DE69823428T2

DE69823428T2 - System zur Steuerung der Verbrennung in einem Motor

Info

Publication number: DE69823428T2
Application number: DE69823428T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Hiroshima-shi Nishimura; Junichi Higashihiroshima-shi Taga; Takahisa Higashihiroshima-shi Ishihara; Eiji Hiroshima-shi Nishimura
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: EP0896142A2; JPH11107822A; EP0896142B1; EP0896142A3; US6237327B1; DE69823428D1

Description

STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Motorsteuerung zur Steuerung der Verbrennung in einem Motor, der mit einem abgasreinigenden Katalysator versehen ist, und insbesondere ein System zur Steuerung der Verbrennung in einem Motor, um während eines Kaltstarts des Motors eine Erwärmung des abgasreinigenden Katalysators zu beschleunigen, der in einer Abgasleitung angeordnet ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Typischerweise sind verschiedene Arten von katalytischen Umformern bekannt, um Abgase aus einem Motor zu reinigen. Solch ein katalytischer Umformer enthält einen Dreiwegekatalysator, um die Emissionsniveaus an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOx) und dergleichen erheblich zu senken, die ein gesundheitliches Problem auf nationaler Ebene darstellen können, wenn sie nicht kontrolliert werden. Der Dreiwegekatalysator kann die gewünschte katalytische Umwandlungsleistung bei niedrigen Temperaturen kaum entfalten, wird aber aktiviert, so daß er seine katalytische Umwandlungsleistung entfaltet, wenn er über eine bestimmte Temperatur hinaus ausreichend erwärmt wird.
Bei Motorsteuerungen dieses Typs ist es bekannt, eine Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, indem ein Zündzeitpunkt weit über den oberen Totpunkt hinaus verzögert wird, solange der Katalysator noch nicht einen aktivierten Zustand erreicht hat, der erforderlich ist, damit er die gewünschte Umwandlungsleistung entfaltet, und der auf der Basis einer Temperatur des Motorkühlwassers bestimmt wird. Eine Motorsteuerung dieses Typs ist zum Beispiel aus der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. 8-232645 bekannt. Die Motorsteuerung bewirkt eine große Verzögerung, um einen hohen Abgaswärmeverlust zu erzeugen, mit der Wirkung, daß die Abgastemperatur erhöht wird, wodurch der Katalysator schnell erwärmt und auf geeignete Weise aktiviert wird. Um zu verhindern, daß die Kraftstoffverbrennung aufgrund der verzögerten Kraftstoffzündung instabil wird, ist die dem Stand der Technik entsprechende Motorsteuerung so ausgelegt und angepaßt, daß es die Entzündlichkeit und Brennbarkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs verbessert, indem es einen Ansaugluftwirbel in einem Brennraum erzeugt, die Geschwindigkeit eines Ansaugluftstroms oder die Zündenergie erhöht.
Ein anderes Beispiel für Motorsteuerungen dieses Typs wird in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. 8-218995 offenbart. Die Motorsteuerung, die einen Zündzeitpunkt so regelt, daß eine Erhöhung der Abgastemperatur bewirkt wird, solange der abgasreinigende Katalysator inaktiv ist, korrigiert einen Zündzeitpunkt, wenn eine Schwankung der Motordrehzahl erkannt wird.
Als wirkungsvolle Regelung zum Erhöhen der Abgastemperatur ist es bekannt, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer mageren Seite hin zu verschieben, sowie einen Zündzeitpunkt zu verzögern. Doch zwischen diesen Steuerungen besteht das Konfliktproblem, daß eine Erhöhung der Abgastemperatur und eine Stabilisierung der Verbrennung im Widerspruch zueinander stehen. Das heißt, die Verzögerung eines Zündzeitpunkts und die Verschiebung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur mageren Seite hin, um die Abgastemperatur zu erhöhen, können die Verbrennung instabil machen. Vor allem, weil sich Kraftstoffe, die in der Praxis verwendet werden, hinsichtlich ihrer Güte wie z. B. dem Grad ihrer Schwere voneinander unterscheiden, besteht die Gefahr einer über die zulässige Grenze hinausgehenden instabilen Verbrennung, die auf Entzündlichkeits- und Brennbarkeitsschwankungen der Kraftstoffe zurückzuführen ist, was stets Motorvibrationen und eine starke Zunahme der Schadstoffemissionen zur Folge hat. Weil der Katalysator inaktiv bleibt, solange der Motor noch nicht aufgewärmt ist, besteht ein Bedarf, die Schadstoffemissionen auf ein möglichst niedriges Niveau zu regeln.
Ein anderes Beispiel für Motorsteuerungen dieses Typs, das in der US-Patentschrift Nr. 5.652.380 offenbart wird, regelt einen Zündzeitpunkt und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so, daß eine Erhöhung der Abgastemperatur erreicht wird, solange der abgasreinigende Katalysator inaktiv ist, und korrigiert diese, wenn eine Schwankung der Motordrehzahl erkannt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems zur Steuerung der Verbrennung, das eine Motordrehzahl rückkopplungsregelt, damit sie der Kraftstoffverbrennung entsprechend innerhalb der Grenzen einer stabilen Verbrennung bleibt, so daß während eines Kaltstarts des Motors eine Erwärmung des Katalysators beschleunigt wird, das Niveau der Schadstoffemissionen kontrolliert wird und eine stabile Verbrennung gewährleistet wird.
Die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch Bereitstellung eines Systems zur Steuerung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine erreicht, das die Kraftstoffverbrennung auf der Basis von Regelparametern, zu denen ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ein Zündzeitpunkt und ein Ansaugluftstrom gehört, so regelt, daß eine Erhöhung der Abgastemperatur bewirkt wird, solange ein abgasreinigender Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors angeordnet ist, nicht ausreichend erwärmt oder inaktiv ist, das eine Schwankung der Motordrehzahl erkennt, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, um einen Sollwert nahe an einem stöchiometrischen Wert zu erreichen, zum Beispiel einen Wert zwischen 13 und 17, und den Regelparameter, der ein anderer ist als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so regelt, daß die Schwankung der Drehzahl innerhalb der Grenzen der stabilen Verbrennung bleibt, solange der abgasreinigende Katalysator nicht ausreichend erwärmt ist. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung kann direkt nach dem Anlassen des Motors beginnen.
Beim erfindungsgemäßen System zur Steuerung der Verbrennung wird, um zum Beispiel durch Verzögern eines Zündzeitpunkts eine Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, solange der abgasreinigende Katalysator noch inaktiv ist, die Rückkopplungsregelung der Motordrehzahl durchgeführt, um die Schwankungen der Drehzahl innerhalb der Grenzen der stabilen Verbrennung zu halten. Der Zustand der Kraftstoffverbrennung wird auf der Basis von Schwankungen der Motordrehzahl erkannt, die als Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit erkannt werden können, der Motor wird gesteuert, um mit Drehzahländerungen betrieben zu werden, die nahe an den Grenzen der stabilen Verbrennung liegen, ohne diese aber zu überschreiten, wodurch der Motor so gesteuert wird, daß eine Erwärmung des Katalysators unterstützt wird und die Kraftstoffverbrennung gewährleistet wird, solange der Motor noch kalt ist. Selbst, wenn zwischen Kraftstoffen ein Unterschied in der Kraftstoffgüte vorhanden ist, wie z. B. die Schwere, aufgrund derer die Entzündlichkeit und Brennbarkeit variiert, werden für betreffende Güte die gleichen Wirkungen erreicht.
Das System zur Steuerung der Verbrennung strebt an, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe an einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu halten, wodurch das Niveau an Schadstoffemissionen wie z. B. Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) ausreichend gesenkt wird. Ferner führt die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf einen Wert, der fetter ist als der stöchiometrische Wert, zu einer Senkung der Stickoxid(NOx)-Emissionsniveaus. Das heißt, das System zur Steuerung der Verbrennung erreicht sowohl eine Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators als auch eine Senkung der Schadstoffemissionsniveaus.
Der abgasreinigende Katalysator wird als inaktiv oder noch nicht aufgewärmt beurteilt, solange die Motorkühlwassertemperatur eine bestimmte Zeitperiode lang einen bestimmten Wert unterschreitet. Der Zündzeitpunkt wird verzögert, um eine Erhöhung der Abgastemperatur zu bewirken, solange der abgasreinigende Katalysator noch inaktiv ist, wird aber durch Vorschub korrigiert, um Schwankungen der Motordrehzahl innerhalb der Grenzen einer stabilen Verbrennung zu halten. Obwohl eine Verzögerung des Zündzeitpunkts eine Erwärmung des Katalysators beschleunigt, verursacht sie auch eine Schwankung der Drehzahl, und das System zur Steuerung der Verbrennung regelt die Drehzahlschwankung so, daß sie innerhalb der Grenzen bleibt, wodurch die Kraftstoffverbrennung stabilisiert wird.
Das System zur Steuerung der Verbrennung kann variable Lufteinlaßmittel wie zum Beispiel ein Leerlaufdrehzahlregelventil umfassen, um die Ansaugluftmenge zu vergrößern oder zu verkleinern, die eine Drosselklappe umgeht und in den Motor eingelassen wird, und einen Leerlaufsensor, um den Leerlauf des Motors zu erkennen. Wenn der Motor im Leerlauf ist, steuert das System zur Steuerung der Verbrennung das variable Lufteinlaßmittel so, daß eine Erhöhung der Ansaugluftmenge bewirkt wird. Das heißt, während des Leerlaufs des Motors, bei dem die Drosselklappe voll geschlossen bleibt, wird das variable Lufteinlaßmittel den Schwankungen der Motordrehzahl entsprechend so geöffnet, daß die Luftladeleistung erhöht wird, wodurch der Motor veranlaßt wird, eine erhöhte Leistung zu entfalten, mit der Wirkung, daß die Verbrennungsstabilität verbessert wird. Das System zur Steuerung der Verbrennung kann das variable Lufteinlaßmittel steuern, um eine Erhöhung der Drehzahl zu bewirken, solange der Motor kalt ist, was eine verbesserte Stabilität der Motordrehzahl zur Folge hat. Das heißt, das System zur Steuerung der Verbrennung steuert das variable Lufteinlaßmittel so, daß der Motor eine bestimmte Leerlaufdrehzahl erreicht. Diese Steuerung verhindert, daß der Fahrer und die Insassen den natürlichen Eindruck verlieren. Ferner kann die Steuerung das variable Lufteinlaßmittel so steuern, daß ein Luftstrom im Brennraum verstärkt wird, solange der Motor kalt ist, wobei die Mischung von Luft und Kraftstoff beschleunigt wird, was eine Verschlechterung der Kraftstoffverdampfung verhindert und die Entzündlichkeit des Kraftstoffs aufrechterhält.
Das System zur Steuerung der Verbrennung kann einen in der Abgasleitung angeordneten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor wie eine Sauerstoff(O₂)-Sonde umfassen, die nach dem Anlassen des Motors aktiviert wird, um die Sauerstoffkonzentration eines Abgases aus dem Motor zu erkennen, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs darstellt. Dabei führt das System zur Steuerung der Verbrennung zum einen eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Vorwärtsregelung durch, solange der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor noch inaktiv ist, und führt zum anderen eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung auf der Basis des vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erkannten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch, nachdem der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor aktiviert wurde. Sobald der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor aufgewärmt und normal aktiviert ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis einer Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors rückkopplungsgeregelt, das Niveau der Schadstoffemissionen wird ausreichend gesenkt. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Vorwärtsregelung strebt an, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen 13 und 17 aufrechtzuerhalten. Das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann ein Wert sein, der fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Vorwärtsregelung entsprechend wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch fetter gemacht, solange der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Sensor noch inaktiv ist, während der Motor kalt ist, so daß die Kraftstoffverbrennung selbst dann stabilisiert wird, wenn eine Verschlechterung der Kraftstoffverdampfung auftritt. So lange ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe am stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, ist das Niveau der drei Schadstoffemissionen nicht so hoch. Ferner kann das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Wert sein, der magerer ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Das heißt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe am stöchiometrischen Wert liegt, aber magerer ist, nämlich ein Wert zwischen 14,7 (stöchiometrischer Wert) und 17,0, erreicht das Abgas seine Höchsttemperatur. Wenn das System zur Steuerung der Verbrennung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so regelt, daß es magerer als der stöchiometrische Wert ist, solange der Motor kalt ist und der abgasreinigende Katalysator daher noch inaktiv ist, wird eine Erwärmung des Katalysators beschleunigt, mit der Wirkung, daß das Niveau der Schadstoffemissionen erheblich gesenkt wird. Ferner, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein stöchiometrischer Wert ist, während das Niveau der Schadstoffemissionen gesenkt wird, arbeitet der abgasreinigende Katalysator auch dann mit ausreichender Umwandlungsleistung, wenn er nur einen halbaktivierten Zustand erreicht hat.
Das Soll-Luft/Kraftstoff Verhältnis kann auf der Basis von Schwankungen der Motordrehzahl geändert werden. Dies ermöglicht es, die Kraftstoffverbrennung zu stabilisieren, indem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite hin korrigiert wird, wenn die Kraftstoffverbrennung selbst nach Ausführung der Verbrennungssteuerung instabil bleibt. Selbst wenn zum Beispiel ein Kraftstoff verwendet wird, der einen großen Anteil an schweren Komponenten enthält und eine erheblich geringere Entzündlichkeit und Brennbarkeit aufweist, wird der Motor daran gehindert, Vibrationen zu verstärken und Schadstoffemissionen zu erhöhen.
Das System zur Steuerung der Verbrennung kann die Vorschubkorrektur des Zündzeitpunkts beschränken, um direkt nach dem Anlassen des Motors, solange der abgasreinigende Katalysator noch inaktiv ist, eine Zeitperiode lang ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten, das kleiner ist als der Sollwert, und nach Ablauf dieser vorgegebenen Zeitperiode das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so regeln, daß der Sollwert erreicht wird. Wie zuvor beschrieben, erreicht das Abgas die Höchsttemperatur, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als ein stöchiometrischer Wert gehalten wird, zum Beispiel zwischen 14,7 und 17,0. Daher wird dem erfindungsgemäßen System zur Steuerung der Verbrennung gemäß der Steuerung einer Erwärmung des Katalysators durch Verzögern des Zündzeitpunkts Vorrang eingeräumt, indem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis direkt nach dem Anlassen des Motors eine bestimmte Zeitperiode lang, zum Beispiel 10 Sekunden lang, fetter als ein Sollwert gehalten wird. Während dieser Vorrangsteuerung einer Erwärmung des Katalysators wird das Niveau der NOx-Emissionen gesenkt, da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gehalten wird. Nach Ablauf der Zeitperiode ist der abgasreinigende Katalysator halb aktiviert und in der Lage, das Niveau der drei Schadstoffemissionen wirkungsvoll senken. Das heißt, das System zur Steuerung der Verbrennung erreicht sowohl eine Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators als auch eine Senkung des Niveaus der Schadstoffemissionen mit hoher Präzision.
In den obigen Ausführungsformen werden Schwankungen der Motordrehzahl für jeden Zylinder erkannt, auf deren Basis die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und die Verbrennungssteuerung für jeden Zylinder durchgeführt wird. Da es unter den Zylindern eines Motors allgemein Unterschiede in der Kraftstoffeinspritzmenge, in der Verbrennungstemperatur und im Luftstrom gibt, werden, wenn die Steuerung für alle Zylinder zusammen ausgeführt wird, die Grenzen der Verbrennungsstabilität von demjenigen Zylinder bestimmt, der die geringste Brennbarkeit aufweist, und ein Zündzeitpunkt wird verzögert, wodurch mehr Verzögerung für alle übrigen Zylinder ermöglicht wird. Dem System zur Steuerung der Verbrennung gemäß wird ein Zündzeitpunkt für jeden Zylinder unabhängig auf der Basis von Schwankungen der Motordrehzahl geregelt, die für den Zylinder unabhängig überwacht werden, wodurch der Zündzeitpunkt auf eine Grenze der Verbrennungsstabilität verzögert wird, die jedem Zylinder eigen ist.
Der abgasreinigende Katalysator ist vorzugsweise hinter einem Auspuffkrümmer angeordnet, der mit der Abgasleitung verbunden ist. Diese Anordnung ermöglicht es dem System zur Steuerung der Verbrennung, eine Beschleunigung einer Erwärmung des Katalysators zu verbessern. Mit anderen Worten, die Anordnung des Katalysators weist einen hohen Grad an Designfreiheit auf, der durch die Verbesserung der Abgasleistung und Ausnutzung der Abgasträgheit und der Beschleunigung einer Erwärmung des Katalysators eine Erhöhung der Motorleistung bewirkt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Aus führungsformen hervor, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Darstellung ist, die den Gesamtaufbau einer Brennkraftmaschine zeigt, die mit einem System zur Steuerung der Verbrennung nach einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
2 ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine Motorsteuerung (ECU) zeigt;
3 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine der Zündzeitpunktregelung veranschaulicht;
4 und 5 Flußdiagramme sind, die eine Ablaufroutine zur Einstellung einer Rauheitsregelverstärkung und zur Erkennung einer Winkelgeschwindigkeitsschwankung in der Berechnung einer Rauheitsregelgröße veranschaulichen;
6 ist Diagramm ist, das eine Änderung des Drehmoments und der Winkelgeschwindigkeit abhängig von einer Schwankung des Kurbelwinkels bei einem Viertakt-Vierzylindermotor zeigt;
7 ein graphisches Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Verbrennungsdruck und einer Schwankung der Winkelgeschwindigkeit zeigt;
8 eine schematische Darstellung ist, die einen Aufbau eines Kurbelwinkelsensors und einer erkannten Platte zeigt;
9 eine schematische Darstellung ist, die Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit zeigt, die auf Faktoren wie Störungen zurückzuführen sind;
10 ein graphisches Diagramm ist, das die Kurbelwinkelgeschwindigkeit zeigt, von welcher Frequenzkomponenten der Motorrotation 0,5. Ordnung und ganzzahliger Vielfacher von 0,5 entfernt wurden;
11 ein graphisches Diagramm ist, das die Kurbelwinkelgeschwindigkeit zeigt, von welcher Frequenzkomponenten der Motorrotation unter 0,5. Ordnung entfernt wurden;
12 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Änderung der Rauheitsregelverstärkung der Schwere des Kraftstoffs entsprechend zeigt;
13 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Änderung der Rauheitsregelgröße zeigt;
14 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Leerlaufdrehzahlregelung zeigt;
15 ein Diagramm ist, das ein Steuerabbild der Solldrehzahl zeigt;
16 ein Diagramm ist, das ein Steuerabbild der Solluftladeleistung zeigt, das während der Regelung zur Beschleunigung einer Erwärmung des Katalysators verwendet wird;
17 ein Diagramm ist, das ein Steuerabbild der Solluftladeleistung zeigt, das während des Normalbetriebs verwendet wird;
18 ein Diagramm ist, das ein Steuerabbild eines Leerlaufventils zeigt;
19 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
20 ein graphisches Diagramm ist, das die Ausgangskennlinie einer Sauerstoffsonde zeigt;
21 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Bestimmung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturwerts zeigt;
22 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungskorrekturwert und der Ausgabe der Sauerstoffsonde zeigt;
23 ein graphisches Diagramm ist, das eine Änderung im Zylinderdruck verzögerten Kurbelwinkeln entsprechend zeigt;
24A ein graphisches Diagramm ist, das eine Änderung in der Abgastemperatur abhängig vom Zündzeitpunkt zeigt;
24B ein graphisches Diagramm ist, das Änderungen im mittleren Arbeitsdruck bei schwerem Kraftstoff und normalem Kraftstoff abhängig vom Zündzeitpunkt zeigt;
25 ein graphisches Diagramm ist, das Änderungen im Emissionsniveau abhängig vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
26 ein graphisches Diagramm ist, das Änderungen in der katalytischen Umwandlungsleistung abhängig vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
27A ein graphisches Diagramm ist, das eine Änderung in der Abgastemperatur abhängig vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
27B ein graphisches Diagramm ist, das Änderungen im mittleren Arbeitsdruck bei schwerem Kraftstoff und normalem Kraftstoff abhängig vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
28 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
29 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Regelung Leerlaufdrehzahl partiell veranschaulicht;
30 ein Diagramm ist, das ein Steuerabbild der Solluftladeleistung zeigt;
31 ein Flußdiagramm ist, das eine Ablaufroutine zur Steuerung eines Wirbelventils zeigt;
32 ein Diagramm ist, das ein Steuerabbild eines Wirbelventils zeigt;
33 ein graphisches Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Zündzeitpunkt zeigt; und
34 ein Flußdiagramm ist, das eine Variante der Ablaufroutine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung zeigt, die in 19 gezeigt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf die Zeichnungen im einzelnen, und insbesondere auf 1, wird ein Vierzylinder-Viertakt-Benzinmotor 1 gezeigt (nachstehend der Einfachheit halber als Motor bezeichnet), der mit einem System A zur Steuerung der Verbrennung nach einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist, wobei der Motor 1 einen Zylinderblock 3 und einen Zylinderkopf 4 umfaßt. Der Zylinderblock 3 ist mit vier Zylindern 2 versehen (von denen nur einer dargestellt ist), in welchen Kolben 5 verschoben werden können. Ein Brennraum 6 wird in jedem Zylinder 2 durch die Oberseite des Kolbens 5, eine untere Wand des Zylinderkopfs 4 und eine Wand des Zylinders 2 geformt. Eine Zündkerze 7, die im Zylinderkopf 4 im Zentrum installiert ist, wobei die Elektrodenspitze unten im Brennraum 6 angeordnet ist, ist mit einem Zündkreis 8 verbunden, der eine Zündvorrichtung zur elektronischen Steuerung des Zündzeitpunkts enthält. Ein Ansaugventil 12 und ein Auspuffventil 24 öffnen und schließen, mit einer bestimmten Zeitsteuerung, jeweils einen Ansaugkanal und einen Auspuffkanal, die im Brennraum 6 einmünden. Eine Ansaugleitung 10 ist an einem ihrer Enden mit dem Ansaugkanal des Brennraums 6 und an einem anderen Ende mit einem Luftfilter 11 verbunden. Die Ansaugleitung 11 umfaßt, vom vorderen Ende aus in dieser Reihenfolge, einen Heißdrahtdurchflußmesser 13, um die Ansaugluftmenge zu erkennen, die in die Ansaugleitung 10 eingeleitet wird, ein Drosselklappe 14, einen Ausgleichbehälter 15 und eine Kraftstoffeinspritzdüse 16. Eine elektronische Motorsteuerung (ECU) 35, die aus einem Mikroprozessor besteht, gibt einen Einspritzimpuls aus, um die Kraftstoffeinspritzdüse 16 eine Zeit lang zu öffnen, die durch eine Impulsbreite des Einspritzimpulses bestimmt wird. Der Luftfilter 11 umfaßt einen Temperaturmeßfühler 17, um die Temperatur der in die Ansaugleitung 10 eingeleiteten Luft zu messen. Die Ansaugleitung 10 zweigt an ihrem hinteren Ende in eine erste Zweigansaugleitung (die in der Zeichnung verborgen ist) und eine zweite Zweigansaugleitung 10a ab, in der ein elektrisch betriebenes Wirbelventil 18 angeordnet ist. Das Wirbelventil 18 wird von einem Stellantrieb wie z. B. einem Schrittmotor gesteuert, um zu öffnen und zu schließen. Wenn das Wirbelventil 18 schließt, ist die Zweigansaugleitung 10a fast ganz geschlossen und bewirkt, daß ein Ansaugluftstrom nur durch die erste Zweigansaugleitung in den Brennraum 6 strömt, wodurch im Brennraum 6 ein Wirbel erzeugt wird. Eine Umgehungsansaugleitung 20, die im wesentlichen zur Leerlaufdrehzahlregelung verwendet wird, ist mit der Ansaugleitung 10 verbunden, damit ein Ansaugluftstrom die Drosselklappe 14 umgehen kann, und enthält ein Leerlaufdrehzahlregelventil 21. Die Änderung des Öffnungspunkts des Leerlaufdrehzahlregelventils 21 regelt eine Ansaugluftmenge, die durch die Umgehungsansaugleitung 20 strömt, um eine Motordrehzahl während des Leerlaufs zu regeln. Die Drosselklappe 14 ist mit einem Leerlaufschalter 22 versehen, um zu erkennen, daß der Motor 1 im Leerlauf ist, und mit einem Drosselklappenfühler 23, um einen Öffnungspunkt der Drosselklappe 14 zu überwachen.
Eine Auspuffleitung 25 ist an ihrem vorderen Ende mit einem Auspuffkrümmer geformt, der in vier Auspuffleitungen abzweigt, wovon jede mit dem Auspuffkanal eines Brennraums 6 verbunden ist. Die Auspuffleitung 25 ist hinter dem Auspuffkrümmer mit einer Sauerstoff(O₂)-Sonde 26 versehen, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Inneren des Brennraums 6 zu überwachen, und ein Abgaskatalysator 27 ist hinter der O₂-Sonde 26 angeordnet. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird durch die Sauerstoffkonzentration im Abgas bestimmt, die von der O₂-Sonde 26 erkannt wird. Eine Ausgabe der O₂-Sonde 26 schlägt auf entgegengesetzten Seiten eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch um. Der Abgaskatalysator 27 weist einen Dreiwegekatalysator auf, der in der Lage ist, ein Emissionsniveau an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx) zu senken, und vorzugsweise ein Emissionsniveau an Stickoxiden (NOx) selbst dann zu senken, wenn ein mageres Gemisch verbrannt wird.
Ein Kurbelwinkelsensor 30, der einen elektromagnetischen Aufnehmer umfaßt, ist vorgesehen, um einen Rotationswinkel einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 1 zu erkennen, von dem eine Motordrehzahl bestimmt wird. Der Kurbelwinkelsensor 30 wirkt mit einer Scheibe 31 zusammen, die an einem Ende der Kurbelwelle befestigt ist. Die Scheibe 31 weist eine Vielzahl von radialen Vorsprüngen 31a auf, die in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Der Kurbelwinkelsensor 30 erkennt die radialen Vorsprünge und gibt Impuls signale aus. Ferner ist ein Temperaturmeßfühler 32 vorgesehen, um eine Kühlwassertemperatur Tcw zu überwachen.
Wie in 2 gezeigt, empfängt das ECU 35 Signale von verschiedenen Sensoren und Schaltern, einschließlich des Luftmengenmessers 13, des Ansauglufttemperaturfühlers 17, des Leerlaufschalters 22, des Drosselklappenfühlers 23, der O₂-Sonde 26, des Kurbelwinkelsensors 30, des Kühlwassertemperaturmeßfühlers 32 und eines Anlaßschalters 33, und gibt Steuersignale aus, einschließlich eines Einspritzimpulses an das Einspritzventil 16, eines Zündsignals an den Zündkreis 8, Stellsignale an die jeweiligen Stellantriebe 18a und 21a des Wirbelventils 18 und des Leerlaufdrehzahlregelventils 21. Das ECU 35 steuert die Regelung einer Zündzeitpunktverzögerung, um nach einem Kaltstart des Motors eine Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, wobei die Verbrennungsstabilität gewährleistet wird, sowie die Kraftstoffeinspritzungsregelung, um die Aufrechterhaltung eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anzustreben, und, während des Leerlaufs, eine Erhöhung der Ansaugluftmenge zu bewirken, um die Rotationsstabilität zu verbessern, mit der Wirkung, daß der Katalysator erwärmt wird. Das heißt, das ECU 35 weist einen Funktionsblock (Erkennung der Katalysatoraktivierung) 36 auf, um auf der Basis einer Ablaufzeit seit dem Anlassen des Motors und einer Kühlwassertemperatur zu beurteilen, ob der Katalysator des Abgaskatalysators 27 aufgewärmt und aktiviert ist, und einen Funktionsblock (Zündzeitpunktregelung) 37 zum Verzögern eines Zündzeitpunkts, um nach geeigneter Aktivierung des Katalysators eine Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen. Ferner umfaßt das ECU 35 einen Funktionsblock (Rauheitserkennung) 38, um eine Schwankung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit zu erkennen, einen Funktionsblock (Zündzeitpunktkorrekturregelung) 39, um einen vom Zündzeitpunktregelungsblock 37 bestimmten Zündzeitpunkt den Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit entsprechend zu korrigieren, einen Funktionsblock (Kraftstoffeinspritzungsregelung) 40, um die Kraftstoffeinspritzmenge so zu regeln, daß während der Ausführung der Zündzeitpunktverzögerungsregelung die Aufrechterhaltung eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angestrebt wird, einen Funktionsblock (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrektur) 41, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch fetter zu machen, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen, wenn eine Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit selbst nach einer Korrektur durch Verzögern eines Zündzeitpunkts noch groß ist, und einen Funktionsblock (Leerlaufdreh zahlregelung) 42 zum Steuern des Leerlaufdrehzahlregelventils 21, um während des Leerlaufs eine Zunahme der Ansaugluftmenge zu bewirken, die in den Motor eingeleitet wird. Das ECU 35 weist zudem einen Funktionsblock (Leerlaufdrehzahl-Rückkopplungsregelung) 44 auf, um eine Motordrehzahl durch Anpassung eines Zündzeitpunkts so durch Rückkopplung zu regeln, daß eine bestimmte Leerlaufdrehzahl gehalten wird.
3 ist ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine der Zündzeitpunktregelung durch den Mikroprozessor des ECU 35 veranschaulicht.
Wie gezeigt, startet die Steuerlogik des Flußdiagramms und geht direkt zu einem Funktionsblock in Schritt S101 über, wo das ECU 35 Signale aus den Sensoren und Schaltern ausliest, einschließlich des Luftmengenmessers 13, des Ansauglufttemperaturmeßfühlers 17, des Leerlaufschalters 22, des Drosselklappenfühlers 23, der O₂-Sonde 26, des Kurbelwinkelsensors 30, des Kühlwassertemperaturmeßfühlers 32 und eines Anlaßschalters 33 (siehe 2). Dann wird in Schritt S102 beurteilt, ob der Motor 1 angelassen wird. Wenn kein Signal vom Anlasser vorliegt, mit dem ein Anlaßmotor betätigt wird, oder eine Motordrehzahl eine bestimmte Drehzahl unterschreitet, wird beurteilt, daß der Motor nicht angelassen wird. Wenn der Motor 1 angelassen wird, wird in Schritt S103 ein Zündzeitpunkt IGST während des Anlassens des Motors als Zündzeitpunkt IGT(n) genommen, und in Schritt S104 wird ein Anlaßanzeiger F_STA auf einen Zustand „1" gesetzt, der anzeigt, daß der Motor angelassen wird. Wenn der Zündzeitpunkt IGT(n) für jeden Zylinder in Schritt S115 erreicht ist, wird die Zündkerze 7 des Zylinders in Schritt S116 betätigt, um zu zünden. Das Suffix (n) bezeichnet Zylindernummern des ersten bis vierten Zylinders. In diesem Fall bezeichnen die Zylindernummern 1, 2, 3 und 4 jeweils den ersten, dritten, vierten und zweiten Zylinder.
Andernfalls, wenn der Motor nicht angelassen wird, wird in Schritt S105 beurteilt, ob eine Kühlwassertemperatur Tcw niedriger ist als ein spezifizierter Punkt Tcwo, zum Beispiel 60°C. Wenn die Kühlwassertemperatur Tcw niedriger ist als der spezifizierte Punkt Tcwo (60°C), zeigt dies an, daß der Motor noch kalt ist und der Katalysator daher noch nicht aktiviert ist, dann wird in Schritt S106 eine weitere Beurteilung durchgeführt, ob der Anlaßanzeiger F_STA auf den Zustand „1" gesetzt ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Anlaßanzeiger F_STA in Schritt S107 auf „0" gesetzt, wonach in Schritt S108 ein Zeitgeber ausgelöst wird, um eine bestimmte Wärmzeit Tht abzuzählen, während welcher eine Erwärmung des Katalysators beschleunigt wird. Wenn der Anlaßanzeiger F_STA auf „0" gesetzt ist, wird in Schritt S109 beurteilt, ob der Zeitgeber ausgelöst wurde und die Wärmzeit Tht abzählt. Wenn der Zeitgeber ausgelöst wurde und die Wärmzeit Tht abzählt, wird beurteilt, daß der Katalysator des Abgaskatalysators 27 in der Aufwärmung befindlich ist, dann wird durch Schritt S110 bis S114 ein Zündzeitpunkt IGT(n) bestimmt.
Nachdem in Schritt S110 ein Erwärmungsanzeiger F_RTD auf einen Zustand „1" gesetzt wurde, was anzeigt, daß eine Erwärmung des Katalysators durch Verzögern eines Zündzeitpunkts beschleunigt wird, wird eine Rückkopplungsregelgröße θ_IDFB für einen Zündzeitpunkt, der notwendig ist, um eine Leerlaufdrehzahl Nid konstant zu halten, in Schritt S111 auf 0 (null) gesetzt, und in Schritt S112 wird eine Zündzeitpunktregelgröße θ_RTD zur Verzögerung des Zündzeitpunkts aus einem Steuerabbild der Zündzeitpunktverzögerung ausgelesen. Das Setzen der Rückkopplungsregelgröße θ_IDFB auf 0 (null) bedeutet, daß die Rückkopplungsregelung der Leerlaufdrehzahl durch Verzögern des Zündzeitpunkts unterbrochen wird. Das Steuerabbild der Zündzeitpunktverzögerung spezifiziert die Luftladeleistung abhängig von der Motorlast und die Zündzeitpunktregelgröße θ_RTD abhängig von der Motordrehzahl. Die Luftladeleistung wird bestimmt, indem eine Ansaugluftmenge, die vom Luftmengenmesser 13 erkannt wird, durch eine Motordrehzahl dividiert wird und der Quotient mit einer bestimmten Festzahl multipliziert wird. In Schritt S113 wird eine Berechnung durchgeführt, um eine Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) für jeden Zylinder zu erhalten, die zur Korrektur eines Zündzeitpunkts verwendet wird, um Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit innerhalb der Grenzen der stabilen Verbrennung zu halten, wie weiter unten beschrieben. Dann wird in Schritt S114 ein Zündzeitpunkt IGT(n) durch den folgenden Ausdruck erhalten: IGT(n) = θBASE – θIDFB – θRTD + θrgh(n)
Wobei θ_BASE ein Basiszündzeitpunkt ist, der durch einen Winkel ausgedrückt wird, der von einem spezifizierten Zündzeitpunkt gewöhnlich leicht verzögert ist, zum Beispiel 10° vor dem oberen Totpunkt, an dem der Motor 1 das Höchstdrehmoment in jedem Zylinder erzeugt, und der der Motordrehzahl und der Ladeleistung entspricht.
Wenn in Schritt S115 beurteilt wird, daß der in Schritt S103 oder S115 berechnete Zündzeitpunkt IGT(n) erreicht ist, wird die Zündkerze 7 in Schritt S116 betätigt, um zu zünden.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird einem Kaltstart des Motors 1 bis nach Ablauf einer Wärmzeit Tht eine Zeitperiode lang, während welcher der Zündzeitpunkt verzögert wird, um die Abgastemperatur des zu erhöhen und dadurch die Erwärmung des Katalysators zu beschleunigen, der Zündzeitpunkt einer Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit entsprechend korrigiert, um den Motor 1 innerhalb der Grenzen der stabilen Verbrennung zu regeln.
Andernfalls, wenn die Kühlwassertemperatur Tcw höher ist als der spezifizierte Punkt Tcwo, nämlich 60°C, zeigt dies an, daß der Motor warmgelaufen ist und der Katalysator daher aktiviert ist, und dann wird der Anlaßanzeiger F_STA und der Erwärmungsanzeiger F_RTD jeweils in Schritt S117 und S118 auf null zurückgesetzt, wonach in Schritt S119 beurteilt wird, ob der Motor 1 im Leerlauf ist. Diese Beurteilung wird auf der Basis eines Signals vom Leerlaufschalter 22 durchgeführt. Während des Leerlaufs erkennt der Leerlaufschalter 22 eine geschlossene Stellung der Drosselklappe 14 und gibt ein Signal aus, daß der Motor 1 im Leerlauf ist. Wenn der Motor 1 im Leerlauf ist, wird eine Rückkopplungsregelgröße θ_IDFB aus einem Steuerabbild ausgelesen. Dieses Abbild spezifiziert die Rückkopplungsregelgrößen θ_IDFB abhängig von den Differenzen zwischen der Motordrehzahl und der Leerlaufdrehzahl. Wenn der Motor 1 nicht im Leerlauf ist, wird die Rückkopplungsregelgröße θ_IDFB in Schritt S121 auf 0 (null) gesetzt. Nachdem die Rückkopplungsregelgröße θ_IDFB in Schritt S120 oder in Schritt S121 bestimmt wurde, wird sowohl die Zündzeitpunktregelgröße θ_RTD als auch die Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) jeweils in Schritt S122 und S123 bestimmt. Dann wird durch die Schritte S114 bis 116 ein Zündzeitpunkt IGT berechnet, und die Zündkerze 7 eines Zylinders wird betätigt, um am Zündzeitpunkt zu zünden. Das heißt, wenn die Kühlwassertemperatur Tcw höher ist als der spezifizierte Punkt Tcwo, oder wenn die Wärmzeit Tht seit dem Anlassen des Motors abgelaufen ist, wird die Regelung des Zündzeitpunkts zur Beschleunigung einer Erwärmung des Katalysators durch die Schritte S122 und S123 abgebrochen, und die normale Zündzeitpunktregelung wird durchgeführt. Wenn die Drosselklappe 14 voll geschlossen ist, wird die Zündzeitpunkt-Rückkopplungsregelung durchgeführt, um einen Zündzeitpunkt durch die Schritte S119 und S120 so zu regeln, daß eine für den Leerlauf geeignete Drehzahl gehalten wird. Dadurch wird die Leerlaufdrehzahl Rückkopplungsregelung der mit einem guten Ansprechverhalten durchgeführt, indem eine Leerlaufdrehzahl durch Regulierung eines Zündzeitpunkts geregelt wird.
4 und 5 sind ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine zur Steuerung der Bestimmung einer Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) veranschaulicht, die in Schritt S113 der Zündzeitpunktregelung, die in 3 gezeigt wird, erfolgt.
Wie gezeigt, startet die Steuerlogik des Flußdiagramms und geht direkt zu einem Funktionsblock in Schritt S201 über, wo ein Steuerzyklus, dessen Anfangswert 1 (eins) ist, um eins imkrementiert wird. Dann wird in Schritt S202 ein Zeitintervall T(i) zwischen benachbarten Signalen vom Kurbelwinkelsensor 30 gemessen, und in Schritt S203 wird auf der Basis des Zeitintervalls T(i) eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω(i)in einer spezifizierten Zeitperiode berechnet. Die Zeitperiode, innerhalb welcher eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit berechnet wird, wird wie unten beschrieben bestimmt.
6 zeigt eine Motordrehzahl und Winkelgeschwindigkeit abhängig vom Kurbelwinkel bei einem Vierzylinder-Viertaktmotor. In Bezug auf jeden Zylinder 2 ändert sich die resultierende Kraft (durch die durchgehende Linie X dargestellt) des Trägheitsmoments (durch eine unterbrochene Linie Y dargestellt) und des Gasdruckmoments (durch eine gepunktete Linie Z dargestellt) während des Normalbetriebs periodisch in Winkelabständen von 180°, und eine Winkelgeschwindigkeit (durch ein Buchstaben „A" angezeigt) der Kurbelwelle, die durch das resultierende Drehmoment gedreht wird, ändert sich periodisch. Andrerseits tritt ein Zustand auf, in dem die Verbrennung zum Beispiel im Zylinder 2 Nummer 1 instabil wird, wenn eine halbe Fehlzündung auftritt und das resultierende Drehmoment übermäßig abfällt, wie durch eine Strichpunktlinie Q angezeigt. Dadurch fällt eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit von der Mitte eines Expansionshubs an erheblich ab, wie durch eine unterbrochene Linie B angezeigt, und eine Differenz der Kurbelwinkelgeschwindigkeit von der während des Normalbetriebs wird während der instabilen Verbrennung erweitert. Obwohl die Kurbelwinkelgeschwindigkeit in der Mitte eines Expansionshubs aufgrund eines Einflusses des vorherigen Zylinders abfällt, nämlich des Zylinders Nummer 1 in dieser Ausführungsform, wird in Verbindung mit dem Zylinder Nummer 3, der auf den Zylinder 2 Nummer 1 folgt, mit dem Fort schreiten des Expansionshubs allmählich eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit für die normale Verbrennung erreicht.
7 zeigt den Verbrennungsgasdruck, der durch einen Korrelationskoeffizienten abhängig von einer Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit nach dem oberen Totpunkt eines Verdichtungshubs eines spezifischen Zylinders dargestellt ist. Der Korrelationskoeffizient ist eine Messung darüber, wie der Gasdruck eines spezifischen Zylinders auf die Kurbelwinkelgeschwindigkeit wirkt. Ein positiver Wert des Korrelationskoeffizienten zeigt an, daß eine Änderung im Gasdruck des spezifischen Zylinders eine starke Korrelation zur Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit des spezifischen Zylinders aufweist.
Wie aus 6 und 7 hervorgeht, ist die Korrelation zwischen dem Verbrennungsgasdruck und einer Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit stark zwischen einem Kurbelwinkel, bei dem die Verbrennung beinahe abgeschlossen ist (etwa 40° ATDC), und einem Kurbelwinkel, bei dem der nächste Zylinder beinahe die Verbrennung beginnt (etwa 200° ATDC), und ist in einer Periode X besonders stark, wo das Trägheitsdrehmoment nach einem Wendepunkt des Gasdruckmoments (bei einem Kurbelwinkel von 90° ATDC) ansteigt (d. h. zwischen den Kurbelwinkeln 100 und 200° ATDC). Folglich wird ein Verbrennungszustand eines spezifischen Zylinders auf der Basis einer Schwankung im Kurbelwinkel des spezifischen Zylinders auf präzise Weise bestimmt, indem eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit innerhalb eines Bereichs zwischen Kurbelwinkeln von zum Beispiel 100 und 200° erkannt wird. Um eine lange zulässige Zeit für die Kurbelwinkelerkennung vorzusehen, ist es wünschenswert, die Kurbelwinkelerkennung nach einem Kurbelwinkel von 60° durchzuführen.
In Anbetracht der obigen Umstände ist die erkannte Platte 31, wie in 8 gezeigt, mit den radialen Vorsprüngen 31a in Winkelabständen so geformt, daß der radiale Vorsprung an Kurbelwinkeln von 104° ATDC und 174° ATDC jedes Zylinders erkannt wird, um eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit während einer Drehung der Kurbelwelle um 70° von einem Kurbelwinkel von 104° ATDC bis zu einem Kurbelwinkel von 174° ATDC zu messen. Daher wird der folgende Ausdruck verwendet, um in Schritt S203 eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω eines spezifischen Zylinders (i) zu berechnen. ω(i) = 70 × 10–6/T(i)
Danach wird nach der Unterscheidung, in Schritt S204, der Zylinder auf der Basis von Signalen, die von einem Sensor (nicht gezeigt) zur Überwachung eines Rotationswinkels der Kurbelwelle (nicht gezeigt) ausgegeben werden, durch die Schritte S205 und S206 eine Schwankung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω(i) bestimmt, wobei Faktoren, die die Bestimmung eines Verbrennungszustands jedes Zylinders stören, beseitigt werden. Dies sind Faktoren, mit Ausnahme einer Änderung des Verbrennungszustands, die Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω(i) bewirken, wie z. B. eine durch die explosionsartige Verbrennung erzeugte Resonanz, unausgewuchtete Radrotation, fahrbahnbedingte Vibrationen, die von den Rädern übertragen werden, und dergleichen. Wie in 9 gezeigt, treten die Komponenten der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen, die auf Störungen wie die resonanzbedingte explosionsartige Rotation zurückzuführen sind, in einer Frequenz 0,5. Ordnung und ihren ganzzahligen Mehrfachen auf. Doch Komponenten der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen wie Störungen, die auf unausgewuchtete Radrotation und Fahrbahnbedingungen zurückzuführen sind, treten in einem Frequenzband kleiner als 0,5. Ordnung auf.
In Schritt S205 wird eine Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dω(i) bestimmt, wobei Frequenzkomponenten der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen entfernt werden, die in einer Frequenz 0,5. Ordnung und ihren ganzzahligen Mehrfachen auftreten. Das heißt, durch Bestimmen einer Ablenkung einer aktuellen Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω(i) von der vorherigen Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω(i – 4) (vier Hübe zuvor) für einen spezifischen Zylinder, wird eine Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dω(i) erhalten, in welcher Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen, die in einer Frequenz 0,5. Ordnung und ihren ganzzahligen Mehrfachen auftreten, entfernt wurden, wie in 10 gezeigt. Um Komponenten der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen wie z. B. Störungen zu entfernen, die in einem Frequenzband kleiner als 0,5. Ordnung auftreten, wird ferner mit Hilfe der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen dω(i), die bei den letzten acht Zyklen erhalten wurden, ein Glättungsvorgang (tempering operation) durchgeführt. Die geglättete Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) wird durch den folgenden Ausdruck erhalten: Dωf(i) = a × dω(i) + b × dω(i – 1) + c × dω(i – 2) + d × dω(i – 3) + e × dω(i – 4) + d × dω(i – 5) + c × dω(i – 6) + b × dω(i – 7) + a × dω(i – 8)wobei a–d Glättungsfaktoren sind.
Durch den Glättungsvorgang werden Komponenten der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankungen, die in einem Frequenzband kleiner als 0,5. Ordnung auftreten, auf zufriedenstellende Weise entfernt, wie in 11 gezeigt. Dadurch wird eine Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) jedes Zylinders erhalten, der den Verbrennungszustand auf präzise Weise wiedergibt.
Danach wird in Schritt S207 und S208 jeweils die zulässige Ober- und Untergrenze der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωfmax und dωfmin der Verbrennungsstabilität Bezug nehmend auf Steuerabbilder der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung bestimmt. Diese Abbilder spezifizieren jeweils die Ober- und Untergrenze dωfmax und dωfmin der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung abhängig von der Motordrehzahl und der Luftladeleistung. In Schritt S209 wird die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) mit der Obergrenze dωfmax der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung verglichen. Wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) größer ist als die Obergrenze dωfmax der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung, wird eine Regelverstärkung θ_KA (die größer ist als 0) zur Vergrößerung der Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) in Schritt S210 mit Hilfe eines Regelverstärkungsabbilds bestimmt. Die Regelverstärkung θ_KA wird in Schritt S211 einem Kraftstoffschweregrad entsprechend korrigiert und in Schritt S212 als Rauheitsregelverstärkung θ_K verwendet. Andernfalls, wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) kleiner ist als die Obergrenze dωfmax der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung, wird die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) dann in Schritt S213 mit der Untergrenze dωfmin der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung verglichen. Wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) kleiner ist als die Untergrenze dωfmin der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung, wird eine Regelverstärkung θ_KA (die kleiner ist als 0) zur Verkleinerung der Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) in Schritt S214 mit Hilfe des Regelverstärkungsabbilds bestimmt und in Schritt S212 als Rauheitsregelver stärkung θ_K verwendet. Wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) größer ist als die Untergrenze dωfmin der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung, wird die Rauheitsregelverstärkung θ_K in Schritt S216 auf 0 (null) eingestellt.
Nach der Bestimmung der Rauheitsregelverstärkung θ_K in Schritt S212, S215 oder S216 wird in Schritt S217 beurteilt, ob die Zahl eines Steuerzyklus i größer als acht ist. Wenn die Zahl des Steuerzyklus i kleiner oder gleich acht ist, wird eine Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) in Schritt S218 auf 0 (null) gesetzt. Wenn die Zahl des Steuerzyklus i größer als acht ist, wird in Schritt S219 eine weitere Beurteilung durchgeführt, ob die Zahl des Steuerzyklus i größer oder gleich 9, aber kleiner als 13 ist. Wenn die Zahl des Steuerzyklus i zwischen 9 und 13 liegt, wird die Rauheitsregelverstärkung θ_K in Schritt S220 als Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) verwendet. Andernfalls, wenn die Zahl des Steuerzyklus i größer als 13 ist, wird eine Rauheitsregelgröße θ_rgh(n), die im letzten Steuerzyklus erhalten wurde, zuzüglich der Rauheitsregelverstärkung θ_K in Schritt S221 als Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) verwendet. Dabei wird mit dem Fortschreiten der Steuerzyklen durch ein Inkrement der Regelverstärkung θ_K für jeden Zylinder eine geeignete Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) erhalten. Das heißt, der Zündzeitpunkt IGT(n) wird durch Änderung des Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) um die Rauheitsregelverstärkung θ_K vorgeschoben, die einen positiven Wert annimmt, wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) größer ist als die Obergrenze dωfmax der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung, und wird andrerseits durch Änderung des Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) um die Rauheitsregelverstärkung θ_K verzögert, die einen negativen Wert annimmt, wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) kleiner ist als die Untergrenze dωfmin der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung.
Nach der Bestimmung der Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) in Schritt S218, S220 oder S221 wird in Schritt S222 eine Beurteilung durchgeführt, ob die Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) größer oder gleich einer Zündzeitpunktvorschubgrenze θ_RMIN ist, die spezifiziert ist, um die Vorschubkorrektur des Zündzeitpunkts IGT(n) zu begrenzen. Wenn die Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) größer oder gleich der Zündzeitpunktvorschubgrenze θ_RMIN ist, wird die Zündzeitpunktvorschubgrenze θ_RMIN in Schritt S223 als aktuelle Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) verwendet, wonach in Schritt S224 ein Anzeiger F_RMIN auf einen Zustand „1" gesetzt wird, der anzeigt, daß eine Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit selbst durch Vorschubkorrektur des Zündzeitpunkts IGT(n) nicht auf zufriedenstellende Weise beschränkt wird. Andernfalls, wenn die Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) kleiner ist als die Zündzeitpunktvorschubgrenze θ_RMIN, wird der Anzeiger F_RMIN in Schritt S225 auf „0" gesetzt oder gelöscht. In dieser Steuerung wird eine Vorschubkorrektur des Zündzeitpunkts IGT(n) beschränkt, indem eine Grenze der Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) zur Beschränkung einer Schwankung der Kurbelwinkelgeschwindigkeit verwendet wird, so daß eine Erwärmung des Katalysators noch durch Verzögerung des Zündzeitpunkts beschleunigt werden kann.
12 ist ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine zur Änderung einer Regelverstärkung θ_KA veranschaulicht, die in Schritt S211 der Ablaufroutine zur Bestimmung der Rauheitsregelgröße θ_rgh(n) durchgeführt wurde, die in 4 und 5 gezeigt wird.
Wie gezeigt, wird nur dann, wenn in Schritt S301 die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) die Obergrenze dωfmax der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung erstmals übersteigt, in Schritt S302 die Regelverstärkung θ_KA um einen Wert θ_JA (der größer ist als 0) erhöht, der zuvor dem Grad der Kraftstoffschwere entsprechend bestimmt wurde. Dadurch nehmen die Rauheitsregelgrößen θ_rgh(n) für die jeweiligen Zylinder stark zu, mit der Wirkung, daß der Zündzeitpunkt IGT schnell vorgeschoben wird, wie in 13 gezeigt. Die Regelverstärkung θ_KA kann geändert werden, um mit zunehmender Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) größer zu werden, wodurch ein Zündzeitpunkt auf geeignete und schnelle Weise den Vergrößerungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i), d. h. dem Grad der Kraftstoffschwere entsprechend korrigiert wird.
14 ist ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine zur Leerlaufdrehzahlregelung zeigt, die im Funktionsblock 41 des ECU 35 durchgeführt wird.
Wenn die Steuerlogik des Flußdiagramms startet, geht die Steuerung direkt zu einem Funktionsblock bei Schritt S401 über, wo das ECU 35 Signale aus den Sensoren und Schaltern einschließlich des Luftmengenmessers 13, des Leerlaufschalters 22, des Kurbelwinkelsensors 30, des Kühlwassertemperaturmeßfühlers 32 und des Anlassers 33 ausliest. Wenn der Motor 1 in Schritt S402 aktuell im Leerlauf ist, wobei die Drosselklappe 14 voll geschlossen bleibt, wird in Schritt S403 die Luftladeleistung Ce auf der Basis einer Luftdurchflußmenge und einer Motordrehzahl bestimmt. Dann, wenn der Motor in Schritt S404 während des letzten Steuerzyklus nicht im Leerlauf war und der Erwärmungsanzeiger F_RTD in Schritt S405 auf „1" gesetzt wurde, wird in Schritt S406 eine Solldrehzahl, d. h. eine Leerlaufdrehzahl TNeon zum Einschalten der beschleunigten Katalysatorerwärmung (nachstehend als Solldrehzahl „Leerlauf an" bezeichnet) Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Solldrehzahl (in 15 gezeigt) bestimmt, und in Schritt S407 wird die Solluftladeleistung TCeon zum Einschalten der beschleunigten Katalysatorerwärmung (nachstehend Solluftladeleistung „Leerlauf an" genannt) Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Solluftladeleistung (in 16 gezeigt) bestimmt. Andernfalls, wenn der Motor 1 in Schritt S404 während des letzten Steuerzyklus nicht im Leerlauf war, der Erwärmungsanzeiger F_RTD aber in Schritt S405 auf „0" gesetzt ist, wird in Schritt S408 eine Solldrehzahl, d. h. eine Leerlaufdrehzahl TNeoff zum Ausschalten der beschleunigten Katalysatorerwärmung (nachstehend als Solldrehzahl „Leerlauf aus" bezeichnet) Bezug nehmend auf das Steuerabbild der Solldrehzahl bestimmt, und in Schritt S409 wird die Solluftladeleistung TCeoff zum Ausschalten der beschleunigten Katalysatorerwärmung (nachstehend als Solluftladeleistung „Leerlauf aus" bezeichnet) Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Solluftladeleistung (in 17 gezeigt) bestimmt. Das Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl spezifiziert Leerlaufdrehzahlen TNe abhängig von Kühlwassertemperaturen Tcw. Wie in 15 gezeigt, ist die Leerlaufdrehzahl TNe während des Kaltstarts des Motors bei niedrigen Kühlwassertemperaturen Tcw relativ hoch, um den Motorbetrieb zu stabilisieren. Ferner ist im Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl eine Solldrehzahl „Leerlauf an" TNeon bei jeder Kühlwassertemperatur Tcw höher als eine Solldrehzahl „Leerlauf aus" TNeoff, damit der Motor 1 stabil betrieben wird und eine erhöhte Wärmeenergie des Abgases erzeugt wird, mit der Wirkung, daß eine Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators bewirkt wird, solange ein Zündzeitpunkt verzögert wird. Jedes Abbild der Luftladeleistung spezifiziert eine experimentelle Solluftladeleistung TCe abhängig von Soll-Leerlaufdrehzahlen TNe. Die Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon ist bei jeder Kühlwassertemperatur Tcw höher als die Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff. Das heißt, solange ein Zündzeitpunkt durch Ausführung der Steuerung zur Beschleunigung der Katalysatorerwärmung verzögert wird, wird ein Anteil der Wärmeenergie, der durch die Kraftstoffverbrennung erzeugt wird und in die Drehung der Kurbelwelle umgewandelt wird, verringert, wodurch die Leistung des Motors 1 entsprechend abfällt, weshalb die Solluftladeleistung TCeon erhöht wird, um den Abfall in der Motorleistung auszugleichen und für eine verbesserte Verbrennungsstabilität zu sorgen.
Nach der Bestimmung der Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon in Schritt S407 oder der Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff in Schritt S409 wird in Schritt S410 ein Grundwert DNBAS der Leerlaufdrehzahlregelung, der einer Öffnung des Leerlaufdrehzahlregelventils 21 entspricht, die notwendig ist, um die Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon oder die Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff zu erhalten, Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl bestimmt. Das Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl spezifiziert Öffnungen des Leerlaufdrehzahlregelventils 21 abhängig von Solluftladeleistungen TCe. Dann wird in Schritt S411 der Grundwert DNBAS der Leerlaufdrehzahlregelung als praktischer Wert DN der Leerlaufdrehzahlregelung verwendet. Wenn in Schritt S404 der Motor während des letzten Steuerzyklus im Leerlauf war, wird in Schritt S413 Bezug nehmend auf ein Korrekturabbild der Leerlaufdrehzahl (in 18 gezeigt) ein Korrekturwert DNE der Leerlaufdrehzahlregelung bestimmt, der einer Ablenkung DCe der aktuellen Luftladeleistung von der Solluftladeleistung TCe entspricht, wonach in Schritt S414 ein praktischer Wert DN der Leerlaufdrehzahlregelung bestimmt wird, indem der Korrekturwert DNE der Leerlaufdrehzahlregelung zum Grundwert DNBAS der Leerlaufdrehzahlregelung addiert wird. Wie in 18 gezeigt, spezifiziert das Korrekturabbild der Leerlaufdrehzahl Korrekturwerte DNE der Leerlaufdrehzahl abhängig von Ablenkungen DCe der Luftladeleistung. Der Korrekturwert DNE der Leerlaufdrehzahlregelung steigt in einem Bereich niedriger Ladeluftleistungsablenkungen DCe mit zunehmender Ladeluftleistungsablenkung DCe linear an, ist aber bei größeren Ladeluftleistungsablenkungen DCe feststehend.
Ferner wird, wenn der Motor 1 in Schritt S402 aktuell nicht im Leerlauf ist und der Erwärmungsanzeiger F_RTD in Schritt S415 auf „1" gesetzt ist, ein Grundwert DNBAS der Leerlaufdrehzahlregelung, der einer Öffnung des Leerlaufdrehzahlregelventils 21 entspricht, die notwendig ist, um die Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon zu ergeben, in Schritt S416 Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl bestimmt und wird dann in Schritt S417 als praktischer Wert DN der Leerlaufdrehzahlregelung verwendet. Andernfalls wird, wenn der Motor in Schritt S402 aktuell nicht im Leerlauf ist und der Erwärmungsanzeiger F_RTD in Schritt S415 auf „0" gesetzt ist, ein Grundwert DNBAS der Leerlauf drehzahlregelung, der einer Öffnung des Leerlaufdrehzahlregelventils 21 entspricht, die notwendig ist, um die Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff zu ergeben, in Schritt S418 Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl bestimmt, und wird dann in Schritt S419 als praktischer Wert DN der Leerlaufdrehzahlregelung verwendet.
Nach der Bestimmung eines praktischen Werts DN der Leerlaufdrehzahlregelung in Schritt S401, S414, S417 oder S419 wird das Leerlaufdrehzahlregelventil 21 schließlich in Schritt S412 mit einer relativen Einschaltdauer betrieben, die dem Wert DN der Leerlaufdrehzahlregelung entspricht. Die Steuerlogik des Flußdiagramms führt dann einen Rücksprung für einen weiteren Zyklus durch.
19 ist ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine der Kraftstoffeinspritzungsregelung zeigt, die im Funktionsblock 40 des ECU 35 durchgeführt wird.
Wenn die Steuerlogik des Flußdiagramms startet, geht sie direkt zu einem Funktionsblock bei Schritt S501 über, wie gezeigt, wo das ECU 35 Signale aus den Sensoren und Schaltern ausliest, umfassend mindestens den Luftmengenmesser 13, die O₂-Sonde 26, den Kurbelwinkelsensor 30 und den Anlaßschalter 33. Dann wird in Schritt S502 beurteilt, ob der Motor 1 angelassen wurde. Es wird beurteilt, daß der Motor 1 angelassen wurde, wenn ein Signal vom Anlaßschalter 33 vorliegt und eine Motordrehzahl Ne erkannt wird, die kleiner ist als eine spezifizierte Drehzahl. Wenn der Motor 1 angelassen wurde, wird in Schritt S503 eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) als eine Anlaßimpulsbreite T_STA für einen Zylinder(n) festgelegt. Die Anlaßimpulsbreite T_STA wird im voraus so bestimmt, daß ein Luft-Kraftstoff-Gemisch fett genug ist, um die erwünschte Anlaßbarkeit zu gewährleisten. Andernfalls, wenn kein Signal vom Anlaßschalter 33 vorliegt, oder wenn der Motor 1 bei einer Drehzahl betrieben wird, die höher ist als die spezifizierte Drehzahl, wird beurteilt, daß der Motor 1 gerade angelassen wird, dann wird in Schritt S504 beurteilt, ob der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, und in Schritt S505 wird beurteilt, ob ein Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf „1" gesetzt ist. Wenn der Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf einen Zustand „1" gesetzt ist, zeigt dies an, daß eine Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung durch die Korrekturregelung eines Zündzeitpunkts beschränkt wird, die im Funktionsblock 39 des ECU 35 durchgeführt wird. Wenn die Anzeiger F_RMIN Und F_RMIN beide auf „1" gesetzt sind, dann wird in Schritt S506 ein Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, indem eine Regelverstärkung C_RR zu einem vorherigen Anreicherungswert C_RMIN'(n) der Kraftstoffeinspritzung addiert wird. Andernfalls, wenn der Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf „0" gesetzt ist, während der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, dann wird in Schritt S507 ein Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, indem die Regelverstärkung C_RR von einem vorherigen Anreicherungswert C_RMIN'(n) der Kraftstoffeinspritzung subtrahiert wird. Das heißt, wenn die Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung selbst durch die Korrektursteuerung eines Zündzeitpunkts, die im Funktionsblock 39 des ECU 35 durchgeführt wird, nicht beschränkt wird, wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch fetter gemacht, um eine Verschlechterung der Verbrennungsstabilität über die Grenzen hinaus zu verhindern.
Nach der Bestimmung eines Anreicherungswerts C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S506 oder S507 wird in Schritt S508 beurteilt, ob der Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist. Wenn der Anreicherungswert CRMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist, während der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, oder wenn der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „0" gesetzt ist, wird der Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S509 auf 0 (null) gesetzt. Dann wird, wenn die O₂-Sonde 26 in Schritt S510 auf geeignete Weise aktiviert ist, in Schritt S511 ein Korrekturwert Cfb(i) zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin für die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung auf der Basis eines Ausgabesignals von der O₂-Sonde 26 bestimmt. Andernfalls, wenn der Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S508 größer ist als 0 (null), oder wenn, während der Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist, die O₂-Sonde 26 noch nicht ausreichend aktiviert ist, wird in Schritt S512 ein Korrekturwert Cfb(i) der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung auf 0 (null) gesetzt.
Nach der Bestimmung eines Rückkopplungsregelungskorrekturwerts Cfb(i) in Schritt S511 oder S512 wird eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) durch den folgenden Ausdruck bestimmt: Ta(n) = KGKF × {1 + Cfb(i) + CRMIN(n)} × Ce
Wobei KGKF der Durchflußmengenkoeffizient der Einspritzdüse ist.
Wenn nach der Bestimmung einer Einspritzimpulsbreite Ta(n) in Schritt S503 oder S513 in Schritt S514 der Zündzeitpunkt erreicht ist, wird in Schritt S515 ein Einspritzimpuls mit der Impulsbreite Ta(n) ausgegeben, um die Einspritzdüse 16 für einen Zylinder (n) zu betätigen, um Kraftstoff einzuspritzen.
Wie oben beschrieben, wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung auf der Basis eines Ausgabesignals von der O₂-Sonde 26 unterbrochen, wenn der Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung einen positiven Wert annimmt, und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wird angereichert, indem eine erhöhte Einspritzimpulsbreite Ta(n) ausgegeben wird. Andernfalls, wenn der Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung einen negativen Wert annimmt, wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung auf der Basis eines Ausgabesignals der O₂-Sonde 26 unter der Bedingung durchgeführt, daß die O₂-Sonde 26 ausreichend aktiviert ist. Mit anderen Worten, solange ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin rückkopplungsgeregelt wird, wird es nur dann korrigiert, um ein fetteres Luft-Kraftstoff-Gemisch als das stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch zu ergeben, wenn die Möglichkeit besteht, daß die Verbrennungsstabilität sich verschlechtert.
20 zeigt eine Ausgangskennlinie der O₂-Sonde 26.
Wie gezeigt, weist eine elektromotorische Kraft einen Normalpegel E1 auf, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, und steigt stark an oder fällt stark ab, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch jeweils fetter oder magerer als das stöchiometrische Gemisch wird.
21 ist ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine zur Bestimmung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwerts Cfb(i) veranschaulicht, die in Schritt S511 durchgeführt wird.
Wie gezeigt, startet die Steuerlogik des Flußdiagramms und geht direkt zu einer Beurteilung in Schritt S601 über, wo ein aktueller Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 mit dem Normalpegel E1 verglichen wird. Wenn der aktuelle Ausgangspegel E(i) höher ist als der Normalpegel E1, wird in Schritt S602 ein vorheriger Ausgangspegel E(i – 1) während des letzten Zyklus mit dem Normalpegel E1 verglichen. Wenn der vorherige Ausgangspegel E(i – 1) kleiner oder gleich dem Normalpegel E1 ist, wird in Schritt S603 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bestimmt, indem eine relativ große Regelverstärkung C_P von einem vorherigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i – 1) subtrahiert wird. Andernfalls, wenn der vorherige Ausgangspegel E(i – 1) höher ist als der Normalpegel E1, wird in Schritt S604 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bestimmt, indem eine relativ kleine Regelverstärkung C, vom vorherigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i – 1) subtrahiert wird.
Wenn der aktuelle Ausgangspegel E(i) kleiner oder gleich dem Normalpegel E1 ist, wird der vorherige Ausgangspegel E(i – 1) in Schritt S605 mit dem Normalpegel E1 verglichen.
Wenn der vorherige Ausgangspegel E(i – 1) höher ist als der Normalpegel E1, wird in Schritt S606 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bestimmt, indem die große Regelverstärkung C_P zu einem vorherigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i – 1) addiert wird. Andernfalls, wenn der vorherige Ausgangspegel E(i – 1) kleiner oder gleich dem Normalpegel E1 ist, wird in Schritt S607 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bestimmt, indem die kleine Regelverstärkung C_I zum vorherigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i – 1) addiert wird.
Wie in 22 gezeigt, wird während einer Periode, in der ein Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 höher ist als der Normalpegel E1, der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bei jedem Steuerzyklus durch ein Dekrement der Regelverstärkung C_P oder C_I geändert, um eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) so zu reduzieren, daß die Kraftstoffeinspritzmenge kleiner wird und dadurch ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer wird. Dadurch fällt der Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 allmählich auf den Normalpegel E1 ab. Andernfalls, wenn ein Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 zwischen entgegengesetzten Seiten des Normalpegels E1 umschlägt, zum Beispiel, weil das Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, oder weil das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kleiner wird als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) stark verändert, indem die große Regelverstärkung C_P subtrahiert wird. Andernfalls, wenn ein Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 auf einer Seite des Normalpegels E1 bleibt, wird der Luft/ Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) allmählich geändert, indem die kleine Regelverstärkung subtrahiert wird.
Wenn ein Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 kleiner ist als der Normalpegel E1, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) in jedem Steuerzyklus durch ein Inkrement der Regelverstärkung C_P oder C_I geändert, um eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) zu erhöhen, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu vergrößern und dadurch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch fetter zu machen. Dadurch steigt der Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 allmählich auf den Normalpegel E1 an. Ferner, wenn der Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 zwischen entgegengesetzten Seiten des Normalpegels E1 umschlägt, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb stark verändert, indem die große Regelverstärkung C_P addiert wird. Andernfalls, wenn der Ausgangspegel E(i) der O₂-Sonde 26 auf einer Seite des Normalpegels E1 bleibt, wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb allmählich verändert, indem die kleine Regelverstärkung C_P addiert wird. Da eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis eines Ausgangspegels der O₂-Sonde 26 rückkopplungsgeregelt wird, schlägt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zwischen entgegengesetzten Seiten des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses um, nämlich einer fetteren Seite und einer magereren Seite, wodurch bewirkt wird, daß der Abgaskatalysator seine Umwandlungsleistung wirkungsvoll entfaltet.
Wenn, wie oben beschrieben, auf der Basis einer Temperatur des Motorkühlwassers und einer Zeit, die seit dem Anlassen des Motors abgelaufen ist, erkannt wird, daß der Katalysator noch nicht ausreichend aufgewärmt ist, wird ein Zündzeitpunkt IGT(n) verzögert, um die Abgastemperatur so zu erhöhen, daß eine Erwärmung des Katalysators beschleunigt wird. Wenn, wie in 23 gezeigt, wo der Zylinderdruck abhängig vom Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt in einem Ansaughub gezeigt wird, der Zündzeitpunkt IGT(n) bei der Verbrennung eines stöchiometrischen Gemischs stark auf einen Kurbelwinkel von zum Beispiel 20° ATDC verzögert wird, tritt nach einem erheblichen Abfall des Zylinderdrucks nach einem mittleren Stadium eines Expansionshubs eine Verbrennungsspitze eines Luft-Kraftstoff-Gemischs auf, wie durch eine durchgehende Linie dargestellt, weshalb die Umwandlungsleistung der Wärmeenergie der Verbrennung sehr gering ist. Daher steigt die Abgastemperatur aufgrund des erheblich erhöhten Wärmeverlustes stark an. In 23 wird durch eine unterbrochene Linie zu Vergleichszwecken der Zylinderdruck gezeigt, der erzeugt wird, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch an einem Zündzeitpunkt genau am oberen Totpunkt (TDC) gezündet wird.
24A zeigt die Abgastemperatur abhängig von einem Zündzeitpunkt IGT(n). Wie in 24A belegt, steigt die Abgastemperatur stärker an, wenn ein Zündzeitpunkt IGN(n) verzögert ist, wodurch eine Katalysatortemperatur schnell erhöht wird. Doch wie in 24B gezeigt, führt eine Verzögerung des Zündzeitpunkts IGN(n) zu einer Zunahme der Änderungsrate (%) des mittleren Arbeitsdrucks Pi, d. h. einer Drehmomentänderungsrate, wodurch eine Verschlechterung der Verbrennungsstabilität auftritt. Die Änderungsrate des mittleren Arbeitsdrucks Pi ist insbesondere bei einem schweren Kraftstoff höher als bei einem normalen Kraftstoff. Daher kann bei einem schweren Kraftstoff eine Verschlechterung der Verbrennungsstabilität auftreten. Doch da im System zur Steuerung der Verbrennung nach der obigen Ausführungsform der Erfindung der Zündzeitpunkt IGN(n) auf der Basis einer Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) vorgeschoben wird, wird ein aktueller Verbrennungszustand auf der Basis der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung dωf(i) überwacht. Folglich wird der Motor 1 so gesteuert, daß er stets innerhalb der Grenzen der Verbrennungsstabilität betrieben wird. Selbst bei einem Kaltstart des Motors wird die Beschleunigung der Katalysatorerwärmung sowie die Verbrennungsstabilität gewährleistet. Selbst wenn die Entzündlichkeit und Brennbarkeit eines Kraftstoffs sich verschlechtern, werden die oben beschriebenen Wirkungen für die betreffende Güte erreicht. Solange der Motor 1 im Leerlauf ist, wird die Luftladeleistung ferner durch die Leerlaufdrehzahlregelung erhöht, und der Motor 1 wird so gesteuert, daß er mit einer Drehzahl betrieben wird, die höher als eine beabsichtigte Leerlaufdrehzahl ist, wodurch die Verbrennungsstabilität sowie die Beschleunigung der Katalysatorerwärmung gewährleistet werden.
Während der Ausführung der beschleunigten Katalysatorerwärmung durch Verzögern des Zündzeitpunkts IGT(n) wird zudem eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung ausgeführt, um ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Dadurch werden, wie in 25 gezeigt, die Emissionsniveaus an Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) erheblich gesenkt. Das Emissionsniveau an Stickoxiden (NOx) wird relativ gesenkt. Wie in 26 gezeigt, ist die katalytische Umwandlungsleistung für diese Emissionen bei Luft/Kraftstoff-Verhältnissen in der Nachbarschaft eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (14,7) besonders hoch. Katalysatoren, die in der Abgasleitung installiert sind, sind daher hervorragend dazu geeignet, Schadstoffemissionen mit einer Erwärmung des Katalysators zu reduzieren. Wie in 27A gezeigt, steigt die Abgastemperatur bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff Verhältnis (14,7) relativ höher an, was eine Erwärmung des Katalysators bewirkt. In dem Falle, wo es schwer ist, Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit selbst mit der Zündzeitpunktkorrekturregelung und der Leerlaufdrehzahlregelung zu beschränken, während die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelung durchgeführt wird, um ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff Verhältnis zu erhalten, wird überdies eine Korrektur durchgeführt, um durch Verkleinerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die Verbrennungsstabilität anzustreben. Das heißt, wie in 27B gezeigt, eine Änderung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite hin hat eine Abnahme in der Änderungsrate (%) des mittleren Arbeitsdrucks Pi zur Folge, d. h. einer Drehmomentänderungsrate, wodurch die Verbrennungsstabilität verbessert wird. Selbst in dem Fall, wo ein Kraftstoff mit geringer Entzündlichkeit und Brennbarkeit verwendet wird, wird der Motor 1 so gesteuert, daß er stets innerhalb der Grenzen der Verbrennung betrieben wird, wobei eine starke Zunahme der Schadstoffemissionen sowie einer Auftreten verstärkter Vibrationen verhindert wird.
28 ist ein Flußdiagramm, das eine Variante der Ablaufroutine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung veranschaulicht, die in 19 gezeigt wird. In der Kraftstoffeinspritzungsregelung wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis direkt nach einem Kaltstart des Motors so geregelt, daß es zur fetten Seite hin verschoben wird, um dadurch die Verbrennung zu stabilisieren, bis die O₂-Sonde 26 durch das Abgas aufgewärmt und ausreichend auf einen Normalzustand aktiviert ist.
Wenn die Steuerlogik des Flußdiagramms startet, geht sie, wie gezeigt, direkt zu einem Funktionsblock bei Schritt S701 über, wie gezeigt, wo das ECU 35 Signale aus den Sensoren und Schaltern ausliest, umfassend mindestens den Luftmengenmesser 13, die O₂-Sonde 26, den Kurbelwinkelsensor 30 und den Anlaßschalter 33. Dann wird in Schritt S702 beurteilt, ob der Motor 1 angelassen wurde. Wenn der Motor angelassen wurde, wird in Schritt S703 eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) als eine Anlaßimpulsbreite T_STA für einen Zylinder (n) festgelegt. Andernfalls, wenn kein Signal vom Anlaßschalter 33 vorliegt, oder wenn der Motor 1 bei einer Drehzahl betrieben wird, die höher ist als die spezifizierte Drehzahl, wird beurteilt, daß der Motor 1 gerade angelassen wird, dann wird in Schritt S704 beurteilt, ob ein Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, und in Schritt S705 wird beurteilt, ob ein Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf „1" gesetzt ist. Wenn die Anzeiger F_RTD und F_RMIN beide auf „1" gesetzt sind, dann wird in Schritt S706 eine Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, indem eine Regelverstärkung C_RR zu einer vorherigen Anreicherungsmenge C_RMIN'(n) der Kraftstoffeinspritzung addiert wird. Andernfalls, wenn der Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf „0" gesetzt ist, während der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, dann wird in Schritt S707 eine Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, indem die Regelverstärkung C_RR von der vorherigen Anreicherungsmenge C_RMIN'(n) der Kraftstoffeinspritzung subtrahiert wird. Nach der Bestimmung einer Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S706 oder S707 wird in Schritt S708 beurteilt, ob die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist. Wenn die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist, während der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, oder wenn der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „0" gesetzt ist, wird die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S709 auf 0 (null) gesetzt. Dann wird, wenn die O₂-Sonde 26 in Schritt S710 ausreichend aktiviert ist, in Schritt S711 ein Anreicherungskorrekturwert C_ROPN(n) für die Vorwärtsregelung der Kraftstoffeinspritzung (nachstehend fetter Korrekturwert der Steuerung genannt) auf 0 (null) gesetzt, wonach in Schritt S712 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bestimmt wird. Andernfalls, wenn die O₂-Sonde 26 in Schritt S710 noch nicht aktiviert ist, wird in Schritt S713 ein fetter Korrekturwert der Steuerung C_ROPN(n) bestimmt, und in Schritt S714 wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) auf 0 (null) gesetzt.
Wenn die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S708 größer als 0 (null) ist, wird ein fetter Korrekturwert der Regelung C_ROPN(n) in Schritt S715 auf 0 (null) gesetzt, und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) wird in Schritt S716 auf 0 (null) gesetzt.
Nach der Bestimmung eines Rückkopplungsregelungskorrekturwerts Cfb(i) in Schritt S712, 714 oder S716 wird in Schritt S717 eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) durch den folgenden Ausdruck bestimmt: Ta(n) = KGKF × {1 + Cfb(i) + CRMIN(n) + CROPN)} × Ce
Wenn nach der Bestimmung einer Einspritzimpulsbreite Ta(n) in Schritt S703 oder S717 in Schritt S718 der Zündzeitpunkt erreicht ist, wird in Schritt S719 ein Einspritzimpuls mit der Impulsbreite Ta(n) ausgegeben, um die Einspritzdüse 16 für einen Zylinder (n) zu betätigen und Kraftstoff einzuspritzen.
Wie oben beschrieben, wird vor der Aktivierung der O₂-Sonde 26 eine Kraftstoffeinspritzmenge vorwärtsgeregelt, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer kleineren Seite hin zu verschieben, die kleiner als ist das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7), mit der Wirkung, daß die Verschlechterung der Kraftstoffverdampfung vermieden wird und die Verbrennungsstabilität verbessert wird. Während der Ausführung der Vorwärtsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird die Verbrennungsstabilität durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung gewährleistet, wodurch ein Zündzeitpunkt stark verzögert werden kann, um der Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators Vorrang einzuräumen.
Obwohl die Leerlaufdrehzahlregelung durch die in 14 gezeigte Ablaufroutine durchgeführt werden kann, während die Verzögerungsregelung des Zündzeitpunkts ausgeführt wird, ist es nicht immer erforderlich, eine Motordrehzahl zu erhöhen, sondern es kann eine Leerlaufdrehzahl gehalten werden, wie in 29 gezeigt, wo ein Abschnitt dargestellt wird, der sich von der in 14 gezeigten Ablaufroutine unterscheidet.
Das heißt, wenn der Motor 1 in Schritt S404 während des letzten Steuerzyklus nicht im Leerlauf war, wird in Schritt S405' eine Solldrehzahl TNe Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl auf der Basis einer Kühlwassertemperatur als Leerlaufdrehzahl bestimmt. Das Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl spezifiziert Motordrehzahlen abhängig von Kühlwassertemperaturen. Wenn der Erwärmungsanzeiger F_RTD in Schritt S406' auf „1" gesetzt ist, wird in Schritt S407' eine Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Solluftladeleistung bestimmt. Andernfalls, wenn der Erwärmungsanzeiger F_RTD in Schritt S406' auf „0" gesetzt ist, wird in Schritt S408' eine Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff Bezug nehmend auf das Steuerabbild der Solluftladeleistung bestimmt. Wie in 30 gezeigt, definiert das Steuerabbild der Solluftladeleistung eine Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon und eine Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff abhängig von Solldrehzahlen TNe derart, daß die Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon im gesamten Drehzahlbereich höher als die Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff ist. Die Verwendung des Steuerabbild der Solluftladeleistung erlaubt es, einen Abfall im Motorantriebsmoment auszugleichen, um dadurch eine Solldrehzahl TNe zu halten.
Nach der Bestimmung der Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon in Schritt S407' oder der Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff in Schritt S408 wird in Schritt S410 ein Grundwert DNBAS der Leerlaufdrehzahlregelung, der einer Öffnung des Leerlaufdrehzahlregelventils 21 entspricht, die notwendig ist, um die Solluftladeleistung „Leerlauf an" TCeon oder die Solluftladeleistung „Leerlauf aus" TCeoff zu ergeben, Bezug nehmend auf ein Steuerabbild der Leerlaufdrehzahl bestimmt, wie in 14 gezeigt.
Das ECU 35 kann einen Funktionsblock 50 (siehe 2) enthalten, um eine Wirbelventilsteuerung durchzuführen.
In der Ausführungsform ist das Wirbelventil während des kalten Motorbetriebs geschlossen, um einen Ansaugluftstrom zum Brennraum 6 zu verstärken.
31 ist ein Flußdiagramm, das eine Ablaufroutine der Wirbelventilsteuerung veranschaulicht.
Wenn die Steuerlogik der Ablaufroutine startet, geht sie, wie gezeigt, direkt zu Schritt S801 über, wo beurteilt wird, ob der Motor im Leerlauf ist. Wenn die Drosselklappe 14 in ihrer geschlossen Stellung ist und eine Motordrehzahl Ne höher ist als eine bestimmte Drehzahl, wird beurteilt, daß der Motor 1 im Leerlauf ist. Wenn der Motor 1 im Leerlauf ist, wird in Schritt S802 eine weitere Beurteilung durchgeführt, ob eine aktuelle Kühlwassertemperatur Tcw niedriger ist als eine spezifizierte Temperatur Tref, zum Beispiel 60°C. Wenn die aktuelle Kühlwassertemperatur Tcw tiefer ist als die spezifizierte Temperatur Tref, zeigt dies an, daß der Motor 1 kalt ist, dann wird das Wirbelventil 18 in Schritt S803 geschlossen. Wenn die aktuelle Kühlwassertemperatur Tcw höher ist als die spezifizierte Temperatur Tref, zeigt dies an, daß der Motor 1 warmgelaufen ist, dann wird das Wirbelventil 18 in Schritt S804 geöffnet. Wenn der Motor 1 kalt ist, wird das Wirbelventil 18 daher geschlossen, um einen Wirbel im Brennraum 6 zu erzeugen, wodurch die Mischung von Luft und Kraftstoff unterstützt wird, so daß eine durch den kalten Motorbetrieb bedingte Verschlechterung der Kraftstoffverdampfung ausgeglichen wird und die Entzündlichkeit des Kraftstoffs gut aufrechterhalten wird.
Andernfalls, wenn der Motor 1 in Schritt S801 nicht im Leerlauf ist, wird in Schritt S805 eine Schwellenluftladeleistung Ceth Bezug nehmend auf ein Luftladeleistungsabbild bestimmt. Wie in 32 gezeigt, spezifiziert das Luftladeleistungsabbild die Öffnung des Wirbelventils 18 abhängig von der Kühlwassertemperatur Tw, der Motordrehzahl Ne und der Luftladeleistung Ce. Das Wirbelventil 18 wird so gesteuert, daß es in einem niedrigen Kühlwassertemperatur-, Drehzahl- und Lastbereich (niedrigere Luftladeleistung) schließt. Das heißt, die Luftladeleistung Ceref wird einer aktuellen Motordrehzahl Ne und einer aktuellen Kühlwassertemperatur Tcw entsprechend Bezug nehmend auf das Luftladeleistungsabbild als Schwellenluftladeleistung Ceth bestimmt. Dann wird in Schritt S806 eine aktuelle Luftladeleistung Ce mit der Schwellenluftladeleistung Ceth verglichen. Wenn die aktuelle Luftladeleistung Ce niedriger ist als die Schwellenluftladeleistung Ceth, wird das Wirbelventil 18 in Schritt S803 geschlossen. Andernfalls, wenn die aktuelle Luftladeleistung Ce höher als die Schwellenluftladeleistung Ceth ist, wird das Wirbelventil 18 in Schritt S807 geöffnet.
Während der Motor 1 nicht im Leerlauf ist, wird das Wirbelventil 18 wie oben beschrieben so gesteuert, daß es auf der Basis der Kühlwassertemperatur Tcw und der Motorddrehzahl Ne geöffnet und geschlossen wird. Während des kalten Motorbetriebs wird das Wirbelventil 18 geöffnet, um einen Wirbel im Brennraum 6 zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, wodurch die Verschlechterung der Kraftstoffverdampfung ausgeglichen wird und die Mischung von Kraftstoff und Luft unterstützt wird. Andererseits wird das Wirbelventil 18 geöffnet, um in einem höheren Drehzahlbereich eine große Ansaugluftmenge zu gewährleisten und in einem höheren Lastbereich ein hohes Abtriebsdrehoment zu erzeugen.
Selbst, wenn der Katalysator durch die Ausführung der oben beschriebene Zündzeitpunktregelung noch nicht ausreichend erwärmt ist, wird dadurch eine Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators durchgeführt und die Verbrennungsstabilität gewährleistet. Und selbst, wenn eine Verschlechterung der Entzündlichkeit und Brennbarkeit des Kraftstoffs auftritt, werden die oben beschriebenen Wirkungen für die entsprechende Güte erreicht. Dabei wird, wie in 33 gezeigt, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis während einer Periode vom Anlassen des Motors an am Zeitpunkt t1 bis zur Aktivierung der O₂-Sonde 26 am Zeitpunkt t2 vorwärtsgeregelt, wodurch die Verbrennung stabilisiert wird, um die Verschlechterung der Kraftstoffverdampfung auszugleichen. Dies ermöglicht eine starke Verzögerung des Zündzeitpunkts, um der Beschleunigung einer Erwärmung des Katalysators Vorrang einzuräumen. Das NOx-Emissionsniveau kann gesenkt werden, indem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetten Seite hin geregelt wird, wie in 25 gezeigt, und das Emissionsniveau an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) wird daran gehindert, anzusteigen, indem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe an einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7) gehalten wird.
Nach der Aktivierung der O₂-Sonde 26 wird das Niveau der Schadstoffemissionen durch Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7) hin und durch Ausnutzung einer Umwandlungsfunktion des halberwärmten Katalysators gesenkt. Mit anderen Worten, sowohl eine Beschleunigung der Erwärmung des Katalysators als auch die Senkung der Schadstoffemissionen während der Erwärmung des Katalysators werden hochgradig durchgeführt. Ferner wird selbst während der Verzögerungsregelung des Zündzeitpunkts die Luftladeleistung durch Ausführung der Leerlaufdrehzahlregelung so erhöht, daß der Motor 1 so gesteuert wird, daß eine Leerlaufdrehzahl gehalten wird, wodurch der Fahrer und die Insassen einen natürlichen Eindruck behalten.
34 ist ein Flußdiagramm, das eine andere Variante der in 19 gezeigten Ablaufroutine zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung zeigt. In der Kraftstoffeinspritzungsregelung wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis so vorwärtsgeregelt, daß es zu einer mageren Seite hin verschoben wird, die höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bis die O₂-Sonde 26 erwärmt und aktiviert ist.
Wenn die Steuerlogik des Flußdiagramms startet, geht sie, wie gezeigt, direkt zu einem Funktionsblock bei Schritt S901 über, wie gezeigt, wo das ECU 35 Signale aus den Sensoren und Schaltern ausliest, umfassend mindestens den Luftmengenmesser 13, die O₂-Sonde 26, den Kurbelwinkelsensor 30 und den Anlaßschalter 33. Dann wird in Schritt S902 beurteilt, ob der Motor 1 angelassen wurde. Wenn der Motor 1 angelassen wurde, wird in Schritt S903 eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) als Anlaßimpulsbreite T_STA für einen Zylinder (n) festgelegt. Andernfalls, wenn kein Signal vom Anlaßschalter 33 vorliegt, oder wenn der Motor 1 bei einer Drehzahl betrieben wird, die höher ist als eine spezifizierte Drehzahl, wird beurteilt, daß der Motor 1 gerade angelassen wird, dann wird in Schritt S904 beurteilt, ob ein Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt wurde, und in Schritt S905 wird beurteilt, ob ein Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf „1" gesetzt wurde. Wenn die Anzeiger F_RTD Und F_RMIN beide auf „1" gesetzt sind, dann wird in Schritt S906 eine Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, indem eine Regelverstärkung C_RR zu einer vorherigen Anreicherungsmenge C_RMIN'(n) der Kraftstoffeinspritzung addiert wird. Andernfalls, wenn der Zündzeitpunktkorrekturanzeiger F_RMIN auf „0" gesetzt ist, während der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, dann wird in Schritt S907 ein Anreicherungswert C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, indem die Regelverstärkung C_RR von der vorherigen Anreicherungsmenge C_RMIN'(n) der Kraftstoffeinspritzung subtrahiert wird. Nach der Bestimmung eines Anreicherungswerts C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S906 oder S907 wird in Schritt S908 beurteilt, ob die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist. Wenn die Anreicherungsmenge CRMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung kleiner oder gleich 0 (null) ist, während der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „1" gesetzt ist, oder wenn der Erwärmungsanzeiger F_RTD auf „0" gesetzt ist, wird die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S909 auf 0 (null) gesetzt. Dann wird, wenn die O₂-Sonde 26 in Schritt S910 ausreichend aktiviert ist, in Schritt S911 ein magerer Korrekturwert C_LOPN(n) des offenen Regelkreises auf 0 (null) gesetzt, wonach in Schritt S912 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) bestimmt wird. Andernfalls, wenn die O₂-Sonde 26 in Schritt S910 noch nicht ausreichend aktiviert ist, wird in Schritt S913 ein magerer Korrekturwert C_LOPN(n) des offenen Regelkreises bestimmt, und in Schritt S914 wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) auf 0 (null) gesetzt.
Wenn die Anreicherungsmenge C_RMIN(n) der Kraftstoffeinspritzung in Schritt S908 größer als 0 (null) ist, wird ein magerer Korrekturwert C_LOPN(n) des offenen Regelkreises in Schritt S915 auf 0 (null) gesetzt, und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsregelungskorrekturwert Cfb(i) wird in Schritt S916 auf 0 (null) gesetzt.
Nach der Bestimmung eines Rückkopplungsregelungskorrekturwerts Cfb(i) in Schritt S912, 914 oder S916 wird in Schritt S917 eine Einspritzimpulsbreite Ta(n) durch den folgenden Ausdruck bestimmt: Ta(n) = KGKF × {1 + Cfb(i) + CRMIN(n) – CLOPN(n)} × Ce
Wenn nach der Bestimmung einer Einspritzimpulsbreite Ta(n) in Schritt S903 oder S917 in Schritt S918 der Zündzeitpunkt erreicht ist, wird in Schritt S919 ein Einspritzimpuls mit der Impulsbreite Ta(n) ausgegeben, um die Einspritzdüse 16 für einen Zylinder (n) zu betätigen und Kraftstoff einzuspritzen.
In dieser Ausführungsform wird eine Kraftstoffeinspritzmenge vor der Aktivierung der O₂-Sonde 26 vorwärtsgeregelt, um ein Luft/Kraftstoff Verhältnis aufgrund der ungenügenden Umwandlungsleistung des Katalysators vor der Aufwärmung zu einer größeren Seite zwischen einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 14,7 und einem Verhältnis von 17 zu verschieben, so daß das Emissionsniveau an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) erheblich gesenkt wird, wie in 25 gezeigt. Dadurch wird selbst in dem Fall, wo der Katalysator durch die Ausführung der oben beschriebenen Zündzeitpunktregelung noch nicht aufgewärmt ist, eine Erwärmung des Katalysators durchgeführt sowie die Verbrennungsstabilität gewährleistet. Ferner, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einer mageren Seite ist, aber näher an einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt (zum Beispiel zwischen 14,7 und 17), ist die Abgastemperatur hoch, so daß eine Beschleunigung der Katalysatorerwärmung erreicht wird. Überdies wird das Emissionsniveau an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) erheblich gesenkt, so daß das Niveau der Schadstoffemissionen selbst dann gesenkt wird, wenn der Katalysator eine niedrigere Umwandlungsleistung entfaltet.
Auch wenn in den obigen Ausführungsformen eine Vorschubkorrekturgrenze θ_RMIN für eine Rauheitsregelgröße θ_rgh verwendet wird, um eine vorschubseitige Korrektur des Zündzeitpunkts (in den Schritten S222 und S223 von 5) zu begrenzen, können dem Fachmann Varianten einfallen. Das heißt, der Verbrennungszustand kann direkt auf der Basis des Verbrennungsdrucks oder eines die Zündkerze durchlaufenden Ionenstroms erkannt werden, um die Rauheit der Verbrennung zu erkennen. Es ist nicht immer notwendig, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetten Seite hin zu verschieben, wenn es schwer ist, Schwankungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit selbst durch eine Vorschubkorrektur des Zündzeitpunkts ausreichend zu beschränken, und es kann stets ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten werden. Ansonsten kann ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf solch ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis verschoben werden, das kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch das in 25 gezeigte NOx-Emissionsniveau weiter gesenkt wird oder die in 26 gezeigte Umwandlungsleistung für Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) ausreichend erhöht wird.
Auch wenn in der zweiten Ausführungsform ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorwärtsgeregelt wird, um während einer Periode vom Anlassen des Motors bis zur Aktivierung der O₂-Sonde 26 zu einer fetten Seite hin verschoben zu werden, kann ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem frühen Stadium des Anlassens des Motors zu einer fetten Seite hin verschoben werden, bis direkt nach dem Anlassen des Motors eine spezifizierte Zeit abgelaufen ist, wobei eine Vorschubkorrektur des Zündzeitpunkts durch die Rauheitsregelung beschränkt wird. Dies erlaubt die Verzögerung eines Zündzeitpunkts, um der beschleunigten Katalysatorerwärmung im frühen Stadium Vorrang einzuräumen, und die Verschiebung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu einer fetten Seite hin, um die Verbrennungsstabilität zu gewährleisten.
Die Beurteilung, ob der Katalysator aufgewärmt ist, kann direkt auf der Basis einer Temperatur des Abgaskatalysators statt des Kühlwassers erfolgen. Die Erkennung der Kurbelwinkelgeschwindigkeitsschwankung und die Zündzeit punktregelung können nicht für jeden Zylinder einzeln, sondern für alle Zylinder auf einmal durchgeführt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung Bezug nehmend auf bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben wurde, versteht es sich, daß dem Fachmann verschiedene andere Ausführungsformen und Varianten einfallen können, die im Umfang der Erfindung liegen, und diese anderen Ausführungsformen und Varianten werden von den folgenden Ansprüchen abgedeckt.

Claims

System zur Steuerung der Verbrennung (13, 26, 30, 32, 35) für eine Brennkraftmaschine (1), das die Kraftstoffverbrennung auf der Basis von Regelparametern einschließlich eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, eines Zündzeitpunkts und eines Ansaugluftstroms so regelt, daß ein Anstieg der Abgastemperatur bewirkt wird, solange ein abgasreinigender Katalysator (27), der in einer Abgasleitung (12) des Motors installiert ist, nicht ausreichend erwärmt ist, eine Schwankung der Motordrehzahl erkennt und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelt, um einen Sollwert nahe an einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen etwa 13 und etwa 17 zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß: dieses System zur Steuerung der Verbrennung den Regelparameter, der ein anderer ist als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, so regelt, daß die Schwankung der Drehzahl innerhalb eines bestimmten Bereichs mit stabiler Verbrennung gebracht wird, solange der abgasreinigende Katalysator nicht ausreichend erwärmt ist.
System zur Steuerung der Verbrennung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Temperaturmeßfühler (32) zum Überwachen der Kühlwassertemperatur des Motors, wobei bestimmt wird, daß der Motor kalt ist, solange diese Kühlwassertemperatur einen bestimmten Wert unterschreitet.
System zur Steuerung der Verbrennung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, daß der abgasreinigende Katalysator nicht ausreichend erwärmt ist, solange der Motor nach dem Anlassen des Motors eine bestimmte Zeitperiode lang kalt ist.
System zur Steuerung der Verbrennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelparameter, der ein anderer ist als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, ein Zündzeitpunkt ist.
System zur Steuerung der Verbrennung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Zündzeitpunkt verzögert wird, um einen Anstieg der Abgastemperatur zu bewirken, solange der abgasreinigende Katalysator nicht ausreichend erwärmt ist, und so vorgeschoben wird, daß die Schwankung der Drehzahl innerhalb des vorgegebenen Bereichs gebracht wird.
System zur Steuerung der Verbrennung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub des Zündzeitpunkts, um die Schwankung der Drehzahl innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu bringen, auf eine Obergrenze beschränkt ist, um den Anstieg der Abgastemperatur sicherzustellen.