in der eine Vielzahl von Koeffizienten abgespeichert ist, die zur Korrektur der Impulsbreite des Grundeinspritzimpulses unter Berücksichtigung der Größe der erfaßten Beschleunigung und zur Bereitstellung einer Impulsbreite eines zusätzlichen Kraftstoffeinspritzimpulses vorgesehen sind;
einen Rechner (31) zur Berechnung eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses (A/F) aus der Summe der Grundeinspritzimpulsbreite und der Impulsbreite des zusätzlichen Kraftstoffeinspritzimpulses; eine Vergleichseinrichtung, welche das berechnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) mit einem vorgegebenen Bezugsbereich vergleicht und ein Abweichungssignal erzeugt, wenn das berechnete Luft- Kraftstoff-Verhältnis außerhalb des Bezugsbereichs liegt,
sowie durch eine Korrektureinrichtung (32), die im Ansprechen auf das Abweichungssignal einen entsprechenden Koeffizienten so korrigiert, daß das abweichende Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) wieder in den Bezugsbereich zurückführbar ist.