DE4019540A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung der kraftstoffzufuhr zu den zylindern einer brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur steuerung der kraftstoffzufuhr zu den zylindern einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der
Kraftstoffzufuhr zu einer Mehrzahl Zylinder einer Brenn
kraftmaschine, insbesondere ein Verfahren und eine Einrich
tung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern
einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine unter Steuerung von
Einspritzventilen, die den jeweiligen Zylindern zugeordnet
sind.
Eine Kraftstoffeinspritzfolgesteuerung, bei der den Zylin
dern jeweils zugeordnete Einspritzventile nacheinander
synchron mit der Rotation der Brennkraftmaschine zur Kraft
stoffzuführung angesteuert werden, ist als ein konventio
nelles Kraftstoffzufuhrsystem für Mehrzylinder-Brennkraft
maschinen bekannt. Bei dieser Einspritzfolgesteuerung wer
den eine Einspritzbeginnsteuerung, d. h. eine Steuerung des
Einspritzbeginns, und eine Einspritzendesteuerung, d. h.
eine Steuerung des Einspritzendes, durchgeführt, wie z. B.
auf S. 1004 von Jidosha Gÿutsu, Bd. 39, Nr. 9, 1985, be
schrieben ist. Bei diesem Steuersystem werden jedoch die
Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt durch die Maschi
nenlast bestimmt, die aus der Saugluftdurchflußmenge und
der Maschinendrehzahl usw. gewonnen wird. Normalerweise
erfolgt die Kraftstoffeinspritzung während des Auslaßhubs
jedes Zylinders mit Ausnahme einer Übergangsperiode, in der
sich die Last plötzlich ändert.
Bei dem konventionellen System wird also die Kraftstoff
einspritzung in jeden Zylinder der Brennkraftmaschine so
gesteuert, daß zuerst auf der Basis von Qa/N (= Quotient
aus Saugluftdurchflußmenge Qa entsprechend der Maschinen
last und Maschinendrehzahl N) die erforderliche Einspritz
menge bestimmt und dann mit verschiedenen Korrekturkoeffi
zienten korrigiert wird, und daß die Einspritzung während
des Auslaßhubs in jeden Zylinder unter Berücksichtigung der
nach Maßgabe der Einspritzmenge bestimmten Einspritzdauer
durchgeführt wird.
Bei diesem konventionellen System stellt sich das Problem
einer Erhöhung der Gesamtmenge an Kohlenstoffverbindungen
im Abgas und somit eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs und
einer Verschlechterung des Betriebsverhaltens beim Anlassen
der Maschine, insbesondere beim Warmlaufen aus einem sehr
kalten Zustand.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines
Verfahrens und einer Einrichtung zur Steuerung der Kraft
stoffzufuhr zu den Zylindern einer Mehrzylinder-Brennkraft
maschine, wobei die Abgaszusammensetzung verbessert, der
Kraftstoffverbrauch verringert und das Betriebsverhalten
beim Anlassen der Maschine bzw. insbesondere beim Anlassen
und Warmlaufen der Maschine aus dem Kaltzustand verbessert
werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung ein Ver
fahren zur Kraftstoffzufuhr zu einer Mehrzahl Zylinder
einer Brennkraftmaschine angegeben, wobei Maschinenbe
triebszustände einschließlich die Betriebstemperatur der
Maschine erfaßt werden und der Kraftstoff auf der Basis
der erfaßten Maschinenbetriebszustände aufeinanderfolgend
in jeden Maschinenzylinder eingespritzt wird; dieses Ver
fahren umfaßt das Verschieben des Zeitpunkts der Kraft
stoffeinspritzung in jeden der Mehrzahl Zylinder von einer
Auslaßhubperiode zu einer Saughubperiode nach Maßgabe der
aus den erfaßten Maschinenbetriebszuständen ausgewählten
Maschinenbetriebstemperatur.
Ferner ist zur Lösung der genannten Aufgabe ein Verfahren
zur Kraftstoffzufuhr zu einer Mehrzahl Zylinder einer
Brennkraftmaschine angegeben, wobei Maschinenbetriebszu
stände erfaßt werden und der Kraftstoff aufeinanderfolgend
durch Einspritzung in jeden der Maschinenzylinder auf der
Basis der erfaßten Maschinenbetriebszustände zugeführt
wird; dabei wird der Kraftstoff wenigstens unter einem vor
bestimmten Maschinenbetriebszustand in Saugluftströme ein
gespritzt, die in jeden Maschinenzylinder strömen.
Ferner wird zur Lösung der genannten Aufgabe gemäß der
Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzu
fuhr zu einer Mehrzahl Zylinder einer Brennkraftmaschine
angegeben mit Sensoren, die Maschinenbetriebszustände ein
schließlich der Maschinenbetriebstemperatur aufnehmen, mit
einer Steuereinheit, die die jedem der Mehrzahl Maschinen
zylinder zuzuführende Kraftstoffmenge und den Einspritz
zeitpunkt aufgrund eines Eingangssignals von den Sensoren
bestimmt, und mit Einspritzventilen, die den Kraftstoff in
jeden der Mehrzahl Maschinenzylinder durch Steuerung der
Ventilöffnung auf der Basis eines von der Steuereinheit
zugeführten Einspritzsteuersignals aufeinanderfolgend ein
spritzen, wobei der Steuereinheit ein Maschinentemperatur
signal von den Maschinenbetriebszustands-Sensoren zugeführt
wird und die Steuereinheit den auf dem Einspritzsteuersi
gnal basierenden Einspritzzeitpunkt nach Maßgabe des Pegels
des Maschinentemperatursignals von einer Auslaßhubperiode
zu einer Saughubperiode verschiebt.
Die Erfindung basiert auf den Ergebnissen verschiedener
Experimente, wobei festgestellt wurde, daß im kalten Zu
stand der Brennkraftmaschine während des Auslaßhubs einge
spritzter Kraftstoff nicht verdunstet, sondern an den In
nenflächen von Saugleitungen anhaftet und dem Zylinderin
nenraum in flüssigem Zustand zugeführt wird.
Durch die Mittel zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe
wird beim Anlassen der Maschine im Niedrigtemperaturzustand
der Einspritzzeitpunkt in Richtung zur Saughubperiode ver
schoben, um zu verhindern, daß eingespritzter Kraftstoff an
Saugleitungswandungen haftet, so daß den Saugluftströmen
vergaster Kraftstoff direkt zugeführt wird. Dadurch werden
sowohl die Kraftstoffzufuhr beim Anlassen der Maschine im
Kaltzustand als auch der Kraftstoffverbrauch und das Be
triebsverhalten verbessert.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen an
Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A bis 1C jeweils Zeitdiagramme, die die Einspritz
zeitpunkte in jeden Zylinder einer Mehrzylin
der-Brennkraftmaschine auf der Basis eines
Kraftstoffzufuhrverfahrens nach der Erfindung
in bezug auf Fälle zeigen, in denen die Kühl
wassertemperatur -30°C bzw. 0°C bzw. 60°C
beträgt;
Fig. 2 ein Blockbild einer Kraftstoffzufuhr-Steuer
einrichtung zur Kraftstoffzufuhr auf der Basis
des Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Kurbelwinkel
sensors der Kraftstoffzufuhr-Steuereinrichtung
von Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das den internen Aufbau
einer Steuereinheit der Kraftstoffzufuhr-
Steuereinrichtung von Fig. 2 sowie elektrische
Verbindungen zwischen Ein-Ausgabe-Einheiten
zeigt;
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Steuerprogramms für den
Betrieb der Steuereinheit entsprechend dem
Kraftstoffzufuhrverfahren nach der Erfindung;
Fig. 6 und 7 Diagramme, die den Inhalt von in einer Tabelle
gespeicherten Daten für den Steuerungsablauf
nach Fig. 5 zeigen;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm, das den Inhalt des Steuer
ablaufs nach Fig. 5 zeigt;
Fig. 9 bis 11 Querschnitte von Brennkraftmaschinen, wobei
die Ergebnisse von Experimenten gezeigt sind,
auf denen die Erfindung basiert; dabei zeigt
Fig. 9 das konventionelle Verfahren, wobei
Kraftstoff während eines Auslaßhubs einge
spritzt wird; Fig. 10 zeigt einen Zustand der
Maschine von Fig. 9 während eines Saughubs;
und Fig. 11 zeigt einen Einspritzzustand in
einer Maschine gemäß der Erfindung;
Fig. 12 ein Zeitdiagramm, das ein konventionelles
Kraftstoffzufuhrverfahren zeigt;
Fig. 13A ein Diagramm, das den Verlauf der Änderung der
Gesamtkohlenstoffmenge im Abgas bei dem kon
ventionellen Verfahren zeigt; und
Fig. 13B ein Fig. 13A entsprechendes Diagramm, das den
Verlauf der Änderung der Stickoxidmenge im
Abgas zeigt.
Bei dem eingangs genannten konventionellen System, das auf
S. 1004, Jidosha Gÿutsu, Bd. 39, Nr. 9, 1985, beschrieben
ist, wird die Kraftstoffeinspritzung in jeden Zylinder der
Maschine so gesteuert, daß entsprechend dem Zeitdiagramm
von Fig. 12 die erforderliche Einspritzmenge zuerst auf der
Basis von Qa/N (= Quotient aus Saugluftdurchflußmenge Qa
entsprechend der Maschinenlast und Maschinendrehzahl N)
berechnet und mit verschiedenen Korrekturkoeffizienten kor
rigiert wird, und die Einspritzung erfolgt dann während des
Auslaßhubs in jeden Zylinder, wie der schraffierte Bereich
im Zeitdiagramm zeigt, unter Berücksichtigung der nach Maß
gabe der Einspritzmenge bestimmten Einspritzdauer.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß gemäß den Abgascharak
teristiken der Fig. 13A und 13B die Menge der Schadstoff
anteile im Abgas (auf der Ordinate der Diagramme der Fig.
13A und 13B), d. h. Stickoxide (NOx) und Gesamtkohlenstoff
verbindungen (THC) einschließlich Kohlenmonoxid und Kohlen
wasserstoffe (HC) durch den Einspritzzeitpunkt wesentlich
beeinflußt wird. Wenn z. B. der Zeitpunkt der Beendigung
der Kraftstoffeinspritzung in der Saugperiode liegt, wäh
rend die Maschine in einem normalen Betriebsbereich läuft,
sind die NOx-Anteile im Abgas vermindert, wie Fig. 13B
zeigt, aber die THC-Anteile sind erhöht, wie Fig. 13A
zeigt, und die Maschinenleistung wird gleichzeitig verrin
gert. Der Grund hierfür wird darin gesehen, daß bei Kraft
stoffeinspritzung während des Saughubs der Maschine der
Kraftstoff gezündet wird, bevor er ausreichend verdunstet
und mit Luft im Zylinder vermischt ist. Auf der Abszisse
der Diagramme von Fig. 13A und 13B ist jeweils der Kurbel
winkel (CA), d. h. der den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt
bezeichnende Kurbelwinkel, aufgetragen.
Bei dem obigen bekannten System ergibt sich das Problem
einer erhöhten THC-Komponentenmenge im Abgas und dadurch
eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs und einer Verschlech
terung des Betriebsverhaltens beim Anlassen der Maschine
bzw. ganz besonders im halb warmgelaufenen Zustand aus
einem Niedrigtemperaturzustand heraus.
Versuchsergebnisse, die als Basis für die vorliegende Er
findung dienen, werden vor der Erläuterung eines Ausfüh
rungsbeispiels beschrieben.
Normalerweise erfolgt die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern
einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine wie folgt: Nach Fig.
9 wird Kraftstoff aus einem Einspritzventil 4, das an jeder
Saugleitung 2 einer Maschine 1 im Bereich einer Zylinder
einlaßöffnung 3 befestigt ist, zu einem schirmähnlichen
Teil eines Einlaßventils 5 eingespritzt, das an einem
Zylinderkopf so befestigt ist, daß es allgemein in Axial
richtung eines Zylinders 8 bewegbar ist. Zu diesem Zeit
punkt befindet sich der Arbeitstakt der Maschine 1 in bezug
auf diesen Zylinder im Auslaßhub; ein Auslaßventil 6 ist
geöffnet, und ein Kolben 7 führt einen Aufwärtshub aus.
Wenn die Maschine 1 kalt ist, weil sie z. B. soeben ange
lassen wurde, wird während des Auslaßhubs der größte Teil
des aus dem Einspritzventil 4 gespritzten Kraftstoffs nicht
verdunstet, sondern haftet in flüssigem Zustand an Innen
wandteilen der Saugleitung 2 und Randabschnitten des Ein
laßventils 5 und sammelt sich dort, wie die schraffierten
Bereiche in Fig. 9 zeigen.
Wenn der Betrieb der Maschine 1 zum Saughub weitergeht,
wird das Auslaßventil 6 geschlossen, während das bisher
geschlossene Einlaßventil 5 geöffnet wird, wie Fig. 10
zeigt. Eine gewisse Luftmenge in Abhängigkeit vom Drossel
klappenöffnungsgrad wird somit durch einen Luftfilter
(nicht gezeigt) in den Zylinder 8 eingeleitet. Zu diesem
Zeitpunkt strömt ein Teil des in flüssigem Zustand anhaf
tenden und angesammelten Kraftstoffs entlang einer Innen
wandfläche des Zylinders 8 (wie bei C in Fig. 10 angedeutet
ist), während der restliche Kraftstoff in Form von relativ
großen Tropfen (mit D bezeichnet) mit in den Zylinder ange
saugten Luftströmen vermischt und in den Zylinder 8 einge
führt wird. In diesem Fall bleibt ein großer Teil des dem
Inneren des Zylinders 8 zugeführten Kraftstoffs im flüssi
gen Zustand und verdunstet nicht, so daß es nicht möglich
ist, den Kraftstoff auch mittels Hochenergiezündung voll
ständig zu verbrennen, was zu einer Verschlechterung der
Abgaszusammensetzung (insbesondere einer Erhöhung des THC-
Anteils im Abgas) sowie einer Verminderung der Maschinen
leistung führt. Unter diesen Bedingungen ist bei dem kon
ventionellen System die Verdunstungsrate des eingespritzten
Kraftstoffs niedrig, und das Gemisch aus Luft und Kraft
stoff im Zylinder 8 befindet sich in einem mageren Zustand.
Infolgedessen ist die Verbrennung schwach, die Anteile an
Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen sind hoch, und der
Kraftstoffverbrauch steigt.
Zur Beseitigung dieses Problems wird konventionell das
Kraftstoffzufuhrsystem auf verschiedene Weise verbessert,
z. B. durch Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge. Unter
den bestehenden Umständen ist es jedoch nicht möglich, eine
Verschlechterung der Abgaszusammensetzung und einen erhöh
ten Kraftstoffverbrauch zu vermeiden.
Fig. 11 zeigt einen Zustand, bei dem Kraftstoff einge
spritzt wird, wenn sich der Arbeitstakt der Maschine 1 im
Saughub befindet. Dabei wird, wie Fig. 11 zeigt, der aus
dem Einspritzventil 4 gespritzte Kraftstoff in vergastem
Zustand mit Ansaugluft vermischt und in den Zylinder 8 der
Maschine gesaugt. Infolgedessen kann gegenüber der Ein
spritzung beim Auslaßhub (Fig. 9 und 10) die Verdunstung
des Kraftstoffs verbessert werden. Gleichzeitig kann die
Ungleichmäßigkeit der Kraftstoffverteilung im Zylinder 8
infolge der Haftung oder dergleichen verringert und die
Ausbildung des Kraftstoff-Luft-Gasgemischs erheblich ver
bessert werden.
Nachstehend wird nun ein Ausführungsbeispiel einer Kraft
stoffzufuhr-Steuereinrichtung für eine Mehrzylinder-Brenn
kraftmaschine beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll zuerst das Gesamtsystem
der Steuereinrichtung erläutert werden. Durch den Einlaß 12
eines Luftfilters 11 zugeführte Luft durchströmt den Fil
ter, einen Hitzdraht-Luftmengenmesser 13 und einen diesem
nachgeschalteten Kanal 14, ein Drosselgehäuse 15 mit einer
Drosselklappe 15A zur Einstellung der Saugluftdurchfluß
menge und gelangt in eine Sammelleitung 16. Die in der Sam
melleitung 16 befindliche Luft wird auf Saugleitungen 18
verteilt, die an die Zylinder einer Mehrzylinder-Brenn
kraftmaschine 1 angeschlossen sind, und in jeden Zylinder
der Maschine 1 angesaugt.
Andererseits wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter
19 von einer Pumpe 20 angesaugt und unter Druck gesetzt und
Kraftstoffeinlässen von Einspritzventilen 23 durch einen
Dämpfer 21 und einen Filter 22 zugeführt. Ein Teil des den
Einspritzventilen 23 über den Filter 22 zugeführten Kraft
stoffs wird einem Kraftstoffdruckregler 24 zugeführt und
zum Behälter 19 rückgeleitet. Durch den Betrieb dieses
Kraftstoffdruckreglers wird der Druck des den Einspritz
ventilen 23 zugeführten Druckkraftstoffs so geregelt, daß
er konstant ist. Der Kraftstoff wird aus den Einspritzven
tilen 23 in die Saugleitungen eingespritzt. Wie Fig. 2
zeigt, sind die Einspritzventile 23 an Wandabschnitten der
Saugleitungen 18 im Bereich von Einlaßkanälen der Zylinder
befestigt. Die Einspritzventile sind jeweils für die ein
zelnen Zylinder der Mehrzylindermaschine vorgesehen, um die
Kraftstoffzufuhrmenge zu jedem Zylinder zu regeln. Dadurch
wird ein Mehrfacheinspritzsystem erhalten.
Nach Fig. 2 ist ein Wassertemperatursensor 29 vorgesehen,
der die Kühlwassertemperatur der Maschine 1 aufnimmt.
Das Ausführungsbeispiel wird im einzelnen nachstehend be
schrieben. Ein vom Luftmengenmesser 13 erzeugtes elektri
sches Ausgangssignal, das der Saugluftdurchflußmenge ent
spricht, wird einer noch zu erläuternden Steuereinheit 25
zugeführt. Am Drosselklappengehäuse 15 ist ein Drossel
klappenstellungssensor 26 angeordnet, der den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 15A aufnimmt. Ein Ausgangssignal vom
Drosselklappenstellungssensor 26 wird ebenfalls der Steuer
einheit 25 zugeführt.
Im Bereich der Maschine (auf der linken Seite der Maschine
1) ist ein Verteiler 28 angeordnet. Dieser umfaßt einen
Kurbelwinkelsensor, der die Kurbelwinkelgeschwindigkeit der
Maschine aufnimmt. Der Kurbelwinkelsensor ist z. B. wie der
Kurbelwinkelsensor 155 von Fig. 3 aufgebaut. Dabei sind in
einer auf einer Kurbelwelle 70 der Maschine 1 befestigten
Metallscheibe 71 kleine Öffnungen 72 in vorbestimmten Win
kelabständen ausgebildet, und ein lichtaussendendes Element
73 sowie ein lichtempfangendes Element 72 sind auf entge
gengesetzten Seiten der Scheibe angeordnet zur Lieferung
eines dem Rotationswinkel der Kurbelwelle 70 proportionalen
Signals. Außer den in vorbestimmten Winkelabständen ausge
bildeten kleinen Öffnungen 72 ist eine größere Öffnung 75
in der Metallscheibe 71 des Sensors 155 in einer Lage vor
gesehen, die einem vorbestimmten Kurbelwinkel entspricht,
so daß ein Bezugslagesignal zur Bezeichnung der Bezugslage
in Verbindung mit dem den Rotationswinkel bezeichnenden
Signal erzeugt wird.
Diese Ausgangssignale werden ebenfalls der Steuereinheit 25
zugeführt. Weitere Sensoren, z. B. ein Wassertemperatursen
sor zur Aufnahme der Kühlwassertemperatur und ein O2-Sensor
zur Aufnahme der Sauerstoffkonzentration im Abgas, sind
ebenfalls vorgesehen, jedoch in Fig. 2 nicht gezeigt. Der
Steuereinheit 25 werden Maschinenbetriebszustände bezeich
nende Signale von den vorgenannten verschiedenen Sensoren
zugeführt; die Steuereinheit führt vorbestimmte Rechenvor
gänge aus und treibt verschiedene Betätigungseinheiten an,
um eine optimale Steuerung nach Maßgabe der Maschinenbe
triebszustände zu erreichen. Wie ebenfalls in Fig. 2 ge
zeigt ist, steuert die Steuereinheit 25 z. B. einen Lei
stungstransistor, der an einer Seite einer Zündspule 27
angeordnet ist, so daß durch Ein-Ausschalten des Transi
stors die Zuführung der hohen Zündspannung zu jedem Zylin
der gesteuert wird, und ferner werden die Einspritzventile
23 zum Einspritzen und Zuführen des Kraftstoffs in die
Zylinder der Maschine 1 sowie der Betrieb der Kraftstoff
pumpe 20 gesteuert.
Wie Fig. 4 zeigt, besteht die Steuereinheit aus einer Mehr
prozessoreinheit MPU 151, einem überschreibbaren nicht
flüchtigen Speicher EPROM 152, einem RAM 153 und einem LSI-
Schaltkreis, dem die die Maschinenbetriebszustände bezeich
nenden Signale von den verschiedenen Sensoren zugeführt
werden und der Steuersignale zur Ansteuerung verschiedener
Betätigungseinheiten liefert, d. h. einem Ein-Ausgabe-LSI-
Schaltkreis 154. Insbesondere werden dem Ein-Ausgabe-LSI-
Schaltkreis 154 Ausgangssignale des Luftmengenmessers 13,
des Kurbelwinkelsensors 155, eines Leerlaufschalters 156,
eines Anlasserschalters 157, eines O2-Sensors 158, des Was
sertemperatursensors 29, eines Batteriespannungssensors 160
und des Drosselklappenstellungssensors 26 zugeführt. Diese
Signale können durch einen A-D-Wandler, der in den Ein
Ausgabe-LSI-Schaltkreis integriert ist, oder einen externen
A-D-Wandler zugeführt werden. Die Steuereinheit 25 führt
dann vorbestimmte Rechenvorgänge mit der MPU 151, dem EPROM
152 und dem RAM 153 aus und steuert den Betrieb der Ein
spritzventile 23, die Maschinenbetätigungseinheiten sind,
des zu der Zündspule 27 gehörigen Leistungstransistors und
der Kraftstoffpumpe 20.
Nachstehend wird im einzelnen der Betrieb dieser Steuer
einheit erläutert. Gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 5 wird
in Schritt 100 die Kühlwassertemperatur Tw ausgelesen, und
in Schritt 101 wird aus einer vorher gespeicherten Tabelle
eine Impulsdauerrestrate Kr gesucht zur Bestimmung des
Prozentsatzes eines Teils einer Einspritzimpulsdauer Ti zur
Vorgabe der Dauer eines Saughubs auf der Basis der Kühl
wassertemperatur Tw der Maschine. Fig. 6 ist ein Beispiel
von in dieser Tabelle gespeicherten Daten. Wenn also die
Kühlwassertemperatur Tw niedrig ist, ist die Impulsdauer
restrate Kr groß (z. B. 100% bei ca. -30°C). Mit stei
gender Kühlwassertemperatur Tw wird die Impulsdauerrestrate
Kr kleiner. Bei ca. 10°C beträgt sie z. B. 50%, und bei
ca. 60°C beträgt sie 0%.
In Schritt 102 wird aus dem Ausgangssignal des Hitzdraht-
Luftmengenmessers 13 eine Saugluftdurchflußmenge Qa gewon
nen. In Schritt 103 wird aus dem Ausgangssignal des Kur
belwinkelsensors die Maschinendrehzahl N gewonnen. Dann
wird in Schritt 104 eine Zeitdauer T1 für vier Maschinen
hübe (Saug-, Verdichtungs-, Verbrennungs- und Auslaßhub)
gebildet unter Nutzung von N, das im vorhergehenden Schritt
gewonnen wurde. In Schritt 105 wird unter Nutzung von N
eine maximale Einspritzendzeit Tmax gebildet. Die maximale
Einspritzendzeit Tmax bezeichnet die Grenze des Einspritz
endpunkts, und die Bestimmung dieser Grenze dient dem
Zweck, das Auftreten von Saugkraftstoffrückständen aufgrund
einer Ansprechverzögerung zu verhindern. Z. B. wird die
maximale Einspritzendzeit Tmax in bezug auf die Maschinen
drehzahl N entsprechend Fig. 7 bestimmt. Wenn N klein ist
(wenn also die Maschine mit niedriger Drehzahl läuft), ist
Tmax groß; wenn N groß ist (wenn die Maschine mit hoher
Drehzahl läuft), ist Tmax klein. Numerische Daten hinsicht
lich dieser Beziehung sind vorher im Speicher gespeichert
worden, und Tmax wird unter Nutzung von N als Parameter
gesucht.
In Schritt 106 wird aus verschiedenen Parametern, die Ma
schinenbetriebszustände bezeichnen (z. B. Kühlwassertempe
ratur der Maschine und Ausgangssignal des O2-Sensors), ein
Mischungsverhältnis-Korrekturkoeffizient COEF berechnet. In
Schritt 107 wird eine endgültige Einspritzimpulsdauer Ti
durch Berechnen der folgenden Gleichung gebildet:
wobei Ti die Einspritzimpulsdauer, K ein Korrekturkoeffi
zient, Qa die Saugluftdurchflußmenge, COEF der Mischungs
verhältnis-Korrekturkoeffizient und TS eine unwirksame
Impulsdauer ist.
Dann wird in Schritt 108 der Einspritzbeginnzeitpunkt
Tinjst mittels der folgenden Gleichung auf der Basis von
Ti, das vorher erhalten wurde, berechnet:
In Schritt 109 wird der Einspritzendpunkt begrenzt. Bei
Tmax Tinjst + Ti geht der Ablauf also direkt zu Schritt
111 weiter, und bei Tmax < Tinjst + Ti wird Tinjst auf der
Basis der folgenden Gleichung
Tinjst = Tmax - Ti (3)
korrigiert.
In Schritt 111 wird der Einspritzbeginnzeitpunkt Tinjst
nach Begrenzung des Einspritzendpunkts in ein Register ge
setzt. Dieses Register beginnt mit der Aufwärtszählung von
Null aus, wenn ihm ein Signal zugeführt wird, das einen
Bezugspunkt bezeichnet (z. B. 110° UT nach einem Bezugs
signal für jeden Zylinder), der als Basis für die Ein
spritzeinstellung für jeden Zylinder dient. Das Register
erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Erhöhungswert mit der
oben genannten vorgegebenen Information übereinstimmt. Die
ses Ausgangssignal wird als Einspritzsignal dem entspre
chenden Einspritzventil 23 zugeführt. In Schritt 112 wird
Ti, das in Schritt 107 gebildet wurde, in ein Einspritz
beendigungsregister gesetzt. Dieses Einspritzbeendigungs
register ist mit dem obigen Einspritzbeginnregister gekop
pelt. Wenn das Einspritzbeginnregister ein Einspritzsignal
liefert, beginnt das Einspritzbeendigungsregister mit der
Inkrementierung des Zählwerts von Null aus. Wenn dieser
inkrementierte Wert und der in das Einspritzbeendigungs
register gesetzte Wert einander gleich werden, beendet das
Einspritzbeendigungsregister das dem Einspritzventil zuge
führte Einspritzsignal.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird als nächstes der Inhalt
des Steuervorgangs entsprechend dem obigen Ablauf, d. h.
die Bildung des Einspritzsignals zur Steuerung des Öff
nens/Schließens jedes Einspritzventils, beschrieben. In
Abschnitt A von Fig. 8 ist der Hubzustand der Maschine,
d. h. eine Folge von vier Hüben, und zwar Verdichtungs-,
Verbrennungs-, Auslaß- und Saughub, gezeigt. B bezeichnet
das vom Kurbelwinkelsensor zugeführte Kurbelwinkelsignal
(das z. B. um jeweils 1° abgestufte Winkel bezeichnet). Die
anschließende Steuerung erfolgt auf der Basis des unteren
Totpunkts (UT) (nicht gezeigt), der um 110° hinter dem
Bezugssignal für jeden Zylinder liegt.
T1, das in Schritt 104 von Fig. 5 berechnet wurde, bezeich
net die Zeitdauer für die obigen vier Hübe und kann unter
Anwendung der folgenden Gleichung gebildet werden:
TI = k/N (4)
wobei k eine Konstante ist.
Die in Schritt 107 berechnete Einspritzimpulsdauer Ti be
zeichnet die Impulsdauer des Einspritzsignals entsprechend
C in Fig. 8. Ti′ bezeichnet einen Teil der Einspritzimpuls
dauer Ti, der den dem Saughub entsprechenden zeitlichen
Bereich überlappt. Die Beziehung zwischen der Impulsrest
rate Kr und Ti und Ti′ wird wie folgt geschrieben:
Ein Wert von 100% für Kr entsprechend dieser Gleichung
bedeutet, daß während des Auslaßhubs kein Teil des Impuls
signals erscheint und daß das gesamte Signal nach dem Be
ginn des Saughubs auftritt.
Der Einspritzbeginnzeitpunkt Tinjst in den obigen Glei
chungen bezeichnet den Zeitablauf ausgehend vom Bezugspunkt
(RDC), und die Zeitdauer vor dem Beginn des Saughubs wird
als 3/4T1 geschrieben. Daher ergibt sich die folgende
Gleichung:
3/4TI + Ti′ = Tinjst + Ti (6)
Ti′=Kr×Ti aus Gleichung (5) wird in Gleichung (6) sub
stituiert, so daß Tinjst wie folgt geschrieben wird:
Tinjst = 3/4Ti - (1 - Kr)Ti (7)
Wie aus dieser Gleichung ersichtlich ist, kann der Ein
spritzbeginnzeitpunkt Tinjst ohne weiteres aus der Ein
spritzimpulsdauer Ti und der Impulsdauerrestrate Kr gebil
det werden.
Wie Fig. 8 zeigt, begrenzt Tmax, das die Grenze des Ein
spritzendpunkts bezeichnet, die Hinterflanke der mit C be
zeichneten Einspritzimpulsdauer Ti (d. h., Tinjst + Ti),
und es besteht keine Möglichkeit eines EIN-Zustands nach
Tmax.
Die auf dieser Steuerung basierende Kraftstoffzufuhr ergibt
sich aus den Fig. 1A, 1B und 1C. Wenn die Maschine in einem
Niedrigtemperaturzustand (z. B. Kühlwassertemperatur
Tw=-30°C) angelassen wird, spritzt das Einspritzventil
für die Kraftstoffzufuhr zu jedem Zylinder den Kraftstoff
während des Saughubs in jeden Zylinder ein. Wenn die Ma
schine dann im Betrieb warmläuft, wird der Einspritzzeit
punkt des Einspritzventils aus der Saughubperiode zur Aus
laßhubperiode verschoben, wie Fig. 1B zeigt. Bei einer
Kühlwassertemperatur Tw von 0°C beträgt also die Impuls
dauerrestrate Kr etwa 70%.
Nachdem die Kühlwassertemperatur Tw weiter gestiegen ist
und z. B. 60°C beträgt, wird der Einspritzzeitpunkt des
Einspritzventils vollständig in die Auslaßhubperiode ver
schoben (Fig. 1C). Nach weiterer Erhöhung der Kühlwasser
temperatur Tw, wenn diese z. B. 80°C beträgt, wird der
Einspritzzeitpunkt des Einspritzventils zum Einspritzzeit
punkt für Normalbetrieb rückgeführt.
Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird der Einspritz
zeitpunkt jedes Einspritzventils nach Maßgabe der Änderung
der Kühlwassertemperatur Tw ständig geändert. Die Art und
Weise der Änderung des Einspritzzeitpunkts gemäß der Erfin
dung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise
kann der Einspritzzeitpunkt stufenweise in bezug auf eine
Vielzahl von Bereichen von Kühlwassertemperaturen, die in
gewünschter Weise vorgegeben sind, geändert werden.
Da bei dem obigen Ausführungsbeispiel die Funktion des
Einspritzventils zur Einspritzung und Zuführung von Kraft
stoff zu jedem Zylinder darin besteht, ein gasförmiges
Kraftstoff-Luft-Gemisch durch direktes Vermischen von ver
gastem Kraftstoff mit der in jeden Zylinder gesaugten Luft
zu bilden, können der Kraftstoff und die Luft nur dann in
geeigneter Weise vermischt und die gewünschten Auswirkungen
erhalten werden, wenn die Teilchengröße des eingespritzten
Kraftstoffs nicht zu groß ist. Verschiedene Experimente
haben bestätigt, daß gute Effekte erhalten werden, wenn die
Teilchengröße des vergasten Kraftstoffs 100 µm oder weniger
beträgt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden somit Ein
spritzventile verwendet, die Einspritzteilchen von weniger
als 100 µm, z. B. 80-90 µm, bilden können. Allerdings kön
nen tatsächlich aus den heute verfügbaren Einspritzventilen
solche ausgewählt werden, die in der Lage sind, Kraftstoff
einer Teilchengröße von 120-130 µm einzuspritzen, um glei
che Auswirkungen zu erzielen.
Wie Fig. 11 zeigt, kann jedes Einspritzventil so angeordnet
sein, daß es dem am Oberende jedes Zylinders angeordneten
Einlaßventil zugewandt ist, was es ermöglicht, ein geeig
netes gasförmiges Kraftstoff-Luft-Gemisch dadurch zu bil
den, daß eingespritzter Kraftstoff in vergastem Zustand mit
Saugluft vermischt wird.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß es durch
das angegebene Verfahren und die Einrichtung zur Steuerung
der Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern einer Mehrzylinder-
Brennkraftmaschine möglich ist, eine Verschlechterung der
Abgaszusammensetzung, einen erhöhten Kraftstoffverbrauch
und eine Verschlechterung des Betriebsverhaltens zu vermei
den. Durch die Erfindung ist es also möglich, den Berech
nungszeitpunkt der Kraftstoffzufuhrmenge dadurch zu verzö
gern, daß beim Anlassen der Maschine, wenn die Drehzahl
änderung besonders groß ist, der Einspritzzeitpunkt von der
Auslaßhubperiode zur Saughubperiode verschoben wird, wo
durch der Kraftstoff präziser zugeführt werden kann.
Claims (12)
1. Verfahren zur Kraftstoffzufuhr zu einer Mehrzahl Zylin
der einer Brennkraftmaschine, wobei Maschinenbetriebszu
stände einschließlich die Betriebstemperatur der Maschine
erfaßt werden und der Kraftstoff auf der Basis der erfaß
ten Maschinenbetriebszustände nacheinander in jeden Ma
schinenzylinder eingespritzt wird,
gekennzeichnet durch
Verschieben des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung in
jeden der Mehrzahl Zylinder von einer Auslaßhubperiode zu
einer Saughubperiode nach Maßgabe der aus den erfaßten
Maschinenbetriebszuständen ausgewählten Maschinenbetriebs
temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschiebung des Einspritzzeitpunkts die Verschie
bung des Einspritzbeginns umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftstoffzufuhrmenge zu jedem Zylinder auf der
Basis der erfaßten Maschinenbetriebsbedingungen bestimmt
wird, daß eine Grenze für den Einspritzendpunkt bestimmt
wird und daß die Kraftstoffzufuhr so gesteuert wird, daß
der Endpunkt des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts den Grenz
wert des Einspritzendpunkts nicht überschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftstoff so eingespritzt wird, daß die Teilchen
größe des vergasten Kraftstoffs nicht mehr als 120 µm
beträgt.
5. Verfahren zur Kraftstoffzufuhr zu einer Mehrzahl Zylin
der einer Brennkraftmaschine, wobei Maschinenbetriebszu
stände erfaßt werden und der Kraftstoff nacheinander durch
Einspritzung in jeden der Maschinenzylinder auf der Basis
der erfaßten Maschinenbetriebszustände zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kraftstoff wenigstens in einem vorbestimmten Ma
schinenbetriebszustand in Saugluftströme eingespritzt wird,
die in jeden Maschinenzylinder strömen.
6. Verfahren zur Kraftstoffzufuhr zu einer Mehrzahl Zylin
der einer Brennkraftmaschine, wobei Maschinenbetriebszu
stände einschließlich der Betriebstemperatur der Maschine
erfaßt werden und der Kraftstoff durch Einspritzen in jeden
Maschinenzylinder auf der Basis der erfaßten Maschinenbe
triebszustände nacheinander zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einspritzzeitpunkt in jeden der Mehrzahl Zylinder
mit steigender Betriebstemperatur der Maschine, die in den
erfaßten Maschinenbetriebszuständen enthalten ist, zur
Vorverstellseite der Rotation der Maschine hin verschoben
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einspritzzeitpunkt stufenweise geändert wird.
8. Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer
Mehrzahl Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit:
Sensoren (13, 26, 29 usw.), die Maschinenbetriebszustände aufnehmen;
einer Steuereinheit (25), die die Kraftstoffzufuhrmenge zu jedem der Mehrzahl Maschinenzylinder auf der Basis der von den Sensoren aufgenommenen Maschinenbetriebszustände be stimmt;
Einspritzventilen (4), die nach Maßgabe eines von der Steuereinheit (25) zugeführten Einspritzsteuersignals öff nen können;
wobei der Kraftstoff in einem vorbestimmten Maschinenbe triebszustand während eines Saughubs eingespritzt und jedem Zylinder zugeführt wird; dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Einspritzventil (4) so angeordnet ist, daß es einem Einlaßventil (5) gegenübersteht, um dem entsprechen den Zylinder (8) Kraftstoff zuzuführen.
Sensoren (13, 26, 29 usw.), die Maschinenbetriebszustände aufnehmen;
einer Steuereinheit (25), die die Kraftstoffzufuhrmenge zu jedem der Mehrzahl Maschinenzylinder auf der Basis der von den Sensoren aufgenommenen Maschinenbetriebszustände be stimmt;
Einspritzventilen (4), die nach Maßgabe eines von der Steuereinheit (25) zugeführten Einspritzsteuersignals öff nen können;
wobei der Kraftstoff in einem vorbestimmten Maschinenbe triebszustand während eines Saughubs eingespritzt und jedem Zylinder zugeführt wird; dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Einspritzventil (4) so angeordnet ist, daß es einem Einlaßventil (5) gegenübersteht, um dem entsprechen den Zylinder (8) Kraftstoff zuzuführen.
9. Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer
Mehrzahl Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit:
Sensoren (13, 26, 29 usw.), die Maschinenbetriebszustände einschließlich der Maschinenbetriebstemperatur aufnehmen;
einer Steuereinheit (25), die die jedem der Mehrzahl Ma schinenzylinder zuzuführende Kraftstoffmenge und den Ein spritzzeitpunkt aufgrund eines Eingangssignals von den Sensoren bestimmt; und
Einspritzventilen (4), die den Kraftstoff in jeden der Mehrzahl Maschinenzylinder durch Steuerung der Ventilöff nung auf der Basis eines von der Steuereinheit (25) zuge führten Einspritzsteuersignals nacheinander einspritzen; dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuereinheit (25) ein Maschinentemperatursignal (Tw) von den Maschinenbetriebszustands-Sensoren zugeführt wird und die Steuereinheit den auf dem Einspritzsteuersi gnal basierenden Einspritzzeitpunkt nach Maßgabe des Pegels des Maschinentemperatursignals (Tw) von einer Auslaßhub periode zu einer Saughubperiode verschiebt.
Sensoren (13, 26, 29 usw.), die Maschinenbetriebszustände einschließlich der Maschinenbetriebstemperatur aufnehmen;
einer Steuereinheit (25), die die jedem der Mehrzahl Ma schinenzylinder zuzuführende Kraftstoffmenge und den Ein spritzzeitpunkt aufgrund eines Eingangssignals von den Sensoren bestimmt; und
Einspritzventilen (4), die den Kraftstoff in jeden der Mehrzahl Maschinenzylinder durch Steuerung der Ventilöff nung auf der Basis eines von der Steuereinheit (25) zuge führten Einspritzsteuersignals nacheinander einspritzen; dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuereinheit (25) ein Maschinentemperatursignal (Tw) von den Maschinenbetriebszustands-Sensoren zugeführt wird und die Steuereinheit den auf dem Einspritzsteuersi gnal basierenden Einspritzzeitpunkt nach Maßgabe des Pegels des Maschinentemperatursignals (Tw) von einer Auslaßhub periode zu einer Saughubperiode verschiebt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Steuereinheit (25) durchgeführte Verschie
bung des Einspritzzeitpunkts die Verschiebung des Ein
spritzbeginnzeitpunkts auf der Basis des Einspritzsteuer
signals umfaßt.
11. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit (25) das Einspritzsteuersignal und
ein Signal zur Bestimmung einer Grenze des Einspritzend
punkts liefert und das Öffnen der Einspritzvorrichtung so
steuert, daß die Grenze des Einspritzendpunkts nicht über
schritten wird.
12. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einspritzvorrichtung ein Einspritzventil aufweist,
das den Kraftstoff so einspritzen kann, daß die Teilchen
größe des vergasten Kraftstoffs nicht mehr als 120 µm
beträgt.
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