DE3940385C2

DE3940385C2 -

Info

Publication number: DE3940385C2
Application number: DE3940385A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio/Tokyo Jp Hosaka
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1991-12-12
Also published as: JPH02157451A; DE3940385A1; GB8927117D0; US4967715A; GB2225877A; JP2818805B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuerung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die JP-OS 55-32 913 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzanlage, bei der in Abhängigkeit vom Drosselklappenöffnungsgrad α und der Maschinendrehzahl Ne eine Grund-Einspritz impulsdauer Tp berechnet wird. Die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp ist in einer Tabelle gespeichert und wird von dort abgerufen, um im Betrieb die Einspritzung zu regeln.

Da jedoch zwischen der Drosselklappe und einem Zylinder der Maschine ein Zwischenraum, z. B. eine Kammer abstrom von der Drosselklappe, vorhanden ist, erfolgt die Änderung der Ist-Saugluftmenge je Arbeitstakt des Motors aufgrund der Änderung des Drosselklappenöffnungsgrads während des Über gangszustands mit Verzug. Wenn daher die Drosselklappe sehr schnell geöffnet wird, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch fett. Wenn andererseits die Drosselklappe sehr schnell geschlossen wird, wird das Gemisch mager.

Gemäß Fig. 5, die eine Zunahme der Saugluftmenge bei Beschleunigung eines Fahrzeugs zeigt, wird die Grund-Ein spritzimpulsdauer in Abhängigkeit von der Luftmenge M₀ bestimmt, die auf der Grundlage des Öffnungsgrads α einer Drosselklappe sowie einer an einem Punkt A erfaßten Maschinendrehzahl vor dem Saughub eines Zylinders, z. B. des Zylinders Nr. 1, berechnet wird. Eine Ist-Saugluftmenge M₁ an einem Punkt B nach dem Saughub ist jedoch größer als die Menge M₀, und zwar wegen des Ansaugens von Luft beim Saughub. Somit besteht eine Differenz ΔM zwischen der geschätzten Menge M₀ und der Ist-Menge M₁. Infolgedessen schwankt das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Übergangszu stand.

Bei einer Einrichtung gemäß der JP-OS 60-43 135 wird ein erforderlicher Luftdurchsatz in Abhängigkeit vom Betätigungsgrad eines Gaspedals und der Maschinendrehzahl geschätzt. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird unter Berücksichtigung einer Verzögerung erster Ordnung des Ist-Luftdurchsatzes bestimmt. Infolgedessen wird die Kraftstoffmenge allmählich erhöht, bis der Ist-Luftdurchsatz mit dem Soll-Luftdurchsatz übereinstimmt. Die Schätzung des Luft durchsatzes ist jedoch ungenau, so daß das Kraftstoff-Luft- Verhältnis des Gemisches schwankt.

Aus der DE 37 14 902 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzsteuerung der eingangs genannten Art bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird die Menge an angesaugter Luft aus verschiedenen Parametern anhand eines Rechenmodells hergeleitet. Die der Grundeinspritzpulsbreite zugrunde liegende Größe hängt, zeitlich gesehen, direkt mit Meßgrößen zusammen. Die Herleitung der für die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmenden Parameter funktioniert dann einwandfrei, wenn sich die Maschine in einem stetigen Zustand, insbesondere hinsichtlich der Drosselklappenstellung, befindet. Wenn aber der Fahrer abrupt Gas gibt oder das Gaspedal abrupt losläßt, so stimmen die aus Meßwerten hergeleiteten Bezugsparameter für die Errechnung der Kraftstoffeinspritzmenge nicht mehr. Die Strecke zwischen der Drosselklappe, an welcher der Eingriff in das System stattfindet, und der Stelle, an welcher die Kraftstoffeinspritzung erfolgt, weist nämlich aufgrund der Strömungswiderstände und der Leitungskapazitäten zum einen eine Tiefpaßcharakteristik auf, zum anderen stellt diese Strecke ein Totzeitglied dar, dessen Übergangsfunktion von der Maschinendrehzahl mitbestimmt wird. Dadurch entspricht die Treibstoffmenge, welche einer momentanen Drosselklappenstellung entsprechend eingespritzt wird, dann nicht mehr der Luftmenge, die am Ort der Einspritzung tatsächlich vorliegt, wenn sich die Drosselklappenstellung inzwischen geändert hat. Weiterhin existiert eine konstante Totzeit zwischen dem Moment, zu welchem die Meßwerte abgetastet werden, und dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung, die durch unumgänglich notwendige Rechenzeiten entsteht. Diese konstante Totzeit vergrößert den Fehler bei sich rasch ändernder Drosselklappenstellung, also aufgrund des dynamischen Verhaltens der Maschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung nach der DE 37 14 902 A1 dahingehend weiterzubilden, daß eine Verbesserung der Genauigkeit der Gemischbildung bei sich ändernder Drosselklappenstellung erzielbar ist.

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

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß die Bewegung und nicht nur die Stellung der Drosselklappe zur Herleitung der für die Kraftstoffeinspritzmenge wichtigen Parameter verwendet wird. Der Fehler, der sich bei einer Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Drosselklappe zwischen zwei Abtast- bzw. Einspritzzeitpunkten ergibt, ist vernachlässigbar.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ansaugsystems zur Erläuterung verschiedener Fak toren,

Fig. 3 ein Blockbild einer Regeleinheit nach der Erfindung,

Fig. 4a bis 4c Diagramme, die Änderungen des Drosselklappenöffnungs grads, der Saugluftmenge bzw. der Überschußluftmenge zeigen,

Fig. 5 ein Diagramm, das Charakteristiken der Saugluftmenge zeigt, und

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung erläutert bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zeigt.

Gemäß Fig. 1 ist in einer Ansaugleitung 2 einer Brennkraft maschine 1 abstrom von einer Drosselklappe 3 eine Drosselkammer 5 vorgesehen, die Pulsationen der Ansaugluft aus gleicht. Mehrlocheinspritzdüsen 6 sind in der Ansaugleitung 2 angrenzend an Einlaßventile vorgesehen, so daß den Zylindern 1a der Maschine 1 Kraftstoff zugeführt wird. Ein Drossel klappenlagesensor 7 ist an der Drosselklappe 3 vorgesehen, und ein Drehzahlsensor ist an der Maschine 1 angeordnet. An einem Luftfilter 14 ist ein Sauglufttemperatursensor 10 vorgesehen, und in einer Abgasleitung ist ein O₂-Sensor 11 angeordnet. Ausgangssignale dieser verschiedene Zustände erfassenden Sensoren werden einer Regeleinheit 12 zugeführt, die einen Mikrocomputer enthält und die Einspritzdüsen 6 und Zündspulen 13 für die Motorzylinder aktiviert.

Eine Menge Map der in jeden Zylinder angesaugten Luft kann auf der Basis eines Modells des Ansaugsystems entsprechend Fig. 2 geschätzt werden.

Dabei bezeichnet Pa den Atmosphärendruck, ρa ist die Dichte der Atmosphäre, Map ist die in den Zylinder 1a der Maschine 1 angesaugte Luftmenge, Mat ist die durch die Drosselklappe 3 strömende Luftmenge, P ist der Druck in der Ansaugleitung 2, V ist die Kapazität der Ansaugleitung 2 und M ist die Luftmenge in der Ansaugleitung.

Die Gesamtluftmenge wird dargestellt als

dM/dt = Mat-Map (1)

Die Zustandsgleichung ist

PV = MRT (2)

Die in den Zylinder angesaugte Luftmenge Map ist

Map = (Ne · D/2 RT) · ηv · P (3)

Die durch die Drosselklappe strömende Luftmenge Mat ist

Wenn daher P/Pa<{2/(k +1)}^{k/(k -1)},

und wenn P/Pa<{2/(k +1)}^{k/(k -1)},

In den Gleichungen bedeuten Ne die Maschinendrehzahl, D die Verdrängung des Zylinders, ηv den Füllungsgrad, C den Koeffizienten für den Drosselklappenluftdurchsatz, R die Gaskonstante, k das spezifische Wärmeverhältnis, g die Schwerebeschleunigung, T die Sauglufttemperatur und A den Saugleitungsquerschnitt. Der Füllungsgrad ηv, der Koeffizient C und der Saugleitungsquerschnitt A sind Funktionen eines Drosselklappenöffnungsgrads α.

Aus den vorstehenden Gleichungen ergibt sich

dP/dt = (RT/V) · Mat-(D/2 V) · Ne · ηv · P (5)

Die Diskretisierung dieser Gleichung ergibt

P(k +1) = (RT/V) · Δt · Mat(k) + {(1-D/2 V) · Ne · ηvΔt } · P(k) (6)

(wobei Δt ein Stichprobenzyklus ist).

Somit wird die Saugluftmenge Map erhalten, indem der durch die Gleichung (6) gebildete Saugleitungsdruck P für die Gleichung (3) substituiert wird.

Die Luftmenge Map, die in Fig. 4b durch eine Strichlinie bezeichnet ist, ist ein Schätzwert, der vor einem Saughub auf der Basis der Signale von verschiedenen Sensoren be rechnet wird. Insbesondere im Übergangszustand ändern sich der Drosselklappenöffnungsgrad und die Maschinendrehzahl sogar während des Saughubs.

Wenn gemäß der Fig. 4a und 4b die Drosselklappe nach Berechnung der Saugluft am Punkt A geöffnet wird, erhöht sich die Ist-Menge Ma. Die geschätzte Luftmenge Map erhöht sich jedoch nicht. Infolgedessen besteht eine Differenz ΔM′ zwischen der Ist-Menge Ma und der geschätzten Menge Map zum Einspritzzeitpunkt TF. Es ist daher notwendig, die geschätzte Luftmenge Ma nach Maßgabe des Drosselklappenöffnungsgrades α zu korrigieren.

Gemäß der Erfindung wird zur Korrektur der Luftmenge Map der Drosselklappenöffnungsgrad nach der Berechnung der Saugluftmenge geschätzt. Der geschätzte Drosselklappenöffnungsgrad α′ wird wie folgt berechnet:

α′(k) = α(k) + K 1{α(k) - α(k -1)} + K 2{α(k) - 2α(k -1) + α(k -2)} (7)

wobei K 1 und K 2 auf die Maschinendrehzahl Ne bezogene Koeffizienten sind. Der geschätzte Drosselklappenöffnungsgrad α′ wird nämlich in Abhängigkeit vom Drosselklappen öffnungsgrad α(k) während der momentanen Berechnung, α(k -1) während der letzten Berechnung und α(k -2) während der Berechnung vor der letzten Berechnung gebildet. Der Füllungsgrad ηv, der Koeffizient C und der Saugleitungs querschnitt A werden in Abhängigkeit vom berechneten geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad α′(k) gebildet. Damit wird die Saugluftmenge korrigiert. Die Strichpunktkurve von Fig. 4b zeigt die korrigierte angesaugte Luftmenge.

Die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp wird auf der Basis der korrigierten Luftmenge Map(k) berechnet.

Gemäß Fig. 3 hat die Regeleinheit 12 einen ROM mit Tabellen T₁-T₆ und Tabellen T_{K 1} und T_{K 2}. Die Tabellen T_{K 1} und T_{K 2} enthalten eine Mehrzahl Koeffizienten K 1 bzw. K 2 zum Berechnen des geschätzten Drosselklappenöffnungsgrads α′ in einem Rechenvorgang für den geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad in Abhängigkeit von der vom Drehzahlsensor 9 aufgenommenen Maschinendrehzahl Ne. Die Koeffizienten K 1 und K 2 werden einem Rechenglied 18 zur Berechnung eines geschätzten Drosselklappenöffnungsgrads zugeführt, dem der Drosselklappenöffnungsgrad α zugeführt wird, um die Gleichung (7) zu rechnen. In den Tabellen T₁-T₂ sind jeweilige Koeffizienten für die diskretisierten Modellgleichungen gespeichert. Jeder Koeffizient wird entsprechend den von den Sensoren aufgenommenen Betriebsbedingungen der Maschine, und zwar der Maschinendrehzahl Ne und der Sauglufttemperatur T, sowie dem geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad α′ abgeleitet. Der Luftleitungsquerschnitt A wird aus der Tabelle T₁ entsprechend dem geschätzten Drosselklappen öffnungsgrad α′ abgeleitet. Entsprechend dem Drosselklappenöffnungsgrad α′ und der Maschinendrehzahl Ne wird der Koeffizient C aus der Tabelle T₂ abgeleitet, und der Koeffizient ηv wird aus der Tabelle T₄ entsprechend dem Drosselklappenöffnungsgrad α′ und der Maschinendrehzahl Ne abgeleitet. Entsprechend der Sauglufttemperatur T wird der Koeffizient RT/V aus der Tabelle t₃ und der Koeffizient D/2 RT aus der Tabelle T₅ abgeleitet. Diese Koeffizienten werden als die Operatoren der Modellgleichungen zu diesem Zeitpunkt verwendet.

Ein Saugleitungsdruck-Rechenglied 16 und ein Drosselklappen luftdurchsatz-Rechenglied 15 sind vorgesehen. Dem Saug leitungsdruck-Rechenglied 16 werden der Koeffizient RT/V, der Drosselklappenluftdurchsatz Mat(k) und die Luftmenge Map(k) zugeführt, und der Saugleitungsdruck P(k +1) wird mit der folgenden Gleichung berechnet:

P(k +1) = P(k) + RT/V · Δt · {Mat(k) - Map(k) }

Die Größe P(k) wird der Tabelle T₆ zugeführt zur Ableitung des Koeffizienten ψ, der dem Drosselklappenluftdurchsatz- Rechenglied 15 zugeführt wird. Dem Rechenglied 15 werden die Koeffizienten A und C zugeführt, und es berechnet die Luftmenge Mat(k). Der Saugleitungsdruck P(k) und die Koeffizienten ηv und D/2 RT werden einem Luftmengenrechenteil 17 zugeführt, in dem die in den Zylinder angesaugte Luftmenge berechnet wird. Die Größe Map wird einem Grund-Ein spritzimpulsdauer-Rechenglied 19 zur Berechnung der Grund- Einspritzimpulsdauer Tp zugeführt.

Die Regeleinheit 12 hat ferner ein Rückführungskorrektur koeffizienten-Rechenglied 20 zum Berechnen eines Rückführungs korrekturkoeffizienten K_FB auf der Grundlage einer Ausgangsspannung des O₂-Sensors 11 sowie ein Einspritzimpuls dauer-Rechenglied 21, dem die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp und der Korrekturkoeffizient K_FB zugeführt werden, um die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp entsprechend dem Ko effizienten K_FB zu korrigieren, und das eine Einspritzimpulsdauer Ti berechnet.

Im Grund-Einspritzimpulsdauer-Rechenglied 19 wird die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp wie folgt berechnet:

Tp = K/A/F_ref · Map(k)

wobei A/F_ref ein Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis und K ein Koeffizient ist. Im Rückführungskorrekturkoeffizienten- Rechenglied 20 wird der Rückführungskorrekturkoeffizient K_FB in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des O₂-Sensors berechnet. Die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp und der Rück führungskorrekturkoeffizient K_FB werden dem Einspritzimpulsdauer- Rechenglied 21 zugeführt, in dem die Einspritzimpulsdauer Ti mittels der folgenden Gleichung berechnet wird:

Ti = Tp · K_FB.

Die Einspritzimpulsdauer Ti wird den Einspritzdüsen 6 zur Kraftstoffeinspritzung zugeführt.

Die Einspritzimpulsdauer Ti wird gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 6 berechnet.

In Schritt S 1 wird der Saugleitungsdruck P(k) initialisiert, und in Schritt S 2 wird die geschätzte Luftmenge Map(k) im Zylinder entsprechend der Gleichung (3) im Luft mengen-Rechenteil 17 berechnet. In Schritt S3 wird die Grund-Einspritzimpulsdauer Tp im Grund-Einspritzimpuls dauer-Rechenglied 19 berechnet. In Schritt S 4 wird die Grund-Einspritzimpulsdauer mit dem Rückführungskorrektur koeffizienten K_FB, der im Rechenglied 20 gebildet wurde, korrigiert zur Berechnung der Einspritzimpulsdauer Ti. In Schritt S 5 wird ein der Einspritzimpulsdauer Ti entsprechendes Signal an die Einspritzdüsen 6 geführt.

Das Programm geht zu Schritt S 6 weiter, in dem der geschätzte Öffnungsgrad α′(k) der Drosselklappe entsprechend der Gleichung (7) berechnet wird. Der Saugleitungsquerschnitt A, der Koeffizient C für den Luftdurchsatz durch die Drosselklappe und der Füllungsgrad ηv werden in Schritt S 7 aus den Tabellen T₁, T₂ und T₄ abgeleitet. In Schritt S 8 wird die durch die Drosselklappe strömende Luftmenge Mat(k) in Abhängigkeit von der Gleichung (6) berechnet, und zwar unter Anwendung des Saugleitungsquerschnitts A und des Koeffizienten C, die in Schritt S 7 gebildet wurden. In Schritt S 9 wird die Gleichung (6) gerechnet zur Bildung des Saugleitungsdrucks P/(k +1). Danach springt das Programm zu Schritt S 2 zurück, in dem die Luftmenge Map auf der Basis des in Schritt S 9 gebildeten Saugleitungsdrucks P(k +1) berechnet wird. Somit wird während des wiederholten Programmablaufs die optimale Kraftstoffmenge gebildet.

Die Betriebsweise der Einrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4a-c erläutert.

In einem Übergangszustand erhöht sich der Drosselklappen öffnungsgrad von α₁ auf α₂ (Fig. 4a), und die Ist-Saug luftmenge Ma gemäß der Vollinie in Fig. 4b erhöht sich entsprechend. Die geschätzte Luftmenge Map gemäß der Strichlinie erhöht sich nicht, so daß zwischen der Ist-Luftmenge Ma und der geschätzten Luftmenge Map zum Einspritzzeitpunkt TF eine Differenz ΔM′ besteht. Die geschätzte Luftmenge Map wird auf der Grundlage des geschätzten Drosselklappen öffnungsgrads α′ (Strichpunktlinie) berechnet, so daß die Luftmenge Map ungefähr mit der Ist-Luftmenge Ma ansteigt. Damit wird die Luftmenge Map auf einen Wert korrigiert, der dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 3 entspricht.

Daher wird von den Einspritzdüsen 6 eine optimale Kraftstoffmenge auf der Basis der Luftmenge Map(k) eingespritzt. Infolgedessen besteht nur ein ganz geringfügiger Luftüberschuß gegenüber der Kraftstoffmenge zu Beginn der Beschleunigung (Fig. 4c), so daß das Mischungsverhältnis nicht zu mager werden kann. Ebenso wird verhindert, daß bei einer Verzögerung des Fahrzeugs das Mischungsverhältnis zu fett wird.

Gemäß der Erfindung wird der Drosselklappenöffnungsgrad in einem Übergangszustand geschätzt, so daß die durch die Modellgleichungen geschätzte Luftmenge der Ist-Saugluftmenge angenähert wird. Infolgedessen wird ein optimales Mischungsverhältnis erhalten, wodurch verhindert wird, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu fett oder zu mager wird; dadurch wird das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert. Außerdem werden die Konzentrationen von NO_x und CO in den Abgasen verringert.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsteuerung für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Ansaugleitung; eine in der Ansaugleitung vorgesehene Drosselklappe; einen Drosselklappen-Lagesensor, der in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Drosselklappe ein Drosselklappen-Öffnungsgradsignal (α) erzeugt; einen Drehzahlsensor, der ein Maschinen-Drehzahlsignal (Ne) erzeugt; Speicher, in denen verschiedene Koeffizienten in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und dem Drosselklappen-Öffnungsgrad gespeichert sind; ein erstes Rechenglied zur Berechnung einer Saugluftmenge (Map) unter Nutzung von Koeffizienten, die aus dem Speicher entsprechend der Maschinendrehzahl und dem Drosselklappen-Öffnungsgrad abgeleitet sind; ein zweites Rechenglied, das ein Grund- Einspritzdauersignal nach Maßgabe der errechneten Saugluftmenge bildet; und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schätzglied (18) vorgesehen ist, das mit dem Drosselklappen-Lagensensor (7) verbunden ist und aus der momentanen Drosselklappenposition (α(k)) und zeitlich zurückliegenden Drosselklappenpositionen (α(k-1); α(k-2)) einen Schätzwert (α′) für eine Drosselklappenposition errechnet, der die Saugluftmenge bestimmt, welche zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung wirksam wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schätzglied (18) Speicher (TK₁, TK₂) enthält, in denen Koeffizienten zum Schätzen des Drosselklappenöffnungsgrads mit der Drehzahl als Parameter gespeichert sind.