DE4103419A1

DE4103419A1 - Verbrennungssteuereinrichtung fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4103419A1
Application number: DE4103419A
Authority: DE
Inventors: Satoru Ohkubo; Shoichi Washino; Akira Demizu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1991-08-08
Also published as: US5156126A; JPH03233162A; DE4103419C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren, welche den Druck im Zylinder eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors oder dgl. erfaßt und auf der Basis des erfaßten Zylinderdruckes den Wärmewirkungsgrad zur Steuerung der Verbrennung im Motor berechnet.

Eine derartige Verbrennungssteuereinrichtung ist bereits bekannt, beispielsweise durch die japanische ungeprüfte Patentpublikation Nr. 72 643/1983. Die konventionelle Verbrennungssteuereinrichtung verwendet einen Zylinderdrucksensor zur Erfassung des Druckes im Zylinder des zu steuernden Motors. Die Einrichtung erfaßt den Kurbelwinkel, bei dem der erfaßte Druck den Maximalwert erreicht. Die Einrichtung vergleicht den in diesem Zeitpunkt bestehenden Kurbelwinkel mit den Werten in einem vorbestimmten Bereich, um zu entscheiden, ob der Motor mit maximaler Ausgangsleistung angetrieben wird oder nicht. Je nach dem Resultat der Entscheidung kann die Einrichtung die Brennstoffzufuhrmenge (das Luft-Brennstoff-Verhältnis), den Zündzeitpunkt und die Abgasrückführungsmenge (EGR) passend abstimmen, um den Motor auf maximalen Wirkungsgrad bei stabiler Verbrennung zu steuern, und um ferner das Auftreten des Klopfens zu verhindern.

Die konventionelle Verbrennungsmotorsteuerung beurteilt den Verbrennungszustand durch Vergleich des Kurbelwinkels bei maximalem Zylinderdruck mit den Werten im vorbestimmten Bereich. Zeitliche Veränderungen des Motors rufen Veränderungen der Wellenform des Zylinderdruckes hervor, wodurch das Problem entsteht, daß die auf einem einzelnen Faktor, d. h. auf dem maximalen Zylinderdruck, beruhende Verbrennungssteuerung den Verbrennungsmotor nicht immer auf den maximalen Wirkungsgrad bei stabiler Verbrennung steuern kann.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Nachteil der konventionellen Verbrennungssteuereinrichtung zu beseitigen und eine neue und verbesserte Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren zu schaffen, die in der Lage ist, das erwartete Leistungsvermögen durch eine geeignete Korrektur der Veränderung des Verbrennungszustandes (Wärmewirkungsgrad) infolge zeitbedingter Veränderungen des Motors aufrechtzuerhalten, so daß dadurch der Motor jederzeit mit optimalen Wärmewirkungsgrad angetrieben wird.

Diese und weitere Ziele werden durch Schaffung einer Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren erreicht, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie folgende Bestandteile aufweist:

- Zylinderdruckerfassungsmittel zur Erfassung des Verbrennungsdruckes im Zylinder,
- Kurbelwinkelerfassungsmittel zur Erfassung des Kurbelwinkels des zu steuernden Motors,
- Zylinderdrucküberwachungsmittel zum Erfassen und Überwachen der Wellenform des Zylinderdruckes auf Basis des von den Zylinderdruckerfassungsmitteln erfaßten Zylinderdruckes sowie eines von den Kurbelwinkelerfassungsmitteln ausgegebenen Kurbelwinkelsignals,
- Berechnungsmittel zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades auf der Basis der erfaßten Wellenform, und
- Verbrennungssteuermittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhrmenge des Motors, des Zündzeitpunktes und der Abgasrückführungsmenge je nach den Berechnungsergebnissen der Berechnungsmittel

Die Zylinderdruckerfassungsmittel können zur Erfassung des Verbrennungsdruckes einen Zylinderdrucksensor verwenden. Die Kurbelwinkelerfassungsmittel können zur Erfassung des Kurbelwinkels des Motors einen Kurbelwinkelsensor verwenden.

Den Zylinderdrucküberwachungsmitteln wird der Zylinderdruck P und das Kurbelwinkelsignal R eingegeben, um die Wellenform des Zylinderdruckes zu ermitteln. Aufgrund der ermittelten Wellenform berechnen die Berechnungsmittel den Wärmewirkungsgrad. Der berechnete Wärmewirkungsgrad wird in einem entsprechenden Bereich einer N-T_p-Karte untergebracht, welcher die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit N und der Basiseinspritzimpulsbreite T_p entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors in dem betreffenden Zeitpunkt wiedergibt. Daraufhin wird der Durchschnittswert für die vorbestimmten Arbeitstakte in jedem Bereich ermittelt.

In jedem Bereich wird der Durchschnittswert mit dem in der Karte voreingestellten Bezugswert des Wärmewirkungsgrades verglichen. Je nach dem Ergebnis des Vergleichs können die Verbrennungssteuermittel den Zündzeitpunkt vorverlegen oder verzögern, die Abgasrückführung unterbrechen, oder die Brennstoffzufuhrmenge vergrößern oder verkleinern, wodurch ein befriedigender Verbrennungszustand erreicht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn der aus der Zylinderdruckwellenform ermittelte Wärmewirkungsgrad η_A aufgrund der zeitlichen Veränderung des Motors kleiner als der Bezugswert ist, die Abgasrückführung (EGR), der Zündzeitpunkt oder die Brennstoffzufuhrmenge in Richtung auf die Verbesserung des Verbrennungszustandes gesteuert werden, wodurch der Motor jederzeit wirksam und stabil angetrieben wird.

Eine vollständigere Beurteilung der Erfindung und der vielen mit ihr verbundenen Vorteile wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ermöglicht:

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild dar, das eine Ausführungsform der Verbrennungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2A und 2B stellen Flußdiagramme zur Veranschaulichung der Betriebsweise der genannten Ausführungsform dar;

Fig. 3 stellt ein Kurvendiagramm des polytropischen Indexes dar; und

Fig. 4 stellt ein Kurvendiagramm dar, das die Beziehung zwischen dem Wärmewert und der Wärmeverlustmenge wiedergibt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsform im einzelnen beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Struktur der genannten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den zu steuernden Motor. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Brennstoffeinspritzventil, das mit einer Einspritzimpulsbreite betrieben wird, die durch Korrigieren der Basisbrennstoffeinspritzimpulsbreite T_p je nach den Betriebsbedingungen des Motors erhalten wird, wobei das Ventil den Motor mit einer der korrigierten Einspritzimpulsbreite entsprechenden Brennstoffmenge versorgt.

Eine Zündvorrichtung 3 empfängt einen Zündbefehl zur Lieferung der Zündenergie über einen Verteiler, oder dgl., an eine Zündkerze des Motors.

Ein Abgasrückführungssteuerventil (im folgenden als EGR-Ventil bezeichnet) 4 kann durch Einwirkung der EGR (Abgasrückführung) die maximale Verbrennungstemperatur erniedrigen, um das Auftreten von N_ox einzuschränken.

Die Zylinderdruckerfassungsmittel 5 arbeiten mit einem Drucksensor, der beispielsweise als Wandungsbestandteil der Verbrennungskammer des Motors montiert ist; und sie verwenden einen Ladungsverstärker, um das vom Drucksensor erfaßte Signal zu verstärken, wodurch eine den Zylinderdruck anzeigende Wellenform gewonnen wird.

Die Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 arbeiten mit einem Kurbelwinkelsensor, der an der Kurbelwelle montiert ist und mit dem Sensor das Kurbelwinkelsignal erfaßt. Die von den Zylinderdruckerfassungsmitteln 5 und den Kurbelwinkelerfassungsmitteln 6 gelieferten Signale werden in eine Steuereinheit 10 eingegeben, die aus einem Mikrocomputer und anderen Elementen besteht.

Die Steuereinheit 10 umfaßt Zylinderdrucküberwachungsmittel 11, Mittel 12 zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades η_A, eine η_O-Karte 13, Vergleichsmittel 14, Verbrennungssteuermittel 15, Mittel 16 zur Berechnung der Brennstoffeinspritzimpulsbreite, eine Zündzeitpunktskarte 17, und eine EGR-Mengenkarte 18. Diese konstituierenden Elemente der Steuereinheit 10 werden nachfolgend erläutert.

Der durch die Zylinderdruckerfassungsmittel 5 erfaßte Zylinderdruck P sowie durch die Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 erfaßte Kurbelwinkel R werden in die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 der Steuereinheit 10 eingegeben, um die Wellenform des Zylinderdruckes (P-R-Diagramm) für jeden Arbeitstakt zu ermitteln.

Das Ausgangssignal der Zylinderdruckerfassungsmittel 11 wird in die Wärmewirkungsgradberechnungsmittel 12 eingegeben, bei denen es sich um eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung handelt.

Durch diese Mittel zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades wird der Wärmewirkungsgrad η_A entsprechend der weiter unten erläuterten Berechnung ermittelt. Der ermittelte Wärmewirkungsgrad wird in einen entsprechenden Bereich der N-T_p-Karte eingegeben, die in Gestalt eines RAM, oder dgl., ausgeführt ist und die die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit M und der Basiseinspritzimpulsbreite T_p wiedergibt. Der eingegebene Wärmewirkungsgrad wird in jedem Bereich einer Mittelwertsbildung unterzogen.

Die Karte 13, welche einen Bezugswert η_O für den Wärmewirkungsgrad anzeigt, speichert im voraus, in jedem Bereich der N-T_p-Karte, den Bezugswert des Wärmewirkungsgrades.

Die Vergleichsmittel 14 vergleichen den Bezugswert η_O mit dem durch die Wärmewirkungsgradberechnungsmittel 12 berechneten Wärmewirkungsgrad η_A. Das Ausgangssignal der Vergleichsmittel 14 wird an die Verbrennungssteuermittel geliefert.

Auf der Basis der Vergleichsresultate der Vergleichsmittel 14 führen die Verbrennungssteuermittel 15 die Steuerung in der Weise aus, daß sie die von der EGR-Mengenkarte 18 kontrollierte EGR unterbricht, stufenweise den Zündzeitpunkt in den Bereichen der Zündzeitpunktskarte 17 bzw. stufenweise die Menge der Brennstoffeinspritzungen um einen vorbestimmten Betrag ändert, welcher durch die Impulsbreitenberechnungsmittel 16 entsprechend dem Luft-Brennstoff-Verhältnis gesteuert wird.

Ordnet sich der Verbrennungszustand unter der Einwirkung dieser Steuerung nicht in die Bezugsbereiche ein, wird der Verbrennungszustand als außer Kontrolle geraten betrachtet und ein Alarm in der Steuereinheit 10, die nicht dargestellt ist, ausgelöst, um dem Fahrer ein Alarmsignal zu geben.

Die Mittel 16 zur Berechnung der Impulsbreite der Brennstoffeinspritzung ermitteln die Basiseinspritzimpulsbreite T_p aufgrund der Luftansaugmenge G_a und der Motorgeschwindigkeit N; sie errechnen die erforderliche Brennstoffeinspritzmenge durch verschiedene Korrekturen an der ermittelten Basiseinspritzimpulsbreite; und sie vergrößern oder verkleinern die Brennstoffzufuhrmenge auf der Basis eines von den Verbrennungssteuermitteln 15 gelieferten Signals.

Die Ansaugluftmenge G_a wird durch die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 ermittelt. Die Ansaugluftmenge G_q wird aufgrund der Tatsache ermittelt, daß sie in Beziehung zur Differenz Δ P zwischen dem Zylinderdruck, der sich bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel nach dem Schließen des Einlaßventils ergibt, und dem Zylinderdruck steht, der sich bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel vor der Zündung ergibt.

Die Zündzeitpunktskarte 17 weist in jedem Bereich der N-T_p-Karte die eingesetzten optimalen Zündzeitpunkte auf. Die Zündzeitpunktskarte 17 kann den Zündzeitpunkt stufenweise nach dem α-Winkel vorverlegen oder stufenweise nach dem β-Winkel verzögern, und zwar aufgrund eines von den Verbrennungssteuermitteln 15 gelieferten Steuersignals.

Die EGR-Mengenkarte 18 weist in jedem Bereich der N-T_p-Karte die eingesetzte optimale EGR auf. Die EGR-Mengenkarte 18 kann in Übereinstimmung mit einem Steuerbefehl der Verbrennungssteuermittel 15 die EGR unterbrechen oder umkehren.

Nachfolgend wird die Berechnung beschrieben, welche die Mittel 12 zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades durchführen. Der Wärmewirkungsgrad steht in Beziehung zum gelieferten Wärmewert Q1 und zum Wärmeverlust QW und wird im allgemeinen durch die nachfolgende Gleichung (1) definiert:

Der Wärmewert Q1 und der Wärmeverlust QW werden für jeden beliebigen Kurbelwinkel unter Heranziehung der nachfolgenden Gleichungen (2) und (3) sowie der nachfolgenden Gleichungen (4) und (5) berechnet werden:

wobei wie folgt berechnet wird:

Die Bedeutung der in den Gleichungen (1) bis (5) verwendeten Bezugsgrößen geht aus der nachfolgenden Tabelle 1 hervor:

A:
Wärmeäquivalent der Arbeit (Kcal/kgm)
P:	Zylinderdruck (kg/cm²)
CV:	spezifische Wärme bei konstantem Volumen (Kcal/kg °C)
Pb:	Druck in der Ansaugleitung (KPa)
f:	Wärmeübertragungsfläche (m²)
Q1:	Wärmewert der Verbrennung (cal)
Ga:	Ansaugwärmemenge (kg)
QW:	Wärmeverlustwert (cal)
h:	Wärmeübertragungsmenge (Kcal/m²h °C)
R:	Gaskonstante
K:	spezifisches Wärmeverhältnis
T:	Gastemperatur (°K)
N:	Motorgeschwindigkeit (U/m)
TW:	Zylinderwandtemperatur (°K)
n:	polytropischer Index
V:	Zylindervolumen (m³)
R:	Kurbelwinkel (rad)

Der Wert von β R in Gleichung (3) kann unter Heranziehung folgender Gleichung (6) ermittelt werden:

In Gleichung (6) bezeichnet n(R) den polytropischen Index.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird der polytropische Index, der in der Phase zwischen dem Schließen des Einlaßventils bis kurz vor dem Auftreten des Zündfunkens gewonnen wird, dazu benutzt, vor Erreichen des oberen Totpunktes ein Näherungsverfahren entsprechend der Methode der kleinsten Quadrate durchzuführen.

Nach Durchlaufen des oberen Totpunktes wird der polytropische Index, der zwischen dem Ende der Verbrennung und dem Öffnen des Austrittsventils erhalten wird, dazu benutzt, ein Näherungsverfahren entsprechend der Methode der kleinsten Quadrate durchzuführen.

Die Zylinderwandtemperatur TW in Gleichung (3) wird mit beispielsweise 150°C angenommen, während die Gastemperatur T(R) in Gleichung (3) unter Heranziehung der nachfolgenden Gleichung (7) ermittelt wird:

wobei die spezifische Wärme bei konstantem Wert C_v und das spezifische Wärmeverhältnis K als eine Funktion der Temperatur betrachtet werden können.

Wie erläutert, kann der Zylinderdruck des Motors zur leichten Berechnung des Wärmewirkungsgrades gemessen werden. Fig. 4 stellt ein Kurvendiagramm über die Beziehung zwischen dem Wärmewert Q1 und dem Wärmeverlust QW dar. In Fig. 4 ist der Verlauf des Wärmewertes Q1, der den jeweiligen Kurbelwinkeln entspricht, durch eine durchgezogene Linie angezeigt, während der Wert Q1-QW durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben wird.

Als nächstes soll die Betriebsweise der Verbrennungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der Fig. 2A und 2B beschrieben werden. Als erstes wird die Ansaugluftmenge auf der Basis des Zylinderdruckes beim Kompressionshub berechnet. Gemäß Fig. 2A wird in Schritt 101 der Kurbelwinkel R durch die Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 gelesen mit dem oberen Totpunkt beim Ansaughub als Bezugspunkt. In Schritt 102 wird entschieden, ob sich der Motor in der Phase des Ansaughubes befindet oder nicht.

Führt der Motor in Schritt 102 nicht den Ansaughub aus, d. h. gilt NEIN, geht das Programm zum Diskriminationsschritt 103 über, in welchem entschieden wird, ob die Ansaugluftmenge G_q berechnet worden ist oder nicht, und zwar durch die Entscheidung darüber, ob der Zähler auf 0 steht oder nicht.

Falls sich in Schritt 102 der Motor in der Einlaßhubphase befindet, geht das Programm von der JA-Seite des Schrittes 102 zum Diskriminationsbetriebsschritt 104 über, in welchem entschieden wird, ob aktuell ein erster Zeitpunkt zur Erfassung des Zylinderdruckes gegeben ist oder nicht.

Der Schritt 104 kann vorschreiben, daß die JA-Bedingung bei beispielsweise R=270° erfüllt ist. In Schritt 105 wird der Zylinderdruck P(R) durch die Zylinderdruckerfassungsmittel 5 gelesen, und der gelesene Wert als PA1 gespeichert. Danach kehrt das Programm nach Schritt 101 zurück und fährt mit dem Lesen des Kurbelwinkels R fort.

Falls in Schritt 104 (NEIN) die Gleichung R=270° erfüllt wird, geht das Programm nach Schritt 106 über, in welchem entschieden wird, ob ein zweiter Zeitpunkt zur Erfassung des Zylinderdruckes gegeben ist oder nicht. Falls NEIN, kehrt das Programm nach Schritt 101 zurück.

Der Schritt 106 kann eine JA-Entscheidung treffen und nach Schritt 107 übergehen, wenn beispielsweise die Gleichung R=320° erfüllt ist. In Schritt 107 wird der Zylinderdruck P(R) durch die Zylinderdruckerfassungsmittel 5 gelesen, und der erfaßte Zylinderdruck wird als PA2 gespeichert. Dann geht das Programm nach Schritt 108 über.

In Schritt 108 wird der Unterschied zwischen dem in Schritt 107 ermittelten Wert PA2 und dem in Schritt 105 ermittelten Wert PA1 durch die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 berechnet, und der berechnete Wert wird als Differenzdruck Δ P gespeichert. Dann geht das Programm nach Schritt 109 über.

Die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 benutzen die in Schritt 108 ermittelte Druckdifferenz Δ P zur Erstellung einer Verweistabelle für die Ansaugluftmenge G_a.

Als nächstes ermitteln die Kurbelwinkelerfassungsmittel 6 im nächsten Schritt 110 die Motorgeschwindigkeit N, um einen Arbeitspunkt des Motors zu erhalten. Die Motorgeschwindigkeit N kann durch Messen der Anzahl der Impulse des vom Kurbelwinkelsensor während einer vorbestimmten Periode gelieferten Impulssignals (1°-Signal) ermittelt werden.

Im nächsten Schritt 111 ermitteln die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 die Baseseinspritzimpulsbreite T_p aufgrund der Ansaugluftmenge G_a, die in Schritt 109 ermittelt wurde, sowie der Motorgeschwindigkeit N, die in Schritt 110 ermittelt wurde.

Im nächsten Schritt 112 wird der Zählstand des Zählers abgelesen, der in den entsprechenden Bereichen der N-T_p-Karte gespeichert ist.

Als nächstes wird in Schritt 113 entschieden, ob sich der Motor in der Taktphase der Kompression oder der Expansion befindet oder nicht. Befindet sich der Motor nicht in der Phase des Kompressions- oder des Expansionshubes (NEIN), kehrt das Programm nach Schritt 101 zurück.

Sollte übrigens in Schritt 103 eine JA-Entscheidung getroffen worden sein, geht das Programm ebenfalls nach Schritt 113 über, in welchem entschieden wird, ob sich der Motor in der Phase des Kompressions- oder des Expansionshubes befindet oder nicht.

Falls in Schritt 113 eine JA-Entscheidung getroffen wird, wird im nächsten Schritt 114 durch die Zylinderdrucküberwachungsmittel 11 der Zylinderdruck P(R) gelesen, und das Programm geht nach Schritt 115 weiter.

In Schritt 115 wird entschieden, ob der Kurbelwinkel R den Zeitpunkt wiedergibt, zu dem das Einlaßventil schließt. Falls die Entscheidung JA lautet, geht das Programm nach Schritt 116 über, in welchem der den Wärmewert Q1 bezeichnende Wert sowie der den Wärmequellenwert QW anzeigende Wert initialisiert werden. Zusätzlich wird die Operation I=1 ausgeführt, und der Zylinderdruck P(R) wird als P(I) gespeichert. Die Variable dP(I) in bezug auf den Zylinderdruck wird auf Null gesetzt.

Wenn in Schritt 115 die Entscheidung NEIN lautet, geht das Programm nach Schritt 117 über, in welchem entschieden wird, ob der Kurbelwinkel R den Zeitpunkt wiedergibt, zu dem das Auslaßventil öffnet.

Falls in Schritt 117 die Entscheidung NEIN lautet, geht das Programm nach Schritt 118 über, in welchem die Operation I=I+1 ausgeführt und der Zylinderdruck P(R) in P(I) gespeichert wird. Die Variable dP(I) des Zylinderdruckes wird nach Durchführen der Operation dP(I)=P(I)-P(I-1) gespeichert.

Falls in Schritt 117 die Entscheidung JA lautet, geht das Programm nach Schritt 119 über. Zu diesem Zeitpunkt wurden der Zylinderdruck P und die Variable dP des Zylinderdruckes, die kurz nach Schließen des Einlaßventils und kurz vor Öffnen des Auslaßventils gewonnen wurden, bereits ermittelt. Die Wärmewirkungsgradberechnungsmittel 12 berechnen unter Heranziehung der nachfolgenden Gleichung (8) den polytropischen Index n(R), woraufhin das Programm nach Schritt 120 übergeht.

In Schritt 120 wird der in Schritt 119 ermittelte polytropische Index (R) zur Durchführung des Näherungsverfahrens nach der Methode der kleinsten Quadrate im Hinblick auf den Kompressions- und den Expansionshub benutzt, wobei beide Hübe einen Wert von 0=360° als Grenzwert aufweisen. Der Näherungsbereich beim Kompressionshub beginnt nach dem Schließen des Ansaugventils und endet kurz vor dem Auslösen des Zündfunkens. Der Näherungsbereich des Expansionshubes beginnt beispielsweise ab dem oberen Totpunkt 50° nach Beendigung der Verbrennung und endet kurz vor dem Öffnen des Auslaßventils.

Der polytropische Index des Verbrennungshubes wird unter Verwendung der Näherungsformel für jeden Kurbelwinkel berechnet, wie früher gesagt wurde. Beim nächsten Schritt 121 wird mit Hilfe der Gleichung (3) eine Wärmeerzeugungsrate berechnet, und diese Wärmeerzeugungsrate wird zur Ermittlung des Brennwertes integriert.

Im nächsten Schritt 122 wird unter Verwendung der Gleichung (5) die Wärmeverlustrate berechnet, und diese Wärmeverlustrate wird zur Ermittlung des Wärmeverlustwertes integriert.

Das Programm geht dann nach Schritt 123 über, in welchem entschieden wird, ob der Stand des Zählers CNT einen vorbestimmten Wert CNT₁ erreicht hat oder nicht. Der vorbestimmte Wert CNT₁ gibt die Durchschnittszeit zur Ermittlung des Wärmewirkungsgrades an und ist in jedem Bereich der N-T-_p-Karte gesetzt.

Fällt in Schritt 123 die Entscheidung NEIN, geht das Programm nach Schritt 124 über, in welchem Vorkehrungen für das Näherungsverfahren getroffen werden. Im nächsten Schritt 125 wird der Zählstand um 1 erhöht, wonach das Programm nach Schritt 101 zurückkehrt.

Falls in Schritt 123 die Entscheidung JA lautet, wird der Wert des Zählers CNT im nächsten Schritt 126 auf Null gesetzt, und das Programm geht nach Schritt 127 über, in welchem der Wärmewirkungsgrad η_A berechnet wird.

Dann geht das Programm nach Schritt 128 über, der im Flußdiagramm der Fig. 2B erscheint. Der Basiswert η_O für den Wärmewirkungsgrad, der in jedem Bereich der N-T_p-Karte gesetzt ist, wird gelesen, wonach das Programm nach Schritt 129 geht.

In Schritt 129 wird der Wärmewirkungsgrad η_A mit dem Basiswert η_O durch die Vergleichsmittel 14 verglichen.

Falls η_A<η_O als Resultat des Vergleichs erfüllt ist, entscheiden die Verbrennungssteuermittel 15 in Schritt 130, ob der infragestehende Bereich ein EGR-Bereich ist oder nicht.

Falls NEIN spingt das Programm nach Schritt 133. Wird in Schritt 130 bestätigt, daß der infragestehende Bereich ein EGR-Bereich ist, wird in Schritt 31 entschieden, ob die EGR unterbrochen worden ist oder nicht. Falls NEIN wird in Schritt 132 die EGR abgeschaltet.

Falls die Unterbrechung der EGR nicht ausreicht, um den Wärmewirkungsgrad zu verbessern, oder falls der infragestehende Bereich nicht der EGR-Bereich ist, wird eine Zündzeitpunktskontrolle durchgeführt.

Falls die Entscheidung des Schrittes 133 anzeigt, daß keine Zündzeitpunktskontrolle durchgeführt worden ist, geht das Programm nach Schritt 134 über, in welchem entschieden wird, ob der Zähler für die Zündzeitpunktskontrolle einen voreingestellten Wert N1_max überschritten hat oder nicht.

Der Zähler N1 dient zum Abzählen der Zeit für die Winkelverzögerungskontrolle. Falls N1 < N1_max erfüllt ist, geht das Programm nach Schritt 135 über. In Schritt 135 wird ein Steuersignal, das angibt, daß der Zündzeitpunkt um α° nur im fraglichen Bereich verzögert ist, über die Zündzeitpunktskarte 17 an die Zündvorrichtung 3 geliefert.

Im nächsten Schritt 136 werden der Wärmewirkungsgrad η_A und der Zündzeitpunkt in η_Ig1 (N1) gespeichert. Im nächsten Schritt 137 wird der Zähler N1 um 1 erhöht. Diese Operationen werden für eine gewisse Zeit wiederholt, bis η_A ≧ η_O erfüllt ist.

Falls diese wiederholten Operationen keinen befriedigenden Regelungszustand ergeben, und falls der Zählerstand N1 den voreingestellten Wert N1_max erreicht hat, wird entschieden, daß in Schritt 134 die Entscheidung NEIN lautet, und das Programm geht nach Schritt 138 über, in welchem der Zähler N1 auf Null rückgesetzt wird. Dann geht das Programm weiter nach Schritt 139.

In Schritt 139 wird entschieden, ob der Zähler N2 für die Zündzeitpunktssteuerung einen voreingestellten Wert N2_max überschritten hat oder nicht. Der Zähler N2 zählt die Zeit für die Winkelvorverlegungssteuerung.

Falls in Schritt 139 die Bedingung N2 < N2_max erfüllt wird, geht das Programm nach Schritt 140 über. In Schritt 140 wird ein Steuersignal, das anzeigt, daß der Zündzeitpunkt β° nur im fraglichen Bereich verzögert ist, durch die Zündzeitpunktskarte 17 an die Zündvorrichtung geliefert. Dann geht das Programm nach Schritt 141 weiter.

In Schritt 141 werden der Wärmewirkungsgrad η_A und der Zündzeitpunkt in η_Ig2 (N2) gespeichert. Im nächsten Schritt 142 wird der Zähler N2 um 1 erhöht. Diese Operationen werden während einer gewissen Zeit wiederholt, bis η_A ≧ η_O erfüllt ist.

Falls die wiederholten Operationen nicht zu einem wirksamen Regelungszustand führen, und falls der Zählerstand von N2 den voreingestellten Wert N2_max erreicht hat, wird entschieden, daß das Ergebnis des Schrittes 139 NEIN ist. Das Programm geht dann nach Schritt 143 über, in welchem der Zähler N2 auf Null rückgesetzt wird. Danach geht das Programm nach Schritt 144 weiter.

In Schritt 144 wird der Zündzeitpunkt, zu dem der Wärmewirkungsgrad ein Maximum zwischen η_Ig1 und η_Ig2 erreicht, angesteuert und durch die Zündzeitpunktskarte 17 als Befehl an die Zündvorrichtung 3 geliefert. Dann folgt die Brennstoffregelung.

Falls in Schritt 133 entschieden worden ist, daß die Zündzeitpunktssteuerung durchgeführt worden ist, geht in Schritt 145 das Programm zur Diskriminierungsoperation über. Falls die Diskriminierung in Schritt 145 ergibt, daß die Brennstoffregelung noch nicht erfolgt ist, geht das Programm nach Schritt 146 weiter, in welchem entschieden wird, ob ein Zähler M1 für die Brennstoffregelung einen voreingestellten Wert M1_max überschritten hat oder nicht.

Der Zähler M1 dient zum Zählen der Zeitdauer der die Brennstoffzufuhr verringernden Steuerung. Falls M1 < M1_max erfüllt wird, geht das Programm nach Schritt 147 über. In diesem Schritt wird ein Signal, das anzeigt, daß die Brennstoffeinspritzmenge um einen vorbestimmten Betrag nur im fraglichen Bereich verringert worden ist, durch die Mittel 16 zur Berechnung der Brennstoffeinspritzimpulsbreits an das Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert. Danach geht das Programm nach Schritt 148 über.

In Schritt 148 werden der Wärmewirkungsgrad η_A und die Brennstoffeinspritzimpulsbreite in η_Fu1 (M1) gespeichert, und im nächsten Schritt 149 wird der Zähler M2 um 1 erhöht. Diese Operationen werden über eine gewisse Zeit fortgesetzt, solange, bis η_A ≧ η_O erfüllt ist.

Falls diese wiederholten Operationen keinen einwandfreien Regelungszustand herbeiführen, und falls der Zählerstand M1 einen voreingestellten Wert M1_max erreicht hat, fällt in Schritt 146 die Entscheidung NEIN. Das Programm geht dann nach Schritt 150 über, in welchem der Zähler M1 auf Null rückgesetzt wird. Danach geht das Programm nach Schritt 151 weiter.

In Schritt 151 wird entschieden, ob der Zähler M2 für die Brennstoffregelung einen vorbestimmten Wert M2_max überschritten hat oder nicht. Der Zähler M2 dient zum Abzählen der Zeit für die die Brennstoffzufuhr erhöhende Steuerung.

Falls das Ergebnis der Diskriminierungsoperation in Schritt 151 anzeigt, daß M2 < M2_max erfüllt ist, geht das Programm nach Schritt 152 über. In Schritt 152 wird ein Signal, das anzeigt, daß die Brennstoffeinspritzmenge um einen vorbestimmten Betrag nur in dem fraglichen Bereich erhöht worden ist, an das Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert. Dann geht das Programm nach Schritt 153 über.

In Schritt 153 werden der Wärmewirkungsgrad η_A und die Brennstoffeinspritzimpulsbreite in η_Fu2 (M2) gespeichert, während in Schritt 154 wird der Zähler M2 um 1 erhöht wird. Diese Operationen werden für eine gewisse Zeit wiederholt, solange, bis η_A ≧ η_O erfüllt ist.

Falls die wiederholten Operationen keinen einwandfreien Regelzustand ergeben, und falls der Zählerstand M2 den voreingestellten Wert M2_max erreicht hat, lautet in Schritt 151 die Entscheidung NEIN. Das Programm geht nach Schritt 155 über, in welchem der Zähler M2 auf Null rückgesetzt wird. Danach geht das Programm nach Schritt 156 über.

In Schritt 156 wird die Brennstoffeinspritzimpulsbreite, bei der der Wärmewirkungsgrad das Maximum zwischen η_Fu1 und η_Fu2 erreicht, angesteuert und an das Brennstoffeinspritzventil 2 geliefert.

Um die genannten Operationen in einem vorbestimmten Zeitpunkt zu wiederholen, wird in Schritt 157 entschieden, ob der vorbestimmte Zeitpunkt erreicht worden ist oder nicht. In Schritt 158 wird ein Zähler L1 um 1 erhöht. Falls der Zähler L1 den Wert L1_max erreicht hat, wird entschieden, daß er nicht mehr die Steuerfunktion erfüllt, und in Schritt 159 wird die (nicht dargestellte) Alarmvorrichtung durch die Brennstoffsteuermittel 15 eingeschaltet, um dem Fahrer ein Alarmzeichen zu geben.

Wie erläutert, kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die EGR, der Zündzeitpunkt oder die Brennstoffeinspritzung zur Verbesserung des Verbrennungszustandes geregelt werden, selbst dann, wenn aufgrund einer im Ablauf der Zeit eingetretenen Veränderung des Motors der Wärmewirkungsgrad η_A kleiner als der Bezugswert geworden ist. Auf diese Weise erfolgt die Verbrennung jederzeit entsprechend der anfänglichen Einstellung.

Wenn sich auch die obige Erläuterung der Ausführungsform der Erfindung nur auf einen einzelnen Zylinder bezieht, ist die vorliegende Erfindung auch auf Motoren mit mehreren Zylindern anwendbar.

Die Ansaugluftmenge G_a kann durch Verwendung eines Ansaugluftmengensensors erfaßt werden. Darüber hinaus kann die Verbrennungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung kombiniert werden, welche das Vorhandensein und das Fehlen der Klopferscheinung erfassen kann, und zwar auf der Basis der Zylinderdruckwellenform zur Durchführung der passenden Motorsteuerung.

Aufgrund der obigen Informationen sind zahlreiche Abänderungen und Varianten der vorliegenden Erfindung möglich. Es wird daher davon ausgegangen, daß die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche auch in anderer Weise als der beschriebenen in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims

1. Verbrennungssteuereinrichtung für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Bestandteile aufweist:

- Zylinderdruckerfassungsmittel (5) zur Erfassung des Verbrennungsdruckes im Zylinder,
- Kurbelwinkelerfassungsmittel (6) zur Erfassung des Kurbelwinkels des zu steuernden Motors (1),
- Zylinderdrucküberwachungsmittel (11) zum Erfassen und Überwachen der Wellenform des Zylinderdruckes auf Basis des von den Zylinderdruckerfassungsmitteln (5) erfaßten Zylinderdruckes sowie einens von den Kurbelwinkelerfassungsmitteln (6) ausgegebenen Kurbelwinkelsignals,
- Berechnungsmittel (12) zur Berechnung des Wärmewirkungsgrades auf der Basis der erfaßten Wellenform, und
- Verbrennungssteuermittel (15) zur Steuerung der Brennstoffzufuhrmenge des Motors, des Zündzeitpunktes und der Abgasrückführungsmenge je nach den Berechnungsergebnissen der Berechnungsmittel (12).

2. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderdrucküberwachungsmittel (11) für jeden Arbeitstakt die Wellenform ermitteln.

3. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Berechnungsmitteln (12) berechnete Wärmewirkungsgrad in einen entsprechenden Bereich einer N-T_p-Karte eingegeben wird, welche die Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit N und den Basiseinspritzimpulsbreiten T_p wiedergibt.

4. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in die N-T_p-Karte eingegebene Wärmewirkungsgrad in jedem Bereich für vorbestimmte Arbeitstakte gemittelt wird.

5. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Bezugswertkarte (13) für den thermischen Wirkungsgrad aufweist, wobei die Wärmewirkungsgradbezugswerte in entsprechenden Bereichen der N-T_p-Karte vorgespeichert sind.

6. Verbrennungssteuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiter Vergleichsmittel (14) vorgesehen sind, welche den durch die Berechnungsmittel (12) gemittelten Wärmewirkungsgrad mit den Bezugswerten der Wärmewirkungsgradbezugswertkarte (13) vergleichen, und daß das Ausgangssignal des Vergleichs an die Verbrennungssteuermittel (15) geliefert wird.