-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der
Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine
mit Innenverbrennung, bei welcher ein Einlaßhub zum Ansaugen von Brennstoff
von der Niedrigdruckseite in eine Kammer dieser Pumpe durch Vergrößerung des Kammervolumens
und ein Kompressionshub zum Komprimieren des angesaugten Brennstoffs
durch Verringerung des Kammervolumens periodisch wiederholt werden
und durch Öffnen
oder Schließens
eines Überströmventils
während
des Kompressionshubs die Menge des dem Brennstoffeinspritzventil unter
Druck zugeführten
Brennstoffs geregelt wird.
-
2. Stand der Technik
-
Bei einer Brennkraftmaschine mit
Innenverbrennung (z. B. einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung),
welche mit Brennstoffeinspritzventilen zum Speisen der Brennkammern
mit der erforderlichen Brennstoffmenge während des Kompressionshubs
ausgestattet ist, müssen
die Brennstoffeinspritzventile eine genaue Brennstoffmenge einspritzen,
damit die gewünschte
Verbrennung stattfinden kann. Das erfordert aber einen bestimmten
Brennstoffdruck (z. B. einen bestimmten Brennstoffdruck im Verteilerrohr
zum Verteilen des Brennstoffs auf die einzelnen Einspritzventile).
-
Zur Regelung des Brennstoffdrucks
muß die Brennstoffpumpe
dem Brennstoffverteilerrohr eine ausreichende Brennstoffmen ge separat
zuführen, um
die von den Einspritzventilen eingespritzte Brennstoffmenge zu ergänzen (Verbrauchsmenge).
Dafür ist
ein Verfahren bekannt, bei welchem dem Brennstoffverteilerrohr eine
größere Brennstoffmenge
als die von den Einspritzventilen einzuspritzende Brennstoffmaximalmenge
konstant zugeführt
wird, um unabhängig
von der tatsächlich
eingespritzten Brennstoffmenge im Falle von Brennstoffmangel (auch
in dem Fall, daß von
den Einspritzventilen eine geringere Brennstoffmenge als die maximale
Brennstoffmenge eingespritzt wird) ein Absenken des Brennstoffdrucks
zu verhindern. In einem solchen Fall wird über ein im Brennstoffverteilerrohr
angeordnetes Überdruckventil überschüssiger,
von den Einspritzventilen nicht eingespritzter Brennstoff zur Brennstoffpumpe oder
zum Brennstoffbehälter
zurückgeführt.
-
Wenn dem Brennstoffverteilerrohr
jedoch ständig überschüssiger Brennstoff
zugeführt
wird und in diesem zirkuliert, ist ein großer Energiebedarf zu verzeichnen.
Das führt
zu einer Verschlechterung des Brennstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine mit
Innenverbrennung.
-
Um eine solche Energievergeudung
zu verhindern, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem die
von der Brennstoffpumpe dem Brennstoffverteilerrohr zugeführte Brennstoffmenge
die Menge des von den Einspritzventilen eingespritzten Brennstoffs
ergänzt
(siehe z. B. japanisches Dokument 4-50462). Gemäß dieser Anmeldung wird zuerst
ein auf der Brennstoffeinspritzmenge basierender Mitkopplungsterm
berechnet, um die Periode für öffnendes
Ansteuern des in der Brennstoffhochdruckpumpe zum Speisen des Brennstoffverteilerrohrs
angeordneten elektromagnetischen Überströmventils vorzugeben. Dann wird
ein auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen dem tatsächlichen
Brennstoffdruck und dem Brennstoffzieldruck ermittelter Rückkopplungsterm
dem Mit kopplungsterm zuaddiert und die erforderliche Steuerungsgröße als Verhältnis (Wirkleistung)
der Periode für öffnendes
Ansteuern des Elektromagnetventils vorgegeben. Durch diese Regelung
wird dem Brennstoffverteilerrohr weder zu viel noch zu wenig Brennstoffs
zugeführt
und verhindert, daß ständig eine
große
Brennstoffmenge durch das Brennstoffverteilerrohr strömt. Das
Ergebnis ist eine Verringerung der zur Brennstoffzuführregelung erforderlichen
Energie, so daß eine
Verschlechterung des Brennstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine
mit Innenverbrennung verhindert werden kann.
-
Wenn gemäß dieses Regelvorgangs die Brennstoffeinspritzmenge
abnimmt (z. B. bei Leerlauf), wird als Reaktion auf die Verkleinerung
des Mitkopplungsterms der Rückkopplungsterm
all-mählich kleiner.
Gelegentlich kann eine Situation eintreten, in welcher das berechnete
Wirkleistungsverhältnis
häufig
auf Null (0%) abfällt.
In diesem Fall wird das schließende
Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils gestoppt. Das bei
dieser schließenden
Bewegung des elektromagnetischen Überströmventils auftretende Geräusch verschwindet
häufig. Da
das Unterbrechen der Schließbewegung
des elektromagnetischen Überströmventils
aus dem Rückkopplungsterm
resultiert, ist es nicht möglich, ein
periodisches Stoppen des Überströmventils
zu gewährleisten.
Dieses unregelmäßige Unterbrechen der
Schließbewegung
des Überströmventils
kann den Fahrzeugführer
ablenken.
-
ZUSAMMENFASS UNG DER ERFINDUNG
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, das häufige
Unterbrechen des Schließvorgangs
des in der Brennstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit
Innenverbrennung angeordneten Überströmventils
zu verhindern.
-
Um diese Aufgabe und/oder andere
Aufgaben zu erfüllen,
ist ein Aspekt der Erfindung die Bereitstellung einer Steuervorrichtung
für die
Brennstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung,
welche einen Ansaughub zum Ansaugen von Brennstoff von der Niederdruckseite
in die Pumpenkammer durch Vergrößerung des
Kammervolumens und einen Kompressionshub zum Komprimieren des angesaugten
Brennstoffs durch Verringerung des Kammervolumens periodisch wiederholt.
Diese Steuervorrichtung ist mit einem Überströmventil ausgerüstet, welches
zwischen zwei Modi hin und her schaltet, einem Modus, bei welchem
während
des Kompressionshubs das Brennstoffeinspritzventil nicht mit Brennstoff
aus der Pumpenkammer gespeist wird, und einem Modus, bei welchem
die Versorgung des Einspritzventils mit Brennstoff unter Druck erfolgt.
Zur Steuervorrichtung gehören
auch ein Brennstoffdruckdetektor zum Erfassen des Drucks des dem
Einspritzventil zuzuführenden
Brennstoffs und ein Regler. Der Regler bestimmt die Brennstoffeinspritzmenge
in Abhängigkeit vom
Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung auf
der Grundlage der ermittelten Brennstoffeinspritzmenge einen zur
Wirkleistungssteuerung verwendeten Mitkopplungsterm und auf der
Grundlage des erfaßten
Brennstoffsdrucks einen Rückkopplungsterm.
Dieser Regler bestimmt auf der Grundlage der Summe aus dem Mitkopplungsterm und
dem Rückkopplungsterm
auch das Wirkleistungsverhältnis
für den
Zustand, in welchem das Überströmventil
geöffnet
ist, und das Wirkverhältnis für den Zustand,
in welchem das Überströmventil
geschlossen ist, und die Zeitpunkte zum Starten und Beenden der
Schließsteuerung
des Überströmventils auf
der Grundlage des ermittelten Wirkleistungsverhältnisses. Der Regler gibt außerdem ein
Wirkleistungsverhältnis
größer Null
vor, wenn die ermittelte Brennstoffeinspritzmenge unter eine vorbestimmte Menge
absinkt.
-
Dadurch wird die Häufigkeit,
in welcher das Wirkleistungsverhältnis
für schließendes Ansteuern des Überströmventils
auf Null absinkt, verringert und ein aus dem häufigen Stoppen der Schließbewegung des Überströmventils
resultierendes Geräusch
verhindert. Somit wird unregelmäßig entstehendes
Geräusch
verhindert und der Fahrzeugführer
nicht abgelenkt.
-
Obwohl in dieser Zusammenfassung
nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung offenbart wurden,
sind die in den abhängigen
Ansprüchen
definierten Merkmalkombinationen zum Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung gehörend
anzusehen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher zu erkennen.
-
1 zeigt
im Blockschaltbild schematisch den Aufbau einer Brennstoffdirekteinspritzbrennkraftmaschine
mit Innenverbrennung und den der Steuervorrichtung in einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt
die Schnittansicht eines Zylinderkopfes in der Draufsicht.
-
3 zeigt
die Draufsicht der Kolbenoberseite.
-
4 zeigt
die Schnittansicht IV-IV des in 2 dargestellten
Zylinderkopfes.
-
5 zeigt
die Schnittansicht V-V des in 2 dargestellten
Zylinderkopfes.
-
6 zeigt
exemplarisch den Aufbau eines Brennstoffzuführsystems.
-
7 zeigt
im Flußplan
das Einstellen des Betriebsbereichs.
-
8 zeigt
exemplarisch eine Tafel zur Berechnung magerer Brennstoffeinspritzmengen.
-
9 zeigt
exemplarisch eine Tafel zur Bestimmung des Betriebsbereichs.
-
10 zeigt
im Flußplan
die Einspritzmengenreglung bei der ersten Ausführungsform.
-
11 zeigt
exemplarisch eine Tafel zur Berechnung der Basiseinspritzmenge an
Brennstoff.
-
12 zeigt
im Flußplan
die Berechnung der Starklasteinspritzmengenerhöhung OTP bei der ersten Ausführungsform.
-
13 zeigt
im Flußplan
die Steuerung des elektromagnetischen Überströmventils bei der ersten Ausführungsform.
-
Die 14A bis 14D zeigen in Diagrammform
die Zeitpunktvorgabe für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
bei Normalbetrieb und das Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils
gemäß der ersten
Ausführungsform.
-
Die 15A bis 15D zeigen in Diagrammform
die Zeitpunktvorgabe für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
bei kleinen Mengen und das Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils
gemäß der ersten
Ausführungsform.
-
16 zeigt
die Beziehung zwischen zwei Lineargleichungen zur Berechnung der
Steuerungswirkleistung repräsentierenden
Linien gemäß der ersten
Ausführungsform.
-
Die 17A bis 17E zeigen in Diagrammform
die Zeitpunktvorgabe für
Steuerungszustände bei Übergang
von der Steuerungsperiode für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
bei Normalbetrieb zur Steuerungsperiode für schließendes Ansteuern des Überströmventils
im Falle geringer Mengen bei der ersten Ausführungsform.
-
18 zeigt
im Flußplan
die Steuerung des elektromagnetischen Überströmventils in einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
19 zeigt
im Flußplan
die Vorgabe des Rückkopplungsproportionalzuwachses
bei der zweiten Ausführungsform.
-
20 zeigt
im Flußplan
die Steuerung des elektromagnetischen Überströmventils in einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
21 zeigt
im Flußplan
ein Programm zur Vorgabe eines Wirkleistungsverhältnisschutzwertes bei der dritten
Ausführungsform,
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachfolgend werden in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben.
-
1 zeigt
schematisch den Aufbau einer Brennstoffdirekteinspritzbrennkraftmaschine
mit Innenverbrennung, auf welche die vorliegende Erfindung übertragen
wurde, und den der Steuervorrichtung für die Brennkraftmaschine.
-
Der als Direkteinspritzbrennkraftmaschine mit
Innenverbrennung bezeichnete Benzinmotor 2 (nachfolgend
nur „Maschine" genannt) wird in
einem Kraftfahrzeug verwendet. Das Kraftfahrzeug wird von der Maschine 2 angetrieben.
Die Maschine 2 hat sechs Zylinder 2a. Die vom
Zylinderblock 4, von dem im Zylinderblock 4 hin
und her sich bewegende Kolben 6 und den am Zylinderblock 4 befestigten
Zylinderkopf 8 definierte Brennkammer 10 ist in
jedem der Zylinder 2a vorhanden (siehe 2 bis 5).
-
Ein erstes Einlaßventil 12a, ein zweites
Einlaßventil 12b und
dazu paarig angeordnete Auslaßventile 16 sind
in jeder der sechs Brennkammern 10 angeordnet. Das erste
Einlaßventil 12a ist
mit dem ersten Ansaugkanal 14a und das zweite Einlaßventil 12b mit
dem zweiten Ansaugkanal 14b verbunden. Die Auslaßventile 16 sind
an paarig vorhandene Ruslaßkanäle 18 angeschlossen.
-
2 zeigt
die Schnittansicht des Zylinderkopfes 8 von oben gesehen.
Wie 2 zeigt, sind der
erste Ansaugkanal 14a und der zweite Ansaugkanal 14b im
allgemeinen geradlinig sich erstreckende Kanäle. Im Mittelabschnitt des
Zylinderkopfes 8 ist eine durch dessen Wand ragende Zündkerze 20 angeordnet.
In einem peripheren Abschnitt des Zylinderkopfes 8 ist
in der Nähe
des ersten Ansaugventils 12a und des zweiten Ansaugventils 12b ein
Brennstoffeinspritzventil 22 angeordnet, welches ein direktes
Einspritzen von Brennstoff in die Brennkammer 10 ermöglicht.
-
3 zeigt
die Draufsicht des Kolbens 6. 4 zeigt die Schnittansicht IV-IV und 5 die Schnittansicht V-V
des in 2 dargestellten
Zylinderkopfes. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, ist die Oberseite
des Kolbens 6 mit einer vom unteren Abschnitt des Brennstoffeinspritzventils 22 zum
unteren Abschnitt der Zündkerze 20 sich
erstreckenden kuppelförmigen
Aussparung 24 versehen.
-
Wie 1 zeigt,
ist der erste Ansaugkanal 14a jedes Zylinders 2a über einen
im Ansaugverteiler 30 vorhandenen ersten Ansaugkanal 30a und
der zweite Ansaugkanal 14b jedes Zylinders 12a über einen
zweiten Ansaugkanal 30b an den Ansaugbehälter 32 angeschlossen.
In jedem der zweiten Ansaugkanäle 30b ist
ein Luftströmungssteuerventil 34 angeordnet.
Diese über
eine gemeinsame Welle 36 miteinander verbundenen Luftströmungsventile 34 werden
von einem Unterdruck-Betätigungselement 37 geöffnet und
geschlossen. Bei geschlossenem Luftströmungsventil 34 wird
nur durch die aus dem ersten Ansaugkanal 14a angesaugte
Luft ein kräftiger
Wirbel in der Brennkammer 10 erzeugt (in 2 mit dem Bezugszeichen S gekennzeichnet).
Der Ansaugbehälter 32 ist über einen
Ansaugstutzen 40 an ein Luftreinigungselement 42 angeschlossen.
Im Ansaugstutzen 40 ist ein von einem Motor 44 (Gleichstrom-
oder Schrittmotor) angetriebenes Drosselventil 46 angeordnet.
Ein Drosselventilöffnungsgradsensor 46a erfaßt den Öffnungsgrad
(TA) des Drosselventils 46. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 46 wird
in Abhängigkeit
vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung
geregelt.
-
Die Auslaßkanäle 18 der Zylinder 2a münden in
den Auslaßverteiler 48.
Das durch den Auslaßverteiler
strömende
Abgas wird vom katalytischen Konverter 49 gereinigt und
in die Atmosphäre
geleitet.
-
6 zeigt
den Aufbau des Brennstoffzuführsystems.
Der Zylinderkopf 8 ist mit dem Brennstoffverteilerrohr 50 versehen.
Dieses Brennstoffverteilerrohr 50 ist an die in den Zylindern 2a angeordneten
Brennstoffeinspritzventile 22 angeschlossen. Während der
Schichtenverbrennung und der Homogen verbrennung wird der vom Brennstoffverteilerrohr 50 zugeführte Brennstoff
von den Brennstoffeinspritzventilen 22 direkt in die Brennkammern 10 eingespritzt.
-
Das den Brennstoff an die Brennstoffeinspritzventile 22 verteilende
Brennstoffverteilerrohr 50 ist über den Brennstoffhochdruckkanal 54a an
die Brennstoffhochdruckpumpe 54 angeschlossen. Im Brennstoffhochdruckkanal 54a ist
ein Rückschlagventil 54b angeordnet,
welches ein Rückwärtsströmen von
Brennstoff aus dem Brennstoffverteilerrohr 50 zur Brennstoffhochdruckpumpe 54 verhindert.
Die im Brennstofftank 56 angeordnete Speisepumpe 58 ist über den
Niederdruckbrennstoffkanal 54c an die Brennstoffhochdruckpumpe 54 angeschlossen.
Im Mittelteil des Niederdruckbrennstoffkanals 54b ist ein Schwingungsdämpfer 59 angeordnet,
welcher die beim Betreiben der Brennstoffhochdruckpumpe 54 erzeugte
Niederdruckschwingung des Brennstoffs dämpft. Die Speisepumpe 58 saugt
Brennstoff aus dem Brennstofftank 56 und drückt diesen
durch den Filter 58a, den Druckregler 54b, den
Niederdruckbrennstoffkanal 54c und den in diesem angeordneten Schwingungsdämpfer 59 in
den Stollen 54i der Brennstoffhochdruckpumpe 54.
-
Die Brennstoffhochdruckpumpe 54 ist
am Zylinderkopf 8 oder der Zylinderkopfabdeckung (nicht
dargestellt) befestigt. Der auf der Nockenwelle 2b für das Betätigen der
Einlaß-
und der Auslaßventile
der Maschine 2 befestigte Nocken 2c veranlaßt den im
Pumpenzylinder 54d angeordneten Plunger 54e zur
Durchführung
von Hin- und Herbewegungen. Beim Ansaughub, bei welchem durch die
Bewegung des Plungers 54e (in der Zeichnung ist das die
Plungerbewegung nach unten) eine Volumenvergrößerung in der Kammer 54f der
Brennstoffhochdruckpumpe 54 eintritt, wird aus dem Niederdruckbrennstoffkanal 54c durch
den Stollen 54i Brennstoff in die Pumpenkammer 54f ge saugt.
Beim Kompressionshub, bei welchem eine Volumenverringerung der Pumpenkammer 54f eintritt,
wird in der später
beschriebenen erforderlichen Taktfolge der in dieser Kammer komprimierte
Brennstoff durch den Brennstoffhochdruckkanal 54a in das
Brennstoffverteilerrohr 50 gedrückt.
-
In der Brennstoffhochdruckpumpe 54 ist
ein elektromagnetisches Überströmventil 55 angeordnet. Das
elektromagnetische Überströmventil 55 ist
ein Schaltventil, welches die Verbindung zwischen dem Stollen 54i und
der Pumpenkammer 54f herstellt oder unterbricht. Bei geöffnetem Überströmventil 55, d.
h. in dem Zustand, in welchem der Ventilkörper 55b vom Ventilsitz 55d abgehoben
ist, hat der Stollen 54i Verbindung zur Pumpenkammer 54f,
so daß der beim
Ansaughub aus dem Brennstoffniederdruckkanal 54c durch
den Stollen 54i in die Pumpenkammer 54f gesaugte
Brennstoff auch beim Kompressionshub in den Stollen 54i strömt. Das
heißt,
Brennstoff wird nicht durch den Brennstoffhochdruckkanal 54a in
das Brennstoffverteilerrohr 50 gedrückt, sondern gelangt durch
den Stollen 54i zurück
in den Brennstoffniederdruckkanal 54c. Dieser Zustand,
in welchem während
des Kompressionshubs bei geöffnetem
elektromagnetischen Überströmventil 55 kein Brennstoff
in das Brennstoffverteilerrohr 50 gedrückt wird, trägt die Bezeichnung
druckloser Zuführmodus (oder
Zuführzustand).
-
Da bei geschlossenem Überströmventil 55 der
Ventilkörper
55b im Ventilsitz 55d ruht, besteht keine Verbindung zwischen
dem Stollen 54i und der Pumpenkammer 54f. Dadurch
wird beim Kompressionshub der angesaugte Brennstoff komprimiert
und nicht in den Stollen 54i gedrückt. Der komprimierte Brennstoff öffnet das
Rückschlagventil 54b und
gelangt unter Druck durch den Brennstoffhochdruckkanal 54a zum
Brennstoffverteilerrohr 50. Dieser Zustand, in welchem
während
des Kompressionshubs bei geschlossenem Überströmventil 55 Brennstoff
in das Brennstoffverteilerrohr 50 gedrückt wird, trägt die Bezeichnung
Druckzuführmodus
(oder Druckzuführzustand).
-
Eine elektronische Steuereinheit 60 (nachfolgend
ECU genannt) steuert das Umschalten des elektromagnetischen Überströmventils 55,
indem in dieser die Verarbeitung des Brennstoffdrucks P, welcher
von dem am Brennstoffverteilerrohr 50 angeordneten Brennstoffdrucksensor 50a erfaßt wird,
erfolgt und die Brennstoffeinspritzmenge Q separat berechnet wird.
Nach dieser Verarbeitung werden von der ECU 60 die dem
Brennstoffverteilerrohr 50 von der Brennstoffhochdruckpumpe 54 unter
Druck zuzuführende
Brennstoffeinspritzmenge komprimierten Brennstoffs vorgegeben und
der erforderliche Brennstoffdruck P im Brennstoffverteilerrohr 50 vorgegeben.
-
Der mit einem Rückschlagventil 54g versehene Überströmkanal 54h ist
mit dem Brennstoffverteilerrohr 50 verbunden. Wenn infolge
einer zu großen
Brennstoffzufuhr zum Brennstoffverteilerrohr 50 der Druck
in diesem über
den erforderlichen Wert ansteigt, wird das Rückschlagventil 54g geöffnet, dabei Brennstoff
in den Überströmkanal 54h geleitet
und der Druck im Brennstoffverteilerrohr 50 abgebaut. Der
in den Überströmkanal 54h entwichene
Brennstoff gelangt zurück
in den Stollen 54i. Das heißt, dieses Brennstoffzuführsystem
ist als rückkehrloses System
ausgelegt, bei welchem die im Brennstoffverteilerrohr 50 vorhandene überschüssige Brennstoffmenge
nicht direkt zum Brennstofftank 56 zurückgelangt. Wenn bei einem solchen
rückkehrlosen
Brennstoffzuführsystem
Brennstoff aus dem Brennstoffverteilerrohr 50 in den Überströmkanal 54h gelangt, steigt
im Bereich zwischen dem Überströmkanal 54h und
dem Brennstoffniederdruckkanal 54c die Brennstofftemperatur.
Deshalb wird der im Brennstofftank 56 angeordnete Druckregler 58b geöffnet. Dadurch wird
von der Brennstoffmenge, welche von der Brennstoffspeisepumpe 58 in
den Brennstoffniederdruckkanal 54c gedrückt wurde, die im Bereich des Druckreglers 58b vorhandene
Brennstoffmenge in den Brennstofftank 56 zurückgeführt. Auf
diese Weise wird ein Druckanstieg in dem vom Überströmkanal 54h zum Brennstoffniederdruckkanal 54c sich
erstreckenden Niederdruckabschnitt verhindert. Außerdem wird
der bereits aus dem Brennstofftank 56 gepumpte Brennstoff
in diesen zurückgeführt, so
daß ein
Ansteigen der Brennstofftemperatur im Brennstofftank 56 verhindert
werden kann.
-
Wie 1 zeigt,
ist die ECU 60 ein Digitalcomputer mit einem RAM 64,
einem ROM 66, einer CPU 68, einem Eingabekanal 70 und
einem Ausgabekanal 72, welche über einen bidirektionalen Bus miteinander
verbunden sind. Von einem den Drosselöffnungsgrad TA erfassenden
Drosselöffnungsgradsensor 46a wird über den
AD-Wandler 73 eine dem Öffnungsgrad
des Drosselventils 46 proportionale Ausgangsspannung in
den Eingabekanal 70 eingegeben. Von einem am Beschleunigungspedal 74 befestigten
Sensor 76 wird über
einen AD-Wandler eine dem Betätigungsweg
des Beschleunigerpedals 74 proportionale Ausgangsspannung
in den Eingabekanal eingegeben. Ein den oberen Totpunkt erfassender
Sensor 80 erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn zum Beispiel
der erste der Zylinder 2a den oberen Totpunkt erreicht.
Dieser Ausgangsimpuls wird ebenfalls in den Eingabekanal 70 eingegeben.
Der Kurbelwinkels Sensor 82 erzeugt beim Drehen der Kurbelwelle
um jeweils 30° einen
Ausgangsimpuls. Auch dieses Ausgangsimpuls wird in den Eingabekanal 70 eingegeben.
Aus dem vom Sensor 80 erzeugten Ausgangsimpuls und dem
vom Sensor 82 erzeugten Ausgangsimpuls berechnet die CPU 68 den
momentanen Kurbelwinkel (CA). Aus der Frequenz, mit welcher der
Kurbelwinkelsensor 82 das Ausgangssignal sendet, berechnet
die CPU 68 die Maschinendrehzahl NE. Ein im Saugbehälter 32 angeordneter
Ansaugdrucksen sor 84 gibt über den AD-Wandler 85 eine
dem Ansaugdruck PM (Luftansaugdruck, absoluter Druck) im Ansaugbehälter entsprechende Spannung
in den Eingabekanal 70 ein. Ein im Zylinderblock 4 der
Maschine 2 angeordneter Kühlmitteltemperatursensor 86 erfaßt die Kühlmitteltemperatur THW
der Maschine 2 und gibt über den AD-Wandler 87 eine
der Kühlmitteltemperatur
THW entsprechende Ausgangsspannung in den Eingabekana1 70 ein. Ein
im Auslaßverteiler 48 angeordneter
Sensor 88 zum Erfassen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses gibt über den
AD-Wandler 89 eine dem erfaßten Luft-Brennstoff-Verhältnis entsprechende
Spannung in den Eingabekanal 70 ein. Ein im Brennstoffverteilerrohr 50 angeordneter
Brennstoffdrucksensor 50a gibt über den AD-Wandler 90 eine
dem Brennstoffdruck P im Brennstoffverteilerrohr proportionale Spannung
in den Eingabekanal 70 ein. Der Ausgangskanal 72 ist über entsprechende
Steuerschaltungen 92, 94, 96, 98 und 100 an
die Zündvorrichtung 102,
die Brennstoffeinspritzventile 22, den Motor 44 zum
Betätigen
des Drosselventils 46, das Unterdruckbetätigungsglied 37 bzw.
das elektromagnetische Überströmventil 55 angeschlossen.
-
Nachfolgend wird die nach dem Starten
der Maschine 2 durchgeführte
Brennstoffeinspritzsteuerung beschrieben. 7 zeigt im Flußplan die Vorgabe des zur Durchführung der
Brennstoffeinspritzregelung erforderlichen Betriebsbereiches. Das
in 7 dargestellte Programm
läuft jedesmal
dann ab, wenn die Kurbelwelle sich um einen vorgegebenen Kurbelwinkel
gedreht hat. Jeder Schritt in diesem später beschriebenen Flußplan ist
mit dem entsprechenden Bezugszeichen „S-" gekennzeichnet.
-
Zuerst wird aus dem vom Kurbelwinkelsensor 82 gesendeten
Signal die Maschinendrehzahl NE und aus dem vom Beschleunigeröffnungsgradsensor 76 gesendeten
Signal der Betätigungsweg ACCP des
Beschleunigungspedals 74 (nachfolgend Beschleunigeröffnungsgrad
genannt) ermittelt und die ermittelten Werte werden in den Arbeitsbereich
des RAM 64 eingelesen (S100).
-
Danach wird auf der Grundlage der
ermittelten Maschinendrehzahl NE und des ermittelten Beschleunigeröffnungsgrades
ACCP eine magere Brennstoffeinspritzmenge QL (optimale Brennstoffeinspritzmenge
zum Einstellen des Ausgangsdrehmomentes der Maschine 2 auf
den erforderlichen Wert für
die Schichtenverbrennung) berechnet (S110). Die magere Brennstoffeinspritzmenge
QL wird vorher durch Experimente ermittelt und in Form einer Tafel mit
dem Beschleunigeröffnungsgrad
ACCP und der Maschinendrehzahl NE als Parameter (8) im ROM 66 gespeichert. In
Schritt S110 wird unter Nutzung dieser Tafel die Brennstoffeinspritzmenge
QL berechnet. In der Tafel sind die einzelnen Größen separat aufgetragen. Wenn
keine solche Größe als Parameter
vorhanden ist, erfolgt die Berechnung durch Interpolation. Eine
auf der Grundlage dieser Tafel durch Interpolation durchgeführte Berechnung
erfolgt auf ähnliche
Weise auch in dem Fall, daß die
erforderliche Größe aus einer
anderen als der in 8 dargestellten
Tafel erhalten werden soll.
-
Wenn auf der Grundlage der berechneten mageren
Brennstoffeinspritzmenge QL und der berechneten Maschinendrehzahl
NE einer der in 9 dargestellten
Betriebsbereiche R1, R2 und R3 ermittelt wird, kommt es zur vorübergehenden
Unterbrechung des Programms.
-
Wenn auf diese Weise ein Betriebsbereich ermittelt
wird, erfolgt die Regelung des Einspritzens von Brennstoff in Übereinstimmung
mit den Betriebsbereichen R1 bis R3. Im Betriebsbereich R1, in welchem
die magere Brennstoffeinspritzmenge QL unter dem Grenzwert QQ1 liegt,
wird im letzten Sta dium des Kompressionshubs eine der mageren Brennstoffeinspritzmenge
QL entsprechende Menge Brennstoff eingespritzt. Der in diesem Moment
eingespritzte Brennstoff gelangt in die im Kolben 6 vorhandene Aussparung 24 und
prallt gegen deren Wand 26 (siehe 3 und 4).
Der gegen die Wand 26 geprallte Brennstoff wird vergast
und bildet in der Nähe
der Zündkerze 20 eine
Schicht aus einem brennbaren Gemisch. Dieses in Schichtform gebildete
brennbare Gemisch wird von der Zündkerze 20 gezündet, so daß eine Schichtenverbrennung
stattfindet.
-
Im Betriebsbereich 2, in welchem
die magere Brennstoffeinspritzmenge QL zwischen den beiden Grenzwerten
QQ1 und QQ2 liegt, wird während
des Ansaughubs und im letzten Stadium des Kompressionshubs eine
der mageren Brennstoffeinspritzmenge QL entsprechende Brennstoffmenge
in zwei Stufen eingespritzt. Das heißt, der erste Einspritzvorgang wird
während
des Ansaughubs und der zweite Einspritzvorgang im letzten Stadium
des Kompressionshubs durchgeführt.
Der beim ersten Einspritzvorgang eingespritzte Brennstoff strömt zusammen
mit der angesaugten Luft in die Brennkammer 10, in welcher ein
homogenes mageres Gemisch gebildet wird. Wie bereits erwähnt, wird
bei dem im letzten Stadium des Kompressionshubs durchgeführten Einspritzvorgang in
der Nähe
der Zündkerze 20 ein
Schicht aus einem brennbaren Gemisch gebildet. Dieses in Schichtform gebildete
brennbare Gemisch wird von der Zündkerze 20 gezündet. Das
heißt,
im Betriebbereich R2 findet nur eine geringfügige Schichtenverbrennung statt,
da ein geringerer Schichtbildungsgrad als im Betriebsbereich R1
zu verzeichnen ist.
-
Im Betriebsbereich 3, in welchem
die magere Brennstoffeinspritzmenge QL über dem Grenzwert QQ2 liegt,
wird während
des Ansaughubs eine Brennstoffmenge eingespritzt, welche auf der
Grundlage der Basiseinspritzmenge QBS auf verschiedene Weise korrigiert
wurde. Dieser eingespritzte Brennstoff strömt zusammen mit der angesaugten
Luft in die Brennkammer 10, in welcher ein homogenes Gemisch
mit stöchiometrischem
Luft-Brennstoff-Verhältnis
gebildet wird (dieses Gemisch kann durch eine Brennstoffmengenerhöhungskorrektur
auf einen höheren
Wert als das stöchiometrische
Luft-Brennstiff-Verhältnis
geregelt werden, worauf später
näher eingegangen
wird). Das heißt,
im Betriebsbereich R3 findet eine homogene Verbrennung statt.
-
10 zeigt
im Flußplan
die auf der Grundlage des ermittelten Betriebsbereiches durchgeführte Regelung
der Brennstoffeinspritzmenge. Dieses Programm läuft jedesmal dann ab, wenn
die Kurbelwelle sich um einen vorgegebenen Kurbelwinkel gedreht hat.
-
Bei Beginn der Brennstoffeinspritzmengenregelung
werden zuerst der aus dem Signal vom Beschleunigeröffnungsgradsensor 76 ermittelte
Beschleunigeröffnungsgrad
ACCP, die aus dem Signal vom Kurbelwinkelsensor 82 ermittelte
Maschinendrehzahl NE, der aus dem Signal vom Ansaugdrucksensor 84 ermittelte
Ansaugdruck PM und der aus dem Signal vom Luft/Brennstoff-Verhältnissensor 88 ermittelte
Sauerstoffkonzentrationswert Vox in den Arbeitsbereich des RAM 64 eingelesen
(S120).
-
Als nächstes wird festgestellt, ob
bei Ablauf des in 7 dargestellten
Programms der Betriebsbereich 3 ermittelt wurde (S122).
Wenn das der Fall ist („Ja" in S122), wird auf
der Grundlage des ermittelten Ansaugdrucks PM und der ermittelten
Maschinendrehzahl NE mittels der in 11 dargestellten, vorher
in den ROM 66 eingegeben Tafel die Basiseinspritzmenge
QBS berechnet (S130).
-
Nachfolgend wird in Verbindung mit 12 die Berechnung der Brennstoffmengenerhöhung OTP
für Starklast
(S140) beschrieben, Zuerst wird ermittelt, ob der Beschleunigeröffnungsgrad
ACCP den Kriteriumswert KOTPAC der Brennstoffmengenerhöhung bei
Starklast überschritten
hat (S141).
-
Bei ACCP ≤ KOTPAC („Nein" in S141) wird die Brennstoffmengenerhöhung OTP
bei Starklast auf „Null" eingestellt (S142).
Das heißt,
es erfolgt keine Brennstoffmengenkorrektur, sondern eine zeitweilige
Unterbrechung der Berechnung des OTP-Wertes für Starklast.
-
Bei ACCP > KOTPAC („Ja" in S141) wird die Brennstoffmengenerhöhung OTP
auf „m" eingestellt (z.
B. 1 > m > 0) (S144). Das heißt, die
Brennstoffmengenkorrektur muß durchgeführt werden.
Diese Brennstoffmengenkorrektur wird durchgeführt, um eine Überhitzung
des katalytischen Konverters 49 bei Starklast zu verhindern.
-
Wie 10 zeigt,
wird nach der Berechnung der Brennstoffmengenerhöhung OTP bei Starklast in Schritt
S140 ermittelt, ob alle Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkoppelbedingungen erfüllt sind
(S150). Es gelten zum Beispiel die Bedingungen, daß (1) die Maschine
nicht gestartet wird, (2) keine Brennstoffzufuhrunterbrechung erfolgt,
(3) die Maschine bereits warmgelaufen ist (z. B. Kühlmitteltemperatur ≥ 40°C), (4) der
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor
88 bereits aktiviert ist und (5) die Brennstoffmengenerhöhung OTP
für Starklast
Null beträgt.
-
Wenn die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkoppelbedingungen
(„Ja" in S150) erfüllt sind,
werden ein Luft/Brennstoff- Verhältnis-Rückkopplungskoeffizient
FAF und ein Lernwert KG berechnet (S160). Der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungskoeffizient FAF
wird auf der Grundlage des Ausgangswertes am Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor
88 berechnet. Der Lernwert KG soll dazu dienen, eine Diskrepanz
zwischen dem Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungskoeffizient FAF
und einem Mittelwertwert 1,0 zu speichern. Die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung,
bei welcher diese Werte genutzt werden, ist auf verschiedene Weise realisierbar
(siehe z. B. japanisches Dokument 6-10736).
-
Wenn die Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungsbedingungen
nicht erfüllt
sind („Nein" in S150), wird der
Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückkopplungskoeffizient
FAF auf 1,0 gesetzt (S170).
-
Nach Durchführung von S160 oder S170 wird
nach der Gleichung Q
= QBS{1 + OTP + (FAF – 1,0)
+ (KG – 1,0)}α + β .... (1)die Brennstoffeinspritzmenge
Q berechnet (S180).
-
In Gleichung (1) sind αund β Koeffizienten, welche
nach der Art der Maschine 2 und dem Inhalt der Steuerung entsprechend
ausgewählt
werden.
-
Danach wird die Brennstoffeinspritzmengenregelung
vorübergehend
ausgesetzt.
-
Wenn ein anderer Betriebsbereich
als der Betriebsbereich R3, d. h. heißt entweder der Bereich R1
oder R2 vorgegeben wird („Nein" in S122), wird die
Brennstoffeinspritzmenge Q auf die in S110 (7) berechnete magere Brennstoffeinspritzmenge
QL eingestellt (S190). Danach wird die Brennstoffeinspritzmengenregelung
vorübergehend
ausgesetzt.
-
Nachfolgend wird in Verbindung mit
dem in 13 dargestellten
Flußplan
die Steuerung des elektromagnetischen Überströmventils zur Regelung des Brennstoffdrucks
im Brennstoffverteilerrohr 50 durch Zuführen einer bestimmten Brennstoffmenge von
der Brennstoffhochdruckpumpe 54 unter Druck zum Verteilerrohr 50 beschrieben.
Dieses Programm läuft
jedesmal dann ab, wenn die Kurbelwelle sich um einen vorgegebenen
Winkel gedreht hat.
-
Beim Start der Steuerung dieses Ventils
werden zuerst die bei der vorher abgelaufenen Brennstoffeinspritzmengenregelung
berechnete Brennstoffeinspritzmenge Q, der vom Brennstoffdrucksensor 50a erfaßte Druck
P im Brennstoffverteilerrohr 50, der vom Ansaugdrucksensor 84 erfaßte Ansaugdruck
PM und die vom Kurbelwinkelsensor 82 erfaßte Maschinengeschwindigkeit
NE in den Arbeitsbereich des RAM 64 eingelesen.
-
Danach wird ermittelt, ob die Brennstoffeinspritzmenge
Q gleich oder größer ist
als der Kriteriumswert Q0 (S220). Dieser Kriteriumswert Q0 soll zur
Beurteilung (wird später
beschrieben) dienen, ob der Vorgabewert FF sich bei einer extrem
kleinen Brennstoffeinspritzmenge Q verringert und die Steuerungswirkleistung
DT durch Addition eines Rückkopplungsterms
(DTp + DTi) wahrscheinlich auf 0% sinkt. So repräsentiert der Kriteriumswert
Q0 zum Beispiel eine 3% bis 4% entsprechende Brennstoffeinspritzmenge
bei Umwandlung in den als Wirkleistungsverhältnis ausgedrückten Mitkopplungsterms FF.
-
Bei Q ≥ Q0 („Ja" in S220) wird eine Steuerperiode Aorg
für schließendes Ansteuern
des Überströmventils
während
des Kompressionshubs bei Normalbetrieb vorgegeben, wie in den 14A bis 14D dargestellt (S230).
-
Die Steuerperiode für schließendes Ansteuern
des elektromagnetischen Überströmventils 55 entspricht
einem bestimmten Kurbelwinkelbereich. Wie 14B zeigt, wird der Beginn SSL der Steuerperiode
für schließendes Ansteuerndes Überströmventils
auf den dem Wirkleistungsverhältnis
100% entsprechende Punkt und das Ende SSL dieser Periode auf den
dem Wirkleistungsverhältnis
0% entsprechenden Punkt gelegt. In diesem Bereich wird ab einer
einem bestimmten Wirkleistungsverhältnis (60% bei dem in 14D dargestellten Fall)
entsprechenden Kurbelwinkelstellung die Spule 55a für schließendes Ansteuern
des elektromagnetischen Überströmventils
von der ECU mit einer elektrischen Spannung gespeist. Das elektromagnetische Überströmventil 55 wird
in diesem schließend
angesteuerten Zustand bis zum Erreichen des Endes SEL der Regelperiode
gehalten. Bei Erreichen des Punktes SEL wird das Speisen der Spule 55a mit
elektrischer Spannung unterbrochen und dadurch der schließende Ansteuerzustand
des elektromagnetischen Überströmventils 55 aufgehoben.
Bei einem Wirkleistungsverhältnis
von 0% wird die Spule 55a nicht mehr mit elektrischer Spannung
gespeist, so daß das
elektromagnetische Überströmventil 55 sich
nicht mehr im schließend
angesteuerten Zustand befindet.
-
Selbst wenn die ECU 60 bei
Aufhebung des schließend
angesteuerten Zustandes des elektromagnetischen Überströmventils die Spule 55a nicht mehr
mit elektrischer Spannung speist, bleibt der Ventilkörper 55b des Überströmventils
gegen die Kraft der Feder 55c, welche das Überströmventil 55 öffnet, gegen
den Ventilsitz 55d gepreßt, so lange in der Brennkammer 54f ein
hoher Brennstoffdruck herrscht.
-
Das heißt, das elektromagnetische Überströmventil 55 bleibt
auch nach Aufhebung des schließend
angesteuerten Zustandes weiter geschlossen. Wie 14C zeigt, bleibt der Druckzuführmodus
bis zur Beendigung des Kompressionshubs erhalten.
-
Die in 14B dargestellte
durchgehende Linie zeigt die Beziehung zwischen den Zeitpunkten des
schließend
angesteuerten Zustandes des elektromagnetischen Überströmventils 55, ausgedrückt als
Kurbelwinkel (CA°),
und der Menge des dem Brennstoffverteilerrohr 50 von der
Brennstoffhochdruckpumpe 54 unter Druck zugeführten Brennstoffs. Die
in Schritt 5230 festgelegte Steuerperiode Aorg zum schließenden Ansteuern
des Überströmventils bei
Normalbetrieb erstreckt sich als gerade Linie L über den Bereich zwischen dem
Punkt SSL und dem Punkt SEL. Der Beginn SSL dieser Periode wird durch
Extrapolation auf den Beginn des Kompressionshubs, das Ende SEL
dieser Periode durch Extrapolation auf den Zeitpunkt, bei welcher
die unter Druck zugeführte
Brennstoffmenge Null beträgt,
erhalten. Die Punkte SSL und SEL, welche bestimmten Kurbelwinkeln
entsprechen und die Steuerperiode Aorg für das schließende Ansteuern
des Überströmventils
bei Normalbetrieb begrenzen, werden vorher im ROM 66 gespeichert.
-
Danach wird der Mitkopplungskoeffizient
Kf zur Berechnung des Mitkopplungsterms FF aus der Brennstoffeinspritzmenge
Q auf Korg für
Normalbetrieb eingestellt (S240). Dieser Mitkopplungskoeffizient
Korg für
Normalbetrieb entspricht der Gradientenumkehr der zur Einstellung
der Steuerperiode Aorg für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
bei Normalbetrieb verwendeten geraden Linie L (14B). Das heißt, der Mitkopplungskoeffizient Korg
gilt für
den Fall, in welchem die unter Druck zugeführte Brennstoffmenge der Brennstoffeinspritzmenge
Q entspricht, und zwar entlang der geraden Linie L als graphische
Darstellung der Lineargleichung für die Beziehung zwischen dem
Beginn des schließenden
Ansteuerns des elektromagnetischen Überströmventils 55 und der Menge
des dem Brennstoffeinspritzventil 22 unter Druck zugeführten Brennstoffs,
und der Beginn des schließenden
Ansteuerns des elektromagnetischen Überströmventils 55 dadurch
berechnet wird.
-
Bei Q < Q0 („Nein" in S220) wird für geringe Mengen die Steuerperiode
Amin für
schließendes Ansteuern
des Überströmventils
innerhalb des Kompressionshubs vorgegeben (S250).
-
Die in Schritt S250 vorgegebene Steuerperiode
Amin für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
bei geringen Mengen erstreckt sich über den Bereich zwischen dem
mit dem Bezugszeichen SSM gekennzeichneten Beginn und dem mit dem Bezugszeichen
SEM gekennzeichneten Ende entlang der geraden Linie M, wie 15B zeigt. Die gerade Linie
M entspricht im wesentlichen dem Bereich, in welchem die Menge des
unter Druck zugeführten Brennstoffs
gering ist. Der Punkt SSM für
den Start wird durch Extrapolation auf den Beginn des Kompressionshubs
und der Punkt SEL durch Extrapolation auf den Zeitpunkt, bei welcher
die unter Druck zugeführte
Brennstoffmenge Null beträgt,
erhalten. Die Punkte SSM und SEM, welche bestimmten Kurbelwinkeln
entsprechen und die Steuerperiode Amin für das schließende Ansteuern
des Überströmventils
bei geringen Mengen begrenzen, werden vorher im ROM 66 gespeichert.
-
Wie 15B zeigt,
ist das Ende SEM in bezug auf das Ende SEL bei Normalbetrieb verzögert, hervorgerufen
dadurch, daß die
gerade Linie M weniger steil als die gerade Linie L verläuft. Das
heißt,
die Steuerperiode Amin für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
bei geringen Mengen erstreckt sich weiter nach hinten als die Steuerperiode
Aorg bei Normalbetrieb.
-
Bei der in 16 dargestellten ersten Ausführungsform
ergibt der Kriteriumswert Q0 sich aus dem Schnittpunkt der beiden
Geraden L und M. Das heißt,
die geraden Linien L und M treffen nur bei einem einzigen Kurbelwinkel
aufeinander.
-
Nach Durchführung des Schrittes S250 wird der
Mitkopplungskoeffizient Kf zum Berechnen des Mitkopplungsterms FF
aus der Brennstoffeinspritzmenge Q auf Kmin für geringe Mengen vorgegeben (S260).
Der Mitkopplungskoeffizient Kmin für geringe Mengen entspricht
dem umgekehrten Gradienten der zur Vorgabe der Steuerperiode Amin
für schließenden Ansteuern
des Überströmventils
bei geringen Mengen verwendeten geraden Linie M (15B). Der Mitkopplungskoeffizient Kmin
ist größer als
der Mitkopplungskoeffizient Korg. Das heißt, die Steuerperiode Amin
für schließendes Ansteuern
des Überströmventils
bei geringen Mengen entspricht einem Koeffizienten für den Fall,
in welchem die Menge des unter Druck zugeführten Brennstoffs der Menge
Q entspricht, und zwar entlang der geraden Linie M als Darstellung
der Lineargleichung für
die Beziehung zwischen dem Beginn des schließenden Ansteuerns des elektromagnetischen Überströmventils 55 und der
Menge des dem Einspritzventil unter Druck zugeführten Brennstoffs, und in welchem
der Beginn des schließenden
Ansteuerns des elektromagnetischen Überströmventils 55 dadurch
berechnet wird. Nach Durchführung
des Schrittes S240 oder S260 wird der Mitkopplungsterm FF aus dem
Mitkopplungskoeffizienten Kf und der vorgegebenen Brennstoffeinspritzmenge
Q nach der Gleichung FF
= Kf × Q
.......................... (2)berechnet
(S270).
-
Anschließend wird aus der die Maschinenlasten
(in diesem Fall der Ansaugdruck PM) und die Maschinendrehzahlen
NE als Parameter nutzenden Tafel der Brennstoffzieldruck PO berechnet
(S280). Diese Tafel mit den Maschinenlasten (in diesem Fall der
Ansaugdruck PM) und den Maschinendrehzahlen NE als Parameter, welche
vorher durch Berechnung eines geeigneten Druckes aus Versuchen bei einem
bestimmten Betriebszustand ermittelt wurden, wird im ROM 66 gespeichert.
-
Nach der Gleichung ΔP = PO – P ............................. (3)wird der
Druckunterschied ΔP
zwischen dem Brennstoffzieldruck PO und dem tatsächlichen Brennstoffdruck P
berechnet (S290).
-
Nach der Gleichung DTp = K1 × ΔP ........................... (4)wird der
Proportionalterm DTp im Rückkopplungsterm
aus dem Druckunterschied ΔP
und einem Proportionalkoeffizienten K1 berechnet (S300).
-
Nach der Gleichung DTi = DTi + K2 × ΔP ..................... (5)wird der
Integralterm DTi im Rückkopplungsterm
aus dem Druckunterschied ΔP
und einem Integralkoeffizienten K2 berechnet (S310).
-
Der Term DTi auf der rechten Seite
der Gleichung ist ein Integralterm, welcher während der vorhergehenden Regelperiode
berechnet wurde. Die Ausgangsgröße dieses
Integralterms DTi wird zum Beispiel mit Null vorgegeben.
-
Dann wird nach der Gleichung DT = Ka(DTp + DTi + FF) ................ (6)
aus dem Mitkopplungsterm
FF und dem Rückkopplungsterm
(DTp + DTi) die Steuerungswirkleistung DT für schließende Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils 55 berechnet
(S320).
-
In Gleichung (6) ist Ka ein Korrekturkoeffizient.
Wenn aus Gleichung (6) für
DT ein negativer Wert sich ergibt, wird für die tatsächliche Steuerungswirkleistung
DT Null vorgegeben.
-
Die in Schritt S320 ermittelte Steuerungswirkleistung
DT wird als Steuerungswirkleistung für das elektromagnetische Überströmventil 55 beim Kompressionshub
der Brennstoffhochdruckpumpe 54 vorgegeben (S330). Danach
wird das Programm vorübergehend
beendet.
-
Wenn bei der Steuerung des so konstruierten
elektromagnetischen Überströmventils 55 die Brennstoffeinspritzmenge
Q sich von Q ≥ Q0
(„Ja" in S220) auf Q < Q0 („Nein" in S220) ändert, erfolgt
eine Verschiebung vom Zustand, in welchem die Berechnung des Mitkopplungsterms
FF nach der durch die gerade Linie L ausgedrückten Lineargleichung vorgenommen
wird, zum Zustand, in welchem die Berechnung des Mitkopplungsterms
FF nach der durch die gerade Linie M ausgedrückten Lineargleichung vorgenommen
wird, wie 16 zeigt.
Zum Zeitpunkt des Übergangs
von der Steuerperiode Aorg bei Normalbetrieb zur Steuerperiode Amin
bei geringen Mengen erfolgt keine Verschiebung des Steuerungsbeginns,
da SSL und SSM positionell übereinstimmen.
Dagegen verschiebt das Ende SEM sich gegenüber SEL nach hinten. Dadurch
wird der für
die gleiche Brennstoffeinspritzmenge Q berechnete Mitkopplungsterm
FF größer. Gemäß dem in 16 dargestellten Beispiel
entspricht der Mitkopplungsterm FF bei Normalbetrieb 3,5% und bei
geringen Mengen 19%.
-
Deshalb bleibt selbst bei Änderung
des Mitkopplungsterms FF und dem daraus resultierenden Unterschied
in der Steuerungswirkleistung der Zeitpunkt (Kurbelwinkel) zum Starten
des Speisens der Spule 55a mit einer elektrischen Spannung
zwecks schließendem
Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils 55 unverändert, unabhängig davon,
ob das für
Normalbetrieb oder für
Betrieb mit geringen Mengen erfolgt (siehe 17D und 17E).
Das heißt,
der tatsächliche
Zeitpunkt, zu welchem das Schließen des elektromagnetischen Überströmventils 55 beginnt,
verändert
sich nicht (siehe 17C).
-
Der Zeitpunkt (Kurbelwinkel), zu
welchem das Speisen der Spule 55a mit elektrischer Spannung
zwecks schließendem
Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils 55 unterbrochen wird, ändert sich
bei Übergang
vom Normalbetrieb zum Betrieb mit geringen Mengen und umgekehrt. Das
ist darauf zurückzuführen, daß bei Normalbetrieb
das Ende SEL und bei Betrieb mit geringen Mengen das vom Ende SEL
sich unterscheidende Ende SEM gilt (siehe 17D und 17E).
Wie bereits beschrieben, stimmt der tatsächliche Zeitpunkt, zu welchem
das elektromagnetische Überströmventil nicht
mehr geschlossen bleibt, mit dem Ende des Kompressionshubs überein,
unabhängig
vom Zeitpunkt der Unterbrechung des Speisens mit elektrischer Spannung.
Das heißt,
der Zeitpunkt, zu welchem das elektromagnetische Überströmventil
nicht mehr geschlossen bleibt, verändert sich nicht.
-
Selbst wenn zum schließenden Ansteuern des Überströmventils
von der Steuerperiode Aorg bei Normalbetrieb zur Steuerperiode Amin
bei geringeren Mengen und umgekehrt geschaltet wird, verändert dieses
Umschalten das Verhältnis
des Druckzuführmodus
während
des Kompressionshubs nicht und hat auch keinen Einfluß auf die
Menge des dem Brennstoffverteilerrohr 50 unter Druck zugeführten Brennstoffs.
-
Wenn bei der beschriebenen ersten
Ausführungsform
die Brennstoffeinspritzmenge Q unter den Kriteriumswert Q0 sinkt
(„Nein" in S220), wird der
Koeffizient Kmin für
geringe Mengen als Mitkopplungskoeffizient Kf zur Berechnung des
Mitkopplungsterms FF vorgegeben (S260). In Übereinstimmung mit den geraden
Linien L und M wird bei Normalbetrieb der Koeffizient Kf für geringe
Mengen größer als
Korg vorgegeben, welcher in dem Fall, in welchem die Brennstoffeinspritzmenge
Q gleich oder größer ist
als der Kriteriumswert Q0 („Ja" in S220), als Mitkopplungskoeffizient
Kf vorgegeben wird (S240). Wie bereits beschrieben bedeutet das,
daß die
Steuerperiode Amin zum schließenden
Ansteuern des Überströmventils
bei geringen Mengen am Punkt SEM endet, welcher gegenüber der
Steuerperiode Aorg für Normalbetrieb
nach hinten verschoben ist.
-
Deshalb wird für den in Schritt S279 berechneten
Mitkopplungsterm FF ein großer
Wert vorgegeben. Das heißt,
daß selbst
bei Addition des Mitkopplungseffekts (DTp + Dti), welcher die Differenz
zwischen dem tatsächlichen
Brennstoffdruck P und dem Brennstoffzieldruck PO widerspiegelt,
für die
Steuerungswirkleistung DT wahrscheinlich nicht Null vorgegeben wird.
-
Demzufolge kommt es nie zum Ausfall
des periodischen Schließens
des elektromagnetischen Überströmventils 55.
Das beim Schließen
des Ventils erzeugte Geräusch
wird nicht häufig
unterbrochen. Das heißt,
unregelmäßige Geräuscherzeugung
wird vermieden und dadurch der Fahrzeugführer nicht abgelenkt.
-
Selbst wenn der Mitkopplungsterm
FF durch Umschalten auf den Mitkopplungskoeffizienten Kf vergrößert wird,
bleibt der Kurbelwinkel, bei welchem das Schließen des elektromagnetischen Überströmventils 55 beginnt,
unverändert.
Deshalb ändert
auch die Menge des dem Brennstoffverteilerrohr 50 unter Druck
zugeführten
Brennstoffs sich nicht. Selbst wenn die Steuerperiode für schließendes Ansteuern des Überströmventils
verändert
wird, gerät
die Brennstoffdrucksteuerung nicht außer Kontrolle. Mit anderen
Worten, die Brennstoffdruckregelung kann stabil durchgeführt werden.
-
Wie die 16 und 17B zeigen,
trifft die gerade Linie M für
die Vorgabe der Steuerperiode Amin zum schließenden Ansteuern des Überströmventils bei
geringen Mengen mit der Relation (dem Gradienten) zwischen der Menge
des unter Druck zugeführten
Brennstoffs und der Kurbelwinkelposition dann zusammen, wenn die
Brennstoffeinspritzmenge geringer ist als die dem Kriteriumswert
Q0 entsprechende Menge. Deshalb kann in den Fällen, in welchen die Brennstoffeinspritzmenge
Q kleiner wird als der Kriteriumswert Q0, ein geeigneterer Mitkopplungsterm
FF vorgegeben werden als bei direkter Verwendung der durch die gerade
Linie L ausgedrückten Gleichung.
Das heißt,
die Reqelbarkeit des Brennstoffdrucks kann weiter verbessert werden.
Die durch die Lineargleichung (gerade Linie) ausgedrückte Beziehung
macht die Fortsetzung einer geeigneten und schnellen Verarbeitung
möglich.
-
Bei der ersten Ausführungsform
wird der Zeitpunkt der Beendigung der Steuerperiode für schließendes Ansteuern
des Überströmventils
verzögert
und dadurch verhindert, daß die
Steuerungswirkleistung auf Null absinkt. Selbst wenn der Beginn der
Steuerperiode für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
verzögert
und gleichzeitig der Zustand, bei welchem der Schnittpunkt der beiden
geraden Linien L und M mit dem Kriteriumswert Q0 zusammentrifft,
beibehalten wird, kann ohne Veränderung
der Menge des dem Brennstoffverteilerrohr 50 unter Druck
zugeführten
Brennstoffs die Steuerungswirkleistung DT vergrößert werden. Mit anderen Worten,
ein Absinken der Steuerungswirkleistung DT auf Null kann ausgeschlossen
werden. Es ist auch möglich,
sowohl den Beginn als auch das Ende der Steuerperiode zum schließenden Ansteuern
des Überströmventils
hinauszuzögern
und gleichzeitig den Zustand, bei welchem der Schnittpunkt der beiden
Linien L und M mit dem Kriteriumswert Q0 zusammentrifft, beizubehalten.
-
Da, wie bereits erwähnt, der
Kriteriumswert Q0 auf den Schnittpunkt der beiden geraden Linien
L und M gelegt wurde, erfolgt das Umschalten von einer Linie zur
anderen bei einem einzigen Kurbelwinkel, so daß die Menge des dem Brennstoffverteilerrohr 50 unter
Druck zugeführten
Brennstoffs sich nicht ändert.
Der Kriteriumswert Q0 muß aber
nicht auf den Schnittpunkt der beiden geraden Linien L und M gelegt
werden, sofern die Kurbelwinkelgröße nicht allzu sehr schwankt.
Mit anderen Worten, der Kriteriumswert Q0 kann von diesem Schnittpunkt
abweichen. Das trifft auch zu auf den Fall, in welchem der Beginn
der Steuerperiode für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
verzögert
wird, oder auf den Fall, in welchem sowohl der Beginn als auch das Ende
der Steuerperiode für
schließendes
Ansteuern des Überströmventils
verzögert
werden.
-
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform
darin, daß anstelle
des in 13 dargestellte
Steuerprogramm das in den 18 und 19 dargestellte Programm
zur Steuerung des elektromagnetischen Über strömventils durchgeführt wird.
Ansonsten sind die erste und die zweite Ausführungsform identisch.
-
Zuerst wird das in 18 dargestellte Programm beschrieben.
Bei Start dieses Programms erfolgt die Verarbeitung gemäß Schritt
S410. Dieser Schritt entspricht dem Schritt S210.
-
Anschließend wird in S420 der Proportionalitätsterm vorgegeben.
Die in Schritt S420 ablaufenden Vorgänge sind in 19 detailliert dargestellt. Bei diesem
Programm wird der in Schritt S500 genutzte Proportionalitätskoeffizient
K1 (der gleiche Vorgang wie in S300) vorgegeben.
-
Zuerst wird ermittelt, ob die Brennstoffeinspritzmenge
Q gleich oder kleiner ist als der Kriteriumswert Q1 (für Leerlauf)
(S430). Dieser Kriteriumswert Q1 dient dazu, die Eignung der Brennstoffeinspritzmenge
Q für den
Leerlaufzustand (ausreichend klein) zu ermitteln.
-
Bei Q ≤ Ql („Ja" in S430) wird ermittelt, ob der Brennstoffdruck
P stabilisiert ist (S440). Diese Bestimmung dient grundsätzlich der
Feststellung, ob eine Anomalität
am Brennstoffeinspritzventil 22 vorliegt. So wird zum Beispiel
der Brennstoffdruck P mit dem während
entsprechender Steuerungsperioden erhaltenen Langzeitdurchschnittsdruck
P des Brennstoffs verglichen. Bei einer geringen Differenz zwischen
beiden Werten wird der Brennstoffdruck P als stabilisiert angesehen.
-
Bei stabilisiertem Brennstoffdruck
P („Ja" in S440) wird ermittelt,
ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder geringer ist als die
Kriteriumsgeschwindigkeit V0 (z. B. V0 = 3 km/h) (S450). Dadurch
soll festgestellt werden, ob das Fahrzeug sich im Leerlauf oder
annähernd
im Leerlauf befindet.
-
Bei V ≤ V0 („Ja" in S450) wird als Proportionalitätskoeffizient
K1 der Proportionalitätskoeffizient K1min
für geringe
Mengen vorgegeben (S455). Wenn eine der in den Schritten S430, S440
und S450 gestellten Fragen mit „Nein" beantwortet wird, wird als Proportionalitätskoeffizient
K1 der Proportionalitätskoeffizient
K1org für
Normalbetrieb vorgegeben (K1min < K1org)
(S460).
-
Nach Beendigung der Verarbeitung
zur Vorgabe des Rückkopplungsproportionalitätsterms
werden die Schritte S470 bis S530 durchgeführt (die gleiche Verarbeitung
wie in den Schritten S270 bis S330 gemäß 13). Danach wird der Ablauf vorübergehend
unterbrochen.
-
Wenn bei der zweiten Ausführungsform
die in den Schritten S430, S440 und S450 gestellten Fragen alle
mit „Ja" beantwortet werden,
wird der Proportionalitätskoeffizient
K1 zur Berechnung des Proportionalitätsterms DTp im Rückkopplungsterm
kleiner als üblich
(S455). Das heißt,
die Rückkopplungsregelverstärkung für den Druckunterschied ΔP wird kleiner
als üblich
vorgegeben.
-
Wenn bei der beschriebenen zweiten
Ausführungsform
die in den Schritten S430, S440 und S450 gestellten Fragen alle
mit „Ja" beantwortet werden,
verringert die Rückkopplungsregelverstärkung sich
wie beschrieben (S455). Wenn, vom Rückkopplungsterm verursacht,
die Steuerungswirkleistung DT sich Null nähert, heißt das, daß die Geschwindigkeit, mit
welcher die Steuerungswirkleistung DT sich Null nähert, abnimmt.
Mit anderen Worten, die Häufigkeit, in
welcher die Steuerungswirkleistung DT sich Null nähert, verringert
sich. Das beim Schließen
des elektromagnetischen Überströmventils
erzeugte Geräusch
wird nicht sehr häufig
unterbrochen. Das heißt die
Erzeugung unregelmäßigen Lärms wird
verhindert und somit de Fahrzeugführers weniger abgelenkt.
-
Wenn kein Leerlaufzustand festgestellt
wird, wurde mit großer
Wahrscheinlichkeit eine der in den Schritten S430, S440 und S450
gestellten Fragen mit „Nein" beantwortet. Das
heißt,
die Verarbeitung (S455) zur Verlangsamung der Ansprechempfindlichkeit
der Steuerungswirkleistung DT durch Verringerung der Steuerungsverstärkung erfolgt
ausschließlich
im Leerlaufzustand, in welchem das vom elektromagnetischen Überströmventil 55 erzeugte
Geräusch
hörbar
ist. Somit wird das gesamte Brennstoffeinspritzsystem nicht beeinflußt.
-
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß anstelle
des in 13 dargestellten
Steuerprogramms das in den 20 und 21 dargestellte Programm
zur Steuerung des elektromagnetischen Überströmventils durchgeführt wird.
Ansonsten sind die dritte und die erste Ausführungsform identisch.
-
Zuerst wird auf das in 20 dargestellte Steuerprogramm
näher eingegangen.
Beim Starten dieses Programms werden zunächst die Schritte S610 bis
S670 durchgeführt.
Diese Schritte sind den in 13 dargestellten
Schritten S210 und S270 bis S320 identisch.
-
Nach Schritt S670 läuft das
in 21 dargestellte DT-Schutzprogramm ab
(S680). Die ersten Schritte in diesem Programm sind die Schritte
S690, S700 und S710, welche den bei der zweiten Ausführungsform
durchgeführten
Schritten S430, S440 und S450 entsprechen. Wenn die in den Schritten
5690, S700 und S710 gestellten Fragen alle mit „Ja" beantwnrtet werden, wird ermittelt,
ob die in Schritt S670 berechnete Steuerungswirkleistung DT Null
ist (S720).
-
Bei DT = 0 („Ja" in S720) wird die Steuerungswirkleistung
DT auf den Schutzwert DTs eingestellt (S730). Dieser Schutzwert
DT dient dazu, das Absinken der Steuerungswirkleistung DT auf Null
zu verhindern, und wird so vorgegeben, daß dieser die Steuerfähigkeit
nicht negativ beeinflußt
(z. B. nur 2% bis 3%).
-
Wenn eine der in den Schritten S670
bis S720 gestellten Fragen mit „Nein" beantwortet wird, erfolgt keine Vorgabe
des Schutzwertes DTs, denn in diesem Fall bleibt der in S670 vorgegebene
Wert erhalten.
-
Bei Beendigung dieses Schutzprogramms (S680)
wird die zur Steuerung des elektromagnetischen Überströmventils 55 für den Kompressionshub der
Brennstoffhochdruckpumpe 54 erforderliche Steuerungswirkleistung
DT vorgegeben (S740). Danach wird das Programm vorübergehend
unterbrochen.
-
Wenn bei der dritten Ausführungsform
die in den Schritten S690 bis S720 gestellten Fragen alle mit „Ja" beantwortet werden
und DT weiterhin Null bleibt („Ja" in S720), wird die
Steuerungswirkleistung DT auf den Schutzwert DTs eingestellt, um
ein Absinken der Steuerungswirkleistung DT auf Null zu verhindern.
-
Wenn bei der dritten Ausführungsform
wie bisher beschrieben die in den Schritten S690 bis S720 gestellten
Fragen alle mit „Ja" beantwortet werden,
wird die Steuerungswirkleistung auf den Schutzwert DTs eingestellt
und dadurch ein Absinken der Steuerungswirkleistung DT auf Null
verhindert (S730).
-
Das heißt, daß selbst beim Absinken der Steuerungswirkleistung
DT auf Null, verursacht vom berechneten Rückkopplungsterm, die Steuerungswirkleistung
tatsächlich
größer als
Null bleibt. Deshalb wird das schließende Ansteuern des elektromagnetischen Überströmventils 55 unterbrochen,
so daß das
Geräusch
weiter vorhanden ist. Das heißt, die
Erzeugung eines unregelmäßigem Geräuschs wird
verhindert und somit der Fahrzeugführer weniger abgelenkt.
-
Wenn eine der in den Schritten S690,
S700 und S710 gestellten Fragen mit „Nein" beantwortet wird, kann durch andere
Regelvorgänge
die Brennstoffzufuhr unterbrochen werden. Bei der dritten Ausführungsform
kann das Auftreten eines solchen Falls eliminiert werden. Das heißt, daß eine erforderliche Unterbrechung
der Brennstoffzufuhr nicht behindert und das gesamte Brennstoffeinspritzsystem
nicht beeinflußt
wird.
-
Bei der Beurteilung der Brennstoffeinspritzmenge
in Schritt S220 gemäß der ersten
Ausführungsform,
in Schritt S430 gemäß der zweiten
Ausführungsform
oder in Schritt S690 gemäß der dritten Ausführungsform
kann eine Hysterese in Betracht gezogen werden, um das Auftreten
einer Aufschaukelung während
der Steuerung noch besser zu verhindern.
-
Durch Kombination der Konstruktionsmerkmale
der beschriebenen Ausführungsformen
kann noch sicherer verhindert werden, daß die Steuerungswirkleistung
DT auf Null absinkt.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist der Regler (die ECU 60) ein programmierter Allzweckcomputer.
Von Experten auf diesem Gebiet ist leicht zu erkennen, daß als Regler auch
eine einzige integrierte Mehrzweckschaltung (z. B. einer ASIC – anwendungsspezifische
integrierte Schaltung) verwendet werden kann, welche mit einem Haupt-
oder Zentralprozessor für
alle Abläufe,
einer Systemregeleinheit und separaten Einheiten zur Durchführung verschiedener
spezifischer Berechnungen, zur Erfüllung verschiedener Funktionen
und zum Auslösen anderer
vom Zentralprozessor geregelter Vorgänge bestückt ist. Der Regler kann auch
aus mehreren separat zugeordneten oder programmierbaren integrierten
oder elektronischen Schaltungen oder Vorrichtungen zusammengesetzt
sein (z. B. fest verdrahtete elektronische oder logische Schaltungen wie
Schaltungen mit diskreten Bauelementen oder programmierbare logische
Bauelemente wie PLD-, PLA-, PAL-Elemente oder andere Bauelemente).
Der Regler kann ein geeigneter programmierter Allzweckcomputer sein,
z. B. ein Mikroprozessor, Mikroregler oder eine andere Prozessoreinheit
(CPU oder MPU), welcher allein oder in Verbindung mit einem oder
mehreren peripheren Daten- und Signalverarbeitungsgeräten (z.
B. integrierte Schaltungen) betrieben wird. Im allgemeinen kann
jede Vorrichtung oder Vorrichtungskombination als Regler verwendet werden,
wenn diese die Steuerung gemäß den in
den 7, 10, 12, 13 und 18–21 als Flußplan dargestellten
Programmen ermöglicht.
Zur Gewährleistung maximaler
Daten/Signal-Verarbeitungsfähigkeit
und -Verarbeitungsgeschwindigkeit kann eine dezentrale Verarbeitung
durchgeführt
werden.
-
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist diese nicht auf die dargelegten Details beschränkt, und mögliche Modifikationen
und äquivalente
Anordnungen sind zum Geltungsbereich der Erfindung gehörend anzusehen.
-
Bei einer für eine Brennkraftmaschine mit
Innenverbrennung verwendeten Brennstoffhochdruckpumpe kann häufiges Stoppen
des in diesem angeordneten Überströmventil
verhindert werden. Wenn die Brennstoffeinspritzmenge einen bestimmten
Wert unterschreitet, wird das Bestimmungsverfahren geändert, um
den Mitkopplungsterm für
die Wirkleistungssteuerung zu vergrößern. Dadurch wird ein Absenken
der Steuerungswirkleistung auf Null verhindert. Der aus der Schließbewegung
des Überströmventils
resultierende Vorgang findet im wesentlichen regelmäßig statt.
Dadurch wird eine unregelmäßige Geräuscherzeugung
verhindert und der Fahrzeugführer
weniger abgelenkt.