DE4013661A1 - Einspritzueberwachungseinrichtung fuer eine kraftfahrzeug-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspritzüberwachungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, wobei eine Kraftstoffeinspritzmenge aus einer in die Maschinenzylinder angesaugten Luftmenge in Abhängigkeit von einem Drosselklappenöffnungsgrad und der Maschinendrehzahl berechnet wird.

Allgemein wird bei der Einspritzüberwachungseinrichtung der obengenannten Art zuerst eine Grund-Einspritzmenge Tp mit einer Ansaugluftmenge und einer Maschinendrehzahl als Parameter berechnet und dann eine Ist-Einspritzmenge Ti durch Korrektur der Grund-Einspritzmenge Tp mit verschiedenen Korrekturfaktoren korrigiert.

Die Ansaugluftmenge wird von einem Ansaugluftmengensensor gemessen, der unmittelbar abstrom von einem Luftfilter in einem L-Jetronic-System angeordnet ist. Andererseits wird die Ansaugluftmenge nach Maßgabe des Drosselklappenöffnungsgrads( α ) und der Maschinendrehzahl (N) in einem sogenannten " α-N"-System geschätzt. Das a-N-System macht die Maschineneinheit einfach bzw. kompakt und ist damit wirtschaftlich überlegen, weil es weniger störanfällig ist. Aufgrund dieser Vorteile wird das α-N-System in großem Umfang für verschiedene Arten von Brennkraftmaschineneinheiten verwendet.

Die in dem Zylinder angesaugte Luftmenge ist mit einer Zeitverzögerung der ersten Stufe mit einer bestimmten Zeitkonstanten behaftet. Die Zeitverzögerung der ersten Stufe tritt entsprechend einer Verzögerung bei einer Änderung der Luftzuführung zu einem Ansaugkrümmer auf. Die aufgrund des Drosselklappenöffnungsgrads und der Maschinendrehzahl in einem Übergangszustand geschätzte Ansaugluftmenge nimmt einen größeren Wert als eine Ist-Luftmenge im Zylinder an, und daher wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett, wenn die Drosselklappe im Übergangszustand schnell geöffnet wird.

Insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit Mehrfacheinspritzung ist ein Berechnungszeitpunkt der den jeweiligen Zylindern zuzuführenden Einspritzmenge unmittelbar vor dem Saughub vorgegeben, also wenn sich ein Einlaßventil gerade öffnet. Im Übergangszustand, in dem die Ansaugluftmenge während des Saughubs geändert wird, ergibt sich somit eine Differenz zwischen der Saugluftmenge zum Berechnungszeitpunkt der Einspritzmenge und der Luftmenge im Zylinder bei Beendigung des Saughubs. Die Differenz wirkt sich nachteilig auf den Einstellverlauf des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses aus.

Zur Beseitigung dieses Nachteils beschreibt die JP-OS 60 43 135 ein System, bei dem eine in den Zylinder angesaugte Ist-Luftmenge in Abhängigkeit vom Drosselklappenöffnungsgrad in der Anfangsphase des Übergangszustands und von der Maschinendrehzahl geschätzt wird. Die Einspritzmenge wird mit der Zeitverzögerung der ersten Stufe geändert, so daß sie die der geschätzten Ansaugluftmenge entsprechende Einspritzmenge erreicht. Damit wird eine Verbesserung des Einstellverlaufs des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses versucht.

Bei diesem Stand der Technik ist jedoch nichts über Mittel zum Schätzen der benötigten Saugluftmenge in Abhängigkeit vom Drosselklappenöffnungsgrad und der Maschinendrehzahl ausgesagt.

Gemäß einem anderen Aspekt beschreibt eine frühere eigene Anmeldung (JP-Patentanmeldung Nr. 63-2 57 645) ein System, bei dem eine momentane Ansaugluftmenge zuerst in Abhängigkeit vom Drosselklappenöffnungsgrad und der Maschinendrehzahl gewonnen wird. Dann wird die gewonnene Luftmenge mit dem Korrekturfaktor korrigiert, der unabhängig von der durch Subtraktion gebildeten Differenz zwischen der gewonnenen und der vorhergehenden gewonnenen Luftmenge vorgegeben ist. Damit wird die Ansaugluftmenge erhalten, die der in den Zylinder angesaugten Ist-Luftmenge angenähert ist.

Wie Fig. 7 zeigt, wird für eine geschätzte Ansaugluftmenge Map*, die für einen Einspritzpunkt A des ersten Zylinders bei R vor OT (z. B. bei 80° KW vor OT) vor dem Saughub vorgegeben ist, eine Ansauglufterhöhungsmenge Map bei einem Saughubendpunkt B primär in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer Ansaugluftmenge Map(tn), die aus dem Drosselklappenöffnungsgrad und der Maschinendrehzahl am Punkt A berechnet ist, und der Ansaugluftmenge Map(tn-1) im vorhergehenden Arbeitstakt geschätzt. Ein durch Addition der Ansaugluftmenge Map(tn) und der geschätzten Ansauglufterhöhungsmenge Map gebildeter Wert ist die geschätzte Ansaugluftmenge Map* am Einspritzpunkt A. Eine Grund-Einspritzmenge Tp wird aus der geschätzten Ansaugluftmenge Map* und einem Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis A/F als (Tp = Map*/A/F) berechnet.

Eine Beschleunigung einer mit mehr als vier Zylindern ausgerüsteten Brennkraftmaschine beginnt jedoch immer beim Saughub eines bestimmten Zylinders, so daß die vorgenannte Differenz zwischen der berechneten Luftmenge und der Ist- Ansaugluftmenge beim momentanen Saughub des bestimmten Zylinders auftritt. Daher wird eine Ansaugluftmenge um einen Anteil verringert, der dem schraffierten Teil in Fig. 8 entspricht.

Eine solche Differenz tritt auch während eines Verzögerungszyklus als umgekehrte Erscheinung auf.

Infolgedessen werden die Kraftstoff-Luft-Verhältnis- Einstellverläufe in der Anfangsphase des Übergangszustands schlechter, und es wird kein gutes Ansprechverhalten erreicht. Ferner verschlechtert sich der Abgasausstoß im Übergangszustand, so daß ein Katalysator stärker belastet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fehler oder Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen bzw. erheblich zu verbessern und eine Einrichtung zur Überwachung der Einspritzung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine anzugeben, die eine Einspritzmenge liefert, die einer Luftmenge im Zylinder am Ende eines Saughubs auch in einer Anfangsphase eines Übergangszustands sowie während eines Übergangsbetriebs entspricht, um dadurch das Ansprechverhalten im Übergangszustand und die Belastung eines Katalysators zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Einspritzüberwachungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Ansaugrohr, einer in diesem vorgesehenen Drosselklappe und einer Einspritzvorrichtung. Die Einrichtung umfaßt: Einen Sensor, der eine erste Maschinendrehzahl in bezug auf einen ersten Bezugs-Kurbelwinkel vor einem Saughub des Zylinders der Maschine und eine zweite Maschinendrehzahl in bezug auf einen zweiten Bezugs-Kurbelwinkel zum Saughub erfaßt; einen Sensor, der einen ersten Drosselklappenöffnungsgrad in bezug auf den ersten Bezugs-Kurbelwinkel und einen zweiten Drosselklappenöffnungsgrad in bezug auf den zweiten Bezugs-Kurbelwinkel erfaßt; ein Element, das einen Drosselklappenöffnungsgrad und eine Maschinendrehzahl nach Maßgabe des ersten Drosselklappenöffnungsgrads und der ersten Maschinendrehzahl schätzt; eine Einrichtung zum Berechnen einer ersten Luftmenge im Zylinder während des Saughubs mit dem ersten Drosselklappenöffnungsgrad und der ersten Maschinendrehzahl; eine Einrichtung zum Berechnen einer zweiten Luftmenge im Zylinder nach Maßgabe des zweiten Drosselklappenöffnungsgrads und der zweiten Maschinendrehzahl; ein Rechenglied, das eine erste Einspritzmenge nach Maßgabe der ersten Luftmenge im Zylinder und eine zweite Einspritzmenge nach Maßgabe der zweiten Luftmenge im Zylinder entsprechend der Berechnung durch die Luftmengenrecheneinrichtungen berechnet, und die Einspritzung der ersten Einspritzmenge beim ersten Bezugs-Kurbelwinkel zu beginnen; und ein Rechenglied, das eine asynchrone Unterbrechungs-Einspritzmenge nach Maßgabe einer Differenz zwischen der vom Einspritzmengen- Rechenglied berechneten ersten und zweiten Einspritzmenge berechnet, um die Einspritzung der Differenzmenge beim zweiten Bezugs-Kurbelwinkel auszuführen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die Überwachungseinrichtung ferner eine dem Einspritzmengen-Rechenglied zugeordnete Vorgabeeinheit, die einen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten vorgibt, sowie eine Einrichtung zum Schätzen eines Drosselklappenöffnungsgrads und einer Maschinendrehzahl nach Maßgabe des ersten Drosselklappenöffnungsgrads und der ersten Maschinendrehzahl zur Übermittlung der Schätzresultate an das erste Luftmengenrechenglied.

Bei der oben angegebenen Einspritzüberwachungseinrichtung für die Brennkraftmaschine werden ein Drosselklappenöffnungsgrad und eine Maschinendrehzahl primär in bezug auf den Bezugs-Kurbelwinkel vor dem Saughub geschätzt, und die geschätzte Luftmenge im Zylinder wird beim Saughub mit dem geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad und der geschätzten Maschinendrehzahl als Parameter berechnet. Zusätzlich wird die Luftmenge im Zylinder nach Maßgabe des Drosselklappenöffnungsgrads und der Maschinendrehzahl in bezug auf den Bezugs-Kurbelwinkel zu Beginn des Saughubs berechnet. Die Einspritzmengen werden nach Maßgabe der geschätzten Luftmenge im Zylinder berechnet, so daß die Einspritzung in den Zylinder bei dem Kurbelwinkel vor dem Saughub beginnt. Weitere Einspritzmengen werden nach Maßgabe der Luftmenge im Zylinder berechnet. Die asynchrone Unterbrechungs- Einspritzmenge wird auf der Grundlage der Differenz zwischen den beiden Einspritzmengen berechnet.

Damit ist es also möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Luftmenge im Zylinder bei Beendigung des Saughubs auch in der Anfangsphase des Übergangszustands sowie während des Übergangsbetriebs zuzuführen. Dadurch werden das Übergangs-Ansprechverhalten, der Abgasausstoß und die Belastung eines Katalysators verbessert.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Einspritzüberwachungseinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2A und 2B Flußdiagramme, die Operationsfolgen der Einspritzüberwachungseinrichtung darstellen;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Brennkraftmaschinen- Überwachungseinrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ansaugzustands;

Fig. 5A bis 5E Impulsdiagramme, die den Einspritzzeitpunkt zeigen;

Fig. 6A bis 6C Diagramme, die Änderungsverläufe eines Drosselklappenöffnungsgrads bzw. einer Ansaugluftmenge bzw. eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses darstellen;

Fig. 7A und 7B Diagramme, die die Einspritzmengen-Schätzung auf der Basis einer konventionellen Technik zeigen; und

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Verzögerung der Luftmenge in einem Zylinder auf der Basis der konventionellen Technik zeigt.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß Fig. 3, die eine schematische Anordnung einer Einspritzüberwachungseinrichtung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zeigt, hat eine Maschine 1 einen Einlaßkanal 1 a, mit dem ein Ansaugrohr 2 in Verbindung steht. Eine Drosselklappe 3 ist im Ansaugrohr 2 angeordnet, und zwischen der Drosselklappe 3 und dem Einlaßkanal 1 a ist eine Luftkammer 2 a gebildet. Ein Luftfilter 4 ist an der Aufstromseite des Ansaugrohrs 2 vorgesehen.

Ein Ansauglufttemperatursensor 5 ist an einer erweiterten Kammer des Luftfilters 4 angebracht. Ein Sensor 6 zur Aufnahme eines Öffnungsgrads der Drosselklappe 3 ist an dieser angeordnet. Eine Einspritzvorrichtung 7 mit einer Düse, die zum Einlaßkanal 1 a gerichtet ist, ist abstrom vom Ansaugrohr 2 angeordnet.

Die Maschine 1 weist ferner einen Auslaßkanal 1 b auf, mit dem ein Abgasrohr 8 in Verbindung steht. Ein Sensor 9 zur Aufnahme eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ist an dem Abgasrohr 8 befestigt. Ein Katalysator 10 ist abstrom vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 9 angeordnet.

Die Maschine 1 hat ferner eine Kurbelwelle 1 c, an der ein Kurbelwellenrotor 11 befestigt ist. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 11 a-11 d ist am Außenrand des Rotors 11 ausgebildet. Ein Kurbelwinkelsensor 12 ist dem Kurbelwellenrotor 11 gegenüberstehend angeordnet.

Fig. 3 zeigt nur den Zylinder #1 der Vierzylindermaschine. Die Vorsprünge 11 a und 11 b bezeichnen einen Bezugs-Kurbelwinkel R0 (z. B. R0 = 80° KW vor OT) in bezug auf die Zylinder #1 und #2 bzw. die Zylinder #3 und #4. Infolgedessen ist der Öffnungswinkel zwischen den Vorsrprüngen 11 a und 11 b 180°. Ein Winkel R1 ist zwischen den Vorsprüngen 11 a und 11 c sowie den Vorsprüngen 11 b und 11 d gebildet. Eine Maschinendrehzahl N wird aus einer Winkelgeschwindigkeit durch Erfassen des Winkels R1 berechnet.

Der Vorsprung 11 a bezeichnet einen Bezugs-Kurbelwinkel REF 1 vor dem Saughub, der den Einspritzbeginnzeitpunkt in bezug auf die Zylinder #1 und #2 darstellt. Der Vorsprung 11 a bezeichnet außerdem einen Bezugs-Kurbelwinkel beim Saughub in bezug auf die Zylinder #3 und #4. Ferner bezeichnet der Vorsprung 11 b einen Bezugs-Kurbelwinkel REF 2 vor dem Saughub, der den Einspritzzeitpunkt in bezug auf die Zylinder #3 und #4 darstellt, und außerdem einen Bezugs-Kurbelwinkel beim Saughub in bezug auf die Zylinder #1 und #2 (vgl. die Fig. 5B und 5C).

In Fig. 3 ist ein Steuerteil 13 vorgesehen. Eine Einspritzsteuereinheit 14 des Steuerteils 13 von Fig. 1 hat ein Schätzglied 15, ein Rechenglied 16 zum Berechnen einer geschätzten, die Drosselklappe 3 durchsetzenden Luftmenge, ein Rechenglied 17 zum Berechnen eines geschätzten Drucks in der Luftkammer 2 a, ein Rechenglied 18 zum Berechnen einer geschätzten Luftmenge im Zylinder, ein Rechenglied 19 zum Berechnen einer die Drosselklappe 3 durchsetzenden Luftmenge, ein Rechenglied 20 zum Berechnen eines Drucks in der Luftkammer 2 a, ein Rechenglied 21 zum Berechnen einer Luftmenge im Zylinder, ein Rechenglied 22 zum Berechnen einer Grund-Einspritzmenge, ein Vorgabeglied 23 zur Vorgabe eines Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten, ein Rechenglied 24 zum Berechnen einer Einspritzmenge und ein Rechenglied 25 zum Berechnen einer asynchronen Einspritzmenge ( Δ Ti).

Eine Einspritzmenge Ti und die asynchrone Einspritzmenge Δ Ti werden für die jeweiligen Zylinder vorgegeben. Die Mengen (Ti, Δ Ti) werden der Einfachheit halber nachstehend relativ zum Zylinder #1 angegeben.

Fig. 4 ist ein Modell eines Ansaugsystems. Dabei ist eine Luftmenge pro Zeiteinheit dm/dt in der Kammer 2 a des Ansaugrohrs 2 als eine Differenz zwischen einer angesaugten Luftmenge Mat (Luftmenge, die die Drosselklappe durchsetzt) und einer dem Zylinder zugeführten Luftmenge (Luftmenge im Zylinder) dargestellt.

Die Luftmenge pro Zeiteinheit ist dargestellt als

dM/dt = Mat-Map (1)

Die Zustandsgleichung in der Kammer 2 a ist

P·V = M·R·T (2)

mit
P: Innendruck
V: Innenvolumen
M: Luftmenge
R: Gaskonstante
T: Ansauglufttemperatur

Aus den obigen Gleichungen (1) und (2) wird ein Innendruck pro Zeiteinheit dP/dt in der Kammer 2 a wie folgt berechnet:

dP/dt = R·T·(Mat-Map)/V (3)

Es sei angenommen, daß die Gaskonstante R und das Innenvolumen V der obigen Gleichung (3) konstant sind; dann wird R·T/V eine Funktion in bezug auf die Ansauglufttemperatur T. Infolgedessen kann die Luftmenge Map im Zylinder nach Maßgabe der Werte der die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge Mat, des Kammerdrucks P und der Ansauglufttemperatur T berechnet werden.

Das Rechenglied 15 von Fig. 1 arbeitet wie folgt. Ein geschätzter Drosselklappenöffnungsgrad (tn) und eine geschätzte Maschinendrehzahl (tn) nach einer Verzögerungszeit (Td) in Abhängigkeit von einem momentanen Drosselklappenöffnungsgrad α (tn), der vom Öffnungsgradsensor 6 erfaßt wird, sowie einer momentanen Maschinendrehzahl N(tn), die vom Kurbelwinkelsensor 12 aufgenommen wird, werden nach Maßgabe der folgenden Gleichung berechnet, wenn ein den Bezugs-Kurbelwinkel (REF 1) bezeichnendes Signal vor dem Saughub vom Kurbelwinkelsensor 12 bei Erfassung des Vorsprungs 11 a des Kurbelwellenrotors 11 ausgegeben wird.

Die Verzögerungszeit (Td) bedeutet eine während einer vorbestimmten Periode von einem Winkel des Einspritzbeginnzeitpunkts zu einem der Mitte des Saughubs entsprechenden Winkel abgelaufene Zeitdauer und wird in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl berechnet. Nahezu die gesamte in den Zylinder der Maschine 1 anzusaugende Luftmenge wird bis zur Mitte des Saughubs angesaugt.

Td = f(N)

mit
S: a oder N
t: Rechenzyklus
tn: der momentane Zeitzyklus
(tn-1): der vorhergehende Zeitzyklus

Dabei wird eine Änderung des Drosselklappenöffnungsgrads oder eine Änderung der Maschinendrehzahl nach einer bestimmten Zeit im zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (4) berechnet, und der Drosselklappenöffnungsgrad α (tn) oder die Maschinendrehzahl N(tn) nach einer bestimmten Zeit wird geschätzt durch Addition des momentanen Drosselklappenöffnungsgrads α (tn) oder der momentanen Maschinendrehzahl N(tn) im ersten Term auf der rechten Seite zu der genannten Änderung.

In einem Rechenelement 16 a des Rechenglieds 16 zur Berechnung der die Drosselklappe durchsetzenden geschätzten Luftmenge wird aus dem geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad (tn) und der geschätzten Maschinendrehzahl (tn) vom Schätzglied 15 und einem geschätzten Druck (tn) in der Kammer 2 a, der im Rechenglied 17 zur Berechnung des geschätzten Innendrucks in dieser berechnet wird, eine geschätzte, die Drosselklappe durchsetzende Luftmenge at(tn) berechnet.

Dabei wird die die Drosselklappe durchsetzende geschätzte Luftmenge at(tn) wie folgt geschrieben:

mit
C: Luftdurchflußmengen-Koeffizient
A: Luftkanalquerschnitt
ψ : Reynolds-Zahl
Pa: Atmosphärendruck
ρ a: Dichte der Atmosphärenluft

Wenn in der Gleichung (5) in bezug auf die Reynolds-Zahl ψ gilt: P/Pa < {2/(k+1)}^1/(K-1), so ist

und bei P/Pa < {2/(k+1)}^1/(K-1) ist

mit
k: Koeffizient
g: Gewicht der Luft

Im Rechenglied 16 zum Berechnen der geschätzten, die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge ist eine Luftkanalquerschnitts- Tabelle TB _A vorgesehen, in der der vorher experimentell mit dem Drosselklappenöffnungsgrad als einem Parameter bestimmte Luftkanalquerschnitt A gespeichert ist. Das Rechenglied 16 enthält ferner eine Luftdurchflußmengen- Koeffizienten-Map MPc, in der der experimentell mit dem Drosselklappenöffnungsgrad α und der Maschinendrehzahl N als Parameter gebildete Luftdurchflußmengen-Koeffizient C gespeichert ist. Ferner ist eine Reynolds-Zahl-Map MP ψ vorgesehen, in der die Reynolds-Zahl ψ experimentell mit dem Innendruck P und dem Atmosphärendruck Pa als Parameter gebildet ist. In Fig. 1 wird der Atmosphärendruck Pa jedoch als ein Normaldruck angenommen, und nur der Innendruck P wird als ein Parameter angesehen.

Im Rechenglied 16 wird der Luftkanalquerschnitt A aus der Luftkanalquerschnitts-Tabelle TB _A mit dem vom Schätzglied 15 berechneten geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad (tn) ausgelesen. Der Luftdurchflußmengen-Koeffizient C wird aus der Luftdurchflußmengen-Koeffizienten-Map MPc mit dem geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad (tn) und der geschätzten Maschinendrehzahl (tn) abgerufen. Die Reynolds- Zahl c wird aus der Reynolds-Zahl-Map MP ψ mit dem im Rechenglied 17 berechneten geschätzten Innendruck (tn) abgerufen.

Die Luftmenge at(tn) wird im Rechenelement 16 a nach Maßgabe der Gleichung (5) auf der Basis des Luftkanalquerschnitts A, des Luftdurchflußmengen-Koeffizienten C und der Reynolds-Zahl ψ berechnet.

Das Rechenglied 17 für den geschätzten Druck enthält eine Koeffizienten-Tabelle TB·R·T/V zur Speicherung eines experimentell mit einer Ansauglufttemperatur T gebildeten Koeffizienten R·T/V und enthält ferner ein Rechenelement 17 a, das mit der vom Ansauglufttemperatursensor 5 erfaßten Ansauglufttemperatur T den geschätzten Druck (tn+1) in Abhängigkeit von dem aus der Koeffizienten-Tabelle TB·R·T/V, der vom Luftmengenrechenglied 16 berechneten Luftmenge Mat(tn) und der vom Rechenglied 18 berechneten geschätzten Luftmenge at(tn) im Zylinder berechnet.

Im Rechenglied 18 wird die geschätzte Luftmenge ap(tn) entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:

mit
D: Hubvolumen (Hubraum)
N: Maschinendrehzahl
η v: Füllungsgrad

Der Koeffizient D/2·R·T wird als eine Funktion der Ansauglufttemperatur T angenommen, so daß der Koeffizient D/2·R·T vorher experimentell aus der Koeffizienten-Tabelle TB·D/2·R·T mit der Ansauglufttemperatur gewonnen werden kann. Der Füllungsgrad η v wird ebenfalls vorher experimentell mit der Maschinendrehzahl N und dem Drosselklappenöffnungsgrad α gewonnen und dann in der Füllungsgrad-Map MP h v gespeichert.

Das Rechenglied 18 enthält ferner ein Rechenelement 18 a, das den Koeffizienten D/2 · R·T aus der Koeffizienten-Tabelle TB·D/2·R·T auf der Basis der Gleichung (6) abruft. Das Rechenelement 18 a ruft den Füllungsgrad η v aus der Füllungsgrad-Map MP η v mit der im Schätzglied 15 geschätzten Maschinendrehzahl und dem dort geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad ab. Das Rechenelement 18 a berechnet ferner die geschätzte Luftmenge ap(tn) aus der geschätzten Maschinendrehzahl (tn) und dem geschätzten Druck (tn), der nach Maßgabe des Programms im vorhergehenden Zeitzyklus des Schätzdruck-Rechenglieds 17 berechnet wurde.

Die geschätzte Luftmenge ap(tn) wird nach Maßgabe der folgenden Gleichung berechnet:

Das Rechenglied 19 zum Berechnen der die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge, das Rechenglied 20 zum Berechnen des Drucks in der Kammer 2 a und das Rechenglied 21 zum Berechnen der Luftmenge im Zylinder sind ebenfalls mit Maps MPc, MP c, MP η v und den Tabellen TB _A , TB · R · T/V, TB · D/2 · R · T versehen, die für die jeweiligen Rechenglieder 16, 17 und 18 vorgesehen sind.

Die Rechenglieder 19, 20 und 21 nach Fig. 1 führen die Rechenvorgänge nach Maßgabe des Drosselklappenöffnungsgrads α (tn′), der Maschinendrehzahl N(tn′) und der Ansauglufttemperatur T zu einem Zeitpunkt aus, zu dem das Bezugs-Kurbelwinkel- Signal REF 2 zum Saughub bei Erfassung des Vorsprungs 11 b des Kurbelwellenrotors 11 vom Kurbelwinkelsensor 12 ausgegeben wird. Da jedoch die Ansaugluftmengentemperatur T eine geringere Verlagerung pro Zeiteinheit erfährt, kann ein Abtastzyklus im Vergleich mit der Maschinendrehzahl N lang sein.

Im Luftmengenrechner 19 wird der Luftkanalquerschnitt A aus der Luftkanalquerschnitts-Tabelle TB _A mit dem Drosselklappenöffnungsgrad α (tn′) abgerufen. Der Luftdurchflußmengen- Koeffizient C wird aus der Luftdurchflußmengen-Koeffizienten- Map MPc mit dem Drosselklappenöffnungsgrad α (tn′) und der Maschinendrehzahl N(tn′) abgerufen. Die Reynolds-Zahl ψ wird aus der Reynolds-Zahl-Map MP ψ mit dem vom Druckrechenglied 20 bestimmten Druck P(tn′) abgerufen.

Das Rechenglied 19 enthält ein Rechenelement 19 a zum Berechnen der die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge Mat(tn′) nach Maßgabe der Gleichung (5).

Im Rechenglied 20 zum Berechnen des Drucks in der Kammer 2 a wird der Koeffizient RT/V aus der Koeffizienten-Tabelle TB · RT/V mit der Ansauglufttemperatur T abgerufen. Das Rechenglied 20 weist ein Rechenelement 20 a auf, das den Druck P(tn′+1) nach Maßgabe der Gleichung (3) aufgrund des Koeffizienten RT/V, der im Rechenglied 19 berechneten, die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge Mat(tn′) und der im Rechenglied 21 berechneten Luftmenge Map(tn′) berechnet.

Im Rechenglied 21 wird der Koeffizient D/2·R·T aus der Koeffizienten-Tabelle TB·D/2·R·T mit der Ansauglufttemperatur T abgerufen. Der Füllungsgrad η v wird aus der Füllungsgrad- Map MP η v mit der Maschinendrehzahl N(tn′) und dem Drosselklappenöffnungsgrad α (tn′) abgerufen. Infolgedessen wird die Luftmenge Map(tn′) wie folgt entsprechend der Gleichung (6) nach Maßgabe des Drucks P(tn′), der auf der Basis des vorhergehenden Programms des Rechenglieds 20 und des Drosselklappenöffnungsgrads α (tn′) berechnet wurde, berechnet:

Im Rechenglied 22 für die Grund-Einspritzmenge werden die Grundeinspritzmengen p und Tp (p = ap/A/F; Tp = Map/A/F) als das Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnis A/F jeweils aus der geschätzten Luftmenge ap(tn) und der Luftmenge Map(tn′) berechnet.

Das Vorgabeglied 23 für den Kraftstoff-Luft-Verhältnis- Rückführungskorrekturkoeffizienten liest das Ausgangssignal vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 9 aus und gibt den Kraftstoff- Luft-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten K durch PI-Regelung vor.

Das Einspritzmengen-Rechenglied 24 führt die Rückführungskorrektur der jeweiligen, im Rechenglied 22 berechneten Grund-Einspritzmengen p und Tp in Abhängigkeit von dem vom Vorgabeglied 23 vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnis- Rückführungskorrekturkoeffizienten KFB durch und berechnet die Einspritzmengen i und Ti (i = p·KFB; Ti = Tp·KFB).

Der Einspritzimpuls wird auf der Basis der Einspritzmenge i zur Einspritzvorrichtung 7 ausgegeben.

Im Rechenglied 25 für die asynchrone Unterbrechungs- Einspritzung werden die im Rechenglied 24 berechneten Einspritzmengen i und Ti verglichen. Bei i<Ti und bei i<T180 (Zeitdauer für die Rotation um 180° KW) wird ein Einspritzsignal entsprechend der Differenz Δ Ti (Δ Ti = Ti-i) zur Einspritzvorrichtung 7 übertragen.

Dagegen wird im Fall von i<T180 oder i<Ti die Unterbrechungs- Einspritzung nicht ausgeführt.

Wie die Fig. 5A bis 5E zeigen, beginnt nämlich die reguläre Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt, zu dem ein den Bezugs-Kurbelwinkel REF 1 vor dem Saughub des Zylinders #1 bezeichnendes Signal vom Kurbelwinkelsensor 12 erzeugt wird. Andererseits beginnt die asynchrone Unterbrechungs- Einspritzung zu einem Zeitpunkt, zu dem ein den Bezugs-Kurbelwinkel REF 2 zum Saughub bezeichnendes Signal vom Sensor 12 erzeugt wird. Beide Bezugs-Kurbelwinkelsignale REF 1 sowie REF 2 werden nach Maßgabe der Erfassung der Vorsprünge 11 a und 11 b am Kurbelwellenrotor 11 ausgegeben. Beide Vorsprünge 11 a und 11 b haben eine Phase von 180 · KW, wie Fig. 3 zeigt. Wenn also die Einspritzmenge i größer als T180 ist, kann die asynchrone Unterbrechungs-Einspritzung nicht ausgeführt werden. Außerdem kann die aus der Differenz zwischen i und Ti zu berechnende asynchrone Unterbrechungs- Einspritzmenge Δ Ti nicht berechnet werden, auch wenn die Einspritzmenge i kleiner als T180, aber größer als die Einspritzmenge Ti ist. In einem solchen Fall wird daher die asynchrone Unterbrechungs-Einspritzung nicht ausgeführt.

Die Steuerfolge der Einspritzsteuereinheit 14 wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 2 erläutert.

Gemäß Fig. 2A werden in Schritt S 101, wenn das Bezugs- Kurbelwinkelsignal REF 1 vor dem Saughub ausgegeben wird, der geschätzte Drosselklappenöffnungsgrad (tn) und die geschätzte Maschinendrehzahl (tn) aufgrund des Öffnungsgrads α (tn) bzw. der Maschinendrehzahl N(tn) berechnet.

In Schritt S 102 wird die geschätzte Luftmenge at(tn) aus dem geschätzten Drosselklappenöffnungsgrad (tn) und der geschätzten Maschinendrehzahl (tn), die in Schritt S 101 berechnet wurden, und dem in Schritt S 104 berechneten geschätzten Druck (tn) berechnet.

Dann wird in Schritt S 103 die Luftmenge ap(tn) nach Maßgabe des geschätzten Drosselklappenöffnungsgrads (tn) und der geschätzten Maschinendrehzahl (tn), die in Schritt S 101 berechnet wurden, der Ansauglufttemperatur T und des in Schritt S 104 des vorhergehenden Programms geschätzten Drucks (tn) berechnet.

In Schritt S 104 wird der momentane geschätzte Druck (tn+1) nach Maßgabe der Ansauglufttemperatur T, der in Schritt S 102 berechneten geschätzten, die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge at(tn) und der in Schritt S 103 berechneten geschätzten Luftmenge ap(tn) berechnet.

Dann wird in Schritt S 105 die Grund-Einspritzmenge p auf der Basis des vorher vorgegebenen Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses A/F nach Maßgabe der in Schritt S 103 berechneten geschätzten Luftmenge ap(tn) berechnet (p = ap(tn)/A/F).

In Schritt S 106 wird die Einspritzmenge i berechnet durch Korrektur der in Schritt S 105 berechneten Grund-Einspritzmenge p mit dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten KFB (i = p = KFB).

In Schritt S 107 wird der auf der Einspritzmenge i basierende Einspritzimpuls an die Einspritzvorrichtung 7 geliefert.

Eine Unterbrechungsverarbeitung der asynchronen Unterbrechungs- Einspritzmenge wird in Schritt S 108 durchgeführt, wenn das Bezugs-Kurbelwinkelsignal REF 2 zum Saughub ausgegeben wird.

Die Unterbrechungsverarbeitung ist in dem Flußdiagramm von Fig. 2B gezeigt.

Zuerst wird in Schritt S 201 die die Drosselklappe durchsetzende Luftmenge Mat(tn′) aus dem Drosselklappenöffnungsgrad α (tn′) und der Maschinendrehzahl N(tn′), die zum Zeitpunkt des Bezugs-Kurbelwinkelsignals REF 2 zum Saughub berechnet wurden, und aus dem in Schritt S 203 des vorherigen Ablaufs berechneten Druck P(tn′) berechnet.

Dann wird in Schritt S 202 die Luftmenge Map(tn′) aus dem Drosselklappenöffnungsgrad α (tn′) und der Maschinendrehzahl N(tn′), der Ansauglufttemperatur T und dem in Schritt S 203 des vorhergehenden Ablaufs berechneten Druck P(tn′) berechnet.

In Schritt S 203 wird der momentane Druck P(tn+1) nach Maßgabe der Ansauglufttemperatur T, der in Schritt S 201 berechneten, die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge Mat(tn′) und der in Schritt S 202 berechneten Luftmenge Map(tn′) berechnet.

Dann geht der Ablauf zu Schritt S 204, in dem die Grund- Einspritzmenge Tp auf der Basis des vorher vorgegebenen Soll-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses A/F nach Maßgabe der in Schritt S 202 berechneten Luftmenge Map(tn′) berechnet wird (Tp = Map(tn′)/A/F).

Im nächsten Schritt S 205 wird die Einspritzmenge Ti durch Korrektur der in Schritt S 204 berechneten Grund-Einspritzmenge Tp mit dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Rückführungskorrekturkoeffizienten KFB berechnet (Ti = Tp KFB).

Nach diesen Schritten ist die Unterbrechungsverarbeitung beendet.

Dann werden in Schritt S 109 von Fig. 2A die in Schritt S 106 berechnete Einspritzmenge i und die in Schritt S 205 berechnete Einspritzmenge Ti miteinander verglichen, und bei i<Ti beginnt der nächste Schritt S 110, während bei i Ti das Programm beendet wird, wie Fig. 2A zeigt.

In Schritt S 110 werden der Impulstakt der in Schritt S 106 berechneten Einspritzmenge Ti und die Zeit T180 (abgelaufene Zeit für die Rotation um 180° KW) miteinander verglichen. Bei i T180 ist das Programm beendet, während bei i T180 der nächste Schritt S 111 beginnt. Die asynchrone Unterbrechungs-Einspritzmenge Δ Ti (Δ Ti = Ti-i) wird aus der Differenz zwischen den Einspritzmengen Ti und Ti berechnet.

In Schritt S 112 wird der Einspritzimpuls nach Maßgabe der in Schritt S 111 berechneten asynchronen Unterbrechungs- Einspritzmenge Ti zur Einspritzvorrichtung 7 ausgegeben.

Wie vorstehend beschrieben und in bezug auf den Zylinder #1 von Fig. 5D gezeigt, wird in einem Fall, in dem erkannt wird, daß die Einspritzmenge i, die geschätzt wurde, bevor der Saughub als Ergebnis der Berechnung der Einspritzmenge Ti kurz wird, die Unterbrechungs-Einspritzung entsprechend der fehlenden Menge zum Saughub ausgeführt.

Infolgedessen kann, wie Fig. 6C zeigt, der Einstellverlauf des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Übergangszustand gegenüber dem Fall, in dem keine Korrektur der Einspritzmenge beim Saughub durchgeführt wird, wesentlich verbessert werden. Wie Fig. 6B zeigt, ändert sich ferner die Ansaugluftmenge im Übergangszustand von der mit einer Verzögerung behafteten Luftmenge zu der Luftmenge, die im wesentlichen gleich der tatsächlich angesaugten Luftmenge ist. Infolgedessen kann auch der Einstellverlauf des Zündtakts, der auf der Grundlage der Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl vorgegeben wird, verbessert werden.

Claims (9)

1. Einspritzüberwachungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Ansaugrohr, einer in diesem vorgesehenen Drosselklappe und einer Einspritzvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Sensor (12), der eine erste Maschinendrehzahl in bezug auf einen ersten Bezugs-Kurbelwinkel vor einem Saughub des Zylinders der Maschine und eine zweite Maschinendrehzahl in bezug auf einen zweiten Bezugs-Kurbelwinkel beim Saughub erfaßt;
einen Sensor (6), der einen ersten Drosselklappenöffnungsgrad in bezug auf den ersten Bezugs-Kurbelwinkel und einen zweiten Drosselklappenöffnungsgrad in bezug auf den zweiten Bezugs-Kurbelwinkel erfaßt;
ein Element (15), das einen Drosselklappenöffnungsgrad und eine Maschinendrehzahl nach Maßgabe des ersten Drosselklappenöffnungsgrads und der ersten Maschinendrehzahl schätzt;
eine Einrichtung zum Berechnen einer ersten Luftmenge im Zylinder während des Saughubs mit dem ersten Drosselklappenöffnungsgrad und der ersten Maschinendrehzahl;
eine Einrichtung zum Berechnen einer zweiten Luftmenge im Zylinder nach Maßgabe des zweiten Drosselklappenöffnungsgrads und der zweiten Maschinendrehzahl;
ein Rechenglied (24), das eine erste Einspritzmenge nach Maßgabe der ersten Luftmenge im Zylinder und eine zweite Einspritzmenge nach Maßgabe der zweiten Luftmenge im Zylinder entsprechend der Berechnung durch die Luftmengenrecheneinrichtungen berechnet, um die Einspritzung der ersten Einspritzmenge beim ersten Bezugs-Kurbelwinkel zu beginnen; und
ein Rechenglied (25), das eine asynchrone Unterbrechungs- Einspritzmenge nach Maßgabe einer Differenz zwischen der vom Einspritzmengen-Rechenglied berechneten ersten und zweiten Einspritzmenge berechnet, um die Einspritzung der Differenzmenge beim zweiten Bezugs-Kurbelwinkel auszuführen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Vorgabeglied (23), das dem Einspritzmengen-Rechenglied zugeordnet ist und einen Kraftstoff-Luft-Verhältnis- Rückführungskorrekturkoeffizienten vorgibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Schätzen eines Drosselklappenöffnungsgrads und einer Maschinendrehzahl nach Maßgabe des ersten Drosselklappenöffnungsgrads und der ersten Maschinendrehzahl zur Übermittlung der Schätzresultate an das erste Luftmengenrechenglied.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
einen Sensor (5), der eine erste Ansauglufttemperatur in bezug auf den ersten Bezugs-Kurbelwinkel und eine zweite Ansauglufttemperatur in bezug auf den zweiten Bezugs-Kurbelwinkel erfaßt;
wobei das erste Luftmengenrechenglied zur Berechnung der ersten Luftmenge ferner auf die erste Ansauglufttemperatur anspricht; und
wobei das zweite Luftmengenrechenglied zur Berechnung der zweiten Luftmenge ferner auf die zweite Ansauglufttemperatur anspricht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Luftmengenrecheneinrichtung aufweist:
einen ersten Rechner (16), der aufgrund des Drosselklappenöffnungsgrads und der Maschinendrehzahl, die beide vom Schätzglied geschätzt sind, der ersten Ansauglufttemperatur und eines geschätzten Drucks im Ansaugrohr eine geschätzte, die Drosselklappe durchsetzende Luftmenge berechnet;
einen zweiten Rechner (17), der aufgrund der ersten Ansauglufttemperatur, der geschätzten, die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge und der ersten Luftmenge im Zylinder einen geschätzten Druck im Ansaugrohr berechnet; und
einen dritten Rechner (18), der aufgrund des Drosselklappenöffnungsgrads und der Maschinendrehzahl, die beide vom Schätzglied geschätzt sind, der ersten Ansauglufttemperatur und des geschätzten Drucks im Ansaugrohr die erste Luftmenge im Zylinder berechnet.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Luftmengenrecheneinrichtung aufweist:
einen vierten Rechner (19), der aufgrund des zweiten Drosselklappenöffnungsgrads, der zweiten Maschinendrehzahl, der zweiten Ansauglufttemperatur und eines Drucks im Ansaugrohr eine die Drosselklappe durchsetzende Luftmenge berechnet;
einen fünften Rechner (20), der aufgrund der zweiten Ansauglufttemperatur, der die Drosselklappe durchsetzenden Luftmenge und der Luftmenge im Zylinder einen Druck im Ansaugrohr berechnet; und
einen sechsten Rechner (21), der aufgrund des zweiten Drosselklappenöffnungsgrads und der zweiten Maschinendrehzahl, der zweiten Ansauglufttemperatur und des Drucks im Ansaugrohr die geschätzte Luftmenge im Zylinder berechnet.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung für die asynchrone Unterbrechungs- Einspritzmenge aufweist:
einen ersten Vergleicher, der die erste und die zweite Einspritzmenge miteinander vergleicht und die Differenz zwischen beiden Mengen ausgibt, wenn die erste Einspritzmenge geringer als die zweite Einspritzmenge ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung für die asynchrone Unterbrechungs- Einspritzmenge ferner aufweist:
einen zweiten Vergleicher, der die erste Einspritzmenge mit einer Vorgabemenge vergleicht unter Bildung der Differenzmenge, wenn die erste Einspritzmenge geringer als die Vorgabemenge ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Speicherung verschiedener Gleichungen und Koeffizienten für die Berechnung der ersten und der zweiten Luftmengen mit den die Maschinendrehzahl, den Drosselklappenöffnungsgrad und die Ansaugluft bezeichnenden Signalen.