DE69015283T2

DE69015283T2 - Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69015283T2
Application number: DE69015283T
Authority: DE
Inventors: Teruji Sekozawa; Makoto Shioya; Shinsuke Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-09-04
Also published as: EP0416511B1; DE69015283D1; EP0416511A1; JPH0392557A; KR910006605A; US5134981A; KR0158880B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Regelung eines Wagenmotors und betrifft mehr im einzelnen ein Verfahren zum Regeln der Brennstoffeinspritzung in einen Motor, worin die Verzögerung im Brennstoffstrom in einen Zylinder ausgeglichen wird, um die Brennstoffmenge im Zylinder mit hoher Genauigkeit innerhalb eines geforderten Wertes zu erhalten.
In Wagenmotoren tritt die Verzögerung in der Brennstoffförderung wegen der Erscheinung auf, daß eingespritzter Brennstoff an den Wänden des Ansaugkrümmers anhaftet, oder wegen der Erscheinung, daß Brennstoff, der an den Wänden des Ansaugkrümmers anhaftet, in einem Zylinder weggesaugt wird. Es ist deshalb schwierig, die Brennstoffmenge im Zylinder genau innerhalb eines geforderten Wertes zu erhalten. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, wie es in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-58-8238 offenbart ist. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Menge des Brennstoffs, der an den Wänden eines Ansaugkrümmers anhaftet, und die Menge an Brennstoff, der in einem Zylinder von dem anhaftenden Brennstoff (nachfolgend "Brennstoffilm" genannt") in den Zylinder hinein im eingespritzten Brennstoff abgesaugt wird, abgeschätzt, um hierdurch die Menge der Brennstoffzufuhr so zu bestimmen, daß die Brennstoffmenge im Zylinder in einem geforderten Wert gehalten wird.
In einem Motor mit einem Mehrfach-Punkt-Brennstoffeinspritzsystem, bei dem die Brennstoffeinspritzung beträchtlich vor einem Luftansaugtakt vorgenommen wird (etwa um 90º Kurbelwinkel vorher), kann es durchaus in Betracht gezogen werden, daß der gesamte eingespritzte Brennstoff in einem Ansaugkrümmer bei unterer oder mittlerer Drehzahl des Motors stagniert, weil die Brennstoffeinspritzung vor dem Beginn des Luftansaugtaktes beendet ist. Dann fließt ein gewisser Prozentsatz des stagnierenden Brennstoffs beim Luftansaugtakt in den Zylinder. Der restliche Teil des stagnierenden Brennstoffs verbleibt als neuer stagnierender Brennstoff im Ansaugkrümmer.
Ein anderes Verfahren zum Ausgleichen der Verzögerung des Brennstoffstromes mittels eines mathematischen Modells des Brennstoffsystems lag vor in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung Nr. 61-126337 und dem entsprechenden US-Patent Nr. 4 939 658, das am 3. Juli 1990 herausgegeben wurde, und dem entsprechenden europäischen Patent Nr. 184 626, herausgegeben am 10. Januar 1990.
Die herkömmliche Technik ist auf der Annahme aufgebaut, daß ein Prozentsatz des eingespritzten Brennstoffs stets den Zylinder erreicht. Kurz gesagt, die herkömmliche Technik weist einen Regelalgorithmus auf, in dem ein solcher Brennstoffstrom kompensiert wird. Deshalb ergibt sich dahingehend ein Problem, daß die Verzögerung des Brennstoffs, die durch die Stagnation allen eingespritzten Brennstoffs im Ansaugkrümmer verursacht wird, nicht kompensiert werden kann.
Um die Brennstoffmenge im Zylinder innerhalb eines geforderten Wertes zu halten, muß die tatsächliche Brennstoffeinspritzzeit bestimmt werden, wobei man sowohl das Phänomen der Anhaftung des eingespritzten Brennstoffs als auch das Phänomen der Absaugung des Brennstoffilms in dem Zylinder in Betracht ziehen muß. Bei der oben erörterten, herkömmlichen Technik wird jedoch die tatsächliche Brennstoff-Einspritzzeit dadurch bestimmt, daß man die Menge weggesaugten Brennstoffs von der Menge der Brennstoffeinspritzung subtrahiert, welche bestimmt ist, um die Menge des Brennstoffs im Zylinder innerhalb eines geforderten Wertes zu erhalten, wobei man nur das Phänomen der Anhaftung des Brennstoffs in Betracht zieht. Hier erhebt sich das Problem dahingehend, daß die Bestimmung der tatsächlichen Brennstoffeinspritzzeit nicht zweckmäßig ist.
Ferner muß bei einem Mehrfach-Punkt-Brennstoffeinspritzsystem die Brennstoffregelung auf der Grundlage einer Schätzung der Menge des Brennstoffilms für jeden Zylinder durchgeführt werden, um die vorübergehende Verzögerung des Brennstoffs mit hoher Genauigkeit zu kompensieren, weil die jeweiligen Zylinder in der Menge des Brennstoffilms und im Zustand der Einspritzdüsen voneinander unterschiedlich sind. Bei der herkömmlichen Technik wird jedoch die Menge des Brennstoffilms in nur einem Zylinder für alle Zylinder abgeschätzt, und hier erhebt sich das Problem, daß die vorübergehende Verzögerung des Brennstoffs nicht mit hoher Genauigkeit kompensiert werden kann.
Ferner schenkt man bei der herkömmlichen Technik der Menge des Brennstoffilms für jeden Zylinder keine Betrachtung. Kurz gesagt, es gibt keine Beachtung der Differenz in der Brennstoff-Fördereigenschaft eines jeden Zylinders. Hier erhebt sich deshalb dahingehend ein Problem, daß die Verzögerung des Brennstoffs in einigen Zylindern in dem Fall, in dem die Differenz groß ist, nicht mit hoher Genauigkeit kompensiert werden kann.
Wie oben beschrieben, erhebt sich bei der herkömmlichen Technik dahingehend ein Problem, daß die Menge des Brennstoffs in jedem Zylinder nicht innerhalb eines geforderten Wertes gehalten werden kann, obwohl die Charakteristik der Verzögerung bei der Förderung des Brennstoffs in Betracht gezogen werden kann.
Ein Verfahren zum Regeln einer Brennstoffeinspritzmenge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 ist in der EP-A-0 115 868 offenbart. Dieses Dokument offenbart die Benutzung eines Brennstoff-Fördermodells zum Berechnen der Brennstoffeinspritzmenge für den Motorzylinder, wobei ein einziges dynamisches Brennstoffördermodell vorgesehen ist, um eine Brennstoff-Übertragungscharakteristik darzustellen, die gemeinsam für alle Zylinder benutzt wird.
Die EP-A-0 260 519 offenbart ein Einspritz-Steuerverfahren, das individuell die Brennstoff-Einspritzmengen der einzelnen Zylinder eines Motors mit vielen Zylindern unter Verwendung einer Nachschlagetabelle steuert, in der experimentell bestimmte Werte eines Korrekturfaktors als Funktion der Motordrehzahl und eines bestimmten Drosselklappenöffnungsgrades gespeichert sind.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Regeln der Brennstoffeinspritzung in einem Motor vorzusehen, wobei die Brennstoffmenge in jedem der Zylinder innerhalb eines geforderten Wertes unabhängig von anderen Zylindern gehalten werden kann, um hierdurch die oben erwähnten Probleme zu lösen.
Dieses Ziel wird durch die Erfindung erreicht, wie sie im Anspruch 1 ausgeführt ist.
Es wird, mehr im einzelnen, die Brennstoffströmung als ein numerisches Gruppenkonstanten-Modell für jeden Zylinder unter der Annahme formuliert, daß der gesamte eingespritzte Brennstoff in einem Ansaugkrümmer stagniert und dann ein gewisser Prozentsatz des stagnierenden Brennstoffs in den Zylinder bei einem Luft-Ansaugtakt nach der Brennstoffeinspritzung eintritt. Der Absaugdurchsatz, der den Druchsatz des Absaugens des stagnierenden Brennstoffs in den Zylinder als Parameter im Modell ausdrückt, wird experimentell für jeden Zylinder erhalten.
Ferner wird die Brennstoffregelung für jeden Zylinder entsprechend dem numerischen Modell durchgeführt, das erhalten wurde, wie oben beschrieben, so daß die Brennstoffmenge im Zylinder so hergestellt wird, daß sie ein geforderter Wert ist.
Im oben erwähnten Verfahren wird ein numerisches Modell, das für die reale Erscheinung geeignet ist, aufgebaut, um die Brennstoffregelung für jeden der Zylinder separat vom anderen durch Verwendung des Modells als ein Brennstoff- Fördermodell zu regeln. Dementsprechend kann die Brennstoffmenge in jedem aller Zylinder innerhalb eines geforderten Wertes getrennt von den anderen gehalten werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wurde, worin:
Fig. 1 eine Ansicht zum Erläutern der Änderung des stagnierenden Brennstoffs in einem Ansaugkrümmer und der Brennstoffströmung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Regelungssystems ist, worin die Verzögerung in der Förderung des Brennstoffs kompensiert wird;
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die den Aufbau einer digitalen Regeleinheit zum Erreichen des Brennstoff-Förderverzögerungs-Kompensierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Regelprogramms zum Berechnen der Brennstoffeinspritzzeit ist;
Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Regelprogramms zum Abschätzen der Menge stagnierenden Brennstoffs ist; und
Fig. 6 ein Blockschaltbild ist, das die gesamte Ausbildung der Regelsysteme in einem Vierzylindermotor zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 ist eine Ansicht, die die Änderung des stagnierenden Brennstoffs in einem Ansaugkrümmer in dem Fall zeigt, in welchem ein bestimmter Zylinder in der vorliegenden Erfindung beobachtet wird. Die Auswirkung der Erfindung auf die Brennstoffströmung und die Änderung des stagnierenden Brennstoffs wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Mf(i) soll der stagnierende Brennstoff (g) in einem Auspufftakt vor der Brennstoff-Einspritzung im Brennstoffzyklus eines Motors sein. Gf(i) soll der Einspritz-Brennstoff (g) sein. Wenn man nun davon ausgeht, daß der Einspritz-Brennstoff gänzlich im Ansaugkrümmer stagniert, dann wird der stagnierende Brennstoff M'f(i) nach der Brennstoff-Einspritzung dargestellt durch die folgende Gleichung:
M'f(i) = Mf(i) + Gf(i) ------- (1)
Wenn man davon ausgeht, daß α% des stagnierenden Brennstoffs M'f(i) in den Zylinder in einem Luftansaugtakt nach der Brennstoff-Einspritzung abgesaugt wird, dann wird der stagnierende Brennstoff Gfe(i) im Ansaugkrümmer durch die folgende Gleichung dargestellt.
Gfe(i) = α M'f(i) ------- (2)
Ferner wird der stagnierende Brennstoff M"f(i) in einem Verdichtungstakt nach dem Luftansaugtakt dargestellt durch die folgende Gleichung.
M"f(i) = (1-α)M'f(i) (3)
Der stagnierende Brennstoff ändert sich nicht vor der nächsten Brennstoffeinspritzperiode. Kurz gesagt, die Brennstoffströmung nach der nächsten Brennstoff-Einspritzung wird auf dieselbe Weise entwickelt, wie oben beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung wird ein numerisches Gruppenkonstantenmodell, das gegeben ist durch die Gleichungen (1), (2) und (3), als Brennstoff-Fördermodell benutzt.
Der Absaugdurchsatz α als Parameter ändert sich entsprechend dem Betriebszustand des Motors.
Das Merkmal des Absaugdurchsatzes α für jeden Zylinder wird formuliert wie folgt.
Die Luftansaugmenge, die Motordrehzahl, die Wassertemperatur und der Ansaugkrümmer-Innendruck werden als Variable des Motorzustands angesehen, die den Absaugdurchsatz α beeinflussen. Deshalb wird der Absaugungsdurchsatz α so berechnet, daß seine gemessener Wert, der aus dem Ansprechen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses in jedem Zylinder erhalten wird, wenn die Brennstoffzufuhrmenge in einem vorbestimmten Zustand geändert wird, wobei diese Variablen als konstant angesehen werden, mit seinem Simulationswert zusammenfallen kann, der durch Nutzung der Gleichungen (1), (2) und (3) abgeschätzt wurde. Somit wird ein Modell aufgebaut, das geeignet ist für das tatsächliche Phänomen. Die oben erwähnte Berechnung von α wird auf verschiedenartige Motorbetriebszustände so angewandt, daß das Merkmal von α als eine Funktion der Betriebszustandsvariablen formuliert wird (die Ansaugluftmenge, die Motordrehzahl, die Wassertemperatur und der Ansaugkrümmer-Innendruck).
In der Praxis ist die Berechnung des Ansprechens des Luft- Brennstoff-Verhältnisses wie folgt.
Die Strömung des Brennstoffs, gegeben durch die Gleichungen (1), (2) und (3), kann durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:
Gf(i) = α (Mf(i)+Gf(i)) ------- (4)
Mf(i+1) = (1-α) (Mf(i)+Gf(i)) ------- (5)
worin Mf(i) den stagnierenden Brennstoff in einem Auspufftakt vor der Brennstoff-Einspritzung in einem bestimmten Zyklus (i-ter Zyklus) darstellt, Gf(i) den eingespritzten Brennstoff darstellt und Gfe(i) den Brennstoff darstellt, der in einem Zylinder abgesaugt wurde.
Das Ansprechen des Brennstoffs Gfe(i), der in dem Zylinder abgesaugt wird, wenn Gf(i) in einem vorbestimmten Zustand geändert wird, kann durch wiederholte Berechnung der Gleichungen (4) und (5) erhalten werden. Das Ansprechen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses kann dadurch erhalten werden, daß man den gemessenen Wert der Zylinder-Saugluftmenge Qa durch ihren berechneten Wert teilt. Durch Vergleich zwischen dem berechneten Ansprechen und dem gemessenen Ansprechen wird α abgeschätzt. In dem Fall, in dem ein Fühler zum Messen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eine große Ansprechverzögerung hat, ist es notwendig, die Verzögerung für die Berechnung von α in Betracht zu ziehen. In diesem Fall wird die Ansprechverzögerung des Meßfühlers vorab auf der Annahme einer geeigneten Übertragungscharakteristik formuliert. Die Berechnung von α wird auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Ansprechen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, das korrigiert ist durch Anwendung des Verzögerungsprozesses bei dem berechneten Ansprechverhalten des Luft-Brennstoff-Verhältnisses, und dem gemessenen Ansprechen hiervon ausgeführt.
Wenn man beispielsweise davon ausgeht, daß die Ansprechverzögerung eine lineare Verzögerung ist, dann wird die Ansprechcharakteristik dargestellt durch die folgende diskrete Gleichung:
A/Faus (i+1) = (1-Δt/T) A/Faus (i)+Δt/T A/Fein(i) --- (6)
In der Gleichung (6) ist:
A/Faus: Luft-Brennstoff-Verhältnis-Ausgabe des Fühlers
A/Fein: Luft-Brennstoff-Verhältnis-Eingabe des Fühlers
i: Zeit (entsprechend der Zykluszahl)
T: Zeitkonstante
Δt: Periode, die einer diskreten Zeit entspricht
Das Ansprechen des Luft-Brennstoff-Verhältnisses A/Faus in korrekter Betrachtung der Ansprechverzögerung des Fühlers wird auf der Grundlage der Gleichung (6) unter Benutzung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses erhalten, das auf der Grundlage der Gleichungen (4) und (5) als A/Fein(i) berechnet wurde.
Die Charakteristik von α kann formuliert werden durch Abschätzen von α wie folgt.
Die Zuordnungsgleichung von Gf und Gfe wird dadurch erhalten, daß man Mf aus den Gleichungen (4) und (5) eliminiert.
Gfe(i+1)-(1-α) Gfe(i) = α Gf(i+1) ------- (7)
Wenn die Masse der Luft, die in den Zylinder eingesaugt wird, durch Qa ersetzt wird, dann wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis F/A(i) im Zylinder dargestellt durch die folgende Gleichung.
F/A(i) = Gfe(1)/Qa (8)
Aus den Gleichungen (7) und (8) wird die Zuordnung zwischen der Brennstoffzufuhr Gf und dem Luft-Brennstoff-Verhältnis F/A im Zylinder erhalten wie folgt.
F/A(i+1)-(1-a) F/A(i) = α/Qa Gf(i+1) ---- (9)
Wenn das Brennstoff-Luft-Verhältnis F/A gemessen wird, während die Saugluftmenge, die Drehzahl, die Wassertemperatur und der Ansaugkrümmer-Innendruck als Variable, die von α abhängen, konstant gehalten werden und Gf unter einer vorbestimmten Bedingung geändert wird, dann kann α, worin der Fehler (Modellfehler) der Gleichung (9) auf ein Minimum reduziert wurde, durch Verwendung der Zeit-Seriendaten von Gf und F/A erhalten werden.
Kurz gesagt, wenn der Schätzungsindex J dargestellt ist durch die folgende Gleichung (10), dann wird α, bei dem J sein Minimum einnimmt, dargestellt durch die folgende Gleichung (11).
Das Luft-Brennstoff-Verhältnis F/A(i) im i-ten Zyklus wird erhalten als Reziprokwert des Wertes A/F(i), gemessen mit einem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Fühler, der in einem Auspuffrohr vorgesehen ist.
In dem Fall, in dem die Ansprechverzögerung des Luft- Brennstoff-Verhältnis-Fühlers groß ist, wird die Berechnung durchgeführt wie folgt.
Die Ansprechcharakteristik des Fühlers wird zu einer geeigneten Übergangsfunktion des Brennstoff-Luft-Verhältnisses formuliert. Wenn beispielsweise die Verzögerung linear ist, dann wird die Übergangscharakteristik darstellt durch die folgende diskrete Gleichung.
F/Aaus(i+1) = (1-Δt/T') F/Aaus (i)+Δt/T' F/Aein (i) --- (12)
In der Gleichung (12) ist
F/Aaus: Ausgabe Brennstoff-Luft-Verhältnis des Fühlers
F/Aein: Eingabe Brennstoff-Luft-Verhältnis des Fühlers
i: Zeit
T': Zeitkonstante
Δt: Periode, die einer diskreten Zeit entspricht
Wenn Δt in der Gleichung (12) und F/A in der Gleichung (9) jeweils durch die Periode eines Zyklus im Motor und F/Aein ersetzt sind, um die Zeit in der Gleichung (9) auf die Zeit in der Gleichung (12) im oben erwähnten diskreten System einzustellen, dann wird die Zuordnung zwischen der Brennstoffzufuhr Gf und dem Ausgabe-Brennstoff-Luft-Verhältnis F/Aaus des Fühlers erhalten aus den Gleichungen (9) und (12), um durch die folgende Gleichung dargestellt zu werden.
Weil die Gleichung (13) im Hinblick auf α linear ist, kann α, worin der Gleichungsfehler auf ein Mindestmaß verringert ist, auf dieselbe Weise wie oben beschrieben, erhalten werden.
Wenn die Werte von α entsprechend den verschiedenartigen Werten der Saugluftmenge, der Drehzahl, der Wassertemperatur und des Ansaugkrümmer-Innendrucks durch die oben erwähnte Methode errechnet werden, dann wird die Charakteristik von a als Funktion dieser Variablen formuliert.
In dem Fall, in dem die vorliegende Erfindung bei einer digitalen Regeleinheit angewandt wird, ist die Charakteristik von α als fester Datenwert in einem Ablesespeicher in Form einer Abbildung der Saugluftmenge; der Drehzahl und dergleichen gespeichert.
Weil mindestens vier Variable, wie oben beschrieben, von α abhängen, ist es, vom Blickpunkt der Sicherheit der Genauigkeit von α aus gesehen, ideal, daß die Abbildung vier oder mehr Dimensionen hat. Der Bereich des Ablesespeichers jedoch, der für die Speicherung der Abbildungsdaten erforderlich ist, nimmt zu, wenn die Anzahl von Dimensionen in der Abbildung zunimmt. Es kann dementsprechend schwierig werden, alle Daten in einen 256-Kbyte-Ablesespeicher zu speichern, der im allgemeinen für die Motorregelung benutzt wird.
In diesem Fall kann eine Verringerung der Abbildungsdaten vorgenommen werden wie folgt.
Variable, die von α abhängen, d.h. die Saugluftmenge Qa, die Drehzahl N, die Wassertemperatur Tw und der Ansaugkrümmer-Innendruck PH werden umgeordnet als x&sub1;, x&sub2;, x&sub3; und x&sub4;, in der Reihenfolge des Beitrags zum Absaugdurchsatz α.
Es wird beispielsweise α aus der Abbildung dieser Variablen entsprechend den folgenden Gleichungen berechnet.
α = f&sub1;(x&sub1;,x&sub2;,x&sub3; ) f&sub2;(x&sub4;) (14)
α = f&sub3;(x&sub1;,x&sub2;) f&sub4;(x&sub3;) f&sub5;(x&sub4;) (15)
In den Gleichungen ist f&sub1; ein Wert, der durch Absuchen einer dreidimensionalen Abbildung der jeweiligen Variablen erhalten wurde, f&sub3; ist ein Wert, der durch Absuchen einer zweidimensionalen Abbildung der jeweiligen Variablen erhalten wurde, und f&sub2;, f&sub4; und f&sub5; sind Werte, die durch Absuchen eindimensionaler Abbildungen jeweiliger Variabler erhalten wurden.
Die Daten in den jeweiligen Abbildungen werden bestimmt wie folgt.
Die nachfolgende Gleichung wird dadurch erhalten, daß man die Gleichung (14) nach f&sub1; auflöst.
f&sub1;(x&sub1;,x&sub2;,x&sub3;) = f&sub2;(x&sub4;) (16)
Wenn dementsprechend der Wert von a, der errechnet wird, wenn eine Variable x&sub4; konstant gehalten wird und die anderen Variablen x&sub1;, x&sub2; und x&sub3; ersetzt werden, ersetzt wird durch α&sub1;(x&sub1;,x&sub2;,x&sub3;), wird f&sub1;(x&sub1;,x&sub2;,x&sub3;) entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:
f&sub1;(x&sub1;,x&sub2;,x&sub3;) = m&sub1; α&sub1;(x&sub1;,x&sub2;,x&sub3;) (17)
In der Gleichung ist
m&sub1;: Konstante
In gleichartiger Weise wird f&sub2;(x&sub4;) entsprechend der folgenden Gleichung berechnet.
f&sub2;(x&sub4;) = m&sub2; α2(x&sub4;) (18)
In der Gleichung ist
m&sub2;: Konstante
α&sub2;(x&sub4;): der Wert von α, der berechnet wird, wenn x&sub1;, x&sub2; und x&sub3; jeweils auf bestimmte Werte festgelegt sind und x&sub4; geändert wird.
Um die Abbildungsdaten f&sub1; und f&sub2; aus den Gleichungen (17) und (18) zu bestimmen, müssen die Werte von m&sub1; und m&sub2; bestimmt werdend.
Die Werte von m&sub1; und m&sub2; werden so gewählt, daß der Wert von a, der durch Benutzung der Gleichungen (14), (17) und (18) für bestimmte Werte von x&sub1;, x&sub2;, x&sub3; und x&sub4; mit dem echten Wert für a für diese Variablen zusammenfällt. Die Werte von m&sub1; und m&sub2; können nicht monolithisch bestimmt werden. Deshalb kann eine gewisse Gruppe von Werten, die den oben erwähnten Bedingungen genügen, benutzt werden.
Abbildungsdaten in der Gleichung (15) können auf dieselbe Weise berechnet werden wie oben beschrieben.
Obwohl der Absaugdurchsatz a, der unter Verwendung der Gleichungen (14) und (18) für die Saugluftmenge, die Drehzahl, die Wassertemperatur und den Ansaugkrümmer-Innendruck berechnet wurden, sich mehr oder weniger vom echten Wert von a unterscheiden kann, der unter Benutzung der Gleichung (11) berechnet wurde, kann eine Verringerung der Abbildungsdaten durch Verwendung von Abbildungen mit einer nur geringen Anzahl von Dimensionen erreicht werden.
Im nachfolgenden wird ein Brennstoff-Regelverfahren unter Verwendung eines Brennstoff-Fördermodells in Betracht gezogen, das auf die oben beschriebene Weise erhalten wurde.
Um Brennstoff, der in einen Zylinder abgesaugt wurde, als Anforderungswert zu benutzen, d.h. um ein notwendiges Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erreichen, wird die Brennstoffzufuhr für die Brennstoffregelung so bestimmt, daß das Verhältnis der Zylinder-Einströmungsluftmenge zum Brennstoff, der in den Zylinder abgesaugt wird, als ein gewunschter Wert erhalten wird (Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis). Wenn die Saugluft-Strömungsmenge und die Drehzahl im i-ten Zyklus ersetzt werden durch Qa(i) und N(U/min), dann wird die Masse Qa' (g) der Zylinder-Einströmungsluft dargestellt durch die folgenden Gleichung:
Qa'(i) = k Qa(i)/N ----- (19)
In der Gleichung ist
K: Konstante.
Dementsprechend kann ein gewünschtes Luft-Brennstoff-Verhältnis erreicht werden, wenn die folgende Gleichung aufgestellt wird.
In der Gleichung stellt A/F das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis dar.
Aus den Gleichungen (4) und (20) wird die Brennstoffzufuhr Gf(i) im i-ten Zyklus dargestellt durch die folgende Gleichung.
Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der Gesamtausbildung des Brennstoffregelsystems gemäß der vorliegenden Erfindung in einem bestimmten Zylinder.
Im Block 201 wird die Brennstoffzufuhr Gf(i) im i-ten Zyklus entsprechend der Gleichung (21) aus dem gemessenen Wert der Drehzahl N, dem berechneten Wert des Absaugdurchsatzes α und dem berechnete Wert des stagnierenden Brennstoffs Mf(i) berechnet, der in den Ansaugkrümmer gesaugt wird. Im Block 203 wird der Absaugdurchsatz α aus den gemessenen Werten der Luftströmungsmenge, der Drehzahl, des Innendrucks und der Wassertemperatur entsprechend der Funktion berechnet, die durch die voran erwähnte Methode erhalten wurde. Im Block 202 wird der stagnierende Brennstoff Mf(i), der für die Bestimmung der Brennstoffzufuhr benutzt wird, auf der Grundlage der Gleichung (5) auf Stand gebracht.
Die Brennstoff-Einspritzzeit (Impulsbreite) T&sub1; wird aus der Brennstoffzufuhr auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet, um hierdurch die Brennstoffregelung im Motor durchzuführen.
Ti = k' Gf(i) γ+Ts ------ (22)
In der Gleichung (22) stellt k' eine Konstante dar, γ stellt einen Kopplungs-Korrekturbeiwert dar und TS stellt eine unwirksame Einspritzperiode dar.
In einem Motor mit mehreren Zylindern ist das Regelungssystem, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, für jeden Zylinder vorgesehen, um eine unabhängige Brennstoffregelung in jedem Zylinder durchzuführen. Beispielsweise ist im Fall eines Vierzylindermotors der Gesamtaufbau der jeweiligen Regelungssysteme so, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Regelungssysteme, wie in Fig. 2 gezeigt, sind, kurz gesagt, als die Blöcke 61 bis 64 in Fig. 6 vorgesehen. Es ist eine Selbstverständlichkeit, daß die Variablen Gf, Mf und α, die in jedem der Regelungssysteme verwendet werden, unabhängig in den jeweiligen Zylindern erstellt werden.
In einem Fall, in dem die jeweiligen Zylinder in der Charakteristik von α deutlich unterschiedlich sind, wird dementsprechend die Charakteristik α für jeden Zylinder aufgestellt.
Nachfolgend werden der Aufbau des Regelungssystems und der Betrieb des Regelungsprogramms in dem Fall, in dem die oben erwähnte Brennstoffregelungsmethode an einer digitalen Regelungseinheit angewandt wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die die gesamte Ausbildung eines D-Jetronic-Systems zum indirekten Erfassen einer Luftströmungsmenge auf der Grundlage der gemessenen Werte des Ansaugkrümmer-Innendrucks und der Drehzahl entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Regeleinheit 31 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 301 und einen Ablesespeicher (ROM) 302, einen Zugriffsspeicher (RAM) 303, ein Zeitglied 304, einen Eingabe-/Ausgabe-Gruppenintegrator (I/O LSI) 305 und eine Sammelleitung 306 für den elektrischen Anschluß hiervon auf. Das Zeitglied 304 erzeugt Unterbrechungsanforderungen für die CPU 301 in einer vorbestimmten Periode. Die CPU 301 führt das im ROM 302 abgespeicherte Regelungsprogramm in Abhängigkeit von den Unterbrechungsanforderungen durch. Signale aus einem Druckfühler 32, einem Drosselklappen- Winkelfühler 33, einem Wassertemperaturfühler 34, einem Kurbelwinkelfühler 35, einem Saugluft-Temperaturfühler 36 und einem Sauerstoffühler 37 werden in die I/O LSI 305 eingegeben. Ein Ausgabesignal aus der I/O LSI 305 wird in eine Einspritzeinrichtung 38 eingegeben.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Regelungsprogramms, das im ROM 302 abgespeichert ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Fig. 4 ist ein Flußdiagramm des Regelprogramms zum Berechnen der Brennstoff-Einspritzzeit und Fig. 5 ist ein Flußdiagramm des Regelungsprogramms zum Berechnen des stagnierenden Brennstoffs im Ansaugkrümmer.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen; im Schritt 401 werden Signale vom Druckfühler, Wassertemperaturfühler, Kurbelwinkelfühler und Saugluft-Temperaturfühler aufgenommen, wenn Unterbrechungs-Anforderungen, die mit Intervallen von 10 ms erzeugt werden, vorliegen. Die Umdrehungszahl wird aus dem Signal des Kurbelwinkelfühlers errechnet.
Dann wird im Schritt 402 die Saugluft-Strömungsmenge Qa im Motor auf der Grundlage einer vorbestimmten Gleichung aus den Werten des Ansaugkrümmer-Innendrucks, der Drehzahl und der Sauglufttemperatur berechnet, die eingegeben wurden.
Im Schritt 403 wird der nächste Zylinder, der der Brennstoffeinspritzung unterzogen werden soll, beurteilt.
Im Schritt 404 wird der Absaugdurchsatz entsprechend dem nächsten Zylinder, der einer Brennstoffeinspritzung unterzogen werden soll, nach einer festen Gleichung aus den Werten des Ansaugkrümmer-Innendrucks, der Drehzahl und der Wassertemperatur berechnet, die im Schritt 401 aufgenommen wurden, und dem Wert der Luftströmungsmenge, die im Schritt 402 berechnet wurde und in einer vorbestimmten Adresse im RAM abgespeichert wurde.
Im Schritt 405 wird die Brennstoffzufuhr Gf für den nächsten Zylinder, der der Brennstoff-Einspritzung unterzogen werden soll, entsprechend der Gleichung (21) aus der Drehzahl N, die im Schritt 401 aufgenommen wurde, der Luftströmungsmenge Qa, die im Schritt 402 errechnet wurde, dem Absaugdurchsatz α, der im Schritt 404 errechnet wurde, dem stagnierenden Brennstoff Mf (entsprechend dem nächsten, der Brennstoff-Einspritzung zu unterziehenden Zylinder), der durch ein anderes Programm errechnet und im RAM 303 abgespeichert wurde, und dem Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis A/F errechnet.
Schließlich wird im Schritt 406 die Brennstoff-Einspritzungszeit Ti entsprechend dem nächsten, der Brennstoff- Einspritzung zu unterziehenden Zylinder entsprechend der Gleichung (22) aus der Brennstoffzufuhr berechnet, die im Schritt 405 berechnet wurde. Somit wird die Reihe von Prozeduren beendet, um für die nächste Unterbrechungsanforderung zu warten. Wie oben beschrieben, kann die Last, die dem Mikrocomputer auferlegt wird, dadurch verringert werden, daß man die Brennstoffzufuhr, die dem nächsten, der Brennstoff-Einspritzung zu unterziehenden Zylinder entspricht, berechnet, ohne die Brennstoffzufuhr für alle Zylinder zu berechnen.
Die Brennstoff-Einspritzung wird dadurch ausgeführt, daß man in die Einspritzeinrichtung ein Impulssignal eingibt, das der Brennstoff-Einspritzzeit entspricht, die im Schritt 406 errechnet wurde, in Abhängigkeit von einer Unterbrechungsanforderung, die ausdrückt, daß der Kurbelwinkel eine vorbestimmte Lage erreicht hat.
Das Regelprogramm zum Abschätzen des stagnierenden Brennstoffs und zu dessen Aktualisierung, wie in Fig. 5 gezeigt, wird nach der Brennstoff-Einspritzung durchgeführt. In Fig. 5 wird der Zylinder, der der Brennstoff-Einspritzung unterzogen werden soll, im Schritt 501 beurteilt. Dann wird im Schritt 502 der stagnierende Brennstoff Mf(i+1), der zur Berechnung der Brennstoffzufuhr Gf(i+1) für den Zylinder im (i+1)-ten Zyklus benutzt wird, entsprechend der Gleichung (5) aus dem stagnierenden Brennstoff Mf(i) vor der Brennstoff-Einspritzung im i-ten Zyklus im Hinblick auf den Zylinder, der der Brennstoffeinspritzung unterzogen wird, auf die Brennstoffzufuhr Gf(i) für den Zylinder und auf den Absaugdurchsatz α, der für die Berechnung von Gf(i) benutzt wurde, berechnet und das Ergebnis wird im RAM 303 in Fig. 3 abgespeichert. Somit ist die Reihe von Prozeduren beendet. Wie oben beschrieben, wird der stagnierende Brennstoff entsprechend dem Zylinder, der der Brennstoff-Einspritzung unterzogen wird, nach der Brennstoff-Einspritzung aktualisiert.
Obwohl das Ausführungsbeispiel den Fall gezeigt hat, wo die Erfindung an einem D-Jetronic-System angewandt wird, wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch an einem L-Jetronic-Systems angewandt werden kann, bei dem die Saugluftmenge unmittelbar erfaßt wird. Im L-Jetronic-System wird der Innendruck des Ansaugkrümmers nicht erfaßt, aber diese Variable kann ersetzt werden durch die grundlegende Einspritz-Impulsbreite.
Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Erfindung ein Brennstoff-Fördermodell, das geeignet ist für das reale Phänomen, aufgestellt, um hierdurch die Brennstoffregelung getrennt für jeden Zylinder durchzuführen. Dementsprechend können Werte zum Anfordern von Brennstoff für die jeweiligen Zylinder in allen Zylindern gehalten werden. Dementsprechend kann eine hochgenaue Luft-Brennstoff- Verhältnis-Regelung vorgenommen werden, um hierdurch eine Verbesserung bei der Abgasreinigungseigenschaft, der Betriebseigenschaft und dem Wirkungsgrad bei den Brennstoffkosten zu erreichen.
Beim Stand der Techik müssen die zwei Parameter der Adhäsionsrate und des Absaugdurchsatzes auf der Grundlage von Experimenten für die Konstruktion des Regelsystems formuliert werden. Dagegen kann das System entsprechend der vorliegenden Erfindung durch Formulierung nur eines Parameters aufgestellt werden, so daß die Anzahl von Entwicklungsvorgängen verringert werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Brennstoff-Einspritzmenge eines Mehrzylindermotors mit einer Einspritzdüse (38) in jedem der zu den einzelnen Zylindern führenden Rohrtrakte, mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Brennstoff-Transportmodells für die Zylinder des Motors, welches umfaßt

Abschätzen eines Brennstoff-Transportzustandes der Saugrohre der Zylinder auf der Grundlage einer Brennstoff-Einspritzmenge (Gf(i-1)) in einem vorhergehenden Einspritztakt und einer Menge stagnierenden Brennstoffs (MF(i)), die zeitweilig in dem jeweiligen Saugrohr verbleibt,

Berechnen der Brennstoff-Einspritzmenge (Gf(i)) der Zylinder für den gegenwärtigen Einspritztakt gemäß dem geschätzten Brennstoff-Transportzustand,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Transportmodell, das für jeden einzelnen Zylinder des Motors vorgesehen ist, verschiedene Modellparameterwerte für die verschiedenen Zylinder unter den gleichen Motor- Betriebszuständen aufweist, wobei die Brennstoff-Transportmodelle Brennstoff-Transportzustände der jeweiligen, mit jedem Zylinder verbundenen Saugrohre individuell definieren, und

die Brennstoff-Transportzustände bzw. die Brennstoff- Einspritzmengen (Gf(i)) unabhängig für jeden einzelnen Zylinder abgeschätzt bzw. berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes der Brennstoff- Transportzustände individuell durch Verwendung der Brennstoff-Einspritzmenge des entsprechenden einzelnen Zylinders unabhängig von den Brennstoffmengen in den anderen Zylindern abgeschätzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verschiedenen Brennstoff-Transportmodelle die gleiche Modellstruktur aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Berechnungsschritt die Brennstoff-Einspritzmengen (Gf(i)) periodisch zu einem vorgegebenen Zeitpunkt berechnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Schritt der Bestiinmung eines Zylinders, in den im nächsten Einspritztakt Brennstoff einzuspritzen ist, wobei die Brennstoff-Einspritzmenge nur für diesen Zylinder berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen Brennstoff-Transportmodelle den Brennstofftransport durch die jeweiligen Saugrohre simulieren, wobei die Gesamtmenge (Gf) des eingespritzten Brennstoffs vor dem Ansaugtakt auf eine innere Wandoberfläche des Saugrohres auftrifft, zurückgebliebener Brennstoff in den jeweiligen Saugrohren nach dem Ansaugtakt zu der Gesamtmenge (Gf) des im nächsten Einspritztakt eingespritzten Brennstoffs addiert wird, um die stagnierende Brennstoffmenge (Mf) zu bilden, und anschließend ein Teil dieser stagnierenden Brennstoffmenge im nächsten Ansaugtakt nach dem Einspritztakt in die jeweiligen Zylinder transportiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung der Brennstoff-Einspritzmenge (Gf(i)) unter Berücksichtigung der Unterschiede der Brennstoff-Transportcharakteristiken unter den Zylindern durchgeführt wird.