DE60019222T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der direkten Kraftstoffeinspritzung in einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, um die Kraftstoffeinspritzung für einen Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ zu regeln, welcher durch eine Einspritzgerät direkt in eine Verbrennungskammer hinein mit Kraftstoff versorgt wird; und spezieller ein Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem, in welchem lernende Regelung verrichtet wird, um quantitative Variationen der Kraftstoffeinspritzung aufgrund individueller Unterschiede der Kraftstoffeinspritzungen zu erlernen.
  • Typischerweise regeln Kraftstoffeinspritzungs-Regelsysteme für allgemeine Benzinmotoren ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Luft/Kraftstoff-Mischung, indem sie eine quantitative Regulierung der Kraftstoffeinspritzung und Einlassluft im Einklang mit Motor-Betriebsbedingungen verrichten. Um Verschlechterung der Regelbarkeit einer Kraftstoffeinspritzung aufgrund verschiedener Faktoren – wie etwa individuelle Unterschiede von Kraftstoffeinspritzungen und Änderungen in Motorbetriebs-Umgebungen – zu vermeiden, ist es beliebt, eine Rückführungsregelung der Menge an Kraftstoffeinspritzung auf einem Ausgabesignal zu verrichten, das von einem Sauerstoffsensor (O2-Sensor) bereitgestellt wird, der in einem Abgaskanal des Motors bereitgestellt ist. In der Kraftstoffeinspritzungs-Regelung ist es effektiv, quantitative Variationen in Kraftstoffeinspritzungen aus dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors zu erlernen und die Ergebnisse in der grundlegenden Kraftstoffeinspritzungs-Regelung zum Ausdruck zu bringen, um die Transienten-Reaktionsfähigkeit der Luft/Kraftstoff-Regelung und die Regelgenauigkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu verbessern, während die Rückführungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nicht implementiert ist.
  • Weil in einem Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ, welcher unter hohem Druck direkt mit Kraftstoff in eine Verbrennungskammer hinein versorgt wird, Kraftstoff bei einem – verglichen mit Ansaugöffnungs-Einspritzung – beachtlich höheren Druck eingespritzt wird, kann es als logische Konsequenz sein, dass quantitative Variationen in Kraftstoffeinspritzungen groß sind. Überdies muss eine Einspritzung für einen Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ eine relativ große Düse aufweisen, was eine der Ursachen großer quantitativer Variationen ist. Besonders eine Mikroströmungscharakteristik der Kraftstoffeinspritzung ist in einem Zeitraum des Motorleerlaufs ungleichmäßig, in welchem eine Zeit sehr kurz ist, für welche die Einspritzung geöffnet bleibt; im Unterschied zu einem vom Leerlaufzeitraum verschiedenen Zeitraum, in welchem die Mikroströmungscharakteristik (siehe 7) linear ist. Die Mikroströmungscharakteristika sind aufgrund der individuellen Unterschiede von Einspritzungen deutlich unterschiedlich. Das heißt, es ist eine Tatsache, dass der Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ ein starkes Verlangen nach lernender Regelung der Kraftstoffeinspritzung nach tatsächlichen quantitativen Variationen in der Kraftstoffeinspritzung hat, weil die Einspritzung für den Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Typ die Eigenschaft hat, quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung zu verursachen, während eine kleine Menge an Kraftstoff eingespritzt wird. Der Verbrennungsmotor vom Funkenzündungs-Typ wird in einem Motor-Betriebsbereich geringerer Motorlasten gewöhnlich jedoch im Zustand einer Schichtladungs-Verbrennung betrieben. In dem geschichteten Verbrennungszustand ist ein mittleres Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einer Verbrennungskammer (worauf hiernach als mittleres Verbrennungskammer-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Bezug genommen wird) bemerkenswert hoch; und befindet sich in anderen Worten auf einer bemerkenswert mageren Seite, so dass es für den Sauerstoffsensor schwer ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie gewöhnlich mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. In der Folge ist es in diesem Bereich schwer, die lernende Regelung quantitativer Variationen in der Kraftstoffeinspritzung und dem Luft/Kraftstoffverhältnis zu verrichten, obgleich es sein kann, dass quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung während des Leerlaufs im Bereich geringerer Last und Schichtladungs-Verbrennung – in welchem der Motor so oft betrieben wird – groß werden.
  • In dieser Hinsicht verrichtet ein Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem für einen Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ, wie zum Beispiel etwa in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-99051 offenbart, auf der Grundlage einer Messung an quantitativem Kraftstoffverbrauch während einer vorherbestimmten Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, während der Motor im Leerlauf arbeitet, eine lernende Regelung der Abweichung einer tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung von einer Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung, d.h. einer quantitativen Variation in der Kraftstoffeinspritzung. In der Kraftstoffeinspritzungs-Regelung werden unterschiedliche Werte als Durchflussraten-Konversionsfaktoren Kps und Kpb für eine normale Strömungscharakteristik der Kraftstoffeinspritzung eingesetzt, welche in einem Proportionalbereich benutzt wird, wo die Menge an Kraftstoffeinspritzung proportional einer Zeitdauer ist, für welche die Kraftstoffeinspritzung offen gehalten wird (Einspritzungs-Öffnungsdauer); und entsprechend eine Mikroströmungs-Charakteristik der Kraftstoffeinspritzung, welche in einem nicht proportionalen Bereich benutzt wird, wo die Menge an Kraftstoffeinspritzung nicht proportional einer Zeitdauer ist, für welche die Kraftstoffeinspritzung offen gehalten wird (Einspritzungs-Öffnungsdauer). Für einen Zwischenbereich zwischen den proportionalen und nicht proportionalen Bereichen wird ein Konversionskoeffizient durch lineare Schätzungsrechnung unter Gebrauch der Konversionskoeffizienten Kpb und Kps gewonnen.
  • Das oben beschriebene Kraftstoffeinspritzungs-System der bisherigen Technik definiert eine Mikroströmungscharakteristik für den nicht proportionalen Bereich durch einen einzigen Durchflussraten-Konversionskoeffizienten; die Regelung der Kraftstoffeinspritzung in dem nicht proportionalen Bereich kann nicht so genau sein. Speziell ist die Menge an Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung nicht proportional der Einspritzpulsweite Ti und ändert sich unregelmäßig bezüglich einer Änderung in der Einspritzpulsweite Ti, wie in 7 anhand eines Beispiels gezeigt, wenn eine Einspritzpulsweite Ti – welche ein Maß dafür ist, wie lange die Kraftstoffeinspritzung offen gehalten wird – kleiner ist als eine spezifizierte Einspritzpulsweite Ti*. In dem Fall, wenn die Mikroströmungscharakteristik- d.h. die Beziehung zwischen einer Menge an Kraftstoffeinspritzung und einer Einspritzpulsweite – durch eine einzige Konversionseffizienz Kps definiert ist, ist die Regelung der Kraftstoffeinspritzung in dem nicht proportionalen Bereich deshalb überhaupt nicht präzise. Obwohl das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem der bisherigen Technik angepasst ist, um die Konversionseffizienz Kps durch Erlernen quantitativer Variationen der Kraftstoffeinspritzung durch eine Kraftstoffeinspritzung zu korrigieren, kann in der Folge nicht gesagt werden, dass die Kraftstoffeinspritzungs-Regelung während des Motorleerlaufs präzise ist, wo eine Menge an Kraftstoffeinspritzung klein ist; und daher lässt das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem der bisherigen Technik Raum für eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Emissionsregelung und des Kraftstoffverbrauchs.
  • Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem bereitzustellen, das in einem Bereich enger Einspritzpulsweiten in der Lage ist quantitative Variationen der Kraftstoffeinspritzung mit höher Präzision zu erlernen, was durch eine vollständig ausgearbeitete Regelsequenz verwirklicht wird.
  • Der vorstehende Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 10 und 11 erreicht, z.B. durch eine Regelung, die ein Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem umfasst, welches – während es eine Menge an Kraftstoffeinspritzung mit Rückführung regelt, um so während des Leerlaufs eine konstante Leerlaufdrehzahl zu liefern – lernende quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines Rückführungs-Regelungswerts für verschiedene Einspritzungs-Öffnungsdauern verrichtet, indem es eine Menge der Kraftstoffeinspritzung für eine Mehrzahl spezifizierter Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen, die nacheinander stattfinden, gewaltsam ändert; was notwendig ist, um die konstante Leerlaufdrehzahl zu halten.
  • Speziell umfasst das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in 1 gezeigt, das in einem Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ einbezogen ist – der mit einer Kraftstoffeinspritzung 12 aus gerüstet ist, um Kraftstoff in einem Verdichtungshub jedes Zylinders 2 direkt in eine Verbrennungskammer 6 des Motors 1 hinein einzuspritzen, um so in einem spezifizierten Motor-Betriebsbereich geringerer Motorlasten und geringerer Motordrehzahlen, der für Schichtladungsverbrennung definiert ist, eine Schichtladungsverbrennung zu verursachen –, eine Ansaugluftmengen-Reguliervorrichtung 220, um ein Menge an Ansaugluft zu regulieren, die in die Verbrennungskammer 6 hinein eingelassen wird; eine lernende Kontrollvorrichtung 52, die eine quantitative Variation der tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung aus einer Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung erlernt, während der Motor in dem spezifizierten Motor-Betriebsbereich für Schichtladungsverbrennung im Leerlauf arbeitet; Ansaugluftmengen-Regelvorrichtungen 45, um die Ansaugluft-Reguliervorrichtung 220 zu regeln, um so eine konstante Menge an Ansaugluft bereitzustellen, die während des Erlernens der quantitativen Variation in die Verbrennungskammer hinein eingelassen wird; und Kraftstoffeinspritzungsmengen-Regelvorrichtung 51, um die tatsächliche Menge an Kraftstoffeinspritzung mittels Rückführungsregelung zu regeln; um eine Motordrehzahl ne so auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl zu bringen, während die quantitative Variation erlernt wird; und Zündungseinstellungs-Regelvorrichtung 50, um wiederum eine Mehrzahl von spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen zu übernehmen, während die quantitative Variation der Kraftstoffeinspritzung erlernt wird. Die lernende Regelvorrichtung 52 implementiert das Erlernen einer quantitativen Variation einer tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung, ausgehend von einer Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung, auf der Grundlage eines Rückführungsregelungs-Wertes für jede spezifizierte Kraftstoffeinspritzungs-Einstellung.
  • Gemäß dem Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem regelt die Ansaugluft-Regelvorrichtung 45 die Ansaugluft-Reguliervorrichtung 220, um so eine konstante Menge an Ansaugluft bereitzustellen, die in die Verbrennungskammer hinein eingelassen wird, und die Kraftstoffeinspritzungsmengen-Regelvorrichtung 51 regelt in Rückführungsregelung die tatsächliche Menge an Kraftstoffeinspritzung, um so eine Motordrehzahl ne auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl zu bringen. Die lernende Regelvorrichtung 52 erlernt eine quantitative Variation einer tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines Rückführungsregelungs- Wertes aus einer Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung. Folglich verrichtet das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem ein direktes Erlernen einer quantitativen Variation an Kraftstoffeinspritzung – während Motorbetrieb in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus ebenso wie während eines gewöhnlichen Leerlaufmodus des Motors. Überdies wird die Dauer der Einspritzungsöffnung variiert, während im Motorbetrieb im Schichtladungs-Verbrennungsmodus eine quantitative Variation an Kraftstoffeinspritzung erlernt wird, um so eine Motordrehzahl ne auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl gemäß der spezifizierten Zündungseinstellungen zu bringen, die wiederum stattfinden. Weil die lernende Regelung bei jeder spezifizierten Zündungseinstellung implementiert wird, werden quantitative Variationen an Kraftstoffeinspritzung für verschiedene Dauern der Einspritzungsöffnung erhalten.
  • Dementsprechend ist sie befähigt, die empfindliche Beziehung zwischen der Dauer an Einspritzungsöffnung und einer tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung zu erlernen, was darin resultiert, die Charakteristik der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung genau im Griff zu haben, selbst wenn eine Menge an Kraftstoffeinspritzung nicht zu einer Änderung in der Öffnungsdauer der Einspritzung proportional ist, während die Kraftstoffeinspritzung für eine extrem kurze Zeitdauer offen gehalten wird. Dies macht es möglich, eine quantitative Variation an Kraftstoffeinspritzung zu beseitigen, selbst während der Motor im Leerlauf arbeitet, indem man eine Menge an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Charakteristik an Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung bestimmt – mit einem Effekt, Emissionspegel bedeutend zu senken und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem kann die Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung gemäß mindestens einer Motor-Betriebsbedingung berechnen und regelt die Kraftstoffeinspritzung, um für eine Zeitdauer geöffnet zu bleiben, welche für die Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung gemäß der Charakteristik der Kraftstoffeinspritzung notwendig ist. In diesem Fall wird die Charakteristik der Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage der erlernten Werte für die spezifischen Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen korrigiert.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem kann die Ansaugluftmengen-Reguliervorrichtung regeln, um Ansaugluft in die Verbrennungskammer hinein einzulassen, um ein mittleres Überschuss-Luftverhältnis λ gleich oder größer als 1,3 bereitzustellen, während quantitative Variationen der Kraftstoffeinspritzung erlernt werden. Weil eine Änderung in der Motorleistung relativ zu einer Kraftstoff-Einspritzmenge in einem mageren Zustand – wo das Überschuss-Luftverhältnis λ gleich oder größer als 1,3 ist – größer wird, wird die lernende Regelung quantitativer Variationen an Kraftstoffeinspritzung mit einer hohen Empfindlichkeit verrichtet. Überdies ist es ihr möglich, quantitative Variationen der Kraftstoffeinspritzung über einen relativ weiten Bereich von Öffnungsdauern der Einspritzung hinweg zu erlernen, selbst wenn die Zündungseinstellung nicht so bedeutend variiert wird, weil eine Änderung in der Motorleistung relativ zu einer Änderung in der Zündungseinstellung in einem mageren Zustand größer wird. Die macht es präzise, die Charakteristik an Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffeinspritzung zu erlernen.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem kann weiterhin eine Ladungseffizienz der in die Verbrennungskammer hinein eingelassenen Ansaugluft berechnen und korrigiert den erlernten Wert einer Menge an Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage der Ladungseffizienz der Ansaugluft. Obgleich die Genauigkeit der lernenden Regelung quantitativer Variationen an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage erlernter Werte sich aufgrund von Schwankungen in der Motorleistung – welche aufgrund einer Änderung in der Ladungseffizienz auftreten – möglicherweise erniedrigt – die Korrektur der erlernten Werte einer Menge an Kraftstoffeinspritzung, die auf Grundlage einer tatsächlichen Ladungseffizienz vorgenommen wird, ergibt jedoch eine Verbesserung der Lerngenauigkeit.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem kann konfiguriert werden um Geräte – wie etwa einen Verdichter eines Klimatisierungssystems – zu zwingen, als eine externe Motorlast abzuschalten. Obgleich die Genauigkeit der lernenden Regelung quantitativer Variationen an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines erlernten Wertes einer Menge an Kraftstoffeinspritzung sich möglicherweise wegen einer Änderung in der Kraftstoffeinspritzungsmenge erniedrigt, welche aufgrund einer Änderung in der Motorlast auftritt, während eine quantitative Variation an Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung erlernt wird; Geräte als eine externe Motorlast gewaltsam abzustellen, während eine quantitative Variation an Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung erlernt wird, ergibt jedoch eine Verbesserung der Lerngenauigkeit.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem kann quantitative Variationen der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung erlernen, nachdem der Motor aufwärmt. Für die Menge an Kraftstoffeinspritzung, die notwendig ist, um eine Leerlaufdrehzahl beizubehalten, besteht aufgrund unzureichender Zerstäubung und Verdampfung von Kraftstoff eine allgemeine Tendenz, sich geringfügig zu erhöhen, bis der Motor aufwärmt. Diese Tendenz wird gelindert während die Temperatur des Motors ansteigt. Aus diesem Grund – neben der Tatsache, dass die Genauigkeit der lernenden Regelung quantitativer Variationen der Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage eines erlernten Wertes einer Menge an Kraftstoffeinspritzung gering ist, bis der Motor aufwärmt – ändert sich das erlernte Ergebnis mit der Zeit. In dieser Hinsicht verrichtet das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem die lernende Regelung quantitativer Variationen an Kraftstoffeinspritzung, nachdem der Motor aufwärmt, um dadurch die lernende Regelung quantitativer Variationen an Kraftstoffeinspritzung mit ausreichend hoher Genauigkeit bereitzustellen.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem kann die lernende Regelung quantitativer Variationen weiterhin verrichten, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers höher als eine spezifizierte Temperatur ist, selbst bevor der Motor aufwärmt; gleichermaßen wie nachdem der Motor aufwärmt. Dies steigert die Häufigkeit im Erlernen der quantitativen Variationen in der Kraftstoffeinspritzung, um so die hohe Genauigkeit im Erlernen quantitativer Variationen der Kraftstoffeinspritzung zu verwirklichen. Solange sich der Motor in einem halb aufgewärmten Zustand befindet, ist ein erlernter Wert – verglichen mit einem der erhalten wird, nachdem der Motor aufwärmt – in diesem Fall geringfügig ungenau, aber zuverlässig.
  • In Berücksichtigung einer Tendenz der Menge an Kraftstoffeinspritzung, die notwendig ist, um eine Leerlaufdrehzahl beizubehalten, mit einem Anstieg in der Temperatur des Motorkühlwassers anzusteigen, kann das Kraftstoffeinspritzungs- Regelsystem einen erlernten Wert im Einklang mit einer Temperatur des Motorkühlwassers korrigieren. Dies macht es möglich, eine Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristik für eine Zeit nach dem Aufwärmen auf der Grundlage eines erlernten Ergebnisses abzuschätzen, das während eines halb aufgewärmten Zustandes des Motors erhalten wird; was hohe Genauigkeit im Erlernen quantitativer Variationen der Kraftstoffeinspritzung verwirklicht.
  • Das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wird entsprechend in einen Mehrzylindermotor eingebunden und erlernt in diesem Fall eine quantitative Variation auf der Grundlage eines Durchschnittswertes des Rückführungsregelungs-Wertes in spezifizierten Verbrennungszyklen nach Zylinder. Weil dies es möglich macht, eine quantitative Variation an Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung für jeden Zylinder zu erlernen, kann die Kraftstoffeinspritzung für den gesamten Motor mit hoher Genauigkeit geregelt werden, indem man Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristika der jeweiligen Kraftstoffeinspritzungen jeweils auf der Grundlage erlernter Ergebnisse korrigiert.
  • Die obigen und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bezüglich der bevorzugten Ausführungsform davon klar verstanden werden, wenn in Verbindung mit den beigefügten betrachtet, in welchen:
  • 1 eine Illustration ist, die schematisch ein Regelsystem für einen Motor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ zeigt;
  • 2 eine Illustration ist, welche die Gesamtstruktur eines Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystems für einen Motor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 3 eine schematische Ansicht ist, die eine Verbrennungskammer des Motors vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ zeigt;
  • 4 eine Regelkarte von Motor-Betriebszonen für Verbrennungsmodi ist, namentlich eines Schichtladungs-Verbrennungsmodus, eines Verbrennungsmodus stöchiometrischer Ladung und eines Verbrennungsmodus aufgefetteter Ladung;
  • 5 eine Zeitkarte der Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungsregelung ist;
  • 6 ein funktionales Blockdiagramm ist, das eine grundlegende Abfolge der Motorregelung zeigt;
  • 7 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Karte der Mikroströmungscharakteristik einer Einspritzung für lernende Regelung zeigt,
  • 8 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Beziehung zwischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Motorleistung für verschiedene Zündungseinstellungen zeigt;
  • 9 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Abfolgeroutine der lernenden Regelung veranschaulicht;
  • 10A und 10B entsprechende Teile eines Ablaufdiagramms sind, das eine Variation der Abfolgeroutine der lernenden Regelung veranschaulicht, welche während des Aufwärmens eines Motors implementiert werden; und
  • 11 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Karte der Mikroströmungs-Charakteristik einer Kraftstoffeinspritzung für lernende Regelung im Einklang mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Unter detailliertem Bezug auf die Zeichnungen und speziell auf 2, welche die Gesamtstruktur eines Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystems für einen Mehrzylinder-Benzinmotor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ (wel cher hiernach der Einfachheit halber als ein Motor bezeichnet wird) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, umfasst der Motor 1 einen Zylinderblock 3, in welchem mehrere Zylinder 2 (von denen nur einer gezeigt ist) in einer geraden Linie angeordnet sind und einen an dem Zylinderblock 3 angebrachten Zylinderkopf 4. Kolben 5 werden für eine auf- und niedergleitende Bewegung in jeweiligen Zylindern 3 aufgenommen. Eine Verbrennungskammer 6 ist in dem Zylinder 2 zwischen einer unteren Wand des Zylinderkopfs 4 und einem Kolbendeckel des Kolbens 5 gebildet. Eine Kurbelwelle 7 ist unterhalb des Kolbens 5 in dem Zylinderblock 3 angeordnet und durch ein Pleuel 7a mit dem Kolben 5 verbunden. Der Motor 1 ist mit einem Winkelsensor 8 vom Elektromagnet-Typ ausgerüstet, der auf einem von gegenüberliegenden Enden der Kurbelwelle 7 angeordnet ist und welcher einen Drehwinkel der Kurbelwelle 7 überwacht; und einem Temperatursensor 9, welcher eine Temperatur von Kühlwasser in einem Wassermantel des Zylinderblocks 3 überwacht. Eine Zündkerze 11 ist in dem Zylinderkopf 4 eingebaut und an eine Zündungsschaltung 10 angeschlossen, um sich nach unten in die Verbrennungskammer 6 zu erstrecken. Eine Kraftstoffeinspritzung 12 ist in dem Zylinderkopf 4 eingebaut, um Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 6 hinein einzuspritzen. Wie in 3 schematisch gezeigt, sind für jeden Zylinder 2 zwei Ansaugöffnungen 13 und Auslassöffnungen 14 gebildet, um sich zu der Verbrennungskammer 6 hin zu öffnen und um jeweils durch Einlaßventile 15a und Auslassventile 15b geöffnet und geschlossen zu werden. Jede Ansaugöffnung 13 erstreckt sich von der Verbrennungskammer 6 direkt diagonal aufwärts und öffnet sich auf einer Seite des Zylinderkopfs 4 (wie in 2 gesehen die linke Seite des Zylinderkopfes 4); jede Auslassöffnung 13 erstreckt sich von der Verbrennungskammer 6 im Wesentlichen horizontal und öffnet sich auf einer anderem Seite des Zylinderkopfes 4 (wie in 2 gesehen die rechte Seite des Zylinderkopfes 4). Die Kraftstoffeinspritzung 12 ist zwischen und unterhalb der Ansaugöffnungen 13 positioniert, um seine Düse (nicht gezeigt) in großer Nähe zu den Ventilköpfen der Einlassköpfe 15a und angrenzend an die Verbrennungskammer 6 zu setzen und spritzt Kraftstoff von der Seite durch die Düse hindurch in die Verbrennungskammer 6 ein und ist andererseits durch einen Kraftstoff-Versorgungskanal 17 an eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 angeschlossen, welche allen Kraftstoffeinspritzungen 12 gemein ist. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 wirkt mit einem Hochdruckregler (nicht gezeigt) zusammen, um einen angemessenen Druck bereitzustellen, mit welchem Kraftstoff zu der Kraftstoffeinspritzung 12 geliefert wird. Ein Drucksensor 19 überwacht den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoff-Versorgungskanal 17. Versprüht die Kraftstoffeinspritzung 12 zu einem Zeitpunkt nach dem Mittelpunkt eines Verdichtungshubs Kraftstoff, so wird ein Kraftstoffnebel in einem elliptischen Hohlraum 5a an der Oberseite des Kolbens 5 eingeschlossen, um eine geschichtete Ladung einer Kraftstoffmischung zu bilden, welche um die Zündkerze 11 herum relativ stark ist. Andererseits wird ein Kraftstoffnebel gleichmäßig in der Verbrennungskammer verteilt, wenn die Kraftstoffeinspritzung 12 zu einem Zeitpunkt in einem Ansaughub Kraftstoff einspritzt, um so eine homogene Ladung einer Kraftstoffmischung zu bilden.
  • Luft wird durch einen Einlasskanal 20 in die Verbrennungskammer 6 hinein eingebracht, der sich von den Ansaugöffnungen 13 erstreckt. Der Einlasskanal 20 ist stromaufwärts mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) ausgerüstet, einem Luftstrom-Sensor 21 vom Heißdraht-Typ, einem Drosselventil 22 und einem Druckausgleichsbehälter 23. Das Drosselventil 22, welches als ein Luftstrom-Mengenregulator arbeitet, ist nicht mechanisch an ein Gaspedal (nicht gezeigt) angeschlossen, sondern ist durch einen Elektromotor in Reaktion auf die Bewegung des Gaspedals betätigt. Der Einlasskanal 20 ist weiterhin mit einem Ventilhub-Sensor 24 ausgerüstet, der betriebsfähig ist, um den Ventilhub des Drosselventils 22 zu detektieren; und einem Drucksensor 25, der betriebsfähig ist, um den Einlass-Luftdruck stromabwärts des Drosselventils 22 zu detektieren. Der Einlasskanal 20 ist am stromabwärts liegenden Ende an einen Ansaugkrümmer 27 angeschlossen, der zwei unabhängige Durchgänge besitzt, durch welche die Ansaugöffnungen 8 für jeden Zylinder an den Krümmer angeschlossen sind. Eine von jeweils zwei Ansaugöffnungen 8 ist mit einem Wirbel-Regelventil 26 ausgerüstet. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Wirbel-Regelventil 26 eine Ventilklappe und ist durch ein Stellglied (nicht gezeigt) angetrieben. Wird das Wirbel-Regelventil 26 geschlossen, so wird Ansaugluft durch die andere Ansaugöffnung 8 hindurch mit nur jenem Effekt eingelassen, einen starken Wirbel in der Verbrennungskammer 6 zu verursachen. Andererseits wird Ansaugluft durch beide der Ansaugöffnungen 8 hinein eingelassen, während das Wirbel-Regelventil allmäh lich geöffnet wird; als ein Ergebnis, wovon eine Taumelkomponente die Ansaugluft verstärkt und eine Wirbelkomponente der Luft geschwächt wird. Abgas wird aus der Verbrennungskammer 6 in einen Abgaskanal 28 hinein ausgestoßen, welcher durch einen Abgaskrümmer 29 an Auslassöffnung 14 angeschlossen ist. Der Abgaskrümmer 29 ist an seinem integrierten Ende mit einem Sauerstoffsensor (O2) 30 ausgerüstet, der arbeitet, um eine Sauerstoffkonzentration von Abgas zu überwachen, auf welcher Grundlage ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis detektiert wird. In dieser Ausführungsform wird ein λ-O2-Sensor eingesetzt, welcher vor und nach Wechsel eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eine Ausgabe bereitstellt. Der Abgasdurchgang 28 ist an seinem stromabwärts liegenden Ende mit einem Katalysator 32 zur Reinigung von Abgas ausgerüstet. Der Katalysator 32 kann von einem Typ sein, welcher einerseits in einem Abgas mit überschüssigem Sauerstoff (einer Sauerstoffkonzentration im Abgas oberhalb von zum Beispiel 4%) NOx absorbiert und andererseits NOx zur Reduktion freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration sich verringert; und welcher besonders eine katalytische Umsetzungseffizienz so hoch wie Drei-Wege-Katalysatoren besitzt. Der Abgaskanal 28 ist an einem oberstromigen Ende an einen Abgasrückführungs-Durchgang (EGR) 33 angeschlossen, durch welchen hindurch Abgas teilweise in einen Ansaugkanal 22 zwischen dem Drosselventil 22 und dem Druckausgleichsbehälter 23 eingelassen wird und welcher mit einem elektrisch betätigten Abgasrückführungsventil (EGR-Ventil) 34 ausgerüstet ist, das zur Regulierung der Menge des zurückgeführten Abgases nahe des Druckausgleichsbehälters 23 angeordnet ist.
  • Eine elektrische Regeleinheit (ECU) 40 stellt Regelsignale für verschiedene elektrische Elemente bereit einschließlich der Zündungsschaltung 10, der Zündkerze 11, der Kraftstoffeinspritzung 12, elektrischer Stellglieder für das Drosselventil 22, des Wirbel-Regelventils 26 und des EGR-Ventils 34 usw. Zur Regelung der elektrisch betätigten Elemente empfängt die elektronische Regeleinheit 40 verschiedene Signale, namentlich mindestens ein für eine Temperatur des Motorkühlwassers bezeichnendes Signal von mindestens dem Temperatursensor 9, ein für einen Kraftstoffdruck bezeichnendes Signal von dem Drucksensor 19, ein für eine Luft-Durchflussmenge bezeichnendes Signal von dem Luftstrom-Sensor 21, ein für eine Gaspedalbewegung bezeichnendes Signal von einem Gaspedal- Wegsensor, welcher schematisch durch eine Bezugsnummer 35 gezeigt ist; ein für eine Temperatur der Ansaugluft bezeichnendes Signal von einem Temperatursensor (nicht gezeigt); und ein für einen Umgebungsdruck bezeichnendes Signal von einem Drucksensor (nicht gezeigt). Die elektronische Regeleinheit (ECU) 40 regelt Motorausgaben im Einklang mit Motor-Betriebsbedingungen durch Regelparameter, wie etwa eine Menge und eine zeitliche Einstellung der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung 12; eine Menge an Ansaugluft, welche durch das Drosselventil 22 reguliert ist; die Stärke eines Wirbels, welche durch das Wirbel-Regelventil 26 reguliert ist; eine Menge an Abgasrückführung durch das EGR-Ventil 34. Durch die Regelung wird der Motor 1 als ein Ergebnis der Umschaltung einer Form von Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffeinspritzung 12 im Einklang mit Motor-Betriebsbedingungen in verschiedenen Verbrennungsmodi betrieben.
  • Unter Bezug auf 4, welche Motor-Betriebsbereiche für verschiedene Verbrennungsmodi anhand eines Beispiels zeigt, sind Motor-Betriebsbedingungen in einen Bereich (A) für Schichtladungs-Verbrennung und die Bereiche (B), (C), (D) und (E) für Homogenladungs-Verbrennung aufgeteilt. Im Bereich der Schichtladungs-Verbrennung (A) für geringere Motorlasten und -drehzahlen nach dem Aufwärmen, wie in 5 gezeigt, ist die Kraftstoffeinspritzung 12 geregelt um eine Hüll-Kraftstoffeinspritzung (a) zu verrichten, in welcher Kraftstoff nach einem Mittelpunkt des Verdichtungshubs in einer Menge eingespritzt wird – mit einem Effekt eine Kraftstoffmischung ungleichmäßig nahe der Zündkerze 11 zu verteilen, um den Motor 1 so dazu zu bringen, in einem Schichtladungs-Verbrennungsmodus zu arbeiten. In dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus sind das Drosselventil 22 und das EGR-Ventil 34 geregelt, um sich weit zu öffnen, um so einen Pumpverlust des Motors 1 zu vermindern und entsprechend eine große Menge an Abgas einzulassen, wie später beschrieben wird; als ein Ergebnis, in dessen ein durchschnittliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 6 (auf welches hiernach als durchschnittliches Verbrennungskammer-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Bezug genommen wird) geregelt wird, um auf einer sehr mageren Seite zu liegen. Zum Beispiel ist das durchschnittliche Verbrennungskammer-Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ungefähr 3,5, während der Motor 1 sich in einem Leerlaufzustand befindet. In der Homogenladung, wie in 5 ge zeigt, ist die Kraftstoffeinspritzung 12 geregelt um eine geteilte Kraftstoffeinspritzung (b) oder eine Hüll-Kraftstoffeinspritzung (c) in einem Ansaughub zu verrichten; mit einem Effekt Kraftstoff ausreichend mit Luft zu vermischen und die Kraftstoffmischung gleichmäßig in der Verbrennungskammer 6 zu verteilen, um den Motor 1 dazu zu bringen, in einem Homogenladungs-Verbrennungsmodus zu arbeiten. In den Homogenladungs-Verbrennungsbereichen (B), (C) und (D) sind die Menge an Kraftstoffeinspritzung und Drosselöffnung so geregelt, um ein mittleres Verbrennungskammer-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ungefähr gleich einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F von 14,7 bereitzustellen; oder ein Überschuss-Luftverhältnis λ von 1 (Eins). In diesem Sinne wird der Homogenladungs-Verbrennungsmodus, welcher in den Homogenladungs-Verbrennungsbereichen (B), (C) und (D) eingeführt wird, ansonsten ein Verbrennungsmodus stöchiometrischer Ladung genannt. In dem Homogenladungs-Verbrennungsbereich (C) für relativ mäßige Motorlasten und -drehzahlen ist die Kraftstoffeinspritzung 12 geregelt um eine geteilte Einspritzung (b) zu verrichten, in welcher Kraftstoff in zwei Teile aufgeteilt und durch frühe Teil-Kraftstoffeinspritzung und spätere Teil-Kraftstoffeinspritzung in einen Ansaughub hinein eingespritzt wird; mit einem Effekt eine Mischung von Kraftstoff mit Luft zu beschleunigen, um so eine gute, homogene Ladungsverbrennung zu verursachen. In dem Homogenladungs-Verbrennungsbereich (E) für höhere Motorlasten und Motordrehzahlen wird eine durchschnittliches Verbrennungskammer-Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt, um auf einer fetten Seite des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu liegen; um den Motor 1 so dazu zu bringen, höhere Leistung entsprechend höheren Motorlasten bereitzustellen. In diesem Sinne wird der Homogenladungs-Verbrennungsmodus, welcher in dem Homogenladungs-Verbrennungsbereich (E) eingeführt wird, ansonsten ein Verbrennungsmodus aufgefetteter Ladung genannt. In den jeweiligen Verbrennungsmodi öffnet die Kraftstoffeinspritzung 12 zu einer Einspritzungs-Zeiteinstellung gemäß den Motor-Betriebsbedingungen. Zum Beispiel wird die Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellung in dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus hauptsächlich gemäß der Menge an Kraftstoffeinspritzung und einer Motordrehzahl geregelt, so dass – während eine Zeit gesichert wird, zu welcher Kraftstoff in einem Verdichtungshub zerstäubt und verdampft wird – der zerstäubte und verdampfte Kraftstoff um die Zündkerze 11 herum geschichtet wird. Wenn die Hüll-Kraftstoffeinspritzung implementiert wird, um Kraftstoff in einer Menge in dem Verbrennungsmodus stöchiometrischer Ladung oder dem Verbrennungsmodus aufgefetteter Ladung zu versprühen, wird die Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellung andererseits hauptsächlich gemäß der Menge an Kraftstoffeinspritzung geregelt, um die Kraftstoffeinspritzung vor einem Mittelabschnitt eines Ansaughubs abzuschließen, was zur Zerstäubung, Verdampfung und Diffusion des Kraftstoffs und effizienten Beschleunigung und Mischung des zerstäubten und verdampften Kraftstoffs mit Luft wünschenswert ist. Schattiert ist in 5 ein Motor-Betriebsbereich zur Implementierung von Abgasrückführung durch Regelung des EGR-Ventils 34, um durch den EGR-Kanal 33 teilweise Abgas in einen Luftansaugstrom in dem Einlasskanal 20 einzulassen. Wegen der Abgasrückführung wird die Wärmekapazität der Verbrennungskammer 6 erhöht, was die Erzeugung von NOx während der Verbrennung einschränkt. Aufgrund verbesserter Stabilität der Verbrennung wegen beschleunigter Mischung von Kraftstoff mit Luft, welche durch die geteilte Kraftstoffeinspritzung erreicht wird, wird besonders in dem Homogenladungs-Verbrennungsbereich (C) für relativ mäßige Motorlasten und Motordrehzahlen eine ausreichende Menge an Abgas zurückgeführt, selbst wenn der Motor mit relativ hohen Motorlasten arbeitet. In diesem Fall wird der Homogenladungs-Verbrennungsmodus im gesamten Motor-Betriebsbereich angewandt, während der Motor aufwärmt, um die Stabilität der Verbrennung zu sichern.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine grundlegende Funktion der elektrischen Regeleinheit 40 für die Motorregelung veranschaulicht. Wie gezeigt, weist die elektronische Regeleinheit 40 verschiedene funktionelle Vorrichtungen 41–52 auf. Ziellast-Betriebsvorrichtung 41 betreibt eine Motor-Ziellast „Piobj" auf der Grundlage einer Motordrehzahl ne, welche aus einem Kurbelwinkel-Signal von einem Kurbelwinkel-Sensor 8 und einem Gaspedalweg acc bestimmt wird, welcher durch Gaspedal-Wegsensor 35 detektiert wird. Die optimalen Motor-Ziellasten Piobj werden für verschiedene Gaspedalwege und Motordrehzahlen experimentell vorherbestimmt und in der Form einer Ziellast-Regelkarte in einem Speicher der elektrischen Regeleinheit 40 gespeichert. Verbrennungsmodus-Auswahlvorrichtung 42 wählt einen der Verbrennungsmodi im Einklang mit den Verbrennungsbereichen (A), (B), (C), (D) oder (E), in welche die Motordrehzahl ne und die Motor-Ziellast Piobj fallen. Ladungseffizienz-Betriebsvorrichtung 43 bewirkt eine Ansaugluftladungs-Effizienz ce auf Grundlage einer Luftdurchflussmenge, welche aus einem Signal von dem Luftstrom-Sensor 21 und der Motordrehzahl ne bestimmt wird. Die Betätigungsvorrichtung 44 für das Zielverhältnis Luft/Kraftstoff bewirkt ein Zielverhältnis Luft/Kraftstoff afw auf der Grundlage der Ansaugluftladungs-Effizienz ce, der Ziel-Motorlast Piob, der Motordrehzahl ne und dem ausgewählten Verbrennungsmodus mod. Die Arbeitsweise von Ansaugluftladungs-Effizienz ce wird berechnet, indem eine durch den Luftstrom-Sensor 21 detektierte Menge an Ansaugluft durch die Motordrehzahl ne geteilt und dann mit einem spezifischen Koeffizienten multipliziert wird. Die optimalen Zielverhältnisse Luft/Kraftstoff afw werden für jeden Verbrennungsmodus experimentell vorherbestimmt und in der Form einer Regelkarte von Zielverhältnissen Luft/Kraftstoff in dem Speicher der elektrischen Regeleinheit 40 gespeichert. Speziell werden die optimalen Zielverhältnisse Luft/Kraftstoff afw für den Schichtladungs-Verbrennungsmodus bezüglich der Motor-Ziellasten Piobj und Motordrehzahlen ne vorherbestimmt. Andererseits werden die optimalen Zielverhältnisse Luft/Kraftstoff afw für den Homogenladungs-Verbrennungsmodus bezüglich der Ansaugluftladungs-Effizienz ce und Motordrehzahl ne vorherbestimmt. In dem Verbrennungsmodus der stöchiometrischen Ladung wird das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7) als ein Zielwert benutzt. Die Menge an Kraftstoffeinspritzung, die durch die Kraftstoffeinspritzung 12 hindurch versprüht wird und der Ventilhub des Drosselventils 22 werden gemäß dem Zielverhältnis Luft/Kraftstoff afw geregelt. Speziell bestimmt Drossel-Regelvorrichtung 45 einen Drosselventil-Zielhub auf der Grundlage des Zielverhältnisses Luft/Kraftstoff afw und der Motordrehzahl ne und stellt ein Regelsignal bereit, das für den Drosselventil-Zielhub bezeichnend ist, mit welchem ein Antriebsmotor in Gang gesetzt wird, um das Drosselventil 22 betreiben, bis der Ventil-Zielhub erreicht ist. Weil die Beziehung von Ventilhub des Drosselventils zu Zielverhältnis Luft/Kraftstoff afw und Motordrehzahl ne entsprechend unterschiedlich ist, ob die Abgasrückführung implementiert ist oder nicht, werden im Einklang mit der Implementierung oder Nicht-Implementierung der Abgasrückführung unterschiedliche Karten des Ventil-Zielhubs bereitgestellt und selektiv benutzt. Die Betätigungsvorrichtung der Kraftstoffeinspritzungs-Zielmenge 45 bewirkt Kraftstoffeinspritzungs-Zielmenge qi auf der Grundlage des Zielverhältnisses Luft/Kraftstoff afw, der Ansaugluftladungs-Effizienz ce und der Motordrehzahl ne. Die Kraftstoffeinspritzungsmenge ist durch die folgende Gleichung gegeben: qi = KGFK + (ce/afw) × ctotalwobei KGFK ein Durchflussmengen-Konversionskoeffizient ist, welcher in der Technik wohlbekannt ist; und ctotal ist ein allgemeiner Korrekturwert. Man lasse zum Beispiel cdpf, cfb, cnefb und celse auf der Grundlage von Kraftstoffdruck und Zylinderdruck (auf welchen hiernach als ein Druck-Rückführungs-Regelungswert Bezug genommen wird) einen Rückführungs-Regelungswert für die Menge an Kraftstoffeinspritzung sein; auf der Grundlage eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das auf der Basis eines Signals von dem Sauerstoffsensor 30 bestimmt wird (auf welchen hiernach als ein Rückführungs-Regelungswert Luft/Kraftstoff-Verhältnis Bezug genommen wird), einen Rückführungs-Regelwert für die Menge an Kraftstoffeinspritzung; auf der Grundlage einer Motordrehzahl, die auf Basis eines Signals von dem Kurbelwinkel-Sensor 8 bestimmt wird (auf welchen hiernach als Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswert Bezug genommen wird), ein Rückführungs-Regelungswert für die Menge an Kraftstoffeinspritzung; und ein Korrekturwert gemäß den Motor-Betriebsbedingungen einschließlich Kühlwassertemperatur, wobei der allgemeine Korrekturwert ctotal durch die folgende Gleichung gegeben ist: ctotal = cdpf × (1 + cfb + cnefb + celse)
  • Wie aus der Gleichung der Kraftstoffeinspritzungs-Zielmenge qi ersichtlich, ist die Kraftstoffeinspritzungs-Zielmenge qi rückführungsgeregelt, um eine stöchiometrische Mischung bereitzustellen, weil der Rückführungs-Regelungswert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses cfb auf der Grundlage eines Signals von dem Sauerstoffsensor 30 bestimmt wird, während der Motor 1 im Verbrennungsmodus stöchiometrischer Ladung arbeitet. Andererseits ist die Kraftstoffeinspritzungs-Menge qi gewöhnlich optimalwertgesteuert, weil der Rückführungs-Regelungswert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses cfb bestimmt ist, um 0 (Null) zu sein, während der Motor 1 in dem Schichtladungs-Betriebsmodus arbeitet. In diesem Falle wird der Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswert cnefb auf der Grundlage eines Signals von dem Sauerstoffsensor 30 bestimmt, während sich Motor 1 in einem Leerlaufzustand befindet; und dann wird die Kraftstoff-Einspritzungsmenge qi über Rückführungsregelung geregelt, um die Motordrehzahl ne auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl zu bringen. Die Regelvorrichtung 47 für die Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellung bestimmt eine Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellung thtinj auf der Grundlage der Motor-Ziellasten Piobj, der Motordrehzahlen ne, der Ansaugluftladungs-Effizienz ce und des ausgewählten Verbrennungsmodus mod. Die optimalen Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellungen thtinj sind für jeden Verbrennungsmodus experimentell vorherbestimmt und in der Form einer Regelkarte von Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellungen in dem Speicher der elektrischen Regeleinheit 40 gespeichert. Speziell sind die optimalen Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellungen thtinj für den Schichtladungs-Verbrennungsmodus bezüglich der Motor-Ziellasten Piobj und Motordrehzahlen ne vorherbestimmt. Andererseits sind die optimalen Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellungen thtinj für den Homogenladungs-Verbrennungsmodus bezüglich der Ansaugluftladungs-Effizienz ce und der Motordrehzahlen ne vorherbestimmt. Zu Zwecken der Bequemlichkeit werden trotz der Teil-Kraftstoffeinspritzung oder der Hüll-Kraftstoffeinspritzung in dem Homogenladungs-Verbrennungsmodus zwei Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellungen thtinj1 und thtinj2 bestimmt, und die Kraftstoffeinspritzung 12 wird betätigt, versprüht zur zweiten Kraftstoffeinspritzungs-Zeiteinstellung jedoch keinen Kraftstoff. Sind die Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qi und die Zeiteinstellung thtinj der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, so liest und bestimmt Kraftstoffeinspritzungs-Regelvorrichtung 47 eine Einspritzungs-Pulsweite Ti – welche ein Maß dafür ist wie lange die Kraftstoffeinspritzung 12 offen gehalten wird – für die Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qi aus einer Kraftstoffeinspritzungs-Mengenregelkarte M. Wird auf der Grundlage eines Kurbelwinkel-Signals von dem Kurbelwinkel-Sensor 8 überwacht, dass die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung thtinj erreicht ist, so wird die Kraftstoffeinspritzung 12 durch ein Pulssignal betätigt, das die Einspritzungs-Pulsweite Ti aufweist, um die Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung qi zu versprühen. Die elektrische Regeleinheit 40 besitzt weiterhin Bestimmungsvorrich tung 49 für die Zündungs-Zeiteinstellung und Regelvorrichtung 50 für die Zündungs-Zeiteinstellung als Zündungs-Regelvorrichtungen. Die Bestimmungsvorrichtung 49 für die Zündungs-Zeiteinstellung bestimmt eine für einen ausgewählten Verbrennungsmodus mod und verschiedene Korrekturwerte grundlegende Zündungs-Grundzeiteinstellung und bestimmt eine Zündungs-Zeiteinstellung thtinj auf Grundlage der Zündungs-Grundzeiteinstellung und der Korrekturwerte. Die grundlegende Zündungs-Grundzeiteinstellung für den Schichtladungs-Verbrennungsmodus ist bezüglich Motor-Ziellasten Piobj und Motordrehzahlen ne vorherbestimmt und in Form einer Regelkarte von Zündungs-Zeiteinstellungen gespeichert. Ähnlich sind die Zündungs-Grundzeiteinstellungen für den Homogenladungs-Verbrennungsmodus bezüglich der Ansaugluftladungs-Effizienz ce und Motordrehzahl ne vorherbestimmt und in der Form einer Regelkarte von Zündungs-Zeiteinstellungen gespeichert. Weiterhin ist die Zündungs-Grundzeiteinstellung für die Teil-Kraftstoffeinspritzung bezüglich der Zielverhältnisse Luft/Kraftstoff afw vorherbestimmt und in der Form einer Nachschlagetabelle gespeichert. Die Regelvorrichtung 50 für die Zündungs-Zeiteinstellung stellt der Zündungsschaltung 10 ein Regelsignal bereit, um die Zündkerze 11 dazu zu bringen einen Funken zu erzeugen, der eine Luft/Kraftstoff-Mischung zündet. Die elektrische Regeleinheit 40 ist dadurch gekennzeichnet dass sie Kraftstoffeinspritzungs-Korrekturvorrichtung 51 und die lernende Strömungscharakteristik-Regelvorrichtung 52 besitzt. Die Kraftstoffeinspritzungs-Korrekturvorrichtung 51 berechnet einen Rückführungs-Regelungswert der Motordrehzahl cnefb für die Rückführungsregelung der Menge an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines Kurbelwinkel-Signals von dem Kurbelwinkel-Sensor 8, um so eine Motordrehzahl ne auf eine Leerlaufdrehzahl zu bringen, während der Motor 1 sich in einem Leerlaufzustand befindet. Die lernende Strömungscharakteristik-Regelvorrichtung 52 erlernt aus der Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qi auf der Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb praktisch quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung, die durch die Kraftstoffeinspritzung 12 versprüht wird.
  • Das Folgende ist die lernende Regelung der Mikroströmungscharakteristik der Kraftstoffeinspritzung, welche durch die lernende Strömungscharakteristik- Regelvorrichtung 52 verrichtet wird. Allgemein besitzt eine Kraftstoffeinspritzung für einen Direkteinspritzungsmotor eine Strömungscharakteristik, wie sie durch eine Strömungscharakteristik-Kurve M in 7 anhand eines Beispiels gezeigt ist. Wie gezeigt, weist die Strömungscharakteristik-Kurve einen regelmäßigen Teil auf, in welchem die Menge an Kraftstoffeinspritzung sich in einem Bereich von Einspritzungs-Pulsweiten Ti gleich oder größer der spezifizierten Pulsweite Ti* relativ zu einer Änderung in Einspritzungs-Pulsweite Ti linear ändert; und einen feinen und unregelmäßigen Teil in einem Bereich kleiner Einspritzungs-Pulsweiten Ti kleiner als die spezifizierte Pulsweite Ti* (kleiner Pulsweitenbereich "a"), in welchem die Menge an Kraftstoffeinspritzung sich nicht proportional zu einer Änderung in der Einspritzungs-Pulsweite Ti ändert und eine Änderung in der Menge an Kraftstoffeinspritzung bezüglich einer Änderung in der Einspritzungs-Pulsweite Ti ungleichmäßig ist. Die Mikroströmungscharakteristik ist unter den Kraftstoffeinspritzungen unterschiedlich, weist jedoch eine hohe Reproduzierbarkeit auf. Weil die Kraftstoffeinspritzung mit Einspritzungspulsen innerhalb eines kleinen Pulsweitenbereichs "a" betätigt wird, ist es bevorzugt, die Mikroströmungscharakteristik – d.h. die Beziehung zwischen Kraftstoffeinspritzungs-Menge und Einspritzungs-Pulsweite – so genau und fein wie möglich zu erlernen und zu korrigieren, um die Regelgenauigkeit der Menge an Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffeinspritzung in dem kleinen Pulsweitenbereich "a" zu steigern. Daher ist die Menge an Kraftstoff in dieser Ausführungsform rückführungsgeregelt, um so eine Motor-Umdrehungsgeschwindigkeit ne auf eine Leerlauf-Umdrehungsgeschwindigkeit zu bringen, während der Motor in dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus im Leerlauf arbeitet. Jene die Mikroströmungscharakteristik erlernende Regelung wird auf der Grundlage eines Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswerts cnefb für die Kraftstoffeinspritzungs-Regelung verrichtet. Speziell ist in dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus eine Änderungsrate des Motor-Abgabedrehmoments relativ zu einer Änderung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis, d.h. eine quantitative Änderung in der Kraftstoffeinspritzung allgemein umso größer, je größer eine Änderung im Motor-Abgabedrehmoment relativ zu einer Änderung in der Menge an Kraftstoffeinspritzung und dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus ist und je mehr ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer – wie zum Beispiel in 8 gezeigt – auf der mageren Seite liegt. Aus diesem Grund treten aufgrund quantitativer Variationen in der Kraftstoffeinspritzung erhebliche Schwankungen in der Motor-Umdrehungsgeschwindigkeit auf, wenn der Motor im Leerlauf arbeitet. Dementsprechend können quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb präzise detektiert werden, wenn die Menge an Kraftstoffeinspritzung mittels Rückführungsregelung geregelt wird, um eine ungefähr konstante Motor- Umdrehungsgeschwindigkeit ne bereitzustellen. Weiterhin wird die lernende Strömungscharakteristik-Regelung in dieser Ausführungsform für erste bis n-te vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellungen implementiert, welche eine nach der anderen durch allmähliche Rückverlegung der Zündung erreicht werden, z.B. eine Zeiteinstellung für minimale Vorverlegung für bestes Drehmoment (MBT). Speziell wird die Drehzahl-Rückführungsregelung für die Menge an Kraftstoffeinspritzung im Einklang mit dem Abfall im Motor-Abgabedrehmoment implementiert, um so die Einspritzungs-Pulsweite Ti zu steigern, weil die Motorleistung wie in 8 gezeigt fällt, wenn man die Zündung zurückverlegt. Daher wird, indem man die lernende Strömungscharakteristik-Regelung für die jeweilige vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung implementiert, eine quantitative Variation in der Kraftstoffeinspritzung für eine Mehrzahl von Einspritzungs-Pulsweiten Ti – in dieser Ausführungsform zum Beispiel sieben – erlernt, welche in einem kleinen Pulsweitenbereich "a" geringfügig voneinander verschieden sind, wie durch Kreise in 7 angedeutet ist.
  • Wie in 8 gezeigt, ist das Motor-Abgabedrehmoment umso höher, je weiter die Zündungs-Zeiteinstellung auf der verzögerten Seite von der Zeiteinstellung für minimale Vorverlegung für bestes Drehmoment (MBT) vorverlegt wird. Andererseits ist das Motor-Abgabedrehmoment umso geringer, je weiter die Zündungs-Zeiteinstellung zurückverlegt wird. Die Änderungsrate des Motor-Abgabedrehmoments ist im Einklang mit Luft/Kraftstoff-Verhältnissen in der Verbrennungskammer unterschiedlich; je mehr sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren Seite befindet, desto größer wird die Änderungsrate des Motor-Abgabedrehmoments bezüglich einer Änderung in der Zündungs-Zeiteinstellung. In einem Ereignis, in dem die Menge an Kraftstoffeinspritzung klein ist wie etwa im Leerlauf, ist es dementsprechend möglich, quantitative Variationen in der Kraft stoffeinspritzung über einen relativ weiten Bereich von Einspritzungs-Pulsweiten Ti hinweg selbst dann zu erlernen, wenn eine Breite von Änderungen in der Zündungs-Zeiteinstellung für richtige Zündung von Schichtladungen einer Kraftstoffmischung begrenzt sind. Das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer, das durch ein Überschuss-Luftverhältnis (λ) dargestellt wird und die obigen Effekte erreichen kann, ist vorzugsweise gleich oder größer als 1,3. Weil das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) 35 ist, wenn der Motor im Leerlauf arbeitet – wie in dieser Ausführungsform – beträgt das Überschuss-Luftverhältnis (λ) ungefähr 2,3, was ausreichend hoch ist. Wie in der Technik wohlbekannt ist, wird eine Zündungs-Zeiteinstellung für minimale Vorverlegung für bestes Drehmoment (MBT) zum Zweck der Vermeidung von Fehlzündungen allgemein auf einer verzögerten Seite der Zeiteinstellung gesetzt. Wie oben beschrieben, kann die Strömungscharakteristik-Kurve M auf der Grundlage erlernter Werte genau korrigiert werden, wenn quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung für die jeweiligen Einspritzungs-Pulsweiten Ti in jenem kleinen Pulsweiten-Bereich "a" fein erlernt werden, für welchen die Mikroströmungscharakteristik angewandt wird. Das heißt, eine korrigierte Strömungscharakteristik-Kurve kann – wie zum Beispiel in 7 gezeigt – erhalten werden, indem man Mengen an Kraftstoffeinspritzung (angedeutet durch Dreiecke) für die jeweiligen Pulsweiten Ti aufträgt, gegen welche die sieben erlernten Werte (durch Kreise gezeigt) in dem kleinen Pulsweitenbereich "a" angepasst werden, und sie wie durch eine verkettete Linie gezeigt verbindet.
  • 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Abfolgeroutine der lernenden Strömungscharakteristik-Regelung veranschaulicht, die oben beschrieben wurde. Wenn die Ablaufdiagramm-Logik beginnt, schreitet die Regelung bei Schritt S101 zu einem Funktionsblock fort, wo Signale von verschiedenen Sensoren und Daten in dem Speicher gelesen werden. Die Signale schließen mindestens ein Signal von dem Kurbelwinkel-Sensor 8 ein, ein Signal von dem Temperatursensor 9, ein Signal von dem Luftstrom-Sensor 21 und ein Signal von dem Gaspedal-Wegsensor 35. Nachfolgend wird bei Schritt S102 eine Entscheidung getroffen, ob der Motor aufgewärmt ist. Diese Entscheidung wird auf der Grundlage der Temperatur von Motor-Kühlwasser getroffen. Hat das Kühlwasser eine Temperatur höher als zum Beispiel ungefähr 80°C, so wird entschieden, dass der Motor 1 aufgewärmt ist. Ist der Motor aufgewärmt, so wird bei Schritt S103 eine andere Entscheidung getroffen, ob der Motor im Leerlauf arbeitet. Diese Entscheidung wird auf der Grundlage eines Gaspedalweges acc und einer Motordrehzahl ne getroffen. Wenn der Motor im Leerlauf arbeitet, wird für eine Korrektur von Motor-Ziellast Piobj bei Schritt 105 die Rückführungsregelung im Einklang mit der Motordrehzahl ne aktiviert, nachdem bei Schritt S104 der Schichtladungs-Verbrennungsmodus gesetzt wird. Dann wird bei Schritt S106 die Entscheidung getroffen, ob eine spezifizierte Bedingung zur Implementierung der lernenden Strömungscharakteristik-Regelung (Strömungscharakteristik-Lernbedingung) befriedigt ist. Zum Beispiel ist die Strömungscharakteristik-Lernbedingung in dem Fall erfüllt, in dem die Zündungs-Zeiteinstellung auf die erste vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung vorverlegt ist. Zur Befriedigung der Strömungscharakteristik-Lernbedingung kann zusätzlich entschieden werden, ob ein Lernabschluss-Merker Flrn auf einen Status 0 zurückgesetzt ist. Der Lernabschluss-Merker Flrn deutet an, dass die lernende Strömungscharakteristik-Regelung abgeschlossen ist, wenn er auf "0" zurückgesetzt ist; oder dass die lernende Strömungscharakteristik-Regelung noch immer implementiert wird, wenn er auf einen Zustand "1" gesetzt ist. Ist die Strömungscharakteristik-Lernbedingung befriedigt, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik dann zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren. Andererseits wird die Rückführungsregelung für eine Korrektur der Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qit für die jeweilige Kraftstoffeinspritzung 12 im Einklang mit der Motordrehzahl ne bei Schritt S109 implementiert, wenn die Strömungscharakteristik-Lernbedingung befriedigt ist, nachdem bei Schritt S107 Geräte – wie etwa ein Verdichter eines Klimatisierungssystems – gezwungen wurden als externe Lasten abzuschalten, und das Drosselventil 22 so gehalten wird, um bei Schritt S108 eine konstante Menge an Ansaugluft in die Verbrennungskammer 6 einzulassen. Das heißt, die Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qi wird unter Verwendung eines Motordrehzahl-Rückführungs-Regelwertes cnefb berechnet, um die Menge an Kraftstoffeinspritzung zu korrigieren, die bestimmt wird, um so eine Variation der Motordrehzahl ne von einer Leerlauf-Zieldrehzahl zu senken.
  • Danach werden bei Schritt S110 quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung durch die jeweilige Kraftstoffeinspritzung 12 auf der Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb erlernt. Speziell wird ein Durchschnittswert cnefb#ave von Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswerten cnefb für m Verbrennungszyklen als ein erlernter Wert berechnet, der eine quantitative Variation in der Kraftstoffeinspritzung andeutet. Weil dieser durchschnittliche Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswert cnefb#ave ein Wert ist, in dem sich eine Charakteristik quantitativer Variationen einer Kraftstoffeinspritzung widerspiegelt, ist die tatsächliche Menge an Kraftstoffeinspritzung einerseits kleiner als die Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qi, solange der erlernte Wert, namentlich der durchschnittliche Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswert cnefb#ave, genau ist und andererseits größer als diese, wenn der erlernte Wert einen negativen Wert annimmt. Nachfolgend wird bei Schritt S111 die Entscheidung getroffen, ob für die erste vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung ein Lernen erreicht ist, mit anderen Worten, ob die Berechnung eines durchschnittlichen Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb#ave für die erste vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung erreicht ist. Ist ein Lernen nicht erreicht, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren. Andererseits wird, wenn ein Lernen erreicht ist, nach Änderung der Zündungs-Zeiteinstellung um eine spezifizierte Zeit bei Schritt S112 – d.h. ein Rückverlegung der Zündungs-Zeiteinstellung auf eine zweite vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung – bei Schritt S113 eine Entscheidung getroffen, ob für alle der ersten bis n-ten vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen ein Lernen erreicht wurde. Ist noch kein Lernen für die ersten bis n-ten vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen erreicht, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik dann zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren. Andererseits kehrt die Diagrammlogik nach Setzen des Lernabschluss-Merkers Flrn bei Schritt S114 zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren, wenn ein Lernen für die ersten bis n-ten vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen erreicht ist.
  • Das heißt, wenn der Motor nach dem Aufwärmen leer läuft und die Lernbedingung befriedigt ist, wird die lernende Strömungscharakteristik-Regelung auf der Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb für eine Korrektur der Menge an Kraftstoffeinspritzung die ersten bis n-te vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen für die Einspritzungs-Pulsweiten Ti in dem kleinen Pulsweiten-Bereich "a" verrichtet, indem die Zündungs-Zeiteinstellung allmählich zurückverlegt wird; während die Menge an Ansaugluft geregelt wird, um konstant zu bleiben, indem man die externen Geräte zwingt abzuschalten und die Menge an Kraftstoffeinspritzung im geschlossenen Regelkreis regelt; um die Motordrehzahl ne ungefähr konstant zu halten.
  • Befindet sich der Motor bei Schritt S102 vor dem Aufwärmen, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren; nachdem der Motor 1 – zu dem Zweck, der Verbrennungsstabilität die höchste Priorität zu geben – bei Schritt S116 auf Homogenladungs-Verbrennungsmodus eingestellt wurde. Weiterhin kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren, wenn der Motor bei Schritt S103 nicht im Leerlauf arbeitet, nachdem der Motor 1 auf einen für die Motor-Betriebsbedingungen – wie etwa Gaspedalweg acc und Motordrehzahl ne – geeigneten Verbrennungsmodus eingestellt wurde.
  • Anstatt einen Durchschnittswert von Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswerten cnefb für eine Anzahl von Verbrennungszyklen als einen erlernten Wert für eine quantitative Variation in der Kraftstoffeinspritzung zu erhalten, kann ein erlernter Wert auf der Grundlage einer Luftladungseffizienz ce korrigiert werden, die in der Ladungseffizienz-Betriebsvorrichtung 43 berechnet wird. Allgemein ist die Menge an Kraftstoffeinspritzung im geschlossenen Regelkreis geregelt, um aufgrund einer Steigerung im Motor-Abgabedrehmoment geringfügig auf der hohen Seite zu liegen, wenn die Luftladungseffizienz ce hoch ist; und andererseits, um aufgrund einer Abnahme im Motor-Abgabedrehmoment geringfügig auf der niedrigen Seite zu liegen, wenn die Luftladungseffizienz ce niedrig ist. Daher wird die Genauigkeit des Lernens durch Korrektur des erlernten Wertes, d.h. des durchschnittlichen Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb#ave, auf der Grundlage der Luftladungseffizienz ce mehr gesteigert. Obwohl die Rückführungsregelung der Menge an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage von Motordrehzahl und die lernende Regelung der Strömungscharakteristik durch jede Kraft stoffeinspritzung in der obigen Ausführungsform implementiert ist, kann sie weiterhin einmal für alle der Kraftstoffeinspritzungen 12 implementiert werden.
  • In der Ablaufdiagramm-Logik bildet Schritt S111 die lernende Strömungscharakteristik-Regelvorrichtung 52, welche praktische quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung erlernt, die durch die Kraftstoffeinspritzungen 12 versprüht wird, während der Motor im Leerlauf in dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus arbeitet; und Schritt S107 bildet die Lastregelungs-Vorrichtung, welche externe Geräte – wie etwa einen Verdichter eines Klimatisierungssystems – als eine externe Motorlast zwingt abzuschalten, wenn die lernende Strömungscharakteristik-Regelung implementiert wird. Weiterhin entspricht Schritt S108 der durch die Drossel-Regelvorrichtung 45 verrichteten Abfolge, in welcher das Drosselventil 22 geregelt wird, um eine ungefähr konstante Menge an Ansaugluft in die Verbrennungskammer 6 hinein zu liefern, wenn die lernende Strömungscharakteristik-Regelung implementiert ist. Die Drossel-Regelvorrichtung 45 verrichtet die Regelung der Menge an Ansaugluft, die in die Verbrennungskammer 6 hinein eingelassen wird, um so ein durchschnittliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskammer – das durch ein Überschuss-Luftverhältnis λ dargestellt wird – gleich oder größer als 1,3 zu machen. Weiterhin entspricht Schritt S109 der von der Kraftstoffeinspritzungs-Korrekturvorrichtung 51 verrichteten Abfolge, in welcher die Menge an Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzung 12 im geschlossenen Regelkreis geregelt ist; um eine Motordrehzahl ne so auf eine Leerlaufdrehzahl zu bringen, während die lernende Strömungscharakteristik-Regelung implementiert wird. Schritt S112 entspricht der durch die Zündungseinstellungs-Regelvorrichtung 50 verrichteten Abfolge, in welcher eine Zündungs-Zeiteinstellung geändert wird, um wiederum die vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen zu erreichen. Die lernende Strömungscharakteristik-Regelung 52 ist konfiguriert und angepasst, um quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb zu errechnen, der durch die Kraftstoffeinspritzungs-Korrekturvorrichtung 51 an den jeweiligen vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen berechnet wird.
  • Daher verrichtet das Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem für einen Direkteinspritzungs-Funkenzündungsmotor gemäß der obigen Ausführungsform auf der Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb während des Leerlaufs nach dem Aufwärmen lernend quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung, während die Menge an Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffeinspritzung 12 im geschlossenen Regelkreis so geregelt wird, um eine Motordrehzahl ne konstant zu machen; praktische quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung werden erlernt, während der Motor 1 in dem kleinen Pulsweitenbereich "a" arbeitet. Das heißt, dass quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung direkt zu der Zeit erlernt werden, zu welcher der Motor wahrscheinlich während normalem Leerlaufbetrieb in dem Schichtladungs-Verbrennungsmodus arbeitet, wird die Regelung der Kraftstoffeinspritzung während des Leerlaufs durch Korrektur der Strömungscharakteristik-Kurve auf der Grundlage der erlernten Ergebnisse mit bedeutungsvoll hoher Genauigkeit erreicht. Zusätzlich wird die lernende Strömungscharakteristik-Regelung mit einer ausreichend hohen Genauigkeit verrichtet, weil der Motor 1 während der Implementierung der lernenden Strömungscharakteristik-Regelung daran gehindert wird seinen Betriebszustand zu ändern, indem die externen Geräte als eine Motorlast gezwungen werden abzuschalten und die Menge an Ansaugluft konstant festgelegt wird. In diesem Zustand werden quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung in dem kleinen Pulsweitenbereich "a" für die Mikroströmungscharakteristik genau erlernt, indem die Einspritzungs-Pulsweite Ti gewaltsam geändert wird, um zu einer Verzögerung von einer minimalen Vorverlegung für bestes Drehmoment (MBT) zu passen. Mit anderen Worten wird die Korrelation zwischen der Menge an Kraftstoffeinspritzung und Pulsweite selbst in dem kleinen Pulsweitenbereich "a" genau erlernt, in dem die Menge an Kraftstoffeinspritzung sich relativ zu einer Änderung in Einspritzungs-Pulsweite Ti nichtlinear ändert und quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung aufgrund individueller Unterschiede zwischen Kraftstoffeinspritzungen besonders groß sind. Quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung können im Zustand des Leerlaufs beseitigt werden, wo Variationen in der Kraftstoffeinspritzung groß sein können, indem man die Strömungscharakteristik-Kurve der Kraftstoffeinspritzung für den Mikroströmungs-Pulsweitenbereich "a" auf der Grundlage des genauen Lernergebnisses korrigiert, so dass die Genauigkeit der Kraftstoffeinspritzungs-Regelung viel stärker verbessert wird als dies üblich war. Als ein Ergebnis werden Kraftstoffverbrauch und Emissionspegel stark erniedrigt. Weiterhin wird die Genauigkeit der Kraftstoff-einspritzungs-Regelung selbst während eines vorübergehenden Motorbetriebs stark verbessert, in welchem eine kleine Menge an Kraftstoffeinspritzung genau geregelt werden muss; wie zum Beispiel, wenn die Kraftstoffeinspritzung auf Abbruch der Kraftstoff-Begrenzungsregelung hin erneut angenommen wird. Dies verbessert die Fahrbarkeit und erniedrigt weiterhin Kraftstoffverbrauch und Emissionspegel.
  • 10A und 10B sind jeweils Teile eines Ablaufdiagramms, das eine Abfolgeroutine einer Variante der lernenden Strömungscharakteristik-Regelung veranschaulicht, in welcher das Erlernen der Strömungscharakteristik in einem halbwarmen Zustand implementiert wird, in dem das Motorkühlwasser sich wie nach dem Aufwärmen bei einer etwas erhöhten Temperatur befindet. Wie in 10 gezeigt, beginnt die Ablaufdiagramm-Logik, und die Regelung schreitet zu einem Funktionsblock bei Schritt S201 fort, wo Signale von verschiedenen Sensoren und Daten in dem Speicher eingelesen werden. Die Signale schließen mindestens ein Signal von dem Kurbelwinkel-Sensor 8 ein, ein Signal von dem Temperatursensor 9, ein Signal von dem Luftstrom-Sensor 21 und ein Signal von dem Gaspedal-Wegsensor 35. Nachfolgend wird bei Schritt S202 die Entscheidung getroffen, ob der Motor aufgewärmt ist. Die Entscheidung wird auf der Grundlage der Temperatur des Motor-Kühlwassers getroffen. Ist der Motor aufgewärmt, so wird nach Zurücksetzen eines Halbwarm-Merkers Fi bei Schritt S203 bei Schritt S206 eine andere Entscheidung getroffen, ob der Motor im Leerlauf arbeitet. Andererseits wird, wenn der Motor noch nicht aufgewärmt ist, bei Schritt S204 eine Entscheidung getroffen, ob der Motor halbwarm ist. Ist der Motor halbwarm, so wird bei Schritt S206 die Entscheidung betreffend des Leerlaufs getroffen, nachdem bei Schritt S205 der Halbwarm-Merker Fi hochgesetzt wurde. Ist der Motor noch nicht halbwarm, so schreitet die Ablaufdiagramm-Logik zu Schritt S222 fort. Es wird entschieden, dass sich der Motor in einem halbwarmen Zustand befindet, während die Temperatur des Motor-Kühlwassers zum Beispiel geringer als 45°C ist.
  • Arbeitet der Motor im Leerlauf, so wird bei Schritt S208 die Rückführungsregelung gemäß der Motordrehzahl ne für eine Korrektur der Motor-Ziellast Piobj implementiert, nachdem bei Schritt S207 der Schichtladungs-Verbrennungsmodus gesetzt wird. Dann wird bei Schritt S209 die Entscheidung vorgenommen, ob eine Strömungscharakteristik-Lernbedingung zur Implementierung der lernenden Strömungscharakteristik-Regelung befriedigt ist. Ist die Strömungscharakteristik-Lernbedingung nicht befriedigt, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren. Andererseits wird, wenn die Strömungscharakteristik-Lernbedingung befriedigt ist, bei Schritt S212 eine Entscheidung vorgenommen, ob der Halbwarm-Merker Fi niedrig ist oder nicht, nachdem Geräte als externe Motorlast bei Schritt S210 gezwungen wurden abzuschalten und das Drosselventil 22 gehalten wird, um so bei Schritt S211 eine konstante Menge an Ansaugluft in die Verbrennungskammer 6 hinein einzulassen. Ist die Antwort auf die Entscheidung JA, so zeigt dies an, dass der Motor aufgewärmt ist, und dann wird die Rückführungsregelung gemäß der Motordrehzahl ne für eine Korrektur der Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qit für die jeweilige Kraftstoffeinspritzung 12 bei Schritt 213 implementiert. Danach werden bei Schritt S214 quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung durch die jeweilige Kraftstoffeinspritzung 12 auf der Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelwertes cnefb erlernt.
  • Ist die Antwort auf die Frage andererseits NEIN, so deutet dies an, dass der Motor halbwarm ist; dann werden nach Implementierung der Rückführungsregelung gemäß der Motordrehzahl ne für eine Korrektur der Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung qit bei Schritt S219 für die jeweilige Kraftstoffeinspritzung 12 bei Schritt S220 für die Temperatur des Motor-Kühlwassers quantitative Variationen in der Kraftstoffeinspritzung durch die jeweilige Kraftstoffeinspritzung 12 erlernt. Speziell ist es notwendig die Menge an Kraftstoffeinspritzung etwas zu erhöhen, um eine Leerlaufdrehzahl zu halten, wenn der Motor 1 halbwarm ist, weil aufgrund einer Verzögerung in der Zerstäubung und Verdampfung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer 6 allgemein ein Abfall im Motor-Abgabedrehmoment auftritt. Aus diesem Grund ist der Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswert cnefb allgemein größer als nach dem Aufwärmen, und erlernte Werte verschieben sich – wie durch Quadrate in 11 gezeigt – nach oben. Als ein Ergebnis verschiebt sich eine Strömungscharakteristik-Kurve Msemi, korrigiert auf Grundlage der erlernten Werte, nach dem teilweisen Aufwärmen (halbwarme Strömungscharakteristik) von einer Strömungscharakteristik-Kurve M nach dem Aufwärmen (aufgewärmte Strömungscharakteristik-Kurve) allgemein nach oben. In diesem Fall wird eine fast genaue aufgewärmte Strömungscharakteristik-Kurve M erhalten, indem man die halbwarme Strömungscharakteristik-Kurve Msemi im Einklang mit einer Temperatur des Motor-Kühlwassers nach unten verschiebt, weil die halbwarme Strömungscharakteristik-Kurve Msemi sich nur verschiebt und der individuelle, der Kraftstoffeinspritzung 12 innewohnende Unterschied, in der halbwarmen Strömungscharakteristik-Kurve richtig wiedergegeben ist. Daher wird der erlernte Wert in dieser Ausführungsform bei Schritt S220 gemäß einer gegenwärtigen Temperatur von Motor-Kühlwasser korrigiert. Mit anderen Worten wird die in 7 gezeigte Strömungscharakteristik-Kurve M nach unten verschoben, um nach der Erwärmung erlernte Werte zu erhalten.
  • Auf das Erlernen der quantitativen Variationen in der Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage des Motordrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb bei Schritt S214 oder S220 folgend, wird bei Schritt S215 eine Entscheidung vorgenommen, ob für die erste vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung ein Lernen erreicht ist, mit anderen Worten, ob die Berechnung eines Durchschnittsdrehzahl-Rückführungs-Regelungswertes cnefb#ave für die erste vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung erzielt wird. Ist ein Lernen noch nicht erreicht, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren. Ist das Lernen andererseits erreicht, so wird bei Schritt S217 eine Entscheidung vorgenommen, ob für alle der ersten bis n-ten Zündungs-Zeiteinstellungen ein Lernen erreicht ist, nachdem die Zündungs-Zeiteinstellung um eine spezifizierte Verzögerung geändert wird, d.h. die Zündungs-Zeiteinstellung auf die zweite vorherbestimmte Zündungs-Zeiteinstellung verzögert wird. Ist das Lernen für die ersten bis n-ten Zündungs-Zeiteinstellungen noch nicht erreicht, so kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren. Andererseits kehrt die Ablaufdiagramm-Logik zurück, um eine andere Abfolgeroutine zu implementieren, nachdem der Lern-Abschlussmerker Flrn bei Schritt S218 hoch gesetzt wird, wenn Lernen für die ersten bis n-ten vorherbestimmten Zündungs-Zeiteinstellungen erreicht ist.
  • In dieser in 10 gezeigten Ausführungsform ist das Lernen der Strömungscharakteristik außerdem implementiert, während der Motor sich in einem halbwarmen Zustand befindet, wo der Motor leicht in einen Leerlaufzustand versetzt wird und die Häufigkeit im Erlernen der quantitativen Variationen in der Kraftstoffeinspritzung gesteigert ist. Überdies wird auf der Grundlage des erlernten Wertes eine beinahe genaue aufgewärmte Strömungscharakteristik-Kurve M erhalten, während sich der Motor in halbwarmem Zustand befindet, weil der erlernte Wert im Einklang mit der Temperatur des Motor-Kühlwassers korrigiert wird.

Claims (11)

  1. Kraftstoff-Regelsystem für einen Motor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ (1), welcher mit einer Kraftstoffeinspritzung (12) ausgerüstet ist, um Kraftstoff in einem Verdichtungshub direkt in eine Verbrennungskammer (6) hinein einzuspritzen, um in einem spezifizierten Motor-Betriebsbereich geringerer Motorlasten und geringerer Motordrehzahlen eine Schichtladungs-Verbrennung zu verursachen; gekennzeichnet durch: Drehzahl-Detektionsvorrichtung (8), um eine Drehgeschwindigkeit dieses Motors (1) zu detektieren; Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsvorrichtung (30), um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu detektieren, das für eine tatsächliche Menge an Kraftstoffeinspritzung von dieser Kraftstoffeinspritzung bezeichnend ist; Ansaugluftmengen-Reguliervorrichtung (22), um eine Menge an Ansaugluft zu regulieren, die in diese Verbrennungskammer (6) eingelassen wird; Regelvorrichtung (40), um eine Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage mindestens dieser Motordrehzahl zu berechnen; eine quantitative Variation zwischen dieser tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung und dieser Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung zu erlernen, wenn der Motor (1) in diesem spezifizierten Motor-Betriebsbereich im Leerlauf arbeitet, um diese Ansaugluft-Reguliervorrichtung (22) zu regeln, um so eine konstante Menge an Ansaugluft bereitzustellen, die in diese Verbrennungskammer (6) hinein eingelassen wird, während diese Variation erlernt wird; und um eine Rückführungsregelung dieser tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung zu verrichten, um diese Motordrehzahl so auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl zu bringen, während diese quantitative Variation erlernt wird; worin diese quantitative Variation auf der Grundlage von Rückführungsregelungs-Werten in dieser Rückführungsregelung für eine Mehrzahl von spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen erlernt werden, welche nacheinander stattfinden.
  2. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 definiert, in dem diese Regelvorrichtung diese Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung gemäß mindestens einer Motor-Betriebsbedingung berechnet und diese Kraftstoffeinspritzung (12) regelt, um sie gemäß einer Kraftstoffeinspritz-Charakteristik für diese Kraftstoffeinspritzung – welche eine Beziehung zwischen einer Menge der Kraftstoffeinspritzung und einer Zeitdauer darstellt, für welche diese Kraftstoffeinspritzung geöffnet bleibt – für eine für diese Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung notwendige Zeitdauer geöffnet zu halten; und worin diese Regelvorrichtung (40) diese Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristik auf der Grundlage dieser erlernten Werte für jene Mehrzahl dieser spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen korrigiert.
  3. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 definiert, in dem diese Regelvorrichtung (40) diese Ansaugluftmengen-Reguliervorrichtung (22) regelt, um diese Ansaugluft in diese Verbrennungskammer hinein einzulassen, um so ein mittleres Überschuss-Luftverhältnis λ gleich oder größer 1,3 bereitzustellen, während diese quantitative Variation erlernt wird.
  4. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem dieser Motor mehrere Zylinder (2) aufweist und diese Regelvorrichtung (4), welche diese quantitative Variation auf der Grundlage eines Durchschnittswertes dieser Rückführungsregelungs-Werte in einem spezifizierten Verbrennungszyklus der Zylinder erlernt.
  5. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 beansprucht, in dem diese Regelvorrichtung (40) weiterhin eine Ladungseffizienz dieser in diese Verbrennungskammer (6) hinein eingelassenen Ansaugluft berechnet und diesen erlernten Wert auf der Grundlage dieser Ladungseffizienz korrigiert.
  6. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 definiert, in dem diese Regelvorrichtung (40) externe Motorlast als eine Last auf diesen Motor (1) erzwingt, um abzuschalten.
  7. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 definiert, in dem diese Regelvorrichtung diese quantitative Variation erlernt, nachdem dieser Motor (1) aufwärmt.
  8. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 1 definiert, in dem diese Regelvorrichtung (40) diese quantitative Variation erlernt, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers höher ist als eine spezifizierte Temperatur, selbst bevor dieser Motor (1) aufwärmt.
  9. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem wie in Anspruch 8 beansprucht, in dem diese Regelvorrichtung (40) diesen erlernten Wert gemäß einer Temperatur dieses Motorkühlwassers korrigiert.
  10. Kraftstoffeinspritzungs-Regelsystem für einen Motor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungs-Typ (1), welcher mit einer Kraftstoffeinspritzung (12) ausgerüstet ist, um Kraftstoff in einem Verdichtungshub direkt in eine Verbrennungskammer (6) hinein einzuspritzen, um in einem spezifizierten Motor-Betriebsbereich geringerer Motorlasten und geringerer Motordreh zahlen eine Schichtladungs-Verbrennung zu verursachen; gekennzeichnet durch: einen Ansaugluft-Strömungssensor (21), der arbeitet, um eine Durchflussrate an Ansaugluft zu detektieren; ein Regulierventil (22), das arbeitet, um eine Menge an Ansaugluft zu regulieren, die in diese Verbrennungskammer (6) hinein eingelassen wird; einen Kurbelwinkel-Sensor (8), der arbeitet, um einen Kurbel-Drehwinkel als eine Umdrehungsgeschwindigkeit dieses Motors zu messen; einen in einer Abgasleitung angeordneten O2-Sensor (30), um eine Sauerstoffkonzentration eines Abgases von diesem Motor (1) als ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu messen, welches eine tatsächliche Menge an Kraftstoffeinspritzung durch diese Kraftstoffeinspritzung (12) darstellt; eine elektronische Regeleinheit (40), die arbeitet, um eine Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage mindestens dieser einen Motordrehzahl zu berechnen, um eine quantitative Variation zwischen dieser tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung und dieser Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung zu erlernen, wenn der Motor (1) sich in einem spezifizierten Motor-Betriebsbereich im Leerlauf befindet; um diese Ansaugluft-Reguliervorrichtung (22) so zu regeln, um eine konstante Menge von Ansaugluft bereitzustellen, die in jene Verbrennungskammer (6) hinein eingelassen wird, während diese quantitative Variation erlernt wird; um diese Kraftstoffeinspritzung (12) zu regeln um für eine Zeitdauer offen zu bleiben, die gemäß einer Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristik dieser Kraftstoffeinspritzung (12) – welche eine Beziehung zwischen einer Menge an Kraftstoffeinspritzung und einer Zeitdauer darstellt, für welche diese Kraftstoffeinspritzung (12) offen bleibt – für diese Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung notwendig ist; und um eine Rückführungsregelung dieser tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung zu verrichten, um diese Motordrehzahl so auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl zu bringen, während diese quantitative Variation erlernt wird; worin diese quantitative Variation auf der Grundlage eines Rückführungs-Korrekturwertes in dieser Rückführungsregelung für eine Mehrzahl von spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen erlernt wird, welche nacheinander stattfinden; und diese Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristik auf der Grundlage dieser erlernten Werte jener Mehrzahl dieser spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen korrigiert wird.
  11. Verfahren zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung für einen Motor vom Direkteinspritzungs-Funkenzündungstyp (1), welcher mit einer Kraftstoffeinspritzung (12) ausgestattet ist, um Kraftstoff in einem Verdichtungshub direkt in eine Verbrennungskammer (6) hinein einzuspritzen, um in einem spezifizierten Motor-Betriebsbereich geringerer Motorlasten und geringerer Motordrehzahlen eine Schichtladungs-Verbrennung zu verursachen; gekennzeichnet durch die Schritte: Berechnen einer Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung gemäß mindestens einer Motor-Betriebsbedingung; Regeln dieser Kraftstoffeinspritzung (12), um sie für eine Zeitdauer offen zu halten die gemäß einer Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristik dieser Kraftstoffeinspritzung (12) – welche eine Beziehung einer Menge an Kraftstoffeinspritzung und einer Zeitdauer darstellt, für welche die diese Kraftstoffeinspritzung geöffnet bleibt – für diese Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung notwendig ist; und Bereitstellen einer konstanten Menge von Ansaugluft, die in diese Verbrennungskammer (6) hinein eingelassen wird, während dieser Motor (1) in diesem spezifizierten Motor-Betriebsbereich im Leerlauf läuft und man eine Rückführungsregelung einer tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung durch diese Kraftstoffeinspritzung verrichtet; um eine Motordrehzahl so auf eine spezifizierte Leerlaufdrehzahl zu bringen, während dieser Motor (1) in diesem spezifizierten Motor-Betriebsbereich im Leerlauf arbeitet; worin eine quantitative Variation zwischen dieser tatsächlichen Menge an Kraftstoffeinspritzung und dieser Zielmenge an Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage eines Rückführungs-Korrekturwertes in dieser Rückführungsregelung für eine Mehrzahl von spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen erlernt wird, die nacheinander stattfinden; und diese Kraftstoffeinspritzungs-Charakteristik auf der Grundlage dieses erlernten Wertes für diese Mehrzahl jener spezifizierten Kraftstoffeinspritzungs-Einstellungen korrigiert wird.
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