DE60119658T2

DE60119658T2 - Steuervorrichtung und -verfahren für einen Verbrennungsmotor vom Direkteinspritzungstyp

Info

Publication number: DE60119658T2
Application number: DE60119658T
Authority: DE
Inventors: Osamu Toyota-shi Hosokawa; Noboru Toyota-shi Takagi; Takahide Toyota-shi Kyuuma
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: EP1201901B1; DE60119658D1; JP2002130013A; EP1201901A2; US6647949B2; EP1201901A3; US20020046730A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (Verbrennungskammer) einspritzt.
Das Dokument US-A-5970947 beschreibt in Spalte 5, Zeilen 24 bis 47 ein Wechseln des Kraftstoffeinspritzmodus zwischen zwei verschiedenen Modi (Kompressionstakteinspritzung oder Einlasstakteinspritzung). Das in US-A-5970947 beschriebene Gerät legt ein mittleres Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest (das Moduswechsel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis), das irgendwo zwischen dem geeigneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis für jeden der zwei Einspritzmodi liegt. Dann wird, nachdem dieses mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt wurde, nachdem das Wechseln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einer bestimmten ersten Wechselgeschwindigkeit begonnen hat, der Einspritzmodus gewechselt und dann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewechselt, um das angemessene Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einer zweiten Wechselgeschwindigkeit zu erzielen.
Des Weiteren offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 4-187841 einen Direkteinspritzverbrennungsmotor. In dem Verbrennungsmotor des Standes der Technik wird Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt. Dann zündet eine Zündkerze ein Gemisch von Luft und Kraftstoff, das in der Brennkammer ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor wird in einem Kraftstoffeinspritzmodus betrieben, der zwischen einem Einlasstakteinspritzmodus, bei dem der Kraftstoff während des Einlasstakts des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, und einem Kompressionstakteinspritzmodus, bei dem der Kraftstoff während des Kompressionstakts des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, gewählt wird. Der Kraftstoffeinspritzmodus wird gemäß den Laufcharakteristiken des Verbrennungsmotors geschaltet.
Wenn der Einlasstakteinspritzmodus ausgeführt wird, wird die Menge von in die Brennkammer einzuspritzendem Kraftstoff (Kraftstoffeinspritzmenge) gemäß der Strömungsrate der in die Brennkammer geleiteten Ansaugluft (Ansaugströmungsrate) bestimmt. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird auch dann gemäß der Ansaugströmungsrate bestimmt, wenn der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor kalt ist, oder während der Verbrennungsmotor nicht warm ist. Allerdings ist die für die Ausführung des Kompressionstakteinspritzmodus erforderliche Ansaugströmungsrate größer als die für den Einlasstakteinspritzmodus erforderliche Ansaugströmungsrate.
Sobald der Kraftstoffeinspritzmodus gewechselt wird, agiert ein Drosselventil des Verbrennungsmotors so, dass die von dem gewählten Kraftstoffeinspritzmodus geforderte Ansaugströmungsrate verfügbar gemacht wird. Allerdings gibt es eine Zeitverzögerung von dem Zeitpunkt an, an dem das Drosselventil betätigt wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die tatsächliche Ansaugströmungsrate den geforderten Wert erreicht. Daher haben unmittelbar nach dem Wechseln des Einspritzmodus die tatsächliche Ansaugströmungsrate und die Kraftstoffeinspritzmenge, die gemäß der Ansaugströmungsrate bestimmt wird, noch nicht die Niveaus erreicht, die für den gewählten Kraftstoffeinspritzmodus erforderlich sind. Wenn der Kraftstoffeinspritzmodus gewechselt wird, schwankt die Verbrennungsmotordrehzahl folglich vorübergehend.
Wenn der Kraftstoffeinspritzmodus z.B. von dem Einlasstakteinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus gewechselt wird, während der Verbrennungsmotor kalt ist, verringert sich die Verbrennungsmotordrehzahl vorübergehend. Wenn der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus gewechselt wird, während der Verbrennungsmotor kalt ist, erhöht sich die Verbrennungsmotordrehzahl vorübergehend.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Steuergerät und ein Steuerverfahren für einen Direkteinspritzverbrennungsmotor bereitzustellen, das Schwankungen der Motordrehzahl reduziert, wenn die Kraftstoffeinspritzmodi gewechselt werden.
Bezüglich des Gerätes wird diese Aufgabe mit einem Gerät gemäß Anspruch 1 gelöst, und bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, die exemplarisch die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeitig bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts und eines Verbrennungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
2(a) und 2(b) Flussdiagramme sind, die die Kraftstoffeinspritzsteuerschritte veranschaulichen, wenn der Verbrennungsmotor kalt ist;
3 ein Graph ist, der das Verhältnis zwischen der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST und der Menge des nicht verbrannten Abgases (Hydrocarbon) (Kohlenwasserstoff) während des Ausführens jedes Kraftstoffeinspritzmodus veranschaulicht;
4 ein Graph zum Bestimmen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und des Zündverzögerungsbetrags IGA während des Ausführens des Kompressionstakteinspritzmodus ist; und
5 ein Zeitdiagramm ist, das einen Steuerzustand eines Verbrennungsmotors veranschaulicht, wenn die Kraftstoffeinspritzmodi gewechselt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Wie dies in 1 gezeigt ist, hat ein Verbrennungsmotor 10 einen Zylinderblock 13, der eine Vielzahl von Zylindern 12 (nur ein Zylinder ist in 1 gezeigt) und einen Zylinderkopf 11 hat, der über dem Zylinderblock 13 befestigt ist. Ein Kolben 14 ist in jedem Zylinder 12 aufgenommen. Eine Brennkammer (Verbrennungskammer) 15 ist durch jeden Kolben 14, die Innenwand des entsprechenden Zylinders 12 und den Zylinderkopf 11 definiert.
Ein Ansaugkanal 16 und ein Abgaskanal 17 sind mit den Brennkammern 15 verbunden. Der Ansaugkanal 16 hat ein Drosselventil 18 zum Einstellen der Strömungsrate von Ansaugluft in die Brennkammern 15. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 18 wird durch einen Drosselmotor 19 basierend auf dem Niederdrückbetrag eines Gaspedals 20 eingestellt. Genauer gesagt wird der Niederdrückbetrag des Gaspedals 20 durch einen Pedalpositionssensor 21 ermittelt. Dann wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 18 durch den Drosselmotor 19 basierend auf dem ermittelten Niederdrückbetrag des Pedals 20 gesteuert. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 18 wird durch einen Drosselpositionssensor (nicht gezeigt) ermittelt. Ein Ansaugtemperatursensor (nicht gezeigt) zum Ermitteln der Temperatur im Inneren des Ansaugkanals 16 (Ansaugtemperatur) ist stromaufwärtig des Drosselventils 18 angeordnet. Eine Katalysatorvorrichtung (nicht gezeigt) zum Reinigen des Emissionsgases ist im Inneren des Abgaskanals 17 angeordnet.
Ansaugventile 161 sind in dem Zylinderkopf 11 angeordnet. Jedes Ansaugventil 161 verbindet und trennt die entsprechende Brennkammer 15 und den Ansaugkanal 16 wahlweise. Ausstoßventile 171 sind in dem Zylinderkopf 11 angebracht. Jedes Ausstoßventil 171 verbindet und trennt die entsprechende Brennkammer 15 und den Abgaskanal 17 wahlweise.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 22 und eine Zündkerze 23 sind in Verbindung mit jedem Zylinder 12 in dem Zylinderkopf 11 angebracht. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 22 spritzt Kraftstoff direkt in die entsprechende Brennkammer 15 ein. Jede Zündkerze 23 zündet das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der entsprechenden Brennkammer 15. Die Kraftstoffeinspritzventile 22 sind mit einer Zulieferleitung 34 verbunden. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 22 ist mit der Zulieferleitung 34 über einen Versorgungskanal 35 verbunden. Die Zulieferleitung 34 wird mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 37 durch eine Kraftstoffpumpe 36 versorgt. Kraftstoff wird jedem Kraftstoffeinspritzventil 22 durch den entsprechenden Versorgungskanal 35 von der Zulieferleitung 34 zugeführt. Die Zulieferleitung 34 ist mit einem Kraftstoffdrucksensor 38 versehen, um den Kraftstoffdruck in der Leitung 34 zu ermitteln.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) versehen, die eine Ausgabeachse ist, und mindestens einer Nockenwelle (nicht gezeigt) zum Antreiben der Ansaugventile 161 und der Ausstoßventile 171. Die Nockenwelle dreht sich gemäß der Drehung der Kurbelwelle. Ein Kurbelwinkelsensor 30 sendet ein vorbestimmtes Impulssignal gemäß der Drehung der Kurbelwelle. Ein Nockenwellensensor 31 sendet ein vorbestimmtes Impulssignal gemäß der Drehung der Nockenwelle. Der Zylinderblock 13 ist mit einem Kühlmitteltemperatursensor 32 zum Ermitteln der Temperatur des Kühlmittels (Kühlmitteltemperatur THW) in dem Verbrennungsmotor 10 versehen.
Jeder Sensor 21, 30, 31, 32, 38 sendet ein Ermittlungssignal an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40 des Verbrennungsmotors 10. Die ECU 40 bestimmt die Laufcharakteristiken (Laufeigenschaften) des Verbrennungsmotors 10 basierend auf den empfangenen Ermittlungssignalen. Die ECU 40 berechnet die Drehphase der Kurbelwelle (Kurbelwinkel CA) und die Drehzahl der Kurbelwelle (Verbrennungsmotordrehzahl) basierend auf den Signalen des Kurbelwinkelsensors 30 und des Nockenwinkelsensors 31. Die ECU 40 führt einen Kraftstoffeinspritzsteuervorgang und einen Zündsteuervorgang gemäß den Laufcharakteristiken des Verbrennungsmotors 10 aus. Die ECU 40 ist mit einer Speichervorrichtung 41 zum Speichern von Programmen und Daten versehen. Die Daten können einen Graphen beinhalten, der verwendet wird, um den Kraftstoffeinspritzsteuervorgang und den Zündsteuervorgang durchzuführen.
Die ECU 40 schaltet den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß den Laufcharakteristiken des Verbrennungsmotors 10. Der Kraftstoffeinspritzmodus wird in den und von dem Einlasstakteinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus geschaltet. Bei dem Einlasstakteinspritzmodus wird Kraftstoff während des Einlasstakts jedes Kolbens 14 eingespritzt. Bei dem Kompressionstakteinspritzmodus wird Kraftstoff während des Kompressionstakts jedes Kolbens 14 eingespritzt.
Wenn der Verbrennungsmotor 10 angekurbelt wird, wählt die ECU 40 den Einlasstakteinspritzmodus als den Kraftstoffeinspritzmodus. Bei diesem Modus spritzt jedes Kraftstoffeinspritzventil 22 Kraftstoff während des Einlasstakts des entsprechenden Kolbens 14 ein. Wenn jeder Kolben 14 seinen Einlasstakt fertig stellt und den oberen Todpunkt des Kompressionstakts erreicht, wird das Gemisch des eingespritzten Kraftstoffs und der Luft gezündet. Daher ist bei dem Einlasstakteinspritzmodus die Zeitdauer, die für das Zünden der Luft-Kraftstoff-Mischung verwendet wird, nachdem der Kraftstoff eingespritzt wurde, relativ lang. Somit hat der eingespritzte Kraftstoff genug Zeit, um in jeder Brennkammer 15 zu verdampfen. Folglich wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch in stabiler Art und Weise gezündet und verbrannt, und der Verbrennungsmotor 10 wird zuverlässig gestartet.
Nachdem der Verbrennungsmotor 10 angekurbelt wurde, bestimmt die ECU 40, ob die Kühlmitteltemperatur THW während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors 10 oder die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST größer als eine oder gleich einer vorbestimmte/n Erwärmungsvollendungstemperatur (z.B. 80°C) ist. Die Kühlmitteltemperatur THW spiegelt die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 wieder. Falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST geringer als die Erwärmungsvollendungstemperatur ist, bestimmt die ECU 40, dass der Verbrennungsmotor 10 nicht warm ist oder der Verbrennungsmotor 10 kalt ist. Dann wählt die ECU 40 den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST. Genauer gesagt wählt, falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST geringer als die Erwärmungsvollendungstemperatur ist und in einer vorbestimmten Temperaturspanne liegt, die ECU 40 den Kompressionstakteinspritzmodus als den Kraftstoffeinspritzmodus. Falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST geringer als die Erwärmungsvollendungstemperatur ist und außerhalb der vorbestimmten Temperaturspanne liegt, wählt die ECU 40 den Einlasstakteinspritzmodus als den Kraftstoffeinspritzmodus.
Zum Beispiel zeigt die 3 die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST, wenn bestimmt ist, dass der Verbrennungsmotor 10 kalt ist. Die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST ist in einen ersten Temperaturbereich R1, einen zweiten Temperaturbereich R2 und einen dritten Temperaturbereich R3 eingeteilt. Der erste Temperaturbereich R1 beinhaltet Temperaturen unter 15°C. Der zweite Temperaturbereich R2 beinhaltet Temperaturen größer als oder gleich 15 Grad Celsius und geringer als 40 Grad Celsius. Der dritte Temperaturbereich R3 beinhaltet Temperaturen größer als oder gleich 40 Grad Celsius und geringer als 80 Grad Celsius. In diesem Fall ist 80 Grad Celsius die Erwärmungsvollendungstemperatur. Wenn die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST in dem zweiten Temperaturbereich R2 liegt, schaltet die ECU 40 den Kraftstoffeinspritzmodus von dem Einlasstakteinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus. Wenn die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST in dem ersten Temperaturbereich R1 oder dem dritten Temperaturbereich R3 liegt, behält die ECU 40 den Einlasstakteinspritzmodus als den Kraftstoffeinspritzmodus bei.
Die 3 zeigt einen Graphen, der das Verhältnis zwischen der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST und der Menge von nicht verbranntem Abgas (Kohlenwasserstoff (HC)) während des Ausführens jedes Kraftstoffeinspritzmodus veranschaulicht. Der Graph deutet an, dass, wenn die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST im zweiten Temperaturbereich R2 liegt, der Kompressionstakteinspritzmodus weniger unverbranntes Abgas vorsieht als der Einlasstakteinspritzmodus. Dies ist so, weil die Menge von eingespritztem Kraftstoff, die an der Wand jeder Brennkammer 15 anhaftet, bei dem Kompressionstakteinspritzmodus geringer ist als bei dem Einlasstakteinspritzmodus, wenn die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST im zweiten Temperaturbereich R2 liegt. Falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST im zweiten Temperaturbereich R2 liegt, nachdem der Verbrennungsmotor 10 in dem Einlasstakteinspritzmodus angekurbelt wurde, wird der Kraftstoffeinspritzmodus somit von dem Einlasstakteinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus geschaltet. Dies verringert die Menge von unverbranntem Abgas.
Falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST im dritten Temperaturbereich R3 liegt, haftet der eingespritzte Kraftstoff nur schwer an den Wänden der Brennkammer 15 in sowohl dem Einlasstakteinspritzmodus als auch dem Kompressionstakteinspritzmodus. Allerdings ist die Zeitdauer, die für das Zünden der Luft-Kraftstoff-Mischung verwendet wird, nachdem der Kraftstoff eingespritzt wurde, in dem Einlasstakteinspritzmodus länger als in dem Kompressionstakteinspritzmodus. Daher wird in dem Einlasstakteinspritzmodus der eingespritzte Kraftstoff in jeder Brennkammer 15 zuverlässiger verdampft. Wie dies in dem Graphen der 3 gezeigt ist, ist, falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST im dritten Temperaturbereich R3 liegt, die Menge von unverbranntem Abgas (HC) in dem Einlasstakteinspritzmodus geringer als in dem Kompressionstakteinspritzmodus. Falls die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST im dritten Temperaturbereich R3 liegt, nachdem der Verbrennungsmotor 10 in dem Einlasstakteinspritzmodus angekurbelt wurde, wird der Kraftstoffeinspritzmodus in dem Einlasstakteinspritzmodus belassen. Dies verringert die Menge von unverbranntem Abgas.
Wenn der Einlasstakteinspritzmodus oder der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, bestimmt die ECU 40 die Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem theoretischen oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird gemäß den Laufcharakteristiken des Verbrennungsmotors 10 wie beispielsweise der Ansaugströmungsrate und der Kühlmitteltemperatur THW bestimmt.
Die Kühlmitteltemperatur THW steigt während des Kompressionstakteinspritzmodus allmählich an, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist. Wenn die Kühlmitteltemperatur THW eine vorbestimmte Grenztemperatur THWC erreicht, schaltet die ECU 40 den Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus. Eine vorbestimmte Temperatur von α Grad Celsius wird der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST zuaddiert und das Ergebnis wird als die Grenztemperatur THWC bezeichnet. Die vorbestimmte Temperatur α Celsius ist größer als null, d.h. z.B. 10 Grad Celsius.
Wenn die Kühlmitteltemperatur THW die Grenztemperatur THWC während des Laufens des Verbrennungsmotors 10 erreicht, ist die Temperatur der Wand jeder Brennkammer 15 höher als die Grenztemperatur THWC. In diesem Zustand haftet Kraftstoff nur schwer an den Wänden jeder Brennkammer 15 in sowohl dem Einlasstakteinspritzmodus als auch dem Kompressionstakteinspritzmodus an. Allerdings ist die Zeitdauer, die für die Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet wird, nachdem Kraftstoff eingespritzt wurde, in dem Kompressionstakteinspritzmodus kürzer als in dem Einlasstakteinspritzmodus. Mit anderen Worten ist die Zeitdauer, die für das Verdampfen des eingespritzten Kraftstoffs verwendet wird, in dem Kompressionstakteinspritzmodus kürzer als in dem Einlasstakteinspritzmodus. Somit steigt die Menge von unverbranntem Abgas an. Wenn die Kühlmitteltemperatur THW die Grenztemperatur THWC erreicht, wird daher der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet.
Die Ansaugströmungsrate, die von dem Verbrennungsmotor 10 gefordert wird, wenn der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, ist größer als die erforderliche Einlassströmungsrate, wenn der Einlasstakteinspritzmodus ausgeführt wird. Daher muss, wenn die Kraftstoffeinspritzmodi geschaltet werden, der Öffnungsgrad des Drosselventils 18 so eingestellt werden, dass eine Ansaugströmungsrate für den Modus nach dem Schalten angemessen ist. Allerdings braucht es eine Zeit von dem Zeitpunkt an, an dem das Drosselventil 18 betätigt wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die tatsächliche Ansaugströmungsrate einen geforderten Wert erreicht.
Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel der Öffnungsgrad des Drosselventils 18 vor dem Schalten des Kraftstoffeinspritzmodus zwischen dem Einlasstakteinspritzmodus und dem Kompressionstakteinspritzmodus eingestellt, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 18 (Drosselöffnungsgrad) wird vorab in der Weise eingestellt, dass die Strömungsrate der Ansaugluft in die Brennkammer 15 dem zu wählenden Kraftstoffeinspritzmodus angemessen ist.
Wie dies in 5 gezeigt ist, erhöht die ECU 40 z.B. den Drosselöffnungsgrad zum Zeitpunkt t3, der vor dem Zeitpunkt t4 liegt, an dem der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Einlasstakteinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus geschaltet wird. Dann wird die Ansaugströmungsrate so erhöht, dass sie dem Kompressionstakteinspritzmodus angemessen ist. Die Zeitdauer Ta von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 ist gleich der Zeitdauer, von dem Zeitpunkt ab das Drosselventil 18 betätigt wird, um den Öffnungsgrad zu erhöhen, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die tatsächliche Ansaugströmungsrate den für den Kompressionstakteinspritzmodus angemessenen Betrag erreicht. Die ECU 40 bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der tatsächlichen Ansaugströmungsrate. Zu dem Zeitpunkt t4, an dem der Kraftstoffeinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus geschaltet wird, ist die Kraftstoffeinspritzmenge daher dem Kompressionstakteinspritzmodus angemessen.
Zu dem Zeitpunkt t8, der vor dem Zeitpunkt t9 liegt, an dem der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet wird, verringert die ECU 40 den Drosselöffnungsgrad in der Weise, dass die Ansaugströmungsrate dem Einlasstakteinspritzmodus angemessen ist. Die Zeitdauer Tk von dem Zeitpunkt t8 bis zu dem Zeitpunkt t9 ist gleich der Zeitdauer von dem Zeitpunkt an, an dem das Drosselventil 18 betätigt wird, um den Öffnungsgrad zu erhöhen, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die tatsächliche Ansaugströmungsrate einen für den Einlasstakteinspritzmodus angemessenen Betrag erreicht. Daher ist zu dem Zeitpunkt t9, an dem der Kraftstoffeinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet wird, die Kraftstoffeinspritzmenge dem Einlasstakteinspritzmodus angemessen.
Während des Ausführens des Kompressionstakteinspritzmodus, wenn der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, lässt die ECU 40 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Temperaturanstieg des Verbrennungsmotors 10 voreilen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bestimmt die ECU 40 den Temperaturanstieg der Wand jeder Brennkammer 15 gemäß dem Abfall der Temperaturdifferenz ΔTHW zwischen der Grenztemperatur THWC und der derzeitigen Kühlmitteltemperatur THW. Der Temperaturanstieg der Wand jeder Brennkammer 15 ist gleich dem Temperaturanstieg des Verbrennungsmotors 10. Die ECU 40 verweist auf einen Graphen, der in 4 gezeigt ist, und bestimmt den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß der Temperaturdifferenz ΔTHW.
Wie dies in dem Graphen der 4 gezeigt ist, eilt der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vor, wenn sich die Temperaturdifferenz ΔTHW verringert. Mit anderen Worten eilt der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vor, wenn die Kühlmitteltemperatur THW in Richtung der Grenztemperatur THWC ansteigt. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird durch die Drehphase der Kurbelwelle oder den Kurbelwinkel CA des Verbrennungsmotors 10 dargestellt. In dem Graphen der 4 verfügt die linke vertikale Achse über Gradeinheiten eines Kurbelwinkels CA. Der Kurbelwinkel CA repräsentiert die Zeitdauer, von dem Zeitpunkt ab der Kraftstoff in jede Brennkammer 15 eingespritzt wird, wenn der entsprechende Kolben 14 an der oberen Totpunktposition seines Kompressionstakts positioniert ist. Mit anderen Worten zeigt die linke vertikale Achse in dem Graphen der 4 die Differenz zwischen dem Kurbelwinkel CA, wenn Kraftstoff in jede Brennkammer 15 eingespritzt ist, und dem Kurbelwinkel CA, wenn der entsprechende Kolben 14 an der oberen Totpunktposition seines Kompressionstakts angeordnet ist. Daher ist der Zündzeitpunkt desto früher, je größer der Kurbelwinkel CA der vertikalen Achse ist.
Wenn sich die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 erhöht, wird der eingespritzte Kraftstoff zuverlässig verdampft und verteilt. Somit erreicht weniger eingespritzter Kraftstoff die Zündkerze 23. Andererseits wird der Druck in der Brennkammer 15 desto größer, je näher der Kolben 14 der oberen Totpunktposition des Kompressionstakts ist. Falls der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt verzögert ist, wird der Kraftstoff daher dann eingespritzt, wenn der Druck in der Brennkammer 15 hoch ist. Wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, während der Druck in der Brennkammer 15 relativ hoch ist, erreicht weniger eingespritzter Kraftstoff die Zündkerze 23. Falls die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 ansteigt, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt relativ verzögert ist, wird die Luft-Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze 23 somit in einem mageren Zustand gezündet, was die Verbrennung instabil macht.
Allerdings wird, wie dies in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Temperaturanstieg des Verbrennungsmotors 10 zu einem Voreilen gebracht. Dies erhöht den Unterschied zwischen dem Druck des eingespritzten Kraftstoffs und dem Druck in der Brennkammer 15. Somit ist das Ausmaß verringert, um das der Druck des eingespritzten Kraftstoffs höher als der Druck in der Brennkammer 15 ist. Sogar wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 ansteigt, erreicht der eingespritzte Kraftstoff daher zuverlässig die Zündkerze 23. Dann wird die Luft-Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze 23 herum in einem fetten Zustand gezündet. Dies ermöglicht eine vorzuziehende Zündung und Verbrennung.
Die Katalysatorvorrichtung in dem Abgaskanal 17 sieht nur dann eine vollauf wirkungsvolle Abgasreinigungsfunktion vor, wenn sie warm ist. Während des Ausführens des Kompressionstakteinspritzmodus, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, verzögert die ECU 40 daher den Zündzeitpunkt mehr, als wenn der Verbrennungsmotor 10 in einem normalen Modus betrieben wird, oder wenn der Verbrennungsmotor 10 warm ist. Dadurch wird eine Zeitspanne ermöglicht, in der die Katalysatorvorrichtung effizient erwärmt wird und eine zuverlässige Verbrennung vorgesehen wird. Genauer gesagt bestimmt die ECU 40 einen Basiszündzeitpunkt gemäß den Laufcharakteristiken des Verbrennungsmotors 10, die auf den Faktoren wie beispielsweise der Verbrennungsmotordrehzahl und der Verbrennungsmotorlast basiert. Die ECU 40 bezieht sich auf die Darstellung der 4 und bestimmt einen Zündverzögerungsbetrag IGR gemäß der Temperaturdifferenz ΔTHW. Dann legt die ECU 40 den tatsächlichen Zündzeitpunkt fest. Der tatsächliche Zündzeitpunkt ist der Basiszündzeitpunkt, der um den Zündverzögerungsbetrag IGR verzögert ist.
Wie dies in der Darstellung der 4 gezeigt ist, verringert sich der Zündverzögerungsbetrag IGR, wenn sich die Temperaturdifferenz ΔTHW verringert. Mit anderen Worten verringert sich der Zündverzögerungsbetrag IGR, wenn sich die Kühlmitteltemperatur THW in Richtung der Grenztemperatur THWC erhöht. Gemäß der Darstellung der 4 besitzt die rechte vertikale Achse Gradeinheiten des negativen Kurbelwinkels CA. Der Basiszündzeitpunkt ist als Null bezeichnet und der Zündverzögerungsbetrag IGR wird durch den negativen Kurbelwinkel CA dargestellt. Wenn sich der Absolutwert des Kurbelwinkels CA verringert, verringert sich der Zündverzögerungsbetrag IGR. Die Verzögerung des tatsächlichen Zündzeitpunkts bezüglich des Basiszündzeitpunkts wird dementsprechend verringert. Wenn sich die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 erhöht, verringert sich der Zündverzögerungsbetrag IGR. Der Zündzeitpunkt eilt dementsprechend vor.
Wie dies voranstehend beschrieben ist, ist der Zündzeitpunkt verzögert, wenn der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist. Allerdings verringert dies das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10. Um die Verringerung des Verbrennungsmotordrehmoments zu kompensieren, stellt die ECU 40 den Drosselöffnungsgrad derart ein, dass sich die Ansaugströmungsrate erhöht, wenn sich der Zündverzögerungsbetrag IGR erhöht. Genauer gesagt bestimmt die ECU 40 einen Basisdrosselöffnungsgrad gemäß den Laufcharakteristiken des Verbrennungsmotors 10, wie beispielsweise der Last, die auf den Verbrennungsmotor 10 aufgebracht wird, und dem Kraftstoffeinspritzmodus. Die ECU 40 bestimmt einen Korrekturbetrag des Drosselöffnungsgrades entsprechend dem Zündverzögerungsbetrag IGR. Der Korrekturbetrag des Drosselöffnungsgrades erhöht sich, wenn sich der Zündverzögerungsbetrag IGR erhöht. Die ECU 40 addiert den Korrekturbetrag zu dem Basisdrosselöffnungsgrad und das Ergebnis wird als der Enddrosselöffnungsgrad bezeichnet. Daher erhöht sich die Ansaugströmungsrate, wenn sich der Zündverzögerungsbetrag IGR erhöht, und der Kraftstoffeinspritzbetrag erhöht sich dementsprechend. Folglich ist die Verringerung des Verbrennungsmotordrehmoments aufgrund der Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts verringert.
Die Kraftstoffeinspritzsteuerschritte sind unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm der 5 und die Ablaufdiagramme der 2(a) und 2(b) beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzsteuerschritte werden ausgeführt, wenn der Verbrennungsmotor 10 angekurbelt wird, während er kalt ist. Die ECU 40 führt die Routine der Ablaufdiagramme bei vorbestimmten Kurbelwinkeln aus.
Wenn der Verbrennungsmotor 10 zum Zeitpunkt t1 der 5 angekurbelt wird, wählt die ECU 40 den Einlasstakteinspritzmodus als den Kraftstoffeinspritzmodus. In diesem Fall ist die Kühlmitteltemperatur THWST geringer als die Erwärmungsvollendungstemperatur, d.h. 80 Grad Celsius.
Wenn das Ankurbeln des Verbrennungsmotors 10 zum Zeitpunkt t2 beendet ist, bestimmt die ECU 40 bei dem Schritt 110 der 2(a), ob sich die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST in dem zweiten Temperaturbereich R2 befindet, der in dem Graphen der 3 gezeigt ist.
Falls sich die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST nicht in dem zweiten Temperaturbereich R2 befindet, d.h. wenn sich die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST in dem ersten oder dem dritten Temperaturbereich R1, R3 befindet, geht die ECU 40 weiter zum Schritt 230 der 2(b). Bei Schritt 230 wählt die ECU 40 den Einlasstakteinspritzmodus in der Annahme, dass die Bedingungen für das Ausführen des Einlasstakteinspritzmodus erfüllt sind. Allerdings bedeutet das Auswählen des Einlasstakteinspritzmodus nicht, dass der Kraftstoffeinspritzmodus tatsächlich in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet wird. Bei Schritt 230 wird der Einlasstakteinspritzmodus lediglich ausgewählt, und die ECU 40 fährt mit dem Ausführen in dem derzeitigen Kraftstoffeinspritzmodus fort. Falls sich die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST in dem zweiten Temperaturbereich R2 befindet, geht die ECU 40 weiter zum Schritt 120 der 2(a).
Bei Schritt 120 bestimmt die ECU 40, ob der Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoffdrucksensor 38 ermittelt wird, größer als ein oder gleich einem vorbestimmter/n Druck P1 ist. Der vorbestimmte Druck P1 ist der Druck, der benötigt wird, um den Kompressionstakteinspritzmodus auszuführen. Falls der Kraftstoffdruck geringer als der vorbestimmte Druck P1 ist, kann der Kompressionstakteinspritzmodus nicht ausgeführt werden. Somit geht die ECU 40 weiter zum Schritt 230 der 2(b). Falls der Kraftstoffdruck größer als der oder gleich dem vorbestimmte/n Druck P1 ist, kann der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt werden. Somit geht die ECU 40 weiter zu Schritt 130.
Bei Schritt 130 bestimmt die ECU 40, ob die Verbrennungsmotordrehzahl NE geringer als eine vorbestimmte Drehzahl NE1 ist. Die vorbestimmte Drehzahl NE1 ist der Maximalwert der Verbrennungsmotordrehzahl NE, wenn sich der Verbrennungsmotor 10 im Leerlauf befindet. Wenn die Verbrennungsmotordrehzahl NE größer als die oder gleich der vorbestimmte/n Drehzahl NE1 ist, ist die Zeit, die für die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs zur Verfügung steht, in dem Kompressionstakteinspritzmodus nicht ausreichend. Daher geht die ECU 40 weiter zum Schritt 230 der 2(b). Wenn die Verbrennungsmotordrehzahl geringer als die vorbestimmte Drehzahl NE1 ist, kann der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt werden. Somit geht die ECU 40 weiter zu Schritt 140.
Bei Schritt 140 bestimmt die ECU 40, ob die Last groß ist, die auf den Verbrennungsmotor 10 aufgebracht wird, basierend auf dem Niederdrückbetrag des Gaspedals 20. Wenn die Last groß ist, die auf den Verbrennungsmotor 10 aufgebracht wird, erhöht sich der Kraftstoffeinspritzbetrag. Somit wird die Kraftstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemischs, die um die Zündkerze 23 herum ausgebildet wird, bei dem Kompressionstakteinspritzmodus übermäßig. Daher geht die ECU weiter zum Schritt 230 der 2(b), wenn die Last groß ist, die auf den Verbrennungsmotor 10 aufgebracht wird. Wenn die Last klein ist, die auf den Verbrennungsmotor 10 aufgebracht wird, kann der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt werden. Somit geht die ECU 40 weiter zu Schritt 150.
Bei Schritt 150 bestimmt die ECU 40, ob die Temperatur in dem Ansaugkanal 16 (Ansaugtemperatur) größer als die oder gleich einer vorbestimmte/n Temperatur TH0 ist. Wenn die Ansaugtemperatur geringer als die vorbestimmte Temperatur TH0 ist, erhöht sich die Menge des unverbrannten Abgases in dem Kompressionstakteinspritzmodus. Somit geht die ECU 40 weiter zum Schritt 230 der 2(b). Wenn die Ansaugtemperatur größer als die oder gleich der vorbestimmte/n Temperatur TH0 ist, kann die Kompressionstakteinspritzung ausgeführt werden. Somit geht die ECU 40 weiter zu Schritt 160. Bei Schritt 160 bestimmt die ECU 40, ob die derzeitige Kühlmitteltemperatur THW geringer als die Grenztemperatur THWC (THWC = THWST + α) ist. Falls die derzeitige Kühlmitteltemperatur THW größer als die oder gleich der Grenztemperatur THWC ist, geht die ECU 40 weiter zum Schritt 320 der 2(b). Falls die derzeitige Kühlmitteltemperatur THW geringer als die Grenztemperatur THWC ist, geht die ECU 40 weiter zum Schritt 170 der 2(b).
Bei Schritt 170 wählt die ECU 40 den Kompressionstakteinspritzmodus in der Annahme, dass die Bedingungen für das Ausführen des Kompressionstakteinspritzmodus erfüllt sind. Allerdings bedeutet das Auswählen des Kompressionstakteinspritzmodus nicht, dass der Kraftstoffeinspritzmodus tatsächlich in den Kompressionstakteinspritzmodus geschaltet wird. Bei Schritt 170 wird der Kompressionstakteinspritzmodus lediglich ausgewählt und die ECU 40 führt den Betrieb in dem derzeitigen Kraftstoffeinspritzmodus fort.
Bei Schritt 180 stellt die ECU 40 den Drosselöffnungsgrad so ein, dass die Ansaugströmungsrate für den Kompressionstakteinspritzmodus geeignet ist. Dies geschieht zu dem Zeitpunkt t3 in der 5. Zum Beispiel wird, wenn der Kraftstoffeinspritzmodus der Einlasstakteinspritzmodus ist, wenn der Kompressionstakteinspritzmodus gewählt ist, zu dem Zeitpunkt t3 in der 5 der Drosselöffnungsgrad von einem für den Einlasstakteinspritzmodus geeigneten Niveau auf ein für den Kompressionstakteinspritzmodus geeignetes Niveau geändert. In diesem Fall steigt, wie dies in 5 gezeigt ist, die tatsächliche Ansaugströmungsrate allmählich an, nachdem der Drosselventilöffnungsgrad geändert wurde.
Bei Schritt 190 bestimmt die ECU 40, ob eine Zeitdauer T1, die verstrichen ist, seitdem der Kompressionstakteinspritzmodus gewählt wurde, größer als die oder gleich einer vorbestimmte/n Zeitdauer Ta ist. Falls die verstrichene Zeitdauer T1 geringer als die vorbestimmte Zeitdauer Ta ist, beendet die ECU 40 vorübergehend die Routine. Daher wird der Einlasstakteinspritzmodus fortgeführt und der Kompressionstakteinspritzmodus nicht ausgeführt. So lange die vorbestimmte Zeitdauer Ta von dem Zeitpunkt ab, an dem der Kompressionstakteinspritzmodus gewählt wurde, nicht verstrichen ist, wird der Einlasstakteinspritzmodus mit einer Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführt, die der derzeitigen Ansaugströmungsrate entspricht.
Bei Schritt 190 geht die ECU 40 weiter zu Schritt 200, falls die verstrichene Zeitdauerlänge T1 als gleich der oder größer als die vorbestimmte/n Zeitdauer Ta (siehe Zeitpunkt t4 in 5) beurteilt wird. Bei Schritt 200 berechnet die ECU 40 die Temperaturdifferenz ΔTHW zwischen der Grenztemperatur THWC und der derzeitigen Kühlmitteltemperatur THW. Wie dies in 5 gezeigt ist, erreicht die derzeitige Ansaugströmungsrate ein für den Kompressionstakteinspritzmodus geeignetes Niveau zum Zeitpunkt t4. Der Zeitpunkt t4 wird erreicht, wenn die vorbestimmte Zeitdauer Ta verstrichen ist.
Bei Schritt 210 schaltet die ECU 40 den Kraftstoffeinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus. Die ECU 40 verweist auf die Darstellung der 4 und berechnet den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß der Temperaturdifferenz ΔTHW. Falls der derzeitige Kraftstoffeinspritzmodus der Kompressionstakteinspritzmodus ist, wird der Kompressionstakteinspritzmodus als der Kraftstoffeinspritzmodus weitergeführt. Bei Schritt 220 verweist die ECU 40 auf die Darstellung der 4 und berechnet den Verzögerungsbetrag IGR gemäß der Temperaturdifferenz ΔTHW. Die ECU 40 stellt den Zündzeitpunkt so ein, dass er für den Kompressionstakteinspritzmodus geeignet ist, und beendet vorübergehend die Routine.
Nachdem die vorbestimmte Zeitdauer Ta von dem Zeitpunkt ab verstrichen ist, an dem der Kompressionstakteinspritzmodus gewählt wurde, wird der Kompressionstakteinspritzmodus daher mit der geeigneten Ansaugströmungsrate und der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Ansaugströmungsrate ausgeführt.
Die Temperatur des Verbrennungsmotors 10 steigt an, wenn die Schritte 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210 und 220 wiederholt ausgeführt werden. Dementsprechend verringert sich der Drosselöffnungsgrad allmählich und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt werden schrittweise zu einem Voreilen gebracht (siehe Zeitpunkte t4, t5, t6 und t7 in 5).
Die Kühlmitteltemperatur THW steigt an, wenn der Verbrennungsmotor 10 in dem Kompressionstakteinspritzmodus läuft. Wenn die Kühlmitteltemperatur THW größer als die oder gleich der Grenztemperatur THWC ist, ist das Ergebnis bei Schritt 160 negativ. Somit wird bei Schritt 230 der Einlasstakteinspritzmodus gewählt.
Wenn der Einlasstakteinspritzmodus bei Schritt 230 gewählt wird, stellt die ECU 40 den Drosselöffnungsgrad bei Schritt 240 so ein, dass die Ansaugströmungsrate für den Einlasstakteinspritzmodus geeignet ist. Zum Beispiel wird, wenn der derzeitige Kraftstoffeinspritzmodus der Kompressionstakteinspritzmodus ist, der Drosselöffnungsgrad so eingestellt, dass er für den Einlasstakteinspritzmodus zum Zeitpunkt t8 in der 8 geeignet ist. In diesem Fall verringert sich, wie dies in 5 gezeigt ist, die tatsächliche Ansaugströmungsrate allmählich, nachdem der Drosselöffnungsgrad geändert wurde.
Bei Schritt 250 bestimmt die ECU 40, ob eine Zeitdauer T2, die von dem Zeitpunkt ab verstrichen ist, an dem der Einlasstakteinspritzmodus gewählt wurde, größer als die oder gleich der vorbestimmte/n Zeitdauer Tk ist. Falls die verstrichene Zeitdauer T2 geringer als die vorbestimmte Zeitdauer Tk ist, beendet die ECU 40 vorübergehend die Routine. Daher wird der Kompressionstakteinspritzmodus fortgeführt und der Einlasstakteinspritzmodus nicht ausgeführt. So lange die vorbestimmte Zeitdauer Tk von dem Zeitpunkt ab, an dem der Einlasstakteinspritzmodus gewählt wurde, nicht verstrichen ist, wird der Kompressionstakteinspritzmodus mit einer Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführt, die der derzeitigen Ansaugströmungsrate entspricht.
Bei Schritt 250 geht die ECU 40 weiter zu Schritt 260, falls die verstrichene Zeitdauer T2 als größer als die oder gleich der vorbestimmte/n Zeitdauer Tk (siehe Zeitpunkt t9 in 5) beurteilt wird. Bei Schritt 260 schaltet die ECU 40 den Kraftstoffeinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus. Falls der derzeitige Kraftstoffeinspritzmodus der Einlasstakteinspritzmodus ist, wird der Einlasstakteinspritzmodus als der Kraftstoffeinspritzmodus fortgeführt. Wie dies in 5 gezeigt ist, erreicht die tatsächliche Ansaugströmungsrate das für den Einlasstakteinspritzmodus geeignete Niveau zum Zeitpunkt t9. Der Zeitpunkt t9 befindet sich dort, wo die vorbestimmte Zeitdauer Tk verstrichen ist. Bei Schritt 270 bestimmt die ECU 40 den Zündzeitpunkt derart, dass der Zeitpunkt für den Einlasstakteinspritzmodus geeignet ist, und beendet vorübergehend die Routine.
Daher wird der Einlasstakteinspritzmodus mit der geeigneten Ansaugströmungsrate und mit einer Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Ansaugströmungsrate ausgeführt, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer Tk abläuft, von dem Zeitpunkt ab der Einlasstakteinspritzmodus gewählt wurde.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel bietet die folgenden Vorteile.
Vor dem Schalten des Kraftstoffeinspritzmodus von dem Einlasstakteinspritzmodus in den Kompressionstakteinspritzmodus, wird, wenn der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, der Drosselöffnungsgrad eingestellt. Der Drosselöffnungsgrad wird vorab so eingestellt, dass die Strömungsrate der Ansaugluft in die Brennkammer 15 oder die Ansaugströmungsrate für den gewählten Kraftstoffeinspritzmodus geeignet ist. Der Kraftstoffeinspritzmodus wird tatsächlich geschaltet, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, von dem Zeitpunkt ab der Drosselöffnungsgrad eingestellt wurde. Daher sind zu dem Zeitpunkt, an dem der Kraftstoffeinspritzmodus geschaltet wird, die tatsächliche Ansaugströmungsrate und die Kraftstoffeinspritzmenge, die gemäß der Ansaugströmungsrate bestimmt wird, geeignet. Somit werden Schwankungen der Verbrennungsmotordrehzahl reduziert, die durch Schalten des Kraftstoffeinspritzmodus verursacht werden.
Wenn sich die Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST des Verbrennungsmotors 10 in dem vorbestimmten Temperaturbereich befindet (dem zweiten Temperaturbereich R2 der 3), wird der Kompressionstakteinspritzmodus als der Kraftstoffeinspritzmodus gewählt. Dies verringert die Menge des nicht verbrannten Abgases, wenn der Verbrennungsmotor 10 kalt ist.
Wenn der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, eilt der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Anstieg der Temperatur des Verbrennungsmotors 10 vor. Folglich reduziert der Verbrennungsmotor 10 die Menge des unverbrannten Abgases, sieht eine verbesserte Zündung und Verbrennung vor und stellt einen stabilen Leerlauf bereit.
Wenn die Kühlmitteltemperatur THW die vorbestimmte Grenztemperatur THWC erreicht, oder die Summe der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST und der vorbestimmten Temperatur α Celsius erreicht, wird der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet. Die Temperatur der Wand jeder Brennkammer (Verbrennungskammer) 15, d.h. der Temperaturanstieg des Verbrennungsmotors 10, wird basierend auf dem Abfall der Temperaturdifferenz ΔTHW zwischen der Grenztemperatur THWC und der derzeitigen Kühlmitteltemperatur THW sachgemäß bestimmt. Daher wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Temperaturanstieg des Verbrennungsmotors 10 während des Ausführens des Kompressionstakteinspritzmodus bestimmt.
Wenn der Kompressionstakteinspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor 10 kalt ist, verringert sich der Zündverzögerungsbetrag IGR gemäß dem Temperaturanstieg des Verbrennungsmotors 10. Folglich wird die Zeitdauer zwischen dem Kraftstoffeinspritzen und dem Zünden geeignet bestimmt. Dies bewahrt die gewünschte Verbrennung und wärmt die Katalysatorvorrichtung effizient.
Wenn die Temperatur im Inneren des Ansaugkanals 16 (Ansaugtemperatur) geringer als die vorbestimmte Temperatur TH0 ist, wird unabhängig von der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST der Einlasstakteinspritzmodus als der Kraftstoffeinspritzmodus gewählt. Dies verringert die Menge von unverbranntem Abgas.
Wenn die Kühlmitteltemperatur THW die Grenztemperatur THWC erreicht, wird der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet. Dies verringert die Menge von nicht verbranntem Abgas.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann wie folgt geändert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in den 1 bis 5 beschrieben ist, wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Abfall der Temperaturdifferenz ΔTHW zwischen der Grenztemperatur THWC und der derzeitigen Kühlmitteltemperatur THW zu einem Voreilen gebracht. Zusätzlich kann der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Anstieg der Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST und der derzeitigen Kühlmitteltemperatur THW zu einem Voreilen gebracht werden. Gleichermaßen kann der Zündverzögerungsbetrag IGR gemäß der Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST und der derzeitigen Kühlmitteltemperatur THW geändert werden.
Gemäß dem in den 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet, wenn die Kühlmitteltemperatur THW die Grenztemperatur THWC erreicht. In diesem Fall ist die Grenztemperatur THWC die Summe der Kühlmitteltemperatur während des Ankurbelns THWST und der vorbestimmten Temperatur α Grad Celsius. Zusätzlich kann die Wand jeder Brennkammer 15 direkt ermittelt werden. Dann kann, falls die Temperatur jeder Brennkammer 15 eine vorbestimmte Temperatur erreicht, der Kraftstoffeinspritzmodus von dem Kompressionstakteinspritzmodus in den Einlasstakteinspritzmodus geschaltet werden.
Daher sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu betrachten und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen Details beschränkt, sondern kann im Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden.
Ein Verbrennungsmotor, in den Kraftstoff eingespritzt wird, wird in einem Kompressionstakteinspritzmodus oder einem Einlasstakteinspritzmodus betrieben. Die für den Kompressionstakteinspritzmodus geeignete Ansaugströmungsrate ist größer als die für den Einlasstakteinspritzmodus. Wenn der Verbrennungsmotor kalt ist, bestimmt die ECU (40) die Menge des Kraftstoffs, die eingespritzt werden soll, gemäß der tatsächlichen Ansaugströmungsrate. Die ECU (40) steuert ein Drosselventil (18) so, dass die Ansaugströmungsrate für den gewählten Kraftstoffeinspritzmodus geeignet ist, bevor der Kraftstoffeinspritzmodus tatsächlich geschaltet wird. Folglich werden Schwankungen der Verbrennungsmotordrehzahl verringert, die durch Schalten des Kraftstoffeinspritzmodus verursacht werden.

Claims

Steuergerät für einen Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor eine Einspritzvorrichtung (22), die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (15) einspritzt, und ein Ventil (18) für das Steuern der Strömungsrate von Ansaugluft in die Brennkammer (15) hat, wobei der Betrieb des Verbrennungsmotors zwischen einem ersten Einspritzmodus, bei dem die Einspritzvorrichtung (22) Kraftstoff während des Kompressionstakts des Verbrennungsmotors einspritzt, und einem zweiten Einspritzmodus, in dem die Einspritzvorrichtung (22) Kraftstoff während des Einlasstakts des Verbrennungsmotors einspritzt, geschaltet werden kann, wobei sich die Ansaugströmungsrate, die dem Betrieb bei dem ersten Einspritzmodus nach dem Umschalten in diesen entspricht, von der Ansaugströmungsrate, die dem Betrieb bei dem zweiten Einspritzmodus nach dem Umschalten in diesen entspricht, unterscheidet, wobei eine Steuervorrichtung (40) die Einspritzvorrichtung (22) und das Ventil (18) steuert, wobei, wenn einer der Kraftstoffeinspritzmodi gewählt ist, die Steuervorrichtung (40) das Ventil (18) so steuert, dass die Ansaugströmungsrate für einen Betrieb des Verbrennungsmotors in dem gewählten Kraftstoffeinspritzmodus geeignet ist, und wenn der Verbrennungsmotor kalt ist, die Steuervorrichtung (40) die Menge von Kraftstoff, die durch die Einspritzvorrichtung (22) eingespritzt wird, gemäß der derzeitigen Ansaugströmungsrate bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (40) das Ventil (18) steuert, um eine Ansaugströmungsrate, die dem Betrieb des Verbrennungsmotors bei dem gewählten Kraftstoffeinspritzmodus nach dem Schalten entspricht, einzustellen, und der Kraftstoffeinspritzmodus tatsächlich geschaltet wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer (Ta, Tk) ab dem Zeitpunkt, bei dem das Einstellen der Ansaugströmungsrate begonnen hat, verstrichen ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugströmungsrate, die für den ersten Einspritzmodus geeignet ist, größer ist als die Ansaugströmungsrate, die für den zweiten Einspritzmodus geeignet ist.
Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitdauer (Ta, Tk) gleich einer Zeitdauer ab dem Zeitpunkt, ab dem das Ventil (18) gesteuert wird, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die derzeitige Ansaugströmungsrate für den gewählten Kraftstoffeinspritzmodus geeignet ist, ist.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, des weiteren gekennzeichnet durch eine Zündkerze (23) für das Zünden des Kraftstoffs, der in die Brennkammer (15) eingespritzt ist, wobei, wenn der erste Einspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor kalt ist, die Steuervorrichtung (40) die Zündkerze (23) so steuert, dass der Zündzeitpunkt relativ zu einem Zeitpunkt verzögert ist, der verwendet wird, wenn der Verbrennungsmotor warm ist.
Gerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (40) den Verzögerungsbetrag des Zündzeitpunkts verringert, wenn die Verbrennungsmotortemperatur ansteigt.
Gerät gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der erste Einspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor kalt ist, die Steuervorrichtung (40) die Ansaugströmungsrate gemäß der Verzögerung des Zündzeitpunkts erhöht.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der erste Einspritzmodus ausgeführt wird, während der Verbrennungsmotor kalt ist, die Steuervorrichtung (40) die Einspritzvorrichtung (22) so steuert, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß einem Ansteigen der Verbrennungsmotortemperatur vorverlegt wird.
Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Verbrennungsmotor angekurbelt wird, die Steuervorrichtung (40) den zweiten Einspritzmodus wählt, und wenn der Verbrennungsmotor während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors kalt ist, die Steuervorrichtung (40) den Kraftstoffeinspritzmodus von dem zweiten Einspritzmodus in den ersten Einspritzmodus schaltet.
Gerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Verbrennungsmotortemperatur eine Grenztemperatur, die gleich der Summe der Temperatur während des Ankurbelns und einer vorbestimmten Temperatur ist, während des Ausführens des ersten Einspritzmodus erreicht, die Steuervorrichtung (40) den zweiten Einspritzmodus wählt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (15) einspritzt, gekennzeichnet durch Schalten des Betriebs des Verbrennungsmotors in einen gewählten Modus einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzmodi, wobei die Einspritzmodi zwischen einem ersten Einspritzmodus, bei dem der Kraftstoff während des Kompressionstakts des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, und einem zweiten Einspritzmodus geschaltet werden, bei dem der Kraftstoff während des Einlasstakts des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, wobei sich die Ansaugströmungsrate, die dem Betrieb des Verbrennungsmotors in dem ersten Einspritzmodus nach dem Umschalten zu diesem entspricht, von der Ansaugströmungsrate, die dem Betrieb des Verbrennungsmotors in dem zweiten Einspritzmodus nach dem Umschalten zu diesem entspricht, unterscheidet; Einstellen der Ansaugströmungsrate derart, dass sie einem Betrieb des Verbrennungsmotors in dem gewählten Kraftstoffeinspritzmodus nach dem Umschalten entspricht; Bestimmen der Menge des Kraftstoffs, der in die Brennkammer (15) eingespritzt wird, entsprechend der derzeitigen Ansaugströmungsrate, wenn der Verbrennungsmotor kalt ist; und tatsächliches Umschalten zwischen den Einspritzmodi in den gewählten Einspritzmodus, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer (Ta, Tk) ab dem Zeitpunkt, bei dem das Einstellen der Ansaugströmungsrate begonnen hat, verstrichen ist, wobei die Zeitdauer (Ta, Tk) ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass die Ansaugströmungsrate ein Niveau erreicht, das dem Betrieb des Verbrennungsmotors in dem gewählten Kraftstoffeinspritzmodus nach dem Umschalten zu diesem entspricht.