DE4304110C2 - Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzungssteuersys­ tem für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Aus­ puffkanal.

Bei Brennkraftmaschinen sind Kraftstoffeinspritzungssteuersy­ steme bekannt, durch die den mit schädlichen Abgasbestandtei­ len, dem spezifischen Kraftstoffverbrauch verbundenen Problemen entgegengewirkt wird. Änderungen des Betriebszustan­ des der Brennkraftmaschine, wie Motorbelastung, Motordrehzahl, Kühlwasser­ temperatur und Einlaßluftmenge werden als elektrische Signale in das Kraftstoffeinspritzungssteuersystem eingegeben. Das Kraftstoffeinspritzungssteuersystem betätigt dann die Kraft­ stoffeinspritzventile bei jeder Zündperiode gemäß den Werten der elektrischen Signale. Hierdurch wird die Kraftstoffein­ spritzmenge gesteuert.

Beispiele hierfür sind angegeben in den offengelegten japa­ nischen Patentanmeldungen 61-76741 und 2-259279.

Gemäß der Druckschrift 61-76741 wird bei Fortsetzung der stetigen Fahrt eines Fahrzeugs die Zündver­ stellung auf spät eingestellt, um ein Abfallen der Kataly­ satortemperatur unter vorgegebene Temperaturen zu verhindern. Gleichzeitig wird ein Leistungsabfall auf Grund der Spätzün­ dung durch das Öffnen eines Leerlaufsteuerventils ausge­ glichen.

Nach der Druckschrift 2-295279 wird bei Absinken der Leerlaufdrehzahl unter ihren Sollwert der Bezugszündzeitpunkt in Richtung Vorstellwinkel so korrigiert, daß die Zündung der Brennkraftmaschine mit einer korrigierten Einstellung erfolgt. Hierdurch wird die Motorleistung ver­ größert und die Drehzahl erhöht. Wenn die Drehzahl höher als ihr Sollwert ist, wird den Bezugszündzeitpunkt um einen Nachstellwinkel so korrigiert, daß die Drehzahl abgesenkt wird. Diese kontinuierliche Rückkopplung der Drehzahl läßt die Motordrehzahl auf ihren Sollwert konvergieren. Wenn der Motor eine niedrigere Temperatur hat, wird den Bezugszündzeitpunkt während des Leerlaufs um einen entsprechenden Betrag auf einen Nachstellwinkel festgelegt. Hierdurch wird selbst bei niedrigen Motortemperaturen ein stabiler Leerlauf erzielt. Dies unterstützt auch den Katalysator, um die Motoraufwärmung zu beschleunigen, während die Motordrehzahl stabilisiert und der Motorabwürgwiderstand gegenüber äußeren Lasten bei nie­ drigen Motortemperaturen verbessert wird.

Um die Aktivität eines Katalysators durch einen Anstieg seiner Temperatur beim Kaltstart zu fördern, wird bei der Brennkraftmaschine mit dem Kraftstoffeinspritzungssteuer­ system die Zündverstellung um einen gegebenen Winkel (zum Beispiel 4°) verstellt, und zwar unter der Steuerung eines elektronisch gesteuerten Zündungssteuersystems während einer gegebenen Zeitdauer oder bis eine gegebene Kühlwassertempe­ ratur nach dem Kaltstart erreicht ist. Hierdurch wird der Verbrennungszustand verändert.

Bei den bisherigen Kraftstoffeinspritzungssteuersystemen für eine Brennkraftmaschine wird die Zündverzögerung um einen Festwert (4°) beim Kaltstart der Brennkraftmaschine verzö­ gert, um den Verbrennungszustand so zu verändern, daß die Katalysatortemperatur erhöht wird. Jedoch ist die Anstiegs­ geschwindigkeit der Katalysatortemperatur zu gering, um schädliche Auspuffgase, wie Kohlenmonoxid und dgl. ausrei­ chend einzuschränken. Somit besteht der Nachteil, daß Spät­ zündung allein den Katalysator nicht ausreichend aktiviert. Im Hinblick auf Bestimmungen bezüglich schädlicher Auspuffbestandteile die in der letzten Zeit sogar noch strenger geworden sind, hat eine einfache Spätzündung den Nachteil, diese Bestimmungen nicht zu erfüllen. Es besteht ferner ein weiterer Nachteil darin, daß die Spätzündung für den Teillastbetrieb einer Brennkraftmaschine ungünstig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffein­ spritzungssteuersystem der eingangs angegebenen Art so auszu­ bilden, daß der Katalysator bei einem Kaltstart möglichst schnell aktiviert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2.

Danach wird die Bezugskraftstoffein­ spritzmenge durch die Steuereinrichtung so geregelt, daß sie um eine von Zylinder zu Zylinder veränderliche Menge zunimmt oder abnimmt, ohne daß sich die Gesamtmenge der Bezugskraft­ stoffeinspritzmenge ändert. Gleichzeitig wird eine solche Kraftstoffzunahme oder -abnahme durch die Steuereinrichtung so geregelt, daß sie gemäß dem Lastzustand der Brennkraftma­ schine variiert. Ferner wird die Bezugszündverstellung bzw. der Bezugszündzeitpunkt durch die Steuereinrichtung so gesteuert, daß sie bzw. er um einen von Zylinder zu Zylinder unterschiedlichen Betrag auf Spätzündung eingestellt wird. Gleichzeitig wird diese Spätzündung durch die Steuereinrichtung so gesteuert, daß sie gemäß dem Lastzu­ stand der Brennkraftmaschine variiert. Folglich ist die Zünd­ verstellung verspätet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftstoffein­ spritzungssteuersystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Steuerfließdiagramm;

Fig. 3 eine Zeittafel, in der die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündverzögerung mit den Zylindern variieren gemäß einem Lastzustand der Brennkraftmaschine;

Fig. 4 eine Kontrollwerttabelle, die gemäß den Änderungen einer Kraftstoffzunahme und -abnahme und einer Zünd­ verzögerung zwischen einer ersten und einer fünften Phase festgelegt ist, wobei die Phasen entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine bestimmt sind;

Fig. 5 eine Zeittafel, in der die Kraftstoffeinspitzmenge zu­ nimmt und abnimmt und die Zündverzögerung für jeden der Zylinder verzögert wird gemäß Lastzustand der Brennkraftmaschine;

Fig. 6 ein systematisches Blockdiagramm eines Kraftstoffein­ spritzungssteuersystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ein Fließdiagramm einer Kraftstoffeinspritzsteuerung;

Fig. 8 eine Zeittafel einer Kraftstoffeinspritzsteuerung und Zündsteuerung.

Fig. 1 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung.

In einem Fahrzeug ist eine Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Ein (nicht gezeigter) Luftfilter, ein Ansaugrohr 4, ein Sam­ melbehälter 6 und ein Ansaugkrümmer 8 sind aufeinanderfolgend an die Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, wobei ein Einlaß­ kanal 10 zwischen Zylindern I und IV angeschlossen ist. Im Einlaßkanal 10 ist ein Drosselventil 12 vorgesehen. Zusätz­ lich sind ein Auspuffkrümmer 14, ein Auspuffrohr 16 und ein (nicht gezeigter) Schalldämpfer aufeinanderfolgend an die Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, wobei ein Auspuffkanal 18 zwischen dem Zylinder I und IV angeschlossen ist.

Bei der Brennkraftmaschine 2 ist im Auspuffkanal 18 ein Kata­ lysator 20 zur Filterung der Auspuffgase vorgesehen. Zusätz­ lich sind bei der Brennkraftmaschine 2 Kraftstoffeinspritz­ ventile 22-1 bis 22-4 für die jeweiligen Zylinder I bis IV vorgesehen. Ferner sind Zündkerzen 24-1 bis 24-4 für die je­ weiligen Zylinder I bis IV vorgesehen.

Die Kraftstoffeinspritzventile 22-1 bis 22-4 sind mit einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank verbunden. Wie im einzelnen noch zu beschreiben, steuert eine Steuerstation 30 (etwa ein programmierbarer Rechner) zwischen den Kraftstoffeinspritz­ ventilen 22-1 bis 22-4 derart, daß Kraftstoff in einer einer Bezugskraftstoffeinspritzmenge entsprechenden Menge, die entsprechend einem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2 ein­ gestellt ist, abwechselnd in einen der Zylinder I bis IV eingespritzt wird. Die Zündkerzen 24-1 bis 24-4 sind mit einem Verteiler 26 verbunden, der seinerseits mit einer Zündspule 28 verbunden ist. Wie im einzelnen noch zu be­ schreiben, steuert die Steuerstation 30 die Zündkerzen 24-1 bis 24-4 derart, daß zu einer Bezugszündungszeit Zündfunken abwechselnd in einem der Zylinder I bis IV erzeugt werden, wobei die Bezugszündzeit gemäß dem Lastzustand der Brenn­ kraftmaschine 2 festgelegt ist.

Die als Steuereinrichtung wirkende Steuerstation 30 ist ver­ bunden mit den Kraftstoffeinspritzventilen 22-1 bis 22-4, den Zündkerzen 24-1 bis 24-4, dem Verteiler 26 und der Zündspule 28. Die Steuerstation 30 ist ferner verbunden mit einem Leer­ laufschalter 32, der während des Leerlaufs der Brennkraftma­ schine auf "EIN" geschaltet ist; einem Fahrzeuggeschwindig­ keitssensor 34 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit; einem Kurbelwinkelsensor 36 zum Erfassen der Drehwinkel der Motorkurbelwelle; einem Motordrehzahlsensor 38 zum Erfassen der Motordrehzahl; einem Drosselöffnungssensor 40 zum Erfas­ sen des Öffnungsgrads des Drosselventils 12; einem Kühlwas­ sertemperatursensor 42 zum Erfassen der Temperatur des Kühl­ wassers der Brennkraftmaschine 2; einem Einlaßlufttempera­ tursensor 44 zum Erfassen der Temperatur der in den Einlaß­ kanal 20 eingeführten Luft; einem Zündspulensensor 48 zum Eingeben eines Zündimpulses in die Steuerstation 30 und einem Katalysatortemperatursensor 46 zum Erfassen der Temperatur des Katalysators 20. Das vom Drosselöffnungssensor 40 gelie­ ferte Drosselöffnungssignal kann durch irgendein anderes Signal ersetzt werden, das den Lastzustand der Brennkraft­ maschine 2 wiedergibt, zum Beispiel ein Saugrohrunter­ drucksignal.

Gemäß den von den Sensoren 32 bis 48 eingegebenen Signalen steuert die Steuerstation 30 den Kraftstoffstrom zu und zwi­ schen den Kraftstoffeinspritzventilen 22-1 bis 22-4 derart, daß Kraftstoff in einer der Bezugskraftstoffeinspritzmenge entsprechenden Menge, die gemäß dem Lastzustand der Brenn­ kraftmaschine 2 festgelegt ist, aufeinanderfolgend in die Zylinder I bis IV eingespritzt wird. Sie steuert auch zwi­ schen der ersten bis vierten Zündkerze 24-1 bis 24-4 derart, daß in den Zylindern I bis IV ein Zündfunken mit der Bezugs­ zündverstellung erzeugt wird, die entsprechend dem Lastzu­ stand der Brennkraftmaschine 2 festgelegt ist.

Wenn, wie in Fig. 2 bis 5 gezeigt, die Brennkraftmaschine 2 in einem gegebene Bedingungen erfüllenden Zustand betrieben wird, steuert die Steuerstation 30 jedes der Kraftstoffein­ spritzventile 22-1 bis 22-4 in Abhängigkeit von den Signalen von den oben angegebenen Sensoren, um die Bezugskraftstoff­ einspritzmenge um einen Betrag F zu erhöhen oder zu verrin­ gern, der von den Zylindern I bis IV variiert, und dies ohne Änderung der gesamten Bezugskraftstoffeinspritzmenge. Zusätz­ lich ändert die Steuerstation 30 diese Kraftstoffzunahme und -abnahme F abwechselnd auf F1 bis F3 entsprechend dem Lastzu­ stand der Brennkraftmaschine 2. Die Steuerstation 30 steuert ferner jede der Zündkerzen 24-1 bis 24-4 derart, daß die Be­ zugszündverstellung um einen Betrag T verzögert wird, der von dem Zylinder I bis zum Zylinder IV variiert, und ändert zu­ sätzlich diese Verzögerung T abwechselnd auf T1 bis T4 ent­ sprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2.

Im einzelnen hängt es ab von der Kühlwassertemperatur t, der Motordrehzahl Ne, der Fahrzeuggeschwindigkeit V und vom Leer­ laufschalter 32, ob ein Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 die gegebenen Bedingungen erfüllt. Es kann festgelegt werden, daß der Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 die gegebenen Bedingungen erfüllt, wenn die folgenden Zustände gefunden werden: die Kühlwassertemperatur t ist gleich oder kleiner als der Sollwert t1 (°C) hiervon, die Motordrehzahl Ne (U/min) ist gleich oder größer als ein erster Sollwert N1 hiervon und ist kleiner als ein zweiter Sollwert N2 hiervon, die Fahrzeuggeschwindigkeit V (km/h) ist gleich oder größer als ein erster Sollwert V1 hiervon und ist kleiner als ein zweiter Sollwert V2 hiervon und der Leerlaufschalter 32 ist auf AUS geschaltet. Wenn irgendeine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, kann bestimmt werden, daß keine der vorgegebenen Bedingungen erfüllt ist. Abwechselnd kann die Temperatur des Katalysators 20, die durch den Katalysatortemperatursensor 46 erfaßt wird, als eine der Bedingungen zugefügt werden zum Be­ stimmen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine 2.

Demnach kann festgelegt werden, daß sich die Brennkraftma­ schine 2 in kaltem Zustand befindet, je nachdem ob die Kühl­ wassertemperatur t gleich oder kleiner als der Sollwert t1 ist. Der Betrieb bei niedrigen und hohen Drehzahlgrenzen kann in Betracht gezogen werden, wenn die Motordrehzahl Ne inner­ halb einer festgelegten Grenze liegt (d. h. Ne ist gleich oder größer als N1 und ist kleiner als N2). Eine niedrige Grenze für die Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Rennzustand können in Betracht gezogen werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V innerhalb festgelegter Grenzen liegt (d. h. V ist gleich oder größer als V1 und ist kleiner als V2). Wenn der Leerlauf­ schalter 32 auf AUS geschaltet ist, kann die Betriebsfähig­ keit in Betracht gezogen werden, ohne daß eine solche Steu­ erung während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine 2 ausge­ führt wird.

Wenn gemäß Fig. 5 die vorgegebenen Bedingungen erfüllt sind, wird die Bezugskraftstoffeinspritzmenge so geregelt, daß sie um einen Betrag F zu- oder abnimmt, der zwischen Zylinder I und Zylinder IV variiert, wobei die gesamte Bezugskraftstoff­ einspritzmenge unverändert bleibt. Ferner wird die Bezugs­ zündverstellung so gesteuert, daß sie um einen Betrag T nach­ eilt, der zwischen Zylinder I und Zylinder IV variiert. Zum Variieren der Kraftstoffzunahme oder -abnahme F und der Zünd­ verstellungsverzögerung T entsprechend den Zylindern I bis IV in der obigen Weise müssen spezifische Bedingungen für das Variieren der Größen F und T bei jedem der Zylinder I bis IV daran gehindert werden, sich auf gewisse Zylinder der Brenn­ kraftmaschine 2 zu konzentrieren. Die Kraftstoffzunahme und -abnahme F und die Zündverstellungsverzögerung T, die von einem zum anderen Zylinder abweichen muß, variieren demnach auf einer "Drei"-Phasenbasis mit Bezug zu "vier", d. h. der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 2. Mit anderen Worten, ein Veränderungsmuster, das gleich der Anzahl der Zylinder -1 ist, wird gebildet mit Bezug auf die Gesamtzahl der Zylinder, d. h "vier". Änderungsperioden in Beträgen F und T für jeden der Zylinder I bis IV werden hierdurch entsprechend verschoben, um zu verhindern, daß die oben angegebenen spezifischen Bedingungen sich auf gewisse Zylin­ der der Brennkraftmaschine 2 konzentrieren. Dies ist in Fig. 3 als Diagramm dargestellt. Alternativ können Phasen, bei denen solche Veränderungen auftreten, gegeneinander versetzt sein mit Bezug auf die Anzahl der Zylinder. Daher ist die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Veränderungsmuster von "Zylinderzahl minus 1" beschränkt.

Gemäß Fig. 3 und 4 wird die Kraftstoffzunahme und -abnahme F, die somit zwischen den Zylindern I bis IV variieren kann, so geregelt, daß sie sich in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine 2 abwechselnd zu einem von F1 bis F3 än­ dert. Gleichzeitig wird die Zündverstellungsverzögerung T, die somit zwischen den Zylindern I bis IV variieren kann, so gesteuert, daß sie sich in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine 2 abwechselnd zu einem von T1 bis T3 än­ dert. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird im einzelnen der Last­ zustand der Brennkraftmaschine 2 in fünf Kategorien einge­ teilt, nämlich eine erste Phase bis zu einer fünften Phase entsprechend dem Grad der Drosselöffnung th. Gemäß dem Last­ zustand der Brennkraftmaschine 2 werden dann die Kraftstoff­ zunahmen oder -abnahmen zwischen F1 und F3 und die Zündver­ stellverzögerungen zwischen T1 und T3 aus einer Steuerwert­ tabelle gelesen (wie Fig. 4), in der die Beträge F1 bis F3 und T1 bis T3 so festgesetzt sind, daß sie von der ersten bis zur fünften Phase voneinander abweichen. Wie in Fig. 3 ge­ zeigt, variieren die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zünd­ verstellung entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftma­ schine 2 mit den Kraftstoffzunahmen und -abnahmen von F1 bis F3 und den Zündverstellverzögerungen von T1 bis T3, die aus der oben beschriebenen Steuerwerttabelle gelesen werden. Dies bedeutet, daß die Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündverstellung mit abnehmender Last abnehmen, jedoch mit zunehmender Last stark zunehmen.

Wenn folglich der Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 die vorgegebenen Bedingungen erfüllt, steuert die Steuerstation 30 die Kraftstoffeinspritzventile 22-1 bis 22-44 derart, daß die Bezugskraftstoffeinspritzmenge um den vom Zylinder I bis Zylinder IV unterschiedlichen Betrag F ohne Änderung der ge­ samten Bezugskraftstoffeinspritzmenge und ändert zusätzlich diese Kraftstoffzunahme oder -abnahme F abwechselnd in einen der Werte F1 bis F3 entsprechend dem Lastzustand der Brenn­ kraftmaschine 2. Die Steuerstation 30 steuert ferner die Zündkerzen 24-1 bis 24-4 derart, daß die Bezugszündverstel­ lung um den von Zylinder I bis Zylinder IV unterschiedlichen Betrag T verzögert wird, und ändert zusätzlich diese Verzö­ gerung T abwechselnd in einen der Werte T1 bis T3 entspre­ chend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2.

Als nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform der Er­ findung beschrieben.

Wenn gemäß Fig. 2 die Brennkraftmaschine 2 gestartet wird (Schritt 100), bestimmt die Steuerstation 30, ob ein Lauf­ zustand der Brennkraftmaschine 2 die vorgegebenen Bedingungen erfüllt (Schritt 102 bis Schritt 104).

Im einzelnen wird im Schritt 102 bestimmt, ob die Kühlwasser­ temperatur t gleich oder kleiner als der Sollwert Tt ist. Es wird dann im Schritt 104 bestimmt, ob die Motordrehzahl Ne innerhalb der festgelegten Grenze liegt (d. h. Ne ist gleich oder größer als N1, jedoch kleiner als N2). Danach wird im Schritt 106 bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V in­ nerhalb der festgesetzten Grenzen liegt (d. h. V ist gleich oder größer als V1, jedoch kleiner als V2). Es wird im Schritt 108 bestimmt, ob der Leerlaufschalter 32 auf AUS geschaltet ist.

Bei JA in allen Schritten 102 bis 108 wird angegeben, daß der Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 den vorgegebenen Bedin­ gungen genügt. Danach wird der Drosselöffnungsgrad th ge­ prüft, um zu bestimmen, unter welche Kategorie zwischen der ersten und der fünften Phase der Lastzustand der Brennkraft­ maschine 2 fällt (Schritt 110). Die Kraftstoffzunahme oder -abnahme von F1 bis F3 und die Zündverstellverzögerungen von T1 bis T3 werden aus der in Fig. 4 gezeigten Steuerwertta­ belle gelesen.

Gemäß Fig. 3 erfolgt die Steuerung derart, daß eine Zunahme oder Abnahme der Kraftstoffmenge und eine Verzögerung der Zündverstellung gemäß dem Belastungszustand der Brennkraft­ maschine 2 variieren mit Mengen von F1 bis F3 bzw. T1 bis T3 (Schritt 112), die aus der im Schritt 110 bestimmten ersten Phase bis fünften Phase gelesen werden. Dann wird die Steuerung zum Schritt 102 zurückgeführt.

Bei einem NEIN bei irgendeinem der Schritte 102 bis 108 wird der Steuerung ein Arbeiten nicht gestattet. Wenn im einzelnen die Kühlwassertemperatur t über dem Sollwert t1 liegt (d. h. t ist größer als t1) wird die oben beschriebene Steuerung für den Schritt 112 abgebrochen (Schritt 114). Folglich wird die Steuerung beendet, wenn t gleich oder kleiner als t1 ist und nach der Rückkehr vom Schritt 112 zum Schritt 102. Bei NEIN bei den Schritten 104 bis 108 wird die Steuerung zum Schritt 102 zurückgeführt.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist und wenn die Brennkraftmaschine 2 in einem mit den vorgegebenen Bedingun­ gen übereinstimmenden Zustand läuft, wird die Bezugskraft­ stoffeinspritzmenge durch die Steuerstation 30 so geregelt, daß sie um den Betrag F zunimmt oder abnimmt, der vom Zylin­ der I zum Zylinder IV variiert, und zwar ohne Änderung der gesamten Bezugskraftstoffeinspritzmenge. Gleichzeitig wird diese Kraftstoffzunahme oder -abnahme F durch die Steuersta­ tion 30 so geregelt, daß sie sich abwechselnd auf einen der Werte F1 bis F3 ändert entsprechend dem Belastungszustand der Brennkraftmaschine 2. Ferner wird die Bezugszündverstellung durch die Steuerstation 30 so gesteuert, daß sie sich um einen vom Zylinder I zum Zylinder IV unterschiedlichen Betrag T verzögert. Gleichzeitig wird diese Verzögerung T durch die Steuerstation 30 so gesteuert, daß sie sich abwechselnd auf einen der Werte T1 bis T3 ändert entsprechend dem Bela­ stungszustand der Brennkraftmaschine 2.

Folglich wird natürlich die Zündverstellung wie beim Stand der Technik auf Spätzündung eingestellt. Ferner variiert die Kraftstoffeinspritzmenge vom Zylinder I zum Zylinder IV ent­ sprechend dem Belastungszustand der Brennkraftmaschine 2, während die gesamte Bezugskraftstoffeinspritzmenge, die für jedem der Zylinder I bis IV entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2 festgelegt ist, unverändert bleibt, wo­ durch Kraftstoff zugeführt wird. Darüber hinaus unterscheidet sich die Zündverstellung vom Zylinder I zum Zylinder IV je nach dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2, wodurch in dieser eine Funkenzündung erfolgt.

Auf diese Weise variieren die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündverstellung vom Zylinder I zum Zylinder IV ent­ sprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2, ohne daß der Betrieb in der Teillastbetriebsphase der Brennkraftma­ schine beeinträchtigt wird, was für gewöhnlich bei den be­ kannten Vorrichtungen der Fall ist.

Zusätzlich gibt es solche Änderungen der Kraftstoffeinspritz­ menge und der Zündverstellung bei den Zylindern I bis IV ent­ sprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2, wodurch ein schnellerer Anstieg der Auspuffgastemperaturen möglich wird verglichen mit den bekannten Vorrichtungen, bei denen ausschließlich die Zündverstellung variiert wird. Folglich kann der Katalysator 20 schneller aktiviert und die Auspuff- Filterfunktion sofort ausgeübt werden zur Erzielung einer Auspuffgasfilterung.

Ferner bewirkt die Steuerstation 30 eine Änderung der Kraft­ stoffeinspritzmenge und der Zündverstellung vom Zylinder I zum Zylinder IV entsprechend dem Lastzustand der Brennkraft­ maschine 2 durch die Verwendung der vorhandenen Steuerein­ richtung in der Brennkraftmaschine. Folglich kann eine derar­ tige Steuerung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Komponen­ ten erfolgen, wodurch geringere Kosten erzielt werden.

Darüber hinaus können die vom Katalysatortemperatursensor 46 ermittelten Temperaturen des Katalysators 20 als eine Bedin­ gung zu den vorgegebenen Bedingungen hinzugefügt werden beim Bestimmen des Laufzustands der Brennkraftmaschine 2. Hier­ durch wird unter Beachtung der Katalysatortemperaturen eine bessere Steuerung erzielt, die für praktische Zwecke vorteil­ haft ist.

Aus den obigen Einzelheiten ist ersichtlich, daß die Erfin­ dung nicht nur die Zündverstellung verzögert wie bei den be­ kannten Vorrichtungen, sondern auch die Kraftstoffeinspritz­ menge bei jedem Zylinder entsprechend einem Lastzustand der Brennkraftmaschine variiert ohne Änderung der gesamten Kraft­ stoffeinspritzmenge, wodurch der Kraftstoff zugeführt wird. Zusätzlich variiert die Erfindung die Zündverstellung bei jedem Zylinder entsprechend dem Lastzustand der Brennkraft­ maschine, wodurch in dieser eine Funkenzündung erfolgt.

Als Ergebnis unterscheiden sich die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündverstellung von einem Zylinder zum anderen je nach dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, ohne daß dies für den Betrieb in der Teillastbetriebsphase der Brennkraft­ maschine von Nachteil ist, was beim Stand der Technik für ge­ wöhnlich der Fall ist. Zusätzlich gibt es solche Verände­ rungen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündverstellung bei jedem Zylinder entsprechend dem Lastzustand der Brenn­ kraftmaschine, wodurch die Auspuffgastemperaturen schneller ansteigen können verglichen mit dem Stand der Technik, bei dem nur die Zündverstellung verändert wird. Als Ergebnis kann der Katalysator schneller aktiviert werden und kann die Aus­ puff-Filterfunktion sofort ausgeübt werden zur Erzielung der Auspuffgasfilterung. Ferner variiert die Steuerstation die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündverstellung bei jedem Zylinder entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine durch Verwenden von vorhandenen Steuereinrichtungen in der Brennkraftmaschine. Als Ergebnis kann diese Steuerung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Komponenten erfolgen.

Es werden nun spezielle Einzelheiten einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung an Hand von Fig. 6 bis 8 beschrieben. Fig. 6 zeigt eine in einem Fahrzeug angeordnete Brennkraftma­ schine mit vier Zylindern. Das Bezugszeichen 204 bezeichnet einen Einlaßkrümmer. Die vier Bezugszeichen 206 stellen Kraftstoffeinspritzventile dar, die an verschiedenen Zylin­ dern vorgesehen sind. Das Bezugszeichen 208 bezeichnet einen Luftfilter. Das Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 202 ist mit einem nicht gezeigten katalytischen Wandler vorgesehen, der schädliche Auspuffbestandteile verringert.

Die Brennkraftmaschine 202 ist versehen mit vier Zündkerzen 212, und zwar jeweils eine für jeden der Zylinder, zur Bil­ dung einer elektronisch gesteuerten Zündsteuervorrichtung 210, und mit einem mit den Zündkerzen 212 verbundenen Ver­ teiler 214. Der Verteiler 214 steht auch in Verbindung mit einer Zündspule 216.

Die Kraftstoffeinspritzventile 206, der Verteiler 214 und die Zündspule 216 stehen mit einer Steuereinrichtung (ECU) 218, etwa einem programmierbaren Rechner, in Verbindung.

Die Steuereinrichtung 218 steht ferner in Verbindung mit einem Leerlaufschalter 220, der während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine 202 auf EIN geschaltet ist, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 222 zum Erfassen der Fahr­ zeuggeschwindigkeit, einem Motorkurbelwinkel-Erfassungssensor 224 zum Erfassen des Zustands des Kurbelwinkels, einem Motor­ drehzahlsensor 226 zum Erfassen der Motordrehzahl, einem Lasterfassungssensor 228 (zum Beispiel einem Drosselsensor) zum Erfassen des Lastzustands der Brennkraftmaschine 202, einem Kühlwassertemperatursensor 230 zum Erfassen der Kühl­ wassertemperatur in der Brennkraftmaschine 202, einem Einlaß­ lufttemperatursensor 232 zum Erfassen der Temperatur der zur Brennkraftmaschine 202 gelieferten Einlaßluft, einem Zündim­ puls-Erfassungssensor 234 zum Erfassen des Zündimpulses und einem Katalysatortemperatursensor 236 zum Erfassen der Tempe­ raturen eines Katalysatorkörpers im katalytischen Wandler.

Die Signale aus diesen verschiedenen Sensoren werden in die Steuereinrichtung 214 eingegeben, die dann eine Bezugsein­ spritzmenge an Kraftstoff je Zylinder und die hiermit verbun­ dene Bezugszündverstellung berechnet auf der Basis von bei­ spielsweise der Motordrehzahl und der Einlaßluftmenge. Wenn die Brennkraftmaschine 202 bei niedrigen Temperaturen gestar­ tet wird, betätigt und steuert die Steuereinrichtung 218 die Kraftstoffeinspritzventile 206 zum Ändern des Anteils der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern bei gleich­ zeitiger Aufrechterhaltung einer konstanten Kraftstoffmenge, die bei jeder Zündperiode in die Brennkraftmaschine 202 ein­ gespritzt wird. Die Steuereinrichtung 218 betreibt und steu­ ert auch den Verteiler 214, um jeden Verzögerungswinkel der Zündverstellung je Zylinder zu ändern.

Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform an Hand des Fließdiagramms von Fig. 7 und des Zeitdiagramms von Fig. 8 beschrieben.

Das Starten der Brennkraftmaschine 202 aktiviert in der Steuereinrichtung 218 ein Programm (Schritt 302). Das Pro­ gramm bestimmt anfänglich, ob die Temperatur T des Kühlwas­ sers oder des Katalysators gleich oder kleiner als eine Soll­ temperatur T1 ist (Schritt 304).

Bei JA beim Schritt 304 wird anschließend festgelegt, daß die Brennkraftmaschine 202 bei niedriger Temperatur gestartet wird. Das Programm legt dann fest, ob die Motordrehzahl Ne gleich oder größer als eine erste Solldrehzahl N1 ist, jedoch kleiner als eine zweite Solldrehzahl N2 ist (Schritt 306). Die Motordrehzahl Ne wird somit in diesen gegebenen Grenzen festgelegt, um einen Betrieb in niedrigen und hohen Drehzahl­ bereichen zu ermöglichen.

Bei JA im Schritt 306 bestimmt das Programm dann, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder größer ist als die erste Fahrzeugsollgeschwindigkeit V1, jedoch kleiner ist als die zweite Fahrzeugsollgeschwindigkeit V2 (Schritt 308). Die Fahrzeuggeschwindigkeit V wird somit innerhalb dieser gegebe­ nen Grenzen festgelegt, um einen Bereich für niedrige Dreh­ zahl und einen Rennzustand zu ermöglichen.

Bei JA im Schritt 308 bestimmt dann das Programm, ob der Leerlaufschalter 20 auf AUS geschaltet ist (Schritt 310). Dies erfolgt in Anbetracht des Betriebsverhaltens, da die Steuerung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wäh­ rend des Leerlaufs nicht ausgeführt wird.

Bei JA im Schritt 310 gemäß Fig. 8 wird der Anteil der Kraft­ stoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern für jede Zündpe­ riode geändert (Anstieg oder Abfall der Kraftstoffmenge), wo­ bei jeder Verzögerungswinkel der Zündverstellung je Zylinder geändert wird (Schritt 312).

Im einzelnen wird bei der ersten Zündung A von Fig. 8 Kraft­ stoff mit der Bezugseinspritzmenge zum ersten Zylinder (I) und zum dritten Zylinder (III) geliefert. Jedoch wird die Kraftstoffeinspritzmenge für den vierten Zylinder (IV) um 10 % gegenüber der Bezugseinspritzmenge verringert mit einer ent­ sprechenden 10%igen Zunahme von derjenigen für den zweiten Zylinder (II). In diesem Zeitpunkt nehmen der erste Zylinder (I) und der dritte Zylinder (III) die Bezugszündverstellung an, während der vierte Zylinder (IV) und der zweite Zylinder II eine individuelle Zündverstellung annehmen, die um 10 bzw. 5° gegenüber der Bezugszündverstellung verzögert ist.

Bei der zweiten Zündung B von Fig. 8 wird Kraftstoff mit der Bezugseinspritzmenge zum ersten Zylinder (I) und zum zweiten Zylinder (II) geliefert. Andererseits wird die Kraftstoffein­ spritzmenge für den dritten Zylinder (III) um 10% gegenüber der Bezugseinspritzmenge herabgesetzt bei entsprechender 10%iger Zunahme von derjenigen für den vierten Zylinder (IV). In diesem Zeitpunkt nehmen der erste Zylinder (I) und der zweite Zylinder (II) die Bezugszündverstellung an, während der drit­ te Zylinder (III) und der vierte Zylinder (IV) eine indivi­ duelle Zündverstellung annehmen, die um 10 bzw. 5° gegenüber der Bezugszündverstellung verzögert ist. Auf diese Weise bleibt die Gesamtmenge des in die Brennkraftmaschine 202 eingespritzten Kraftstoffs bei jeder Zündperiode konstant.

In ähnlicher Weise werden gemäß Fig. 8 bei jeder Periode der nachfolgende Zündung (Zündung C, D usw.) der Anteil der zwi­ schen den Zylindern eingespritzten Kraftstoffeinspritzmenge und die hiermit verbundene Zündverstellung geändert.

Das heißt, in der Brennkraftmaschine 202 mit vier Zylindern wird der Anteil der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zy­ lindern geändert ohne eine Änderung der Gesamtmenge des in die Brennkraftmaschine 202 eingespritzten Kraftstoffs. Zu­ sätzlich werden der Anteil der Kraftstoffeinspritzmenge und der Verzögerungswinkel der Zündverstellung gemäß einem Muster von drei-vier Mal variiert (d. h. die Anzahl der Zylinder mi­ nus 1), um eine Konzentration von spezifischen Bedingungen an einem bestimmten Zylinder zu vermeiden. Nach Beendigung die­ ser Steuerung wird das Programm zum Schritt 304 zurückge­ führt.

Bei NEIN in den Schritten 306, 308 und 310 wird das Programm zum Schritt 304 rückgeführt und setzt die oben beschriebene Festlegung fort.

NEIN im Schritt 304 gibt an, daß die Temperatur T höher als die Solltemperatur T1 ist und die Brennkraftmaschine 202 nicht bei niedrigen Temperaturen gestartet wird. Somit wird die oben beschriebene Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündverstellung abgebrochen (Schritt 314).

Wenn folglich die Brennkraftmaschine 202 bei niedrigen Tempe­ raturen gestartet wird, variieren die Kraftstoffeinspritz­ menge und die Zündverstellung bei jeder Zündperiode entspre­ chend den Zylindern. Veränderungen des Verbrennungszustandes erhöhen die Katalysatortemperaturen schneller als in den vor­ hergehenden Fällen, wodurch ein schneller Anstieg der Kataly­ satortemperatur erzielt wird. Dies beschleunigt die Aktivität des Katalysators, wodurch eine erfolgreiche Verringerung der schädlichen Auspuffbestandteile möglich ist.

Ferner muß bei der vorliegenden Ausführungsform das Programm für die Steuereinrichtung 218 lediglich geändert werden, ohne das Erfordernis von neuen und zusätzlichen Komponenten, wo­ durch geringe Kosten erzielt werden.

Aus den oben beschriebenen Einzelheiten ist ersichtlich, daß die Erfindung eine Steuereinrichtung bildet, die einen Anteil einer Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern ändert, während sie die Gesamtmenge des in die Brennkraftmaschine bei jeder Zündperiode eingespritzten Kraftstoffs unverändert aufrechterhält, wenn die Brennkraftmaschine bei niedrigen Temperaturen gestartet wird, wobei die Steuereinrichtung je­ den Verzögerungswinkel der Zündverstellung je Zylinder än­ dert. Als Ergebnis zeigt die Katalysatortemperatur schneller als in den vorhergehenden Fällen an, was die Aktivität des Katalysators beschleunigt. Das Auftreten von schädlichen Auspuffbestandteilen kann hierdurch mit Erfolg verringert werden.

Ferner braucht bei der obigen Konstruktion nach der Erfindung für die Steuereinrichtung nur ein Programm in Betracht gezo­ gen werden ohne das Erfordernis neuer Komponenten, wodurch niedrige Kosten erzielt werden.

Claims (2)

1. Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Auspuffkanal,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zylinder mit Kraftstoffeinspritz­ ventilen (22-1 bis 22-4) versehen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Bezugskraftstoffeinspritzmenge, die entsprechend dem Last­ zustand der Brennkraftmaschine (2) festgelegt ist,
daß jeder Zylinder mit einer Zündkerze (24-1 bis 24-4) versehen ist zum Erzeugen eines Zündfunkens in jeder Peri­ ode der Bezugszündverstellung, die entsprechend dem Lastzu­ stand der Brennkraftmaschine (2) festgelegt ist, und
daß eine Steuereinrichtung (30) vorgesehen ist zum derartigen Steuern der Kraftstoffeinspritzventile (22-1 bis 22-4), daß die Bezugskraftstoffeinspritzmenge um einen unterschiedlichen Betrag je Zylinder erhöht oder verringert wird ohne Änderung der gesamten Bezugskraftstoffeinspritzmenge und zum Verändern dieser Kraftstoffzunahme und -abnahme gemäß dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2), wobei die Steuereinrichtung ferner die Zündkerzen (24-1 bis 24-4) derart steuert, daß die Be­ zugszündverstellung um einen von Zylinder zu Zylinder unter­ schiedlichen Betrag verzögert wird und daß diese Verzögerung entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) variiert wird, wobei diese Steuerung durch die Steuereinrichtung (30) nur dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine (2) in einem Zustand läuft, der vorgegebene Bedingungen erfüllt,
wobei der Steuereinrichtung (30) die vorgegebenen Bedingungen durch ihr zugeführte Ausgangssignale eines Leerlaufschalters (32), eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (34), eines Motor­ drehzahlsensors (38) und eines Kühlwassertemperatursensors (42), prüft, die mit ihr in Verbindung stehen, und
wobei die Steuereinrichtung (30) weiterhin mit einem Drosselven­ til-Öffnungssensor (40) verbunden ist, dessen Ausgangssignal (th) einen Belastungszustand der Brennkraftmaschine (2) gemäß dem Grad der Drosselventilöffnung angibt, auf dessen Grundlage ein Zunahme-/Abnahmebetrag (F) und ein Verzögerungswinkel (T) aus einer Steuerwerttabelle gelesen werden.

2. Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern zur Steuerung der Einspritzung von Kraft­ stoff in die Brennkraftmaschine durch Kraftstoffeinspritzventile in Abhängigkeit von einem Zündsignal, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (30), die mit einem Kühlwassertempera­ tursensor (230) und einem Katalysatortemperatursensor (236) ver­ bunden ist, wobei die Steuereinrichtung (218) auf der Basis eines Ausgangssignals (T) der Sensoren (230, 236) bestimmt, ob die Brennkraftmaschine (202) bei niedrigen Temperaturen ge­ startet wird, und daß die Steuereinrichtung dann, wenn die Brennkraftmaschine bei niedrigen Temperaturen gestartet wird, in einem durch Ausgangssignale eines Leerlaufschalters (220), eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (222) und eines Motordrehzahl­ sensors (226), die mit der Steuereinrichtung verbunden sind, festgelegten Betriebsbereich ein Verhältnis der Kraftstoffein­ spritzmengen zwischen den Zylindern ändert, jedoch die Gesamtmenge des in die Brennkraftmaschine (202) eingespritzten kraftstoffs für jede Zündperiode konstant hält, und auch jeden Verzögerungswinkel der Zündverstellung jedes Zylinders ändert.