DE4447867B4

DE4447867B4 - Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem für Verbrennungsmotoren und dabei benutzte Bestimmungseinrichtung für die Ansaugkanal-Wandtemperatur

Info

Publication number: DE4447867B4
Application number: DE4447867A
Authority: DE
Inventors: Toru Wako Kitamura; Akira Wako Katoh; Katsuhiro Wako Kumagai; Sachito Wako Fujimoto; Hiroshi Wako Kitagawa; Shunichi Wako Tsuzuki; Jun Wako Takahashi; Masami Wako Watanabe
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2014-12-01
Also published as: DE4447868B4

Abstract

Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einer ECU, die berechnet: eine erste Kraftstoffmenge, die direkt in jeden Brennraum eingesaugt wird, aus einer Kraftstoffmenge, die in den Ansaugkanal durch ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, eine zweite Kraftstoffmenge, die von Kraftstoff in den Brennraum abgetragen wird, der an der Wandfläche des Ansaugkanals haftet, und eine Kraftstoffmenge zur Einspritzung in den Ansaugkanal, basierend auf der ersten Kraftstoffmenge und der zweiten Kraftstoffmenge, mit Berechnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrags, basierend auf einem Ausgangssignal eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors im Auspuffsystem und mit Korrektur der Kraftstoffmenge für die Einspritzung in den Ansaugkanal durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag. Außerdem korrigiert die ECU die zweite Kraftstoffmenge, ausgehend von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem zum Steuern einer in einen Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung der Ansaugkanal-Wandtemperatur.
Ein Teil des durch Kraftstoffeinspritzventile in ein Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffs strömt dem Brennraum des Motors unmittelbar zu, aber die Restmenge haftet zunächst an Wandflächen des Ansaugrohrs, eingeschlossen Einlaßkanäle, und wird etwas später von den Wandflächen abgetragen und dem Brennraum zugeführt. Ein Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem ist allgemein bekannt, das eine Kraftstoffmenge, haftend an Wandflächen, und eine Kraftstoff menge, überführt von dem anhaftenden Kraftstoff in den Brennraum infolge von Verdampfung und sonstigem bestimmt und anschließend eine geeignete einzuspritzende Kraftstoffmenge (Kraftstoffeinspritzmenge) ermittelt, indem die genannten, bestimmten Kraftstoffmengen berücksichtigt werden, d.h. indem eine von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt.
Die an den Wandflächen des Ansaugrohrs haftende Kraftstoffmenge (nachstehend als "die haftende Kraftstoffmenge" bezeichnet) wird bestimmt, basierend auf einem direkten Zuführverhältnis A, definiert als das Verhältnis einer direkt in einen Brennraum eines Zylinders in einem Arbeitsspiegel des Zylinders gesaugten Kraftstoffmenge zu einer für den Zylinder im gleichen Arbeitsspiel eingespritzten Kraftstoffmenge und einem Abtrag-Zuführverhältnis B, definiert als das Verhältnis einer abgetragenen Kraftstoffmenge von Kraftstoff, der an den Wandflächen des Ansaugrohrs haftet in den Brennraum des Zylinders durch Verdampfung und sonstiges zu einer an den Wandflächen haftenden Kraftstoffmenge. Eine vom haftenden Kraftstoff abgetragene Kraftstoffmenge (nachstehend als die "Abtrag-Kraftstoffmenge" bezeichnet) wird ausgehend von dem Abtrag-Zuführverhältnis B und der haftenden Kraftstoffmenge bestimmt.
Wenn man nun mehr ins einzelne gehend annimmt, die haftende Kraftstoffmenge würde durch Fw dargestellt, die abgetragene Kraftstoffmenge durch Fwout und die Kraftstoffeinspritzmenge durch Tout, so kann eine erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl, d.h. eine für den Zylinder erforderliche Kraftstoffmenge mit nachfolgender Gleichung ausgedrückt werden: Tcyl = A × Tout + Fwoutdabei: Fwout = B × Fw
Die Kraftstoffeinspritzmenge Tout kann somit ausgedrückt werden durch: Tout = (Tcyl – Fwout) × (1/A)
Eine derartige von der Verzögerung der Kraftstoff überführung abhängige Korrektur genügt aber nicht um sicherzustellen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gemisches auf ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis geeignet geregelt wird. Sind beispielsweise die Betriebskennwerte der im Motor eingesetzten Kraftstoffeinspritzventile nicht geeignet oder ist der Referenzdruck eines Druckreglers einer Kraftstoffpumpe des Motors nicht richtig eingestellt, so ergibt sich ein Fehler bei der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge, selbst dann, wenn das Kraftstoffeinspritzventil durch einen Impuls mit genauer Impulsbreite angesteuert wird. Ganz ähnlich können Unterschiede im Füllungsgrad zwischen einzelnen Motoren (der Füllungsgrad bestimmt die in Brennräume des Motors gesaugte Kraftstoffmenge) einen ungeeigneten Wert der Kraftstoffeinspritzmenge ergeben, wenn diese durch ein grundlegendes Kraftstoffeinspritzmengen-Kennfeld entsprechend der Motordrehzahl und dem Ansaugrohrdruck festgelegt wird, woraus sich ein Fehler bei der Kraftstoffeinspritzmenge Tout ergibt.
Um einen entsprechenden Fehler der Kraftstoffeinspritzmenge bedingt durch Fehler beim Kraftstoffeinspritzventil oder Fertigungstoleranzen und/oder Altern des Motors auszuschließen, wurde bisher vorgeschlagen, die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KO2 vorzunehmen, der im Regelkreis für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem Ausgangssignal von einem Sauerstoffkonzentrationssensor im Auspuffsystems des Motors eingesetzt wird, und der Korrekturterme für die Korrektur der obigen Fehler und Toleranzen, etc. enthält.

Eine der vorgeschlagenen Methoden (erste Methode) ist in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 58-8238 (entspricht dem japanischen Abstract JP 00005800 82 38 AA) beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzmenge Tout wird dabei durch Multiplizieren der erforderlichen Einspritzmenge Tcyl mit dem Korrekturfaktor KO2 entsprechend der folgenden Gleichung gewonnen: Tout = (Tcyl × KO2 – Fwout) × (1/A)

Eine andere Methode (zweite Methode) ist in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 61-126337 (JP 0000 6112 63 37 AA) beschrieben. Dabei wird ein für den haftenden Kraftstoff korrigierter Tout-Wert mit dem Korrekturkoeffizienten KO2 multipliziert, um die Kraftstoffeinspritzmenge Tout mit Hilfe folgender Gleichung zu gewinnen: Tout = [(Tcyl – Fwout)/A] × KO2

Entsprechend dem O2-Regelkreis unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten KO2 wird der Korrekturkoeffizient KO2 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgehend von einem Ausgangssignal eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors (Sauerstoffkonzentrationssensor) an einer Stelle vor einem Katalysator in einem Auspuffkanal des Motors berechnet und wird die Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf der Grundlage des Korrekturkoeffizienten KO2 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt.

Bei den genannten ersten und zweiten Methoden gibt es aber die folgenden Schwierigkeiten:

(1) Die Korrektur von Fehlern bei den Betriebskennwerten der Kraftstoffeinspritzventile sollte so erfolgen, daß die Betriebskennwerte der Kraftstoffeinspritzventile alleine korrigiert werden ohne Korrektur einer dadurch eingespritzten realen oder physikalischen Kraftstoffmenge (g).

Spezieller sei angenommen, daß die von einem Motor benötigte Kraftstoffmenge 10 g betrage und ein Einspritzimpuls mit einer Impulsbreite von 20 ms bisher ausreichend oder geeignet zum Einspritzen von 10 g Kraftstoff war. Wird nun das Kraftstoffeinspritzventil durch ein Ventil mit engerer Düsenbohrung ersetzt, so sollte das Kraftstoffeinspritzventil mit einem Einspritzimpuls mit einer Impulsbreite von 22 ms angesteuert werden, um das Kraftstoffeinspritzventil funktionell an die vom Motor benötigte Kraftstoffmenge anzupassen. In diesem Falle bleibt die reale oder physikalische Kraftstoffeinspritzmenge gleich 10 g, obwohl die Einspritzimpulsbreite von 20 ms auf 22 ms vergrößert ist.

Zur Korrektur der Fehler beim Kraftstoffeinspritzven til ist es somit nicht erforderlich, die reale oder physikalische Kraftstoffeinspritzmenge (g) zu korrigieren, es genügt vielmehr eine Korrektur der Breite eines dem Kraftstoffeinspritzventil eingespeisten Einspritzimpulses. Wird das Kraftstoffeinspritzventil durch ein Ventil mit engerer Düsenbohrung wie beim obigen Beispiel ersetzt, erhöht sich der Wert des Korrekturkoeffizienten KO2 entsprechend, so daß der Einspritzimpuls breiter wird. Die reale oder physikalische Menge (g) von Kraftstoff, der in den Motorzylinder eingespritzt wird, bleibt aber unverändert. Somit ist es nicht erforderlich, die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout zu vergrößern (d.h. die haftende Kraftstoffmenge zu reduzieren) als eine Kraftstoffmenge, die von dem an den Wandflächen des Ansaugrohrs haftende Kraftstoff in den Zylinder abgenommen wird, um einer Zunahme des KO2-Wertes zu folgen.

Bei der ersten Methode wird aber eine scheinbare oder nominelle Kraftstoffmenge (g) von Tcyl × KO2 korrigiert, wie wenn diese Kraftstoffmenge tatsächlich in den Zylinder gelangt wäre und wenn also das Kraftstoffeinspritzventil durch ein Ventil mit engerer Düsenbohrung wie beim obigen Beispiel ersetzt wird, wirkt sich die um den KO2-Wert erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge Tout (beim obigen Beispiel um 10%) in der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout nach einer bestimmten Verzögerung aus, woraus eine Zunahme der Abtrag-Kraftstoffmenge um 10% resultiert. Somit: Die Korrektur von Fehlern der Betriebskennwerte von Kraftstoffeinspritzventilen nach der ersten Methode bewirkt eine unnötige Änderung der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout nach einer Änderung des Wertes von KO2, wodurch eine genaue Korrektur für die Verzögerung der Kraftstoffüberführung für die Kraftstoffeinspritzmenge verhindert wird.

Auch bei der zweiten Methode wird die Kraftstoffeinspritzmenge scheinbar oder nominell so korrigiert, daß eine Menge (g) von Kraftstoff, multipliziert mit KO2, eingespritzt wird, so daß die Übertrag-Kraftstoffmenge Fwout wie bei der ersten Methode variiert wird, folgend der Kraftstoffeinspritzmenge Tout mit Korrektur durch den KO2-Wert. Aber auf diesem Weg wird eine genaue Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge für die Verzögerung der Kraftstoffüberführung nicht erzielt.

(2) Entsprechend der Gemischregelung (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (Sauerstoffkonzentrationssensor) wird die Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch eine Änderung beim Korrekturkoeffizienten KO2 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors erhöht oder verringert. Der Korrekturkoeffizient KO2 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist somit eine Rückführungsgröße, die mit variierender Wiederholungsperiode zyklisch zunimmt und abnimmt. Andererseits wird bei der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur die Kraftstoffeinspritzmenge Tout während eines Kraftstoffüberführungs-Verzögerungszyklus korrigiert, d.h. eine Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge führt zu einer Änderung der haftenden Kraftstoffmenge Fw und diese zu einer Änderung der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout. Somit variiert die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout mit einer Wiederholungsperiode, die diesem Kraftstoffüberführungs-Verzögerungszyklus zugeschrieben ist. Wenn die Wiederholungsperiode der Änderung des Korrekturkoeffizienten KO2 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Wiederholungsperiode der Änderung der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout synchron miteinander werden, so pendelt der KO2-Wert, wodurch eine richtige Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge Tout verhindert wird.

Beispielsweise sind während eines stationären Betriebszustandes des Motors, z.B. wenn ein Fahrzeug mit diesem Motor mit konstanter Reisegeschwindigkeit fährt, der Ansaugrohr-Unterdruck und die Motordrehzahl nahezu konstant, so daß das direkte Zuführverhältnis A und das Abtrag-Zuführverhältnis B unverändert bleiben und die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl konstant gehalten wird. Aber selbst in einem solchen Falle wird entsprechend den ersten und zweiten Methoden die Kraftstoffeinspritzmenge Tout variiert, entsprechend der Änderung des KO2-Wertes zum Umstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches auf das angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Änderung bei der Kraftstoffeinspritzmenge Tout wird zurückgeführt, und dieses bewirkt eine Änderung des KO2-Wertes mit zeitlicher Verzögerung und somit Änderungen bei der Kraftstoffeinspritzmenge Tout und der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout. Wenn somit die Wiederholungsperiode der Änderung des KO2-Wertes und die Periode der Änderung der Abtrag-Kraftstoffmenge synchron zueinander werden, pendelt der KO2-Wert um das angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis bedingt durch eine Überkorrektur infolge der synchronen Kombination von der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung und der von der Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung.

Infolgedessen, bestehen bei den bekannten ersten und zweiten Methoden Probleme durch Fahrbarkeitsmängel und verschlechterte Abgaswerte des Motors.

Außerdem wird bei bekannten Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystemen einschließlich derer, die mit den ersten und zweiten Methoden arbeiten, die Tatsache nicht berücksichtigt, daß ein Teil des dem Brennraum zugeführten Kraftstoffs nicht im Zylinder verbrannt wird (unverbrannter Kraftstoff), woraus sich die folgenden Schwierigkeiten ergeben:
Wie bereits erwähnt, wird letztlich der gesamte eingespritzte Kraftstoff dem Zylinder zugeführt, obwohl ein Teil des durch die Kraftstoffeinspritzventile eingespritzten Kraftstoffs unmittelbar in den Zylinder strömt und der Rest an Wandflächen des Einlaßkanals haftet und erst später in den Zylinder überführt wird. Ein Teil des in den Zylinder gesaugten Kraftstoffs bleibt aber unverbrannt wie unverstäubter Kraftstoff (Flüssigkeitsteilchen) und Kraftstoff, der an der Innenwandung des Zylinders haftet, wozu es oft dann kommt, wenn der Motor kalt gestartet wird oder nach Kraftstoffabsperrung im Anschluß an das Umschalten des Motors von Startbetrieb auf Normalbetrieb.

Sofern die Kraftstoffeinspritzmenge für die nicht verbrannte Kraftstoffkomponente HC (KW) nicht korrigiert ist, kann es sein, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis A/F (L/K) innerhalb des Zylinders magerer ist als ein erforderlicher Wert, der tatsächlich zur Verbrennung beiträgt und folglich unterliegt der Motor einer ungleichmäßigen Verbrennung, wenn er in einem Betriebszustand ist, in dem die nicht verbrannte Kraftstoffkomponente (HC) in großen Mengen erzeugt wird, so wie beim Starten des Motors und unmittelbar nach dem Starten des Motors.

Außerdem ist bei einigen der bekannten Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersysteme vorgeschlagen worden, die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge unter Berücksichtigung der Wandtemperatur des Einlaßkanals vorzunehmen angesichts der Tatsache, daß die haftende Kraftstoffmenge nicht nur vom Saugrohr-Unterdruck und der Motordrehzahl, sondern auch von der Wandtemperatur des Einlaßkanals abhängt. Um diesbezüglich Mehrkosten durch mehr Bauteile zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, die Einlaßkanal-Temperatur durch Berechnung ohne einen Wandtemperatur-Sensor, um die Einlaßkanal-Temperatur direkt zu ermitteln, zu bestimmen (abzuschätzen).

Bei der dritten Methode wird die Einlaßkanal-Wandtemperatur basierend auf der Motor-Kühlmitteltemperatur, einem kumulativen Wert der Motordrehzahl, gezählt ab Starten des Motors usw. berechnet oder abgeschätzt. Anschließend wird eine Grund-Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt ausgehend von der Motordrehzahl und der Ansaugluftmenge und der somit erzielte Wert für die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge wird gemittelt, um einen mittleren Funktionswert zu erzielen. Anschließend wird ein wert für die Differenz zwischen der Grund-Kraftstoffeinspritzmenge und dem gemittelten Funktionswert bestimmt und danach wird eine Kraftstoffkorrekturmenge ausgehend von der ermittelten Differenz und der bestimmten Ansaugkanal-Wandtemperatur ermittelt. Die resultierende Korrektur-Kraftstoffmenge wird zu der Grund-Kraftstoffeinspritzmenge addiert und ergibt somit die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge.

Bei der vierten Methode wird eine Gleichgewichts-Wandtemperatur bestimmt in der Annahme, daß der an den Wandflächen des Einlaßkanals haftende Kraftstoff sich in einem Gleichgewichtszustand befindet, außerdem eine Verzögerungszeitkonstante für eine Verzögerungszeit bei Variation der Einlaßkanal-Wandtemperatur, basierend auf dem Ansaugrohr-Unterdruck und der Motordrehzahl. Außerdem wird die Gleichgewichts- Wandtemperatur durch die Motor-Kühlmitteltemperatur und die Ansauglufttemperatur zum Ermitteln einer momentanen Wandtemperatur korrigiert. Die momentane Wandtemperatur wird in erster Ordnung mittels der Verzögerungszeitkonstanten verarbeitet und bestimmt wird eine abgeschätzte Ansaugkanal-Wandtemperatur zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge.

Entsprechend den dritten und vierten Methoden wird aber das Verhalten bzw. die Charakteristik der Einlaßkanal-Wandtemperatur nicht präzise erfaßt, und somit kann die Einlaßkanal-Wandtemperatur nicht genau bei allen Betriebsbedingungen des Motors bestimmt werden. Resultat: Es besteht immer noch das Problem, daß die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge nicht genau erfolgen kann, wenn die mit den herkömmlichen Methoden abgeschätzte Einlaßkanal-Wandtemperatur zugrundegelegt wird.

Weiterhin ist aus DE 40 40 637 A1 ein elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Einem Steuerblock dieses Steuersystems wird der Fahrerwunsch zugeführt, und ausgangsseitig ist der Steuerblock mit der Brennkraftmaschine verbunden, um als Stellgrößen die Luftmenge sowie die Kraftstoffmenge auszugeben. Ausgangsseitig der Brennkraftmaschine stehen Zustandsgrößen in Form von Meßsignalen wie Drehzahl, Lambda, Temperatur zur Verfügung, die wieder als Eingangsgrößen des Steuerblocks dienen. Ein Ausgangssignal eines Übergangskompensationsblocks wird bestimmt auf der Basis eines Wandfilmmassenkennfeldes (W-Kennfeld) und eines Absteuerfaktorkennfeldes (T-Kennfeld) und steht mit einer Additionsstelle in Verbindung, die ein Kraftstoffmengensignal vom Steuerblock zur Brennkraftmaschine bestimmt. Das W- und das T-Kennfeld sind weiterhin verbunden mit einem Lernverarbeitungsblock, der als Eingangssignale die einzelnen Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Abhängig vom Fahrerwunsch über den Eingang ermittelt der Steuererblock je nach den einzelnen Signalen von der Brennkraftmaschine Stellgrößensignale für Luftmenge und die Kraftstoffmenge. Mittels des Übergangskompensationsblocks wird der Übergangsbereich (Beschleunigung und Verzögerung) durch Eingriff in den Kraftstoffzweig berücksichtigt. Dazu werden aus W- und T-Kennfeld betriebskenngrößenabhängige Daten ausgelesen und hieraus kontinuierlich ein Übergangskompensationssignal bestimmt, welches die Kraftstoffmenge beeinflußt.

Aus DE 41 15 211 A1 ist ebenfalls ein elektronisches Steuersystem für die Kraftstoffzumessung bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennkraftmaschine hat ein Luftansaugrohr und eine Abgasleitung. Im Luftansaugrohr befindet sich eine Drosselklappe, gegebenenfalls ein Luftmengen- bzw. Luftmassenmesser oder ein anderes System zur Motorlasterfassung sowie ein Einspritzventil zur Zumessung der erforderlichen Kraftstoffmenge in den zur Brennkraftmaschine strömenden Luftstrom. Ein Lastsignal von einem Drosselklappensensors und/oder vom Luftmengen- bzw. Luftmassensensor oder Saugrohrdrucksensor gelangt zusammen mit einem Signal von einer Sauerstoffsonde im Abgasrohr sowie Signalen weiterer Sensoren zu einem Steuergerät, das ein Ansteuersignal für das wenigstens eine Einspritzventil erzeugt. An einer Klemme liegt ein Lastsignal an, das z.B. dem Luftdurchsatz im Ansaugrohr pro Hub entspricht. An weiteren Anschlußklemmen liegen Signale bezüglich Drehzahl und Motortemperatur sowie eine Informationen bezüglich Schiebebetrieb. An einer Additionsstelle wird neben dem Lastsignal von einer Anschlußklemme ein Übergangskompensationssignal eingespeist. Das Summensignal am Ausgang der Additionsstelle gelangt dann zu einem Korrekturmittel, in dem letztlich das am Einspritzventil zur Anwendung gelangende Einspritzsignal ergänzend abhängig von Lambda und u.a. von der Motortemperatur korrigiert wird. Im stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird das aus Luftdurchsatz im Ansaugrohr und Drehzahl gebildete Grundeinspritzsignal bzw. Lastsignal an der Eingangsklemmein der Korrekturstufe wenigstens abhängig von Motortemperatur und Lambda korrigiert, und das korrigierte Signal wird letztlich dem Einspritzventil zugeführt.

DE 41 21 396 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder eines Motors. Ein Verbrennungsmotor umfasst eine Gesamteinspritzzeit-Berechnungseinrichtung, eine eine Schwellwert-Einspritzzeittabelle und eine Einspritzzeit-Bestimmungseinrichtung. Ein Saugrohr weist an seinem in einen Zylinder mündenden Ende eine Einlassöffnung auf. In das Saugrohr mündet die Einspritzdüse eines Einspritzventils in solcher Weise, dass Kraftstoff in die geöffnete Einlassöffnung eingespritzt werden kann. Dabei wird der abgespritzte Kraftstoff von der durch das Saugrohr strömenden Luft in die Einlaßöffnung mitgerissen. Damit die Gesamteinspritzzeit-Berechnungseinrichtung die zum jeweils aktuellen Betriebszustand des Motors gehörige Gesamteinspritzzeit für das Einspritzventil eines jeweiligen Zylinders berechnen kann, erhält sie von einem Drehzahlsensor ein Signal zur Drehzahl, von einem Luftmassensensor ein Lastsignal, von einem Motortemperatursensor ein Signal zur Motortemperatur und von einer Lambdasonde ein Signal zum Lamdawert. Auf der Grundlage der Gesamteinspritzzeit, die die Gesamtkraftstoffmenge festlegt, und der Schwellwerteinspritzzeit, die die maximale Vorlagerungsmenge für Kraftstoff angibt, berechnet die Einspritzzeit-Bestimmungseinrichtung die Einspritzzeit und die Offeneinspritzzeit, die die Vorlagerungsmenge an Kraftstoff bzw. die Offenmenge anzeigt, d.h. diejenige Kraftstoffmenge, die bei geöffnetem Einlassventil mit Hilfe des angesaugten Luftstroms direkt in die Einlassöffnung gespritzt wird. Die Einspritzzeit-Bestimmungseinrichtung berechnet dabei nicht nur die Zeitdauern, sondern sie legt auch den Beginn und das Ende einer jeweiligen Einspritzung fest.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindungszweck bzw. die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor für eine genaue von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge ausgehend von der Ansaugkanal-Wandtemperatur.

Der Erfindungszweck wird erreicht durch eine Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem eine Wandfläche besitzenden Ansaugkanal, umfassend:
Ermittlungsmittel zum Berechnen von Parametern für die Kraftstoffübertragungscharakteristik in dem Ansaugkanal, welche dem Anhaften des Kraftstoffs an der Wandfläche des Ansaugkanals zugeschrieben werden, und zum Ermitteln der in den Ansaugkanal einzuspritzenden Kraftstoffmenge in Abhängigkeit der berechneten Parameter;
Erfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur eines durch den Motor zirkulierenden Kühlmittels;
Erfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur der Ansaugluft in dem Ansaugkanal des Motors;
Bestimmungsmittel zum Bestimmen (Abschätzen) der Temperatur der Wandfläche des Ansaugkanals basierend auf der Kühlmitteltemperatur, erfaßt durch die entsprechenden Erfassungsmittel, und der Temperatur der Ansaugluft in dem Ansaugkanal, erfaßt mit den entsprechenden Erfassungsmitteln, bei einer Zwischentemperatur zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Temperatur der Ansaugluft; und
Parameterkorrekturmittel zum Korrigieren der Parameter für die Übertragungscharakteristik in dem Ansaugkanal, welche dem Anhaften des Kraftstoffs an der Wandfläche des Ansaugkanals zugeschrieben werden, basierend auf der Temperatur der Wandfläche des Ansaugkanals, erfaßt mit dem Bestimmungsmittel (Anspruch 1).

Vorzugsweise ermitteln die Bestimmungsmittel für die Ansaugkanal-wandoberflächentemperatur eine Differenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Temperatur der Ansaugluft anhand eines festgelegten internen Verhältnisses und auf diese Weise wird die Oberflächentemperatur der Ansaugkanal-Wandung bestimmt (vgl. Anspruch 2).

Vorzugsweise bestimmen auch die Bestimmungsmittel für die Wand-Oberflächentemperatur des Ansaugkanals die Zwischentemperatur zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Temperatur der Ansaugluft im Ansaugkanal als Temperatur der Wandoberfläche des Ansaugkanals im stationären Betrieb des Motors, um die Verarbeitung zu verzögern, wodurch eine Temperatur der Wandfläche des Ansaugkanals bei einem Übergangszustand des Motors bestimmt bzw. abgeschätzt wird (vlg. Anspruch 3).

Vorteilhafterweise wird die Temperatur der Ansaugluft im Ansaugkanal, erfaßt durch die Erfassungsmittel für die Ansaugluft-Temperatur, um einen Änderungsbetrag von den Erfassungsmitteln für die Ansaugluft-Temperatur korrigiert (vlg. Anspruch 4).

Noch vorzugsweiser beinhaltet der Motor einen Auslaßkanal und Mittel zur Abgasrückführung zum Zurückführen von Abgasen vom Auslaßkanal in den Ansaugkanal und dabei legt die Bestimmungseinrichtung für die Temperatur der Ansaugkanalwandung den internen Divisorverhältnis fest, abhängig von dem Verhältnis der Abgasrückführung, die durch die Mittel zur Abgasrückführung bewirkt wird (vlg. Anspruch 5).

Ferner wird das Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem nach Anspruch 1 auch durch die Merkmale des Anspruchs 6 weitergebildet.

Die obigen und sonstigen Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt, klarer werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung eines Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor entsprechend einer Ausführungsart der Erfindung;
2 ist eine Konzeptdarstellung der Beziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzmenge Tout und einer erforderlichen Kraftstoffmenge Tcyl;
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Verzögerungszeitkonstanten T;
4 ist eine schematische Darstellung einer physikalischen Modellschaltung als Modell für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend einer AT-Methode;
5 ist eine schematische Darstellung einer physikalischen Modellschaltung als Modell für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend einer AB-Methode;
6A und 6B sind Diagramme zur Erläuterung der Konzepte von Methoden für die von den unverbrannten Kohlenwasserstoffen abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge;
7 ist ein Diagramm mit einer Arbeitskennlinie eines Kraftstoffeinspritzventils;
8A und 8B sind Diagramme für die Beziehungen zwischen einem Korrekturkoeffizienten f(KO2) für die Abtrag-Kraftstoffmenge und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KO2, in Abhängigkeit von einem f(KO2)-Einstellkoeffizienten α;
9 ist ein schematisches Blockschaltbild für den Aufbau einer Bestimmungseinrichtung für die Wandtemperatur des Ansaugkanals entsprechend einer Ausführungsart der Erfindung;
10 ist ein Diagramm für die Beziehung zwischen einem Mittelpunkt X und dem Saugrohrunterdruck PB sowie der Motordrehzahl NE;
11 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ansprechverzögerung der Einlaßkanal-Wandtemperatur TC bei einem transienten Betriebszustand des Motors;
12 ist ein Ablaufdiagramm für eine TDC-Verarbeitungsroutine;
13 ist ein Ablaufdiagramm für eine CRK-Verarbeitungsroutine;
14 ist ein Ablaufdiagramm für eine B/G (Hintergrund)-Verarbeitungsroutine;
15 ist ein Ablaufdiagramm für eine Berechnungsroutine für eine bestimmte Einlaßkanaltemperatur TC';
16 ist eine Berechnungsroutine für das direkte Zuführverhältnis A;
17 ist ein Diagramm mit einem KA-Kennfeld und einem KT-Kennfeld;
18 ist ein Diagramm mit beispielhaften Werten des direkten Zuführverhältnisses A, angenommen unter verschie denen Betriebsbedingungen des Motors;
19 ist ein Ablaufplan für eine Berechnungsroutine für die Verzögerungszeitkonstante T;
20 ist ein Diagramm mit beispielhaften Werten von 1/T, angenommen unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors;
21 ist ein Ablaufdiagramm für eine Berechnungsroutine für das Verhältnis von unverbranntem Kraftstoff C;
22 ist ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung des Konzeptes einer Berechnungsart für das Verhältnis von unverbranntem Kraftstoff C;
23 ist eine schematische Darstellung einer physikalischen Modellschaltung des Modell für eine Art der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge, die erfolgt, wenn Simultaneinspritzung von Kraftstoff beim Starten des Motors erstmals geschieht;
24 ist eine schematische Darstellung einer physikalischen Modellschaltung als Modell für eine Art der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge, die erfolgt, wenn Sequentialeinspritzung im Anschluß an die Simultaneinspritzung von Kraftstoff im Durchdrehmodus des Motors begonnen hat und
25 ist eine schematische Darstellung einer physikalischen Modellschaltung als Modell für eine Art der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge, die erfolgt, wenn der Motor nach dem Durchdrehmodus in einem normalen Modus arbeitet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die Ausführungsarten der Erfindung zeigen, beschrieben.
Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Sie zeigt die Gesamtanordnung eines Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor mit einer Bestimmungseinrichtung für die Wandoberflächentemperatur des Ansaug kanals entsprechend einer Ausführungsart der Erfindung.
In der Abbildung bezeichnet die Referenzzahl 1 einen Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor in Reihenbauweise (nachstehend kurz als "der Motor" bezeichnet). Mit den Einlaßkanälen 2A des Zylinderblocks des Motors 1 steht ein Ansaugrohr 2 in Verbindung, an dem ein Drosselklappengehäuse 3 mit einer Drosselklappe 3' angeordnet ist. Ein Sensor 4 für die Drosselklappenöffnung (ΘTH) ist mit der Drosselklappe 3' verbunden. Er erzeugt ein elektrisches Signal für die erfaßte Drosselklappenöffnung und übermittelt dasselbe an eine elektronische Steuereinheit (nachstehend als die "ECU 5" bezeichnet).
Kraftstoffeinspritzventile 6, von denen nur eines dargestellt ist, sind in das Ansaugrohr 2 an Stellen zwischen dem Zylinderblock des Motors 1 und der Drosselklappe 3' und etwas strömungsaufwärts der jeweiligen Einlaßventile (nicht gezeigt) eingefügt. Die Kraftstoffeinspritzventile 6 sind mit einer Kraftstoffpumpe 8 über ein Kraftstoffzuführrohr 7 verbunden und elektrisch an die ECU 5 angeschlossen, zur Steuerung der Ventilöffnungszeiten durch Signale von derselben.
Ein Sensor 12 für den Saugrohrunterdruck (PB) kommuniziert mit dem Innenraum des Ansaugrohrs 2 über eine Leitung 11, die in das Ansaugrohr 2 an einer Stelle strömungsabwärts von der Drosselklappe 3' mündet. Er liefert ein elektrisches Signal für den erfaßten Unterdruck im Ansaugrohr 2 an die ECU 5.
Ein Sensor 13 für die Ansauglufttemperatur (TA) ist in das Ansaugrohr 2 an einer Stelle strömungsabwärts von der Leitung 11 eingefügt. Er liefert ein elektrisches Signal für die erfaßte Ansauglufttemperatur TA an die ECU 5.
Ein Sensor 14 für die Motorkühlmitteltemperatur (TW), der aus einem Thermistor oder ähnlichem besteht, ist in einen Kühlmittelkanal eingefügt, der mit einem Kühlmittel gefüllt und im Zylinderblock ausgebildet ist. Er liefert ein elektrisches Signal für die erfaßte Motorkühlmitteltemperatur TW an die ECU 5.
Ein Sensor 15 für den Kurbelwinkel (CRK) und ein Sensor 16 für die Zylinderunterscheidung (CYL) sind gegenüber einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle des Motors 1 (keine von beiden ist gezeigt) angeordnet. Der CRK-Sensor 15 erzeugt einen CRK-Signalimpuls immer dann, wenn die Kurbelwelle um einen festgelegten Winkel (z.B. 30 Grad) dreht, der kleiner ist als eine halbe Umdrehung (180 Grad) der Kurbelwelle des Motors 1. CRK-Signalimpulse werden der ECU 5 eingespeist und ausgehend von den CRK-Signalimpulsen wird ein TDC-Signalimpuls erzeugt. Dieses heißt, daß der TDC-Signalimpuls repräsentativ für eine Referenz-Kurbelwinkelposition jedes Zylinders ist und immer dann erzeugt wird, wenn die Kurbelwelle um 180 Grad dreht.
Außerdem berechnet die ECU 5 einen CRME-Wert durch Messen der Zeitintervalle zwischen benachbarten CRK-Signalimpulsen und addiert die CRME-Werte über jedes Zeitintervall zwischen zwei benachbarten TDC-Signalimpulsen zu einem ME-Wert. Danach wird die Motordrehzahl NE durch Berechnen des Kehrwerts des ME-Wertes berechnet.
Der CYL-Sensor 16 erzeugt einen Impuls (nachstehend als der "CYL-Signalimpuls" bezeichnet) bei einem festgelegten Kurbelwinkel (z.B. 10 Grad vor TDC (OT)) eines bestimmten Zylinders des Motors, angenommen vor einer TDC-Lage entsprechend dem Beginn des Ansaugtaktes des speziellen Zylinders, und der CYL-Signalimpuls wird der ECU 5 zugeleitet.
Außerdem legt die ECU 5 Stufen für jeden Takt jedes Zylinders fest. Genauer gesagt, legt die ECU 5 eine Kurbelwinkel-Stufe #0 entsprechend einem CRK-Signalimpuls, der unmittelbar nach Erzeugung des TDC-Signalimpulses festgestellt wird, fest. Danach wird die Stufennummer um 1 inkrementiert, wann immer ein CRK-Signalimpuls danach festgestellt wird, so daß sequentiell von Stufe #0 zu Stufe #5 für jeden Zylinder des Motors im Falle eines Vier-Zylinder-Motors, der CRK-Signalimpulse in Abständen von 30 Grad erzeugt, fortgeschritten wird.
Jeder Zylinder des Motors besitzt eine Zündkerze 17, die mit der ECU 5 elektrisch verbunden ist zur Steuerung ihres Zündzeitpunktes durch ein Signal von dieser.
Ein O2-Sensor (Lambda-Sonde) 22 als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor ist in einem Auspuffrohr 21 angeordnet, zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas und Übermitteln eines elektrischen Signales für die erfaßte Sauerstoffkonzen tration an die ECU 5. Ein Katalysator (3-Wege-Katalysator) 23 ist im Auspuffrohr 21 an einer Stelle strömungsabwärts vom O2-Sensor 22 zum Beseitigen schädlicher Komponenten im Abgas wie HC (KW), CO, NOx angeordnet.
Als nächstes wird ein Abgasrückführsystem (EGR) beschrieben.
Ein Abgasrückführkanal 25 liegt zwischen dem Ansaugrohr 2 und dem Auspuffrohr 21 als Bypass zum Motor 1. Der Abgasrückführkanal 25 ist an einem Ende an das Auspuffrohr 21 an einer Stelle strömungsaufwärts vom O2-Sensor 22 (d.h. auf der Motorseite desselben) angeschlossen, das andere Ende an das Ansaugrohr 2 an einer Stelle strömungsaufwärts vom PB-Sensor 12.
Ein Abgasrückführ-Steuerventil (nachstehend als das "EGR-Steuerventil" bezeichnet) 26 ist im Abgasrückführkanal 25 angeordnet. Das EGR-Ventil 26 umfaßt ein Gehäuse 29, in dem eine Ventilkammer 27 und eine Membrankammer 28 ausgebildet sind, ein keilförmiges Ventilelement 30 in der Ventilkammer 27, das vertikal beweglich ist, so daß der Abgasrückführkanal 25 geöffnet und geschlossen wird, eine Membran 32, die mit dem Ventilelement 30 durch einen Ventilschaft 31 verbunden ist und eine Feder 33, welche die Membran 32 in Ventilschließrichtung belastet. Die Membrankammer 28 ist durch die Membran 32 in eine Atmosphärendruckkammer 34 auf der Ventilschaftseite und eine Unterdruckkammer 35 auf der Federseite unterteilt.
Die Atmosphärendruckkammer 34 kommuniziert mit der Atmosphäre über eine Lufteinlaßöffnung 34a, während die Unterdruckkammer 35 mit einem Ende eines Unterdruck-Zuführkanals 36 in Verbindung steht. Das andere Ende des Unterdruck-Zuführkanals 36 ist an das Ansaugrohr 2 an einer Stelle zwischen dem Drosselklappengehäuse 3 und dem anderen Ende des Abgasrückführkanals 25 zur Einleitung des Unterdrucks PB in die Unterdruckkammer 35 angeschlossen. An den Unterdruck-Zuführkanal 35 ist ein Luftzuführkanal 37 angeschlossen und im Luftzuführkanal 37 ist ein Druckregelventil 38 vorgesehen. Das Druckregelventil 38 ist ein normalerweise geschlossenes Magnetventil und der Unterdruck im Unterdruck-Zuführkanal 38 wird durch das Druckregelventil 38 so reguliert, daß ein festgelegter Unter druck in der Unterdruckkammer 35 herrscht.
Ein Sensor 39 für die Ventilöffnung (Ventilhub) ist für das EGR-Ventil 26 vorgesehen. Er erfaßt die Arbeitsposition (Hub) des Ventilelements 30 und liefert ein Signal für den erfaßten Hub an die ECU 5. Zusätzlich erfolgt die EGR-Regelung nachdem der Motor warmgelaufen ist (z.B. wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW einen festgelegten Wert überschreitet).
Die ECU 5 umfaßt eine Eingangsschaltung 5a zum Formen der Wellenformen von Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren wie oben erwähnt, Verschieben der Spannungspegel von Sensor-Ausgangssignalen auf einen festgelegten Pegel, Umsetzen von Analogsignalen von Sensoren mit Analogausgang in Digitalsignale usw., eine Zentraleinheit (nachstehend als die "CPU" bezeichnet) 5b, Speichermittel 5c zum Speichern verschiedener Betriebsprogramme, die durch die CPU 5b ausgeführt werden, und von verschiedenen Kennfeldern und Tabellen wie nachstehend erwähnt sowie zum Speichern von Ergebnissen von entsprechenden Berechnungen etc. sowie eine Ausgangsschaltung 5d, die Treibsignale an die Kraftstoffeinspritzventile 6, die Kraftstoffpumpe 8, die Zündkerzen 17 usw. je nach Fall abgibt.
Zusätzlich bestimmt die ECU 5 die Temperatur (nachstehend als "Kanalwandtemperatur" bezeichnet) der Wände der Einlaßkanäle 2A, an denen ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes haften kann und legt verschiedene Betriebsparameter ausgehend von der bestimmten Kanalwandtemperatur fest für eine von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge. Desweiteren bestimmt die ECU 5 verschiedene Betriebsbereiche des Motors wie einen Closed-Loop-Regelbereich für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, in dem Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses entsprechend der mit dem O2-Sensor 22 erfaßten Sauerstoffkonzentration im Abgas erfolgt und Steuerbereiche (Open-Loop).
Der Sauglufttemperatursensor 13 ist bei der hier beschriebenen Ausführungsart durch die Wand des Ansaugrohrs 2 an einer Stelle strömungsabwärts von der Drosselklappe 3' eingesetzt, dieses darf aber nicht als beschränkend angesehen werden, vielmehr kann er auch strömungsaufwärts von der Drosselklappe 3' angeordnet werden. Der Wert eines Mittelpunkt-Ein stellkoeffizienten X0, auf den noch eingegangen werden wird, muß aber entsprechend der Anordnung des Sauglufttemperatursensors 13 festgelegt werden. Im folgenden wird beschrieben wie die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge, bei Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der hier behandelten Ausführungsart, erfolgt.
Ehe auf die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge näher eingegangen wird, soll das Prinzip der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 erläutert werden.
Die 2 zeigt im Konzept die Beziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzmenge Tout und einer erforderlichen Kraftstoffmenge Tcyl.
Die Kraftstoffeinspritzmenge Tout in der Abbildung steht für die Kraftstoffmenge, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 in das Ansaugrohr 2 bei einem Takt des Zylinders eingespritzt wird. Von der Kraftstoffeinspritzmenge Tout wird ein Mengenanteil (A × Tout) direkt in den Zylinder gesaugt ohne an der Wandung des Einlaßkanals 2A zu haften, während der Rest der Kraftstoffeinspritzmenge Tout hinzukommt als ein haftendes Kraftstoffinkrement Fwin zu der haftenden Kraftstoffmenge Fw von Kraftstoff, der an der Wandfläche des Einlaßkanals 2A bis zum unmittelbar vorhergehenden Arbeitsspiel des Zylinders, d.h. vor der aktuellen Einspritzung haftete. Das Symbol A bedeutet hier ein direktes Zuführverhältnis, definiert als das Verhältnis einer Kraftstoffmenge, die direkt in den Brennraum des Zylinders in einem Arbeitsspiel des Zylinders gesaugt wird zu einer Kraftstoffmenge, die für den Zylinder im gleichen Arbeitsspiel des Zylinders eingespritzt wird mit einem Wert im Bereich 0 < A < 1.
Die Summe aus der Kraftstoffmenge (A × Tout) und einer Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout von Kraftstoff, der von den Wandflächen abgetragen wird, d.h. aus der haftenden Kraftstoffmenge Fw ergibt die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl, die dem Zylinder tatsächlich zugeführt wird.
Im folgenden wird eine erste Methode zur erfindungs gemäßen von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge beschrieben.
Die erste Methode beruht auf dem Konzept, daß eine Änderung der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout auf eine Änderung des haftenden Kraftstoffinkrements Fwin mit einer festgelegten Zeitverzögerung folgt. Diese Beziehung zwischen dem haftenden Kraftstoffinkrement Fwin und der Abtragkraftstoffmenge Fwout wird z.B. durch eine Gleichung für einen Verzögerungsmodell erster Ordnung ausgedrückt, bei dem das Maß der Verzögerung der Abtrag-Kraftstoffmenge bezüglich des haftenden Kraftstoffinkrements Fwin durch einen Verzögerungseinstellkoeffizienten (Verzögerungszeitkonstante) T dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben ergibt sich die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl aus Gleichung (1): Tcyl = A × Tout + Fwout (1)
Somit kann die Kraftstoffeinspritzmenge Tout mit Gleichung (2) bestimmt werden: Tout = (Tcyl – Fwout) × (1/A) (2)
Desweiteren kann das haftende Kraftstoffinkrement Fwin bestimmt werden mit Gleichung (3): Fwin = (1 – A) × Tout (3)
Da die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout eine Funktion des haftenden Kraftstoffinkrements Fwin mit Verzögerung erster Ordnung ist, kann sie in diskreter Darstellung ausgedrückt werden durch Gleichung (4): Fwout(n) = Fwout (n – 1) + (1/T) × (Fwin – Fwout) (4)
Dabei bedeutet T die vorerwähnte Verzögerungszeitkonstante, die auf einen Wert festgelegt wird, der einer Zeitspanne entspricht, von dem Zeitpunkt, zu dem die Abtrag-Kraft stoffmenge Fwout sich zu ändern beginnt mit einer Änderung beim haftenden Kraftstoffinkrement bis zu dem Zeitpunkt zu dem die Änderungsmenge 63,2% der Gesamtänderung der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout erreicht. Dieser wert wird abhängig von den Betriebsbedingungen des Motors festgelegt.
Entsprechend der Gleichung (4) wird die für die aktuelle Einspritzung berechnete Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n) bezüglich des unmittelbar vorhergehenden Wertes um eine Menge erhöht, die sich aus dem Produkt eines Wertes (1/T) und eines Wertes (Differenz), der durch Subtrahieren der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout von dem haftenden Kraftstoffinkrement Fwin gewonnen wird, ergibt. Die gleiche Berechnung erfolgt für jedes Arbeitsspiel, so daß die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout dem haftenden Kraftstoffinkrement Fwin um ein Inkrement von 1/T der obigen Differenz zwischen Fwout und Fwin angenähert wird.
Wird beispielsweise die Kraftstoffeinspritzmenge Tout stufenweise erhöht, so nimmt das haftende Kraftstoffinkrement Fwin stufenweise zu, wie in 3 gezeigt, sofern das direkte Zuführverhältnis A konstant bleibt. Im Gegensatz dazu nähert sich die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout progressiv oder langsam dem haftenden Kraftstoffinkrement Fwin mit einer der Zeitkonstanten T entsprechenden Geschwindigkeit in Reaktion auf die Zunahme des haftenden Kraftstoffinkrements Fwin.
Danach wird die Kraftstoffeinspritzmenge Tout mittels der oben angegebenen Gleichungen (2), (3) und (4) ermittelt.
Die 4 zeigt schematisch eine physikalische Modellschaltung als Modell für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der oben beschriebenen ersten Methode (nachstehend als die "AT-Methode" bezeichnet).
Der Abbildung entsprechend wird die Kraftstoffeinspritzmenge Tout(n), die über das Kraftstoffeinspritzventil 6 im aktuellen Arbeitsspiel (n) eingespritzt wird, mit dem direkten Zuführverhältnis A beim Multiplikator 51 multipliziert, außerdem beim Multiplikator 52 mit (1 – A) multipliziert. Der Multiplikator 51 liefert ein Ausgangssignal (A × Tout(n)) an den Addierer 53, wo (A × Tout(n)) zu einer Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n), die für die aktuelle Einspritzmenge berechnet ist, addiert wird, um dadurch die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl für die aktuelle Einspritzung zu bestimmen.
Andererseits übermittelt der Multiplikator 52 ein Ausgangssignal für das haftende Kraftstoffinkrement Fwin(n), ermittelt nach der vorstehend angegebenen Gleichung (3), d.h. Fwin(n) = (1 – A) × Tout(n). Dieser Wert wird danach durch (1/T) mit dem Multiplikator 54 multipliziert und danach einem Addierer 55 eingespeist, in dem das resultierende Produkt (1/T) × Fwin(n) einem Ausgangssignal von einem Multiplikator 56 hinzuaddiert wird. Der Multiplikator 56 liefert einen Wert für das Produkt aus, der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n) für die aktuelle Einspritzung und (1 – 1/T), d.h. (1 – 1/T) × Fwout(n).
Außerdem sollte, da die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n) ein Ausgangssignal eines Arbeitsspiel-Verzögerungsblocks 57 ist, der ein Eingangssignal um ein Arbeitsspiel verzögert, ein Eingangssignal zum Arbeitsspiel-Verzögerungsblock 57 den Wert Fwout(n + 1) der Abtrag-Kraftstoffmenge für die folgende Einspritzung haben.
Ein Ausgangssignal vom Addierer 55, d.h. das Eingangssignal für die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n + 1) für den Arbeitsspiel-Verzögerungsblock 57 wird somit mit Gleichung (5) berechnet: Fwout (n + 1) = Fwin(n)/T + (1 – 1/T) × Fwout(n) = Fwout (n) + 1/T × (Fwin(n) – Fwout(n)) (5)vorausgesetzt, daß Fwin(n) = (1 – A) × Tout(n).
Aus obigem ist klar ersichtlich, daß die Gleichung (5) der früher angegebenen Gleichung (4) entspricht.
Im folgenden soll die zweite Methode für von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge beschrieben werden.
Die zweite Methode ist bekannt, z.B. in der vorläufigen japanischen Patentschrift (Kokai) Nr. 58-8238 (entsprechend der japanischen Patentschrift (Kokoku) Nr. 3-59255) wie oben erwähnt. Methodengemäß wird zusätzlich zu den direkten Zuführverhältnis A das Abtrag-Zuführverhältnis B benutzt, definiert als das Verhältnis (0 < B < 1) einer Kraftstoffmenge, die im aktuellen Arbeitsspiel von Kraftstoff (Fw) abgetragen wird, der an den Wandflächen des Einlaßkanals haftet, ehe die aktuelle Einspritzung in den Brennraum des Zylinders erfolgt infolge von Verdampfung und sonstigem zu einer Kraftstoffmenge (Fw), die an den Wandflächen bis zum unmittelbar vorhergehenden Arbeitsspiel haftet. Trotz der Tatsache, daß (A × Tout) eine dem Zylinder direkt zugeführte Kraftstoffmenge darstellt, und ((1 – A) × Tout) das haftende Kraftstoffinkrement Fwin darstellt, was auch für die zweite Methode gilt, wird hier davon ausgegangen, daß die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout einen Teil von B × Fw aus der Kraftstoffmenge Fw, die an den Wandflächen vor der aktuellen Einspritzung haftet, darstellt.
Entsprechend der Gleichung (1) wird die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl wie folgt berechnet: Tcyl = A × Tout + Fwoutvorausgesetzt, daß Fwout = B × Fw
Die Menge Fw(n) von Kraftstoff, die an den Wandflächen nach der aktuellen Einspritzung haftet, wird gegenüber der Menge Fw(n – 1) von Kraftstoff, die an den Wandflächen vor der aktuellen Einspritzung haftet, um eine Inkrementalmenge der Differenz zwischen dem haftenden Kraftstoffinkrement Fwin und einer Dekrementalmenge des abgetragenen haftenden Kraftstoffs Fwout variiert. Es gilt somit die Gleichung (6): Fw(n) = Fw(n – 1) + Fwin – Fwout = Fw(n – 1) + (1 – A) Tout – B × Fw(n – 1) = (1 – A) × Tout + (1 – B) × Fw(n – 1) (6)
Außerdem kann die Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch Transformieren der obigen Gleichung (1) in die Gleichung (7) berechnet werden: Tout = (Tcyl – Fwout)/A = (Tcyl – B × Fw)/A (7)
Die für die Verzögerung der Kraftstoffüberführung berechnete Kraftstoffeinspritzmenge Tout, d.h. für die Menge B × FW von Kraftstoff, der dem Zylinder indirekt zugeführt wird, kann somit mittels der Gleichungen (6) und (7) gewonnen werden.
Die 5 zeigt schematisch ein physikalisches Modell als Modell für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der oben beschriebenen zweiten Methode (nachstehend als die "AB-Methode" bezeichnet).
Entsprechend der Abbildung wird die durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 für das aktuelle Arbeitsspiel (n) eingespritzte Kraftstoffmenge Tout(n) mit dem direkten Zuführverhältnis A beim Multiplikator 61 multipliziert, außerdem erfolgt Multiplikation mit (1 – A) beim Multiplikator 62. Der Multiplikator 61 liefert ein Ausgangssignal für (A × Tout(n)) an einen Addierer 63, wo der Wert (A × Tout(n)) zu der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n) für das aktuelle Arbeitsspiel, geliefert von einem Multiplikator 64 addiert wird, wobei letzterer ein anliegendes Eingangssignal mit dem Abtrag-Zuführverhältnis B multipliziert, wodurch die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl für das aktuelle Arbeitsspiel ermittelt wird.
Wie vorstehend beschrieben wird bei der AB-Methode davon ausgegangen, daß die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout den Teil B × Fw des Kraftstoffs Fw der an den Wandflächen vor der aktuellen Einspritzung haftet, bildet. Somit erhält der Multiplikator 64 die haftende Kraftstoffmenge Fw(n) vor der aktuellen Einspritzung, d.h. bei Beginn des aktuellen Arbeitsspiels. Außerdem multipliziert ein Multiplikator 65 die haftende Kraftstoffmenge Fw(n) mit (1 – B) und wird das resultierende Produkt (1 – B) × Fw(n) dem Addierer 66 zugeführt.
Andererseits übermittelt der Multiplikator 62 ein Ausgangssignal für das haftende Kraftstoffinkrement Fwin(n) = (1 – A) × Tout(n) entsprechend der Gleichung (3) an den Addierer 66, wo das haftende Kraftstoffinkrement dem Ausgangssignal vom Multiplikator 65, d.h. (1 – B) × Fw(n) hinzuaddiert wird. Die Summe bildet die haftende Kraftstoffmenge Fw(n + 1) für das folgende Arbeitsspiel, d.h. eine Kraftstoffmenge, die an den Wandflächen nach der aktuellen Einspritzung haftet. Die haftende Kraftstoffmenge Fw(n + 1) für das nächste Arbeitsspiel des Zylinders wird einer Arbeitsspiel-Verzögerungsschaltung 67 eingespeist, die ein Eingangssignal um ein Arbeitsspiel verzögert, danach dasselbe den Multiplikatoren 64 und 65 übermittelt.
Dieses heißt: Von der haftenden Kraftstoffmenge Fw(n), die an den Wandflächen bei Beginn des aktuellen Arbeitspiels angesammelt ist und verbleibt, wird die Menge (B × Fw(n)) abgetragen, berechnet beim Multiplikator 64, und die Restmenge (1 – B) × Fwout(n) wird durch den Addierer 66 zu dem haftenden Kraftstoffinkrement Fwin(n) für das aktuelle Arbeitsspiel oder nach der aktuellen Einspritzung addiert.
Somit kann die haftende Kraftstoffmenge Fw(n + 1) die bei Beginn des nächsten Arbeitsspiels des Zylinders verbleibt, d.h. das Ausgangssignal (= Fw(n + 1)) vom Addierer 66 mittels der folgenden Gleichung gewonnen werden: FW(n + 1) = Fwin(n) + (1 – B) × Fw(n) = (1 – A) × Tout(n) + (1 – B) × Fw(n) = Fw(n) + (1 – A) × Tout(n) – B × Fw(n) (8)
Bei einem nachstehend ausführlich beschriebenen Beispiel wird die AT-Methode benutzt.
Im nächsten wird das Prinzip der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge mit Berücksichtigung des unverbrannten Kraftstoffs (unverbrannte HC (KW)) beschrieben.
Wie schon früher angegeben, wird ein Teil des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs nicht verbrannt. Dieses heißt, daß es zum Stabilisieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) im Zylinder nicht ausreicht, wenn nur die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge nach der ersten oder zweiten Methode erfolgt. Es muß also eine von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur unter Berücksichtigung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe erfolgen (von unverbrannten HC (KW) abhängige Korrektur).
Eine erste Methode zur von den unverbrannten HC (KW) abhängigen Korrektur wird unter Bezugnahme auf die 6A beschrieben.
Nach der ersten Methode, wie in 6A dargestellt, wird von der Kraftstoffmenge Tout, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzt wird, eine Menge unmittelbar in den Zylinder gesaugt, die sich aus der Summe von A (direktes Zuführverhältnis) × Tout und C (Verhältnis für unverbrannten Kraftstoff) × Tout ergibt und der Rest Kraftstoff, d.h. das haftende Kraftstoffinkrement Fwin wird zu der haftenden Kraftstoffmenge Fw addiert. A × Tout und die Menge Fwout, die von der haftenden Kraftstoffmenge Fw abgetragen wird, ergeben die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl, die zur Verbrennung im Zylinder beiträgt, während C (Verhältnis für unverbrannten Kraftstoff) × Tout einen Kraftstoffanteil darstellt, der bei der Verbrennung nicht mitwirkt, d.h. unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC (KW).
Die erste Methode kann mit den folgenden mathematischen Formeln dargestellt werden:
Die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl ergibt sich aus: Tcyl = A × Tout + Fwout
Das haftende Kraftstoffinkrement Fwin ergibt sich aus: Fwin = (1 – A – C) × Tout
Wird diese Methode bei der AT-Methode eingesetzt, bei der die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl sich wie folgt errechnet: Tcyl = A × Tout + Fwoutso wird die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n) für das aktuelle Arbeitsspiel oder nach der aktuellen Einspritzung mit folgender Gleichung errechnet: Fwout(n) = Fwout(n – 1) + (1/T) × (Fwin(n – 1) – Fwout(n – 1) = Fwout(n – 1) + (1/T) × {(1 – A – C) × Tout(n – 1) – Fwout(n – 1)}
Wenn andererseits die erste Methode für die AB-Methode benutzt wird, bei der sich die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl wie folgt errechnet: Tcyl = A × Tout + B × Fwso errechnet sich die haftende Kraftstoffmenge Fw(n) für das aktuelle Arbeitsspiel oder nach der aktuellen Einspritzung mit folgender Gleichung: Fw(n) = Fw(n – 1) + (1 – A – C) Tout – B × Fw(n – 1)
Im folgenden wird die zweite Methode zur von den unverbrannten Kohlenwasserstoffen abhängigen Korrektur unter Bezugnahme auf die 6B beschrieben.
Während bei der ersten Methode davon ausgegangen wird, daß ein Teil der durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzten Kraftstoffeinspritzmenge Tout mit direkter Einsaugung in den Zylinder unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthält, wird bei der zweiten Methode berücksichtigt, daß die von der haftenden Kraftstoffmenge Fw in den Zylinder abgetragene Kraftstoffmenge Fwout unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthält.
Genauer gesagt wird, wie in 6B gezeigt, von der Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch das Kraftstoffeinspritzventil 6, A (direktes Zuführverhältnis) × Tout unmittelbar in den Zylinder gesaugt und der Rest oder das haftende Kraftstoffinkrement Fwin wird zu der haftenden Kraftstoffmenge Fw addiert. Zusätzlich wird davon ausgegangen, daß von der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout, abgetragen von der haftenden Kraftstoffmenge Fw, der Anteil C × Fwout unverbrannte Kohlenwasserstoffe darstellt und der Rest (1 – C) × Fwout und A × Tout dem Zylinder als die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl mit Beitrag zur Verbrennung im Zylinder zugeführt wird.
Für die zweite Methode kann Darstellung mit den nachfolgenden mathematischen Formeln erfolgen:
Die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl wird wiedergegeben durch: Tcyl = A × Tout + (1 – C) × Fwoutsomit ergibt sich die Kraftstoffeinspritzmenge Tout wie folgt: Tout = (Tcyl – (1 – C) × Fwout)/A
Wird die zweite Methode bei der AT-Methode, wie vorstehend, beschrieben eingesetzt, so errechnet sich die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout für die aktuelle Einspritzung wie folgt: Fwout (n) = Fwout (n – 1) + (1/T) × (Fwin(n - 1) – Fwout (n – 1)) = Fwout(n – 1) + (1/T) × {(1 – A – C) × Tout(n – 1) – Fwout (n – 1)
Bei Anwendung der zweiten Methode für die AB-Methode, entspricht die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout für die aktuelle Einspritzung dem Ausdruck B × Fw in der folgenden Gleichung: Tcyl = A × Tout + B × Fw,und es ergibt sich der folgende Ausdruck für die haftende Kraftstoffmenge Fw(n) für das aktuelle Arbeitsspiel: Fw(n) = Fw(n – 1) + (1 – A) × Tout(n) – B × Fw(n – 1)
Als nächstes wird die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge mit Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung (Closed-Loop) unter Verwendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Koeffizienten KO2 beschrieben (in folgenden als die "O2-Regelung" bezeichnet). Bei der O2-Regelung wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizient KO2 ausgehend von einem Ausgangssignal des O2-Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) 22 im Auspuffkanal des Motors an einer Stelle strömungsaufwärts vom Katalysator 23 berechnet und die Kraftstoffeinspritzmenge Tout wird ausgehend von dem KO2-Wert bestimmt.
Die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge genügt alleine nicht, um sicherzustellen, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches für den Motor auf ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis geeignet eingeregelt wird. Besitzt beispielsweise das Kraftstoffeinspritzventil 6 eine nicht einwandfreie Arbeitskennlinie oder weicht der am Druckregler der Kraftstoffpumpe 8 eingestellte Referenzdruckwert vom vorgeschriebenen Wert ab, so ergibt sich ein Fehler bei der Kraftstoffeinspritzmenge Tout, selbst dann, wenn Kraftstoff mit einem Impuls von genauer Impulsbreite eingespritzt wird. Entsprechend kann eine Differenz im Füllungsgrad (Ansaugluftmenge) zwischen einzelnen Motoren bedingt durch Fertigungstoleranzen oder das Alter des Motors zu einer großen Abweichung der Grund-Kraftstoffeinspritzmenge führen, die ausgehend von einem Ti-Kennfeld für die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Saugrohrabsolutdruck PBA ausgehend von einem richtigen Wert bestimmt wird, so daß es zu einer fehlerhaften Kraftstoffeinspritzmenge Tout kommt.
Zur Vermeidung der vorstehend erwähnten Probleme sind die erste Methode und die zweite Methode schon vorgeschlagen worden und zwar in den vorläufigen japanischen Patentschriften (Kokai) Nr. 58-8238 und Nr. 61-126337 für eine von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge Tout unter Berücksichtigung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KO2 mit Festlegung durch Integrationsterme oder Koeffizienten und Variable zum Korrigieren eines Fehlers bei der Kraftstoffeinspritzmenge Tout infolge von Fehlern beim Kraftstoffeinspritzventil und Fertigungstoleranzen oder Alterung des Motors.
Hinsichtlich Fehlerkorrektur auf der Seite des Kraftstoffeinspritzventils, wie in 7 gezeigt, in der Arbeitskennlinien (K und TiVB) des Einspritzventils 6 dargestellt sind, wird eine reale oder physikalische Kraftstoffeinspritzmenge (g) nicht korrigiert, sondern lediglich die Arbeitskennlinien (TiVB und K nach Angabe in 7) des Kraftstoffeinspritzventils. TiVB in 7 bedeutet eine ineffektive Zeitspanne vor dem Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils auf einen Ansteuerungsimpuls hin, der abhängig von der Spannung der Batterie (nicht gezeigt) des Motors festgelegt wird.
Die ersten und zweiten Methoden sind aber mit den oben ausführlich beschriebenen Problemen behaftet.
Zur Überwindung dieser Probleme entsprechend der hier beschriebenen Ausführungsart wird ein Korrekturkoeffizient f(KO2) für die Abtrag-Kraftstoffmenge eingeführt, der kleiner wird, wenn der Korrekturkoeffizient KO2 zunimmt.
Bei Anwendung der ersten Methode erfolgt folgende Korrektur: Tout = [Tcyl × KO2 – Fwout × f(KO2)]/A (9)
Bei Anwendung der zweiten Methode erfolgt die folgende Korrektur: Tout = [(Tcyl – Fwout) × f(KO2)]/A × KO2 (10)
Hier wird der Korrekturkoeffizient f(KO2) für die Abtrag-Kraftstoffmenge spezieller durch die folgende Gleichung ausgedrückt: f(KO2) = 1 + α × (1 – KO2) (11)oder durch die folgende Gleichung: f(KO2) = α/KO2 (12)wobei α einen f(KO2)-Einstellkoeffizienten darstellt.
In der obigen Gleichung (11) wie in 8A gezeigt, ist f(KO2) = 1, wenn KO2 = 1,0 und die Neigung dieser Funktion f(KO2), die als eine nach rechts abfallende Gerade bezüglich des Wertes von KO2 dargestellt werden kann, variiert mit dem f(KO2)- Einstellkoeffizienten α zum Einstellen des Korrekturkoeffizienten f(KO2) für die Abtrag-Kraftstoffmenge. In der Gleichung (12) kann diese Funktion als eine nach rechts abfallende Hyperbel dargestellt werden.
Außerdem wird der f(KO2)-Einstellkoeffizient α dann höher festgelegt, wenn das direkte Zuführverhältnis A kleiner ist, wie es bei einer niedrigen Motorkühlmitteltemperatur der Fall ist. Dieses heißt, daß das direkte Zuführverhältnis A dann kleiner wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur niedriger ist, so daß die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout aus der haftenden Kraftstoffmenge Fw zum Zylinder erheblich größer wird als die Menge (A × Tout) des Kraftstoffs der eingespritzt und direkt in den Zylinder gesaugt wird, wodurch die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout einen größeren Einfluß auf die Kraftstoffeinspritzmenge Tout nimmt. Dieses kann zu stärkerem Pendeln des KO2-Wertes führen. Somit wird bei kleinerem direktem Zuführverhältnis A der f(KO2)-Einstellkoeffizient α für eine stärkere Korrektur höher festgelegt.
Im folgenden wird ein Weg zum Bestimmen der Wandtemperatur des Ansaugrohrs oder Einlaßkanals beschrieben.
Die 9 zeigt den Aufbau einer Bestimmungseinrichtung für die Ansaugkanal-Wandtemperatur.
Die Bestimmungseinrichtung für die Ansaugkanal-Wandtemperatur ermittelt die Kanal-Wandtemperatur TC ausgehend von eingegebene Parametern, d.h. EGR-Verhältnis, Saugrohrunterdruck PB, Motordrehzahl NE, Motorkühlmitteltemperatur TW und Ansauglufttemperatur TA.
Die Ansauglufttemperatur TA wird dem Mittel 71 zur saugluftabhängigen Korrektur zugeführt und dieses korrigiert eine Ansprechverzögerung des TA-Sensors 13, d.h. eine Verzögerung von dessen Ausgangssignal. Die Ansprechverzögerung des TA-Sensors 13 ist durch seine Wärmekapazität bedingt, die verhindert, daß der TA-Sensor 13 auf eine abrupte Änderung der Ansauglufttemperatur sofort reagiert.
Die Ansprechverzögerung des TA-Sensors 13 wird nach folgender Gleichung korrigiert: TA' = TA(n – 1) + K × (TA(n) – TA(n – 1)) (13)
Es wird also eine Differenz zwischen dem aktuellen Ausgangssignal TA(n) des TA-Sensors 13 und dem unmittelbar vorangehenden Ausgangssignal TA(n – 1) desselben mit einem festgelegten Korrekturkoeffizienten K multipliziert und das gewonnene Produkt wird zu dem unmittelbar vorangehenden Ausgangssignal TA(n – 1) addiert, um die korrigierte Ansauglufttemperatur TA' zu erzielen.
Anschließend bestimmt das Solltemperatur-Bestimmungsmittel 72 eine Solltemperatur TCobj der Wandung des Einlaßkanals ausgehend von der korrigierten Ansauglufttemperatur TA' und der Motorkühlmitteltemperatur TW. Genauer gesagt bestimmt das Solltemperatur-Bestimmungsmittel 72 die Solltemperatur TCobj als eine Zwischentemperatur zwischen der korrigierten Ansauglufttemperatur TA' und der Motorkühlmitteltemperatur TW anhand folgender Gleichung: TCobj = X × TA' + (1 – X) × TW (14)
Dabei bedeutet X einen Mittelpunkt-Einstellkoeffizienten zum Festlegen eines internen Divisors oder Verhältnisses zum Bestimmen eines Mittelpunktes zwischen der korrigierten Ansauglufttemperatur TA' und der Motorkühlmitteltemperatur TW.
Der Mittelpunkt-Einstellkoeffizient X wird ausgehend von dem Ansaugluftdurchsatz [1/min] als Hauptfaktor basierend auf dem Saugrohrunterdruck PB und der Motordrehzahl NE unter Berücksichtigung der EGR-Rate mit folgender Gleichung berechnet: X = X0 × Kx (15)dabei bedeutet X0 einen Kennfeldwert des Mittelpunkt-Einstellkoeffizienten, gewonnen aus einem NE-PB-Kennfeld entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Saugrohrunterdruck PB im Wertebereich 0 < X0 < 1. Kx ist ein interner Divisor-Korrekturkoeffi zient, gewonnen aus einer Kx-Tabelle entsprechend dem Hub LAGT des EGR-Ventils 26.
Der so erzielte Mittelpunkt-Einstellkoeffizient X hängt vom Saugrohrunterdruck PB und der Motordrehzahl NE, wie in 10 gezeigt, ab.
Der Mittelpunkt-Einstellkoeffizient X wird bei dem obigen Beispiel über den Ansaugluftdurchsatz als Hauptfaktor bestimmt. Der Grund dafür wird nachfolgend erläutert.
Ist beispielsweise der Saugrohrunterdruck PB gering, die Motordrehzahl NE hoch, d.h. wenn der Motor mit hoher Last und hoher Drehzahl läuft, nimmt die Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit zu und erfolgt Abkühlung des Motors durch die Ansaugluft, so daß sich die Temperatur der Einlaßkanalwandung der Ansauglufttemperatur annähert. Andererseits, wenn der Motor mit kleiner Last und niedriger Drehzahl läuft, nimmt die Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit ab, so daß die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC durch die Motorwärme stärker beeinflußt wird und auf einen Wert nahe der Motorkühlmitteltemperatur TW steigt.
Die beschriebene Ausführungsart berücksichtigt entsprechende Charakteristika der Kanalwand-Temperatur TC und nutzt den internen Divisor, d.h. den Mittelpunkt-Einstellkoeffizienten X bei der Bestimmung der Soll-Wandtemperatur TCobj als Zwischenpunkt zwischen der korrigierten Ansauglufttemperatur TA' und der Motorkühlmitteltemperatur TW, wodurch eine genaue Bestimmung der Soll-Wandtemperatur TCobj ermöglicht wird.
Das EGR-Verhältnis Kx wird außerdem zum Bestimmen des internen Divisors benutzt, da die Auspuffseite des Motors heißer ist als die Ansaugseite, so daß die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC mit zunehmendem EGR-Verhältnis steigt. Die beschriebene Ausführungsart berücksichtigt auch dieses und ermittelt den internen Divisor so, daß bei höherem EGR-Verhältnis Kx die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC höher abgeschätzt wird, wodurch die Soll-Wandtemperatur TCobj genauer bestimmt werden kann.
Wenn sich der Motor in einem transienten Betriebszustand befindet, reagiert die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC verzögert auf eine Änderung der Betriebsbedingungen des Motors.
Die 11 zeigt beispielhaft eine Änderung der Ein laßkanal-Wandtemperatur TC mit Ansprechverzögerung auf eine Änderung bei den Betriebsbedingungen des Motors. In der Abbildung ist eine Änderung der Einlaßkanal-Wandtemperatur TC bezogen auf die Motorkühlmitteltemperatur TW und die Ansauglufttemperatur TA dargestellt für den Fall, daß die Drosselklappe 3' voll geöffnet, anschließend voll geschlossen und schließlich wieder voll geöffnet wird. Bei diesem Beispiel ist angenommen, daß die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC und die Ansauglufttemperatur TA durch jeweilige Sensoren erfaßt werden, die verzögerungsfrei ansprechen.
Wie in der Abbildung gezeigt, strömt Außenluft bei warmem Motor (d.h. bei einer Motorkühlmitteltemperatur TW über 80°C) und bei vollständig geöffneter Drosselklappe 3' (bei diesem Beispiel mit einer Temperatur von ca. –10°C) dem Zylinder über das Ansaugrohr 2 mit großem Durchsatz zu, so daß die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC in einem niedrigen Temperaturbereich von 2 bis 3°C variiert. Wird danach die Drosselklappe 3' ganz geschlossen, so erhöht sich die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC infolge der Motorwärme stark. Die Zunahme der Einlaßkanal-Wandtemperatur TC erfolgt aber bedingt durch die Wärmekapazität des Einlaßkanals 2A so, daß die Einlaßkanal-Wandtemperatur nicht sofort einen festgelegten stabilen Wert erreicht (bei diesem Beispiel ca. 30°C), sondern den festgelegten stabilen Wert mit einer Zeitverzögerung tD nach vollständigem Schließen der Drosselklappe 3' erreicht.
Der Aufbau der Bestimmungseinrichtung für die Saugkanal-Wandtemperatur entsprechend der behandelten Ausführungsart wird unter Bezugnahme auf das Beispiel in 11 ausführlicher beschrieben. Wie vorstehend schon angegeben, wird die Soll-Wandtemperatur TCobj grundlegend ausgehend von der Motorkühlmitteltemperatur TW und der korrigierten Ansauglufttemperatur TA' bestimmt. Die Motorkühlmitteltemperatur TW und die korrigierte Ansauglufttemperatur TA' erreichen im wesentlichen konstante Werte und der interne Divisor zwischen diesen beiden Größe variiert hauptsächlich entsprechend dem Saugrohrunterdruck PB und der Motordrehzahl NE. Wenn sich also der Motor in einem Übergangszustand befindet, bei dem die Drosselklappe 3' von ganz geöffnet auf ganz geschlossen verstellt wird, sinkt der Saugrohrunterdruck PB enorm und wird entsprechend wie die Soll-Wandtemperatur TCobj auf einen höheren Wert eingestellt. In diesem Falle bewirkt das Verzögerungsverarbeitungsmittel 74 erster Ordnung zur Kompensation für die Ansprechverzögerung (tD) eine Verzögerung erster Ordnung für die Soll-Wandtemperatur TCobj, so daß letztlich eine bestimmte Kanalwand-Temperatur TC' erzielt wird.
Das Verzögerungsverarbeitungsmittel 74 erster Ordnung bestimmt die abgeschätzte Kanalwand-Temperatur TC' bei einem Zwischenpunkt zwischen dem unmittelbar vorangehenden Wert TC'(n – 1) und der Soll-Wandtemperatur TCobj mittels folgender Gleichung: TC'(n) = β × TC'(n – 1) × (1 – β) × TCobj (16)dabei bedeutet β eine Mittelungs-Zeitkonstante abhängig von der Ansprechverzögerung der Einlaßkanal-Wandtemperatur TC.
Im folgenden wird die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der hier beschriebenen Ausführungsart unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 beispielhaft beschrieben.
Die 12 zeigt eine TDC-Verarbeitungsroutine, die synchron mit der Erzeugung von TDC-Signalimpulsen ausgeführt wird.
Zunächst wird bei dem Schritt S51 festgestellt, ob der Motor sich im Durchdrehmodus befindet oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES), geht das Programm zum Schritt S52 über, bei dem eine Grund-Kraftstoffeinspritzmenge TiCR für den Durchdrehmodus entsprechend der Motorkühlmitteltemperatur festgelegt wird. Danach wird bei dem folgenden Schritt S53, ausgehend von der Grund-Kraftstoffeinspritzmenge TiCR, die erforderliche Kraftstoffmenge TcylCR nach folgender Gleichung berechnet: TcylCR = TiCR × KNE × KPACR (17)dabei bedeutet TiCR die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge in Ab hängigkeit von der Motorkühlmitteltemperatur, KNE einen von der Motordrehzahl abhängigen Korrekturkoeffizienten und KPACR einen vom Atmosphärendruck abhängigen Korrekturkoeffizienten.
Anschließend werden bei dem Schritt S54 das direkte Zuführverhältnis A, die Verzögerungszeitkonstante T und ein Verhältnis C1 für den unverbrannten Kraftstoff im Durchdrehmodus mit den nachstehend beschriebenen Subroutinen ermittelt. Anschließend wird bei dem Schritt S55 die Kraftstoffeinspritzzeit Tout zum Festlegen einer Einspritzstufe im Durchdrehmodus anhand der folgenden Gleichung berechnet: Tout = TcylCR – Fwout)/A + TiVB (18)dabei steht TiVB für die ineffektive Zeit des Kraftstoffeinspritzventils.
Bei dem Schritt S56, der auf der Kraftstoffeinspritzmenge zum Festlegen der Einspritzstufe im Durchdrehmodus basiert, wird die Kraftstoffeinspritzstufe anhand der folgenden Gleichung bestimmt: Einspritzstufe = (Endstufe) – Tout/CRME (19)dabei bedeutet CRME ein mittleres CRK-Impuls-Intervall [ms] und das Programm ist danach beendet.
Wenn der Motor nach dem Durchdrehen wieder im Normalbetrieb läuft, und die Frage bei Schritt S51 verneint wird (NO), geht das Programm zu dem Schritt S57 weiter und dabei wird ein Kennfeld-Wert für die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge (Kennfeld-Wert) Ti aus einem Ti-Kennfeld entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Saugrohrunterdruck PB gewonnen. Bei dem folgenden Schritt S58 wird die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl anhand der folgenden Gleichung berechnet: Tcyl = Ti × KTOTAL (20)dabei bedeutet Ti die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge (Kennfeld-Wert) und KTOTAL bedeutet Koeffizienten unter Ausschluß des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KO2.
Genauer gesagt stellen sich die Koeffizienten KTOTAL durch die folgende Gleichung dar: KTOTAL = KLAM × KTA × KPA (21)dabei bedeutet KLAM einen angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Koeffizienten, KTA einen von der Ansauglufttemperatur abhängigen Korrekturkoeffizienten und KPA einen von Atmosphärendruck abhängigen Korrekturkoeffizienten.
Noch genauer gesagt, wird der angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Koeffizient KLAM mit folgender Gleichung bestimmt: KLAM = KWOT × KTW × KEGR × KAST (22)dabei bedeuten KWOT einen hochlastabhängigen Anreicherungskoeffizienten, KTW einen von niedriger Kühlmitteltemperatur abhängigen Anreicherungskoeffizienten, KEGR einen EGR-abhängigen Korrekturkoeffizienten und KAST einen Nachstart-abhängigen Anreicherungskoeffizienten.
Im Anschluß daran werden bei dem Schritt S59 mit noch zu beschreibenden Subroutinen Parameter für die bestimmte Kanalwand-Temperatur TC, das direkte Zuführverhältnis A, die Verzögerungszeitkonstante T und ein Verhältnis C2 für unverbrannten Kraftstoff nach dem Durchdrehen bestimmt. Im Anschluß daran bei dem folgenden Schritt S60 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Tout zum Bestimmen einer Einspritzstufe im Normalbetrieb nach Durchdrehen anhand der folgenden Gleichung berechnet: Tout = [Tcyl × KO2 – Fwout × (1 + α × (1 – KO2))] × (1/A) + TiVB (23)
Danach wird bei dem Schritt S61 die Einspritzstufe entsprechend dem Schritt S56 bestimmt, danach das Programm beendet.
Bei der Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge Tout zum Bestimmen der Einspritzstufe bei den Schritten S55 und S60 wird ein gemeinsamer Wert der Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout für alle Zylinder benutzt, um die Berechnung zu vereinfachen.
Die 13 zeigt Einzelheiten einer Routine für die CRK-Verarbeitung, die synchron mit der Erzeugung von CRK-Signalimpulsen erfolgt.
Zuerst wird bei dem Schritt S71 festgestellt, ob die aktuelle Durchdrehimpuls-Unterbrechung entsprechend der Einspritzstufe vorliegt oder nicht. Bei Verneinung dieser Frage (NO), endet das Programm sofort, während bei Bejahung der Frage (YES) das Programm zum Schritt S72 übergeht, bei dem festgestellt wird, ob der Motor sich im Durchdrehmodus befindet oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) geht das Programm zu einem Schritt S73, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge Tout für den Durchdrehmodus, gesondert für jeden Zylinder, mit folgender Gleichung berechnet wird: Tout(i) = (TcylCR(i) – Fwout(i))/T + TiVB (24)dabei erfolgt Berechnung von TcylCR(i) mit Hilfe der obigen Gleichung (17). In diesem Zusammenhang bezeichnet das Symbol i (= 1 bis 4) die jeweiligen Zylinder von Nr. 1 bis Nr. 4.
Des weiteren wird bei dem Schritt S74 die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n)(i) für das aktuelle Arbeitsspiel, gesondert für jeden Zylinder, mit folgender Gleichung bestimmt: Fwout(n)(i) = Fwout(n – 1)(i) + (1/T) × (Fwin(n – 1)(i) – Fwout(n – 1)(i) (25)dabei wird die haftende Kraftstoffmenge Fwin(n)(i) für das aktuelle Arbeitsspiel mit folgender Gleichung bestimmt: Fwin(n)(i) = (1 – A – C1) × (Tout(n)(i) – TiVB) (26)
Auf die beschriebene Weise werden die Kraftstoffeinspritzmenge Tout(i) und die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(i) berechnet und anschließend schreitet das Programm zu einem Schritt S75 fort, bei dem Kraftstoffeinspritzung erfolgt, mit folgendem Abschluß des aktuellen Programms.
Zusätzlich ist bei einer anfänglichen oder ersten Einspritzung im Durchdrehmodus die haftende Kraftstoffmenge Fwin vor der Einspritzung gleich Null und somit ist auch die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout gleich Null. Es ist daher davon auszugehen, daß die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n)(i) in den obigen Gleichungen Werte darstellt, die nach einer zweiten oder späteren Einspritzung angenommen werden.
Wenn dann der Motor nach dem Durchdrehen in den normalen Modus eintritt, wird die Frage von Schritt S72 verneint (NO) und das Programm schreitet dann zu einem Schritt S76 fort, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge Tout nach dem Durchdrehen gesondert für jeden Zylinder mit folgender Gleichung berechnet wird: Tout(i) = [Tcyl(i) × KO2 × Fwout(i) × (1 + α × (1 – KO2)}]/A + TiVB (27)dabei erfolgt Berechnung von TiVB(i) mittels der obigen Gleichung (20), ähnlich wie bei dem Schritt S58.
Zusätzlich wird bei einem Schritt S77 die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n)(i) für das aktuelle Arbeitsspiel, gesondert für jeden Zylinder, mit der obigen Gleichung (25) berechnet und außerdem erfolgt Bestimmung der haftenden Kraftstoffmenge Fwout(n)(i) für das aktuelle Arbeitsspiel mit der Gleichung (26). Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzung bei einem Schritt S78 vorgenommen und danach schließt das Programm.
Die 14 zeigt eine Routine für die Hintergrund (B/G)-Verarbeitung, die im Hintergrund der TDC-Verarbeitung und CRK-Verarbeitung erfolgt.
Zunächst wird bei einem Schritt S81 der f(KO2)-Einstellkoeffizient α ausgehend von einer TW-α-Tabelle ermittelt und danach wird bei einem Schritt S82 die ineffektive Zeitspanne TiVB bestimmt, woraufhin das Programm abschließt.
Im folgenden werden Arten zum Berechnen der bei den oben beschriebenen Schritten S54 und S59 benutzten Parameter unter Bezugnahme auf die 15 bis 22 beschrieben.
Die 15 zeigt eine Routine zum Berechnen der bestimmten Einlaßkanal-Wandtemperatur TC'.
Zu allererst wird bei einem Schritt S101 festgestellt, ob der Motor sich im Durchdrehmodus befindet oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) wird ein Wert für die Motorkühlmitteltemperatur PB, erfaßt in der aktuellen Schleife, auf die bestimmte Kanalwandtemperatur TC' bei einem Schritt 102 eingestellt, woraufhin das Programm abschließt.
Befindet sich andererseits der Motor im normalen Modus nach dem Durchdrehen und wird dementsprechend die Frage von Schritt S101 verneint (NO), so wird der Mittelpunkt-Einstellkoeffizient X0 dem vorstehend beschriebenen NE-PB-Kennfeld bei einem Schritt S103 entnommen und der gelesene Mittelpunkt-Einstellkoeffizient X0 wird bei einem Schritt S104 mit dem EGR-Verhältnis zum Berechnen des Mittelpunkt-Einstellkoeffizienten X korrigiert.
Zusätzlich wird bei einem Schritt S105 die Soll-Kanalwandtemperatur TCobj mittels der obigen Gleichung (14) berechnet, danach erfolgt Berechnung der bestimmten Kanalwandtemperatur TC' mit der obigen Gleichung (16) und das Programm schließt dann ab.
Entsprechend der hier behandelten Ausführungsart, wird die Differenz zwischen der korrigierten Sauglufttemperatur TA' und der Motorkühlmitteltemperatur intern durch den internen Divisor, der von der Ansaugluftmenge und dem EGR-Verhältnis abhängt, geteilt zum Berechnen der Soll-Kanalwandtemperatur TCobj als Temperatur in einem stationären Zustand des Motors unter Berücksichtigung von Merkmalen der Kanalwandtemperatur TC. Im Anschluß daran wird die Soll-Kanalwandtemperatur TCobj mit dem Verzögerungsverarbeitungsmittel 74 erster Ordnung verzögert zum Berechnen der bestimmten Kanalwandtemperatur TC' in einem transienten Zustand.
Auf diese Weise kann die Einlaßkanal-Wandtemperatur TC genauer als früher bei allen Betriebsbedingungen des Motors bestimmt werden. Die auf obige Weise berechnete bestimmte Kanalwandtemperatur TC' wird zum Berechnen von Parametern (bei der hier behandelten Ausführungsart das direkte Zuführverhältnis A und die Zeitkonstante T), wie nachstehend beschrieben, benutzt. Diese werden für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge benutzt, so daß eine sehr genaue von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur bei allen Betriebsbedingungen des Motors 1 ermöglicht wird.
Die 16 zeigt eine Routine zum Berechnen des direkten Zuführverhältnisses A, das bei der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge benutzt wird.
Zunächst wird bei einem Schritt 111 festgestellt, ob der Motor sich im Durchdrehmodus befindet oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) geht das Programm zu einem Schritt S123 über, bei dem mittels einer TW-A-Tabelle (nicht gezeigt) ein Kennfeldwert des direkten Zuführverhältnisses A auf einen höheren Wert eingestellt wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW höher ist, um einen Wert für das direkte Zuführverhältnis A entsprechend der für die aktuelle Schleife erfaßte Motorkühlmitteltemperatur TW zu ermitteln, woraufhin das Programm abschließt.
Arbeitet andererseits der Motor im normalen Modus nach dem Durchdrehen und wird die Frage von Schritt S111 verneint (NO), geht das Programm zu einem Schritt S113 über, bei dem eine Flagge (Flag, Kennzeichen) FEGRAB – gesetzt auf "1", wenn Abgasrückführung erfolgt – gleich "1" ist. Wird diese Frage bejaht (YES), geht das Programm zu einem Schritt S114 über, bei dem ein A0-Kennfeld (nicht gezeigt) für Abgasrückführung (EGR) entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Saugrohrunterdruck PB gelesen wird, um einen Wert für ein grundlegendes direktes Zuführverhältnis A0 für den EGR-Bereich zu ermitteln und anschließend schreitet das Programm zu einem Schritt S115 fort. Wird andererseits die Frage von Schritt S113 verneint (NO), geht das Programm zu einem Schritt S116 über, bei dem ein A0-Kennfeld (nicht gezeigt) für den Zustand ohne Abgasrückführung (EGR) entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Saugrohrunterdruck PB gelesen wird, um einen Wert des grundlegenden direkten Zuführverhältnisses A0 für den Nicht-EGR-Bereich zu ermitteln und anschließend schreitet das Programm zu dem Schritt S115 fort.
Bei dem Schritt S115 wird ein KA-Kennfeld (gezeigt in 17) gelesen, um einen Korrekturkoeffizienten KA für das direkte Zuführverhältnis entsprechend der bestimmten Kanalwandtemperatur TC', berechnet mit der Routine nach 15, und der Motordrehzahl NE zu ermitteln und bei dem folgenden Schritt S117 wird das direkte Zuführverhältnis A mit der Gleichung (28) berechnet: A = A0 × KA (28)
Diesbezüglich ist das KA-Kennfeld wie in 17 gezeigt so festgelegt, daß 0 < KA < 1 und bei höherer bestimmter Wandtemperatur TC' der Korrekturkoeffizient KA einen höheren Wert annimmt.
Zusätzlich wird bei einem Schritt S118 ein unterer Grenzwert ALMTL für das direkte Zuführverhältnis A berechnet und bei den folgenden Schritten S119 bis S122 erfolgt eine Grenzwertprüfung des direkten Zuführverhältnisses A. Genauer gesagt wird das direkte Zuführverhältnis A, wenn es einen Bereich überschreitet, der durch einen oberen Grenzwert ALMTH und einem unteren Grenzwert ALMT festgelegt ist auf den oberen Grenzwert bei einem Schritt S121 oder den unteren Grenzwert bei einem Schritt S122 gesetzt, woraufhin das Programm abschließt. Das so ermittelte direkte Zuführverhältnis A zeigt die in 18 dargestellte Tendenz.
Die 19 zeigt eine Routine zum Berechnen der Verzögerungszeitkonstanten T, mit der bei der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur gearbeitet wird.
Zunächst wird bei einem Schritt S131 ermittelt, ob der Motor sich im Durchdrehmodus befindet oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) geht das Programm zu einem Schritt S132 über, bei dem eine TW-T-Tabelle (nicht gezeigt) gelesen wird, um die Verzögerungszeitkonstante T entsprechend der Motorkühlmitteltemperatur TW zu ermitteln. Die TW-T-Tabelle ist so festgelegt, daß eine höhere Motorkühlmitteltemperatur eine größere Verzögerungszeitkonstante T, d.h. einen kleineren Kehrwert 1/T ergibt.
Wird andererseits die Frage von Schritt S131 verneint (NO), geht das Programm zu einem Schritt S133 über, bei dem ermittelt wird, ob die Flagge FEGRAB auf "1" gesetzt ist oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES), geht das Programm zu einem Schritt S134 über, bei dem ein T0-Kennfeld zur Abgasrückführung (EGR) (nicht gezeigt) entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Saugrohrunterdruck PB gelesen wird, um eine Grund-Verzögerungszeitkonstante T0 für den EGR-Bereich zu ermitteln und danach schreitet das Programm zu dem Schritt S135 fort.
Außerdem schreitet das Programm zu einem Schritt S136 fort, wenn Verneinung der Frage von Schritt S133 (NO) erfolgt. Bei diesem Schritt wird ein T0-Kennfeld für den Nicht-EGR-Bereich (nicht gezeigt) gelesen, um die Grund-Verzögerungszeitkonstante T0 für den Nicht-EGR-Bereich zu ermitteln und anschließend geht das Programm zu dem Schritt S135 über.
Bei dem Schritt S135 wird ein Korrekturkoeffizient KT für die Verzögerungszeitkonstante aus einem KT-Kennfeld entsprechend der bestimmten Kanalwandtemperatur TC' und der Motordrehzahl NE gewonnen, um einen Korrekturkoeffizienten KT für die Verzögerungszeitkonstante zu ermitteln und bei dem folgenden Schritt S137 wird der Kehrwert der Verzögerungszeitkonstanten T mit der Gleichung (29) berechnet: 1/T = (1/T0) × KT (29)
Das KT-Kennfeld ist, wie in 17 gezeigt, so festgelegt, daß der Korrekturkoeffizient KT einen Wert im Bereich 0 bis 1 annimmt und der Korrekturkoeffizient KT desto größer wird, je höher die bestimmte (abgeschätzte) Kanalwandtemperatur TC' steigt. Für eine abgeschätzte Einlaßkanal-Wandtemperatur TC' gleich oder über 80°C ist der Korrekturkoeffizient KT auf 1,0 festgelegt.
Bei den folgenden Schritten S138 bis S141 erfolgt eine Grenzwertprüfung des Wertes von 1/T. Genauer gesagt wird der Wert von 1/T dann, wenn er einen Bereich überschreitet, der durch einen oberen Grenzwert TLMTH und einem unteren Grenzwert TLMTL festgelegt ist, auf den oberen Grenzwert TLMTH bei einem Schritt S140 oder den unteren Grenzwert TLMTL bei einem Schritt S141 gesetzt und danach schließt das Programm.
Der so ermittelte Wert von 1/T zeigt die in 20 dargestellte Tendenz.
Die 21 zeigt eine Routine zum Berechnen des vorstehend beschriebenen Verhältnisses C von unverbranntem Kraftstoff, während die 22 ein Zeitsteuerdiagramm zeigt, das das Berechnungskonzept für das Verhältnis C von unverbranntem Kraftstoff erläutert.
Zunächst wird bei einem Schritt S151 ermittelt, ob der Motor sich im Durchdrehmodus befindet oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) geht das Programm zu einem Schritt S152 über, bei dem ermittelt wird, ob beim Starten des Motors Kraftstoff anfänglich oder zum ersten Mal eingespritzt worden ist oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) geht das Programm zu einem Schritt S153 über, bei dem eine TW-C1-Tabelle (nicht gezeigt) entsprechend der Motorkühlmitteltemperatur TW gelesen wird, um ein Verhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff beim Durchdrehen als Ausgangswert des Verhältnisses C für unverbrannten Kraftstoff zum Zeitpunkt t1 nach Angabe in 22 zu ermitteln. Die TC-C1-Tabelle ist so festgelegt, daß das Startverhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff desto kleiner wird, je höher die Motorkühlmitteltemperatur steigt.
Zusätzlich wird bei dem folgenden Schritt S154 eine TW-ΔC1-Tabelle (nicht gezeigt) gelesen, um einen Dekrementalwert ΔC1 für das Verhältnis C1 des unverbrannten Kraftstoffes beim Durchdrehen zu ermitteln. Danach wird bei dem folgenden Schritt S155 ein NITDC-Zähler zum Ändern des Verhältnisses C von unverbranntem Kraftstoff auf dem festgelegten Wert 0 eingestellt und danach schließt die Routine ab.
Bei Verneinung der Frage von Schritt S152 (NO) dann, wenn eine zweite oder spätere Kraftstoffeinspritzung im Startmodus erfolgt, geht das Programm zu einem Schritt S156 über, bei dem ermittelt wird, ob der Zählwert des NITDC-Zählers bei oder über einem festgelegten Wert NTDC liegt oder nicht. Diese Frage wird bei der ersten Ausführung dieses Schrittes verneint (NO) und das Programm geht somit zu einem Schritt S157 weiter, bei dem der Zählwert des NITDC-Zählers inkrementiert wird, woraufhin Abschluß der Routine erfolgt. Ist der Zählwert des NITDC-Zählers gleich dem festgelegten Wert NTDC wird die Frage von Schritt S156 bejaht (YES) und das Programm geht zu dem Schritt S158 über.
Bei dem Schritt S158 wird der NITDC-Zähler wieder auf den festgelegten Wert 0 gesetzt und anschließend wird bei einem Schritt S159 der Dekrementalwert ΔC1 von dem Startverhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff subtrahiert. Danach wird bei einem Schritt S160 ermittelt, ob das aktualisierte Startverhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff gleich oder kleiner dem festgelegten Wert 0 ist oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) wird das Startverhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff auf 0 gesetzt und danach schließt das Programm.
Bei Verneinung der Frage von Schritt S151 (NO) geht das Programm zu einem Schritt S162 über, bei dem ermittelt wird, ob der Motor sich in der unmittelbar vorangehenden Schleife im Durchdrehmodus befand oder nicht. Bei Bejahung dieser Frage (YES) bei der ersten Ausführung dieses Schrittes geht das Programm zu einem Schritt S163 über, bei dem ein Verhältnis C2 für unverbrannten Kraftstoff nach dem Durchdrehen als Ausgangswert für das Verhältnis C für unverbrannten Kraftstoff aus einer TW-C2-Tabelle (nicht gezeigt) gewonnen wird, wobei das Verhältnis C2 für unverbrannten Kraftstoff nach dem Durchdrehen eine ähnliche Tendenz zeigt wie in der TW-C1-Tabelle zum Zeitpunkt t2 nach Angabe in 22.
Des weiteren wird bei dem folgenden Schritt S164 ein Dekrementalwert ΔC2 für unverbrannten Kraftstoff nach dem Durchdrehen aus einer TW-ΔC2-Tabelle (nicht gezeigt) gelesen, so daß der Dekrementalwert ΔC2 für unverbrannten Kraftstoff nach dem Durchdrehen eine ähnliche Tendenz zeigt wie in der TW-ΔC2-Tabelle und danach schließt die Routine ab.
Wird dann bei der folgenden Schleife die Frage von Schritt S162 verneint (NO), geht das Programm zu einem Schritt S165 über, bei dem ermittelt wird, ob Kraftstoffabsperrung in der unmittelbar vorhergehenden Schleife erfolgt ist oder nicht. Bejahung dieser Frage (YES) bedeutet, daß der Motor Kraftstoffeinspritzung nach Kraftstoffabsperrung wieder aufgenommen hat, so daß sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark ändern kann. Deshalb wird angenommen, daß ein Teil des unmittelbar nach Wiederaufnahme der Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs unverbrannt bleiben kann und wird das Verhältnis C für unverbrannten Kraftstoff auf den Ausgangswert bei den Schritten S163 und S164 zurückgestellt, woraufhin die Routine abschließt.
Bei Verneinung der Frage von Schritt S165 (NO) geht das Programm zu einem Schritt S166 über, bei dem ermittelt wird, ob der Saugrohrunterdruck PB sich um einen Betrag ΔPB über einen festgelegten Wert ΔPBG geändert hat oder nicht. Auch bei Bejahung dieser Frage (YES) wird das Verhältnis C für unverbrannten Kraftstoff auf den Ausgangswert bei den Schritten S163 und S164 zurückgestellt und schließt die Routine ab.
Bei Bejahung der Frage von Schritt S166 (YES) erfolgt eine ähnliche Verarbeitung wie bei den Schritten S165 bis S161 und das Verhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff im Durchdrehmodus wird durch das Verhältnis C2 für unverbrannten Kraftstoff im Durchdrehmodus ersetzt, der Dekrementalwert ΔC1 für den Durchdrehmodus ΔC1 für den Durchdrehmodus durch den Dekrementalwert ΔC2 für den Durchdrehmodus.
Es ist beschrieben worden wie das direkte Zuführverhältnis A, die Verzögerungszeitkonstante T und das Verhältnis C für unverbrannten Kraftstoff als Parameter für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur berechnet werden. Der vorstehend erwähnte f(KO2)-Einstellkoeffizient α wird durch Lesen einer TW-α-Tabelle ermittelt, die so festgelegt ist, daß der f(KO2)-Einstellkoeffizient α desto kleiner wird, je höher die Motorkühlmitteltemperatur steigt.
Im folgenden wird beschrieben wie die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge bei einer anfänglichen Kraftstoffeinspritzung beim Starten des Motors, im Durchdrehmodus und danach im normalen Modus nach dem Durchdrehen erfolgt, wobei auf entsprechende schematische Darstellungen der von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängigen Korrektur bezug genommen wird.
Die 23 zeigt schematisch eine physikalische Modellschaltung als Modell der von der Verzögerung der Kraft Stoffüberführung abhängigen Korrektur bei Simultaneinspritzung (anfängliche Einspritzung beim Starten des Motors) im Durchdrehmodus des Motors. Die Abbildung zeigt wie die Kraftstoffeinspritzmenge Tout beim Ermitteln der erforderlichen Kraftstoffmenge TcylCR beim Starten des Motors berechnet wird.
In der Abbildung ist die erforderliche Kraftstoffmenge TcylCR mittels der obigen Gleichung (17) berechnet. Bei dieser Anfangseinspritzung beim Starten des Motors wird die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout auf 0 gesetzt und anschließend wird die Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch CRK-Verarbeitung mit Hilfe der obigen Gleichung (24) berechnet. Die in der Abbildung erscheinende Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout(n)(i) wird somit bei den zweiten und späteren Einspritzungen im Durchdrehmodus tatsächlich benutzt. Zusätzlich wird für die Anfangseinspritzung beim Starten des Motors das Verhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff aus der TW-C1-Tabelle, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 21 beschrieben, gelesen, insbesondere was den dort angegebenen Schritt S153 anbelangt.
Die 24 zeigt schematisch eine physikalische Modellschaltung als Modell für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur bei einer Sequentialeinspritzung nachdem Simultaneinspritzung im Durchdrehmodus des Motors erfolgt ist. Die Abbildung zeigt auch wie die Kraftstoffeinspritzmenge Tout beim Ermitteln der erforderlichen Kraftstoffmenge TcylCR im Durchdrehmodus berechnet wird.
Entsprechend der Abbildung wird die erforderliche Kraftstoffmenge TcylCR anhand der obigen Gleichung (17) während der TDC-Verarbeitung berechnet. Anschließend werden die Kraftstoffeinspritzmenge Tout und die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout mittels der obigen Gleichungen (24) und (25) während der CRK-Verarbeitung berechnet. Der aktualisierte Wert Fwout(n)(i) der Abtrag-Kraftstoffmenge wird abgespeichert und später bei der Ermittlung der Einspritzstufe benutzt.
Die 25 zeigt schematisch eine physikalische Modellschaltung als Modell für die von der Verzögerung der Kraftstoffüberführung abhängige Korrektur im normalen Modus des Motors. Die Abbildung zeigt auch wie die Kraftstoffeinspritzmenge Tout beim Ermitteln der erforderlichen Kraftstoff menge TcylCR im normalen Modus berechnet wird.
Die in der Abbildung dargestellte Verarbeitung unterscheidet sich von der im Durchdrehmodus nach 24 insofern als der Korrekturkoeffizient KO2 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der f(KO2)-Einstellkoeffizient α als zusätzliche Parameter benutzt werden und das Verhältnis C1 für unverbrannten Kraftstoff durch das Verhältnis C2 für unverbrannten Kraftstoff ersetzt ist.
Noch genauer wird, wie diese Abbildung zeigt, die erforderliche Kraftstoffmenge Tcyl mittels der obigen Gleichung (20) während der TDC-Verarbeitung berechnet und wird die der erforderlichen Kraftstoffmenge Tcyl entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge Tout mittels der obigen Gleichung (27) bestimmt. Außerdem wird die Abtrag-Kraftstoffmenge Fwout mit der obigen Gleichung (25) berechnet und wird der in der aktuellen Schleife gewonnene aktualisierte Wert Fwout(n)(i) der Abtrag-Kraftstoffmenge für die Ermittlung der Einspritzstufe abgespeichert.
Die Erfindung schafft ein Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einer ECU, die berechnet: eine erste Kraftstoffmenge, die direkt in jeden Brennraum eingesaugt wird, aus einer Kraftstoffmenge, die in den Ansaugkanal durch einen entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, eine zweite Kraftstoffmenge, die von Kraftstoff in den Brennraum abgetragen wird, der an der Wandfläche des Ansaugkanals haftet, und eine Kraftstoffmenge zur Einspritzung in den Ansaugkanal, basierend auf der ersten Kraftstoffmenge und der zweiten Kraftstoffmenge, mit Berechnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrags basierend auf einem Ausgangssignal eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors im Auspuffsystem und mit Korrektur der Kraftstoffmenge für Einspritzung in den Ansaugkanal durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag. Außerdem korrigiert die ECU die zweite Kraftstoffmenge ausgehend von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturbetrag.

Claims

Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem eine Wandfläche besitzenden Ansaugkanal (2), umfassend: Ermittlungsmittel (ECU 5) zum Berechnen von Parametern für die Kraftstoffübertragungscharakteristik in dem Ansaugkanal (2), welche dem Anhaften des Kraftstoffs an der Wandfläche des Ansaugkanals (2) zugeschrieben werden, und zum Ermitteln der in den Ansaugkanal (2) einzuspritzenden Kraftstoffmenge (Tout) in Abhängigkeit der berechneten Parameter; Erfassungsmittel (ECU 5) zum Erfassen der Temperatur (TW) eines durch den Motor (1) zirkulierenden Kühlmittels; Erfassungsmittel (ECU 5) zum Erfassen der Temperatur (TA) der Ansaugluft in dem Ansaugkanal (2) des Motors (1); Bestimmungsmittel (ECU 5) zum Bestimmen (Abschätzen) der Temperatur (TC) der Wandfläche des Ansaugkanals (2) basierend auf der Kühlmitteltemperatur (TW), erfaßt durch die entsprechenden Erfassungsmittel (ECU 5), und der Temperatur (TA) der Ansaugluft in dem Ansaugkanal (2), erfaßt mit den entsprechenden Erfassungsmitteln (ECU 5), bei einer Zwischentemperatur zwischen der Kühlmitteltemperatur (TW) und der Temperatur (TA) der Ansaugluft; und Parameterkorrekturmittel (ECU 5) zum Korrigieren der Parameter für die Übertragungscharakteristik in dem Ansaugkanal (2), welche dem Anhaften des Kraftstoffs an der Wandfläche des Ansaugkanals (2) zugeschrieben werden, basierend auf der Temperatur (TC) der Wandfläche des Ansaugkanals (2), erfaßt mit dem Bestimmungsmittel (ECU 5).
Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsmittel (ECU 5) intern eine Differenz zwischen der Kühlmitteltemperatur (TW) und der Temperatur (TA) der Ansaugluft um einen festgelegten internen Divisor teilen, wodurch sie die Ansaugkanal-Wandflächentemperatur bestimmen.
Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsmittel (ECU 5) die Zwischentemperatur zwischen der Kühlmitteltemperatur (TW) und der Temperatur (TA) der Ansaugluft in dem Ansaugkanal (2) als eine Temperatur der Wandfläche des Ansaugkanals (2) in einem stationären Zustand des Motors (1) bestimmen und zusätzlich eine Verzögerungsverarbeitung der Temperatur (TC) der Wandfläche des Ansaugkanals (2) im stationären Zustand des Motors (1) durchführen, wodurch sie eine Temperatur (TC) der Wandfläche des Ansaugkanals (2) in einem transienten Zustand des Motors (1) bestimmen.
Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (TA) der Ansaugluft in dem Ansaugkanal (2), erfaßt durch die Erfassungsmittel (ECU 5) für die Ansauglufttemperatur (TA), durch einen Änderungsbetrag im Ausgangssignal der Erfassungsmittel (ECU 5) für die Ansauglufttemperatur (TA) korrigiert wird.
Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem nach Anspruch 2, wobei der Motor (1) einen Auslaßkanal (21) besitzt sowie Mittel zum Zurückführen von Abgas von dem Auslaßkanal (21) zu dem Ansaugkanal (2) und wobei die Bestimmungsmittel (ECU 5) den festgelegten internen Divisor in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Abgasrückführung durch die Abgasrückführmittel festlegen.
Kraftstoffeinspritzmengen-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter für die Kraftstoffübertragungscharakteristik in dem Ansaugkanal (2), welche dem Anhaften des Kraftstoffs an der Wandfläche zugeschrieben werden, auf den Betriebsbedingungen des Motors (1) basieren.