DE19640403B4

DE19640403B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE19640403B4
Application number: DE19640403A
Authority: DE
Inventors: Yoshiya Hitachinaka Takano; Mamoru Fujieda; Kousaku Hitachinaka Shimada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JP3201936B2; US5722362A; JPH0988661A; DE19640403A1

Abstract

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit
– Ansaugluftsteuermitteln (5) zum Steuern der angesaugten Luftmenge,
– Kraftstoffzufuhrmitteln (9) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors (7),
– einer Zündeinrichtung zum Zünden eines Luft/Kraftstoff-Gemisches im Zylinder,
– einer Steuereinheit (15) zum Steuern zumindest der Ansaugluftsteuermittel (5), der Kraftstoffzufuhrmittel (9) oder der Zündeinrichtung basierend auf erfaßten Betriebsbedingungen des Motors (7), wobei
die Steuereinheit (15) mehrere Gruppen von Steuerkonstanten enthält, die basierend auf einem Solldrehmoment, das einen Fahrerwunsch angibt, ausgewählt und zum Steuern des Motors (7) verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Motorverbrennungszustand bestimmt wird und bei Vorliegen eines schlechten Verbrennungszustands oder einer Verschlechterung des Verbrennungszustands für eine vorbestimmte Zeitdauer interpolierte Steuerkonstanten zur Steuerung des Motors (7) für ein höheres Drehmoment herangezogen werden, um eine stabile Verbrennung zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und, insbesondere eine Vorrichtung bei der eine von mehreren Gruppen von Steuerkonstanten gemäß einer erfaßten Betriebsbedingung des Motors ausgewählt wird. Dadurch kann eine vorteilhafte Motor-Steuerung mit Direkteinspritzung erzielt werden, wobei Steuermittel eine Steuerung gemäß den mehreren Gruppen von Steuerkonstanten durchführen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, wobei gemäß einem Solldrehmoment, das über eine Betriebsbedingung des Motors bestimmt wurde, eine vorteilhafte Motor-Steuerung erzielt wird, wobei Steuermittel eine Steuerung entsprechend einer von mehreren Gruppen von Steuerkonstanten durchführen, die einem vorbestimmten Solldrehmoment entsprechen.
In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 241 754/1992 ( JP 4-24175 A4 ) ist ein bekanntes Steuersystem für einen Motor mit Direkteinspritzung beschrieben, das bei einer niedrigen Brennkammertemperatur einen Wechsel von einem Schichtverbrennungszustand (Schichtladung) zu einem homogenen, stöchiometrischen Verbrennungszustand bei einer niedrigen Motorlast und einem niedrigen Drehzahlbereich durchführt.
Als Ergebnis werden niedrigere Emissionen (verbesserte Abgasemissionen) des Motors erhalten und ferner wird die Erzeugung von Rauch (Ruß oder schwarzer Rauch) verhindert.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Schichtverbrennung für zwei Bereiche definiert. Zum Beispiel enthält einer dieser Bereiche einen Bereich zum Verbrennen des Kraftstoffs mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, beispielsweise A/F (air/fuel) = 10, und ein anderer dieser Bereiche enthält einen Bereich mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Bereich, wie beispielsweise A/F = 40.
Bei üblichen Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung liegt ein wichtiger Aspekt darin, daß eine Schichtverbrennung durchgeführt werden kann und daß dann eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs verglichen mit anderen Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung erwartet werden kann.
Wird jedoch ein aktueller Fahrzustand eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs mit Direkteinspritzung in Betracht gezogen, so ist es notwendig, auf eine Anforderung des Fahrers nach einer hohen Motorleistung zu reagieren.
Wenn ferner eine hohe Motordrehzahl und ein hoher Motorlastbereich zu reagieren, ist nicht immer notwendigerweise die Schichtverbrennung die geeignetste Verbrennung für einen Schutz des Motors.
In der oben erwähnten bekannten Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird der Übergang von dem Schichtverbrennungszustand zu dem homogenen, stöchiometrischen Verbrennungszustand unter Inbetrachtziehung der Brennkammertemperatur durchgeführt.
In dem bekannten Direkteinspritzsystem ist jedoch eine Steuervorrichtung, die die folgenden konkreten Elemente aufweist, nicht enthalten.
Eines dieser Elemente ist eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die als Betriebsbedingung eine Fahreranforderung des Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Ein anderes dieser Elemente ist eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die eine stabile Verbrennungsbedingung in einem Schichtverbrennungsbereich sicherstellt.
JP 4-241754 A und DE 41 10 618 C2 offenbaren die Erfassung einer Betriebsbedingung des Motors und das Umschalten des Verbrennungsmodus anhand der erfassten Betriebsbedingung. Durch das abrupte Umschalten der Parameter für die Kraftstoffeinspriztsteuerung kann jedoch ein unangenehmer Ruck im Fahrzeug entstehen.
Die EP 0 661 432 A2 lehrt, bei einem Übergang zwischen Schichtverbrennung und stöchiometrischer Verbrennung eine Brennkraftmaschine in einem Mischmodus zu betreiben, in dem mit einer ersten Hälfte einer Einspritzmenge eine Vormischung in einem Zylinder erzeugt wird, die dann von einer Flamme, die mit einer zweiten Hälfte der Einspritzmenge erzeugt wird, verbrannt wird.
Die DE 196 80 480 T1 lehrt, in einem Übergangszustand zwischen Schichtverbrennung und stöchiometrischer Verbrennung eine Brennkraftmaschine in einem speziellen Brennstoff- Einspritz-Steuermodus zu betreiben, der für den Übergangs-Betriebsmodus geeignet ist.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zu schaffen, bei denen in einem Betriebsbereich mit einem niedrigen Kraftstoffverbrauch, in einem Betriebsbereich mit einer hohen Motorleistungsanforderung durch den Fahrer und in einem Betriebsbereich, der den Motorschutz berücksichtigt, stabil und genau ein Betrieb mit Schichtverbrennung, ein Betrieb mit einer normalen Magerverbrennung und ein Betrieb mit einer homogenen, stöchiometrischen Verbrennung erzielt werden kann, wobei die Verbrennungsbedingungen stabil gehalten werden.
Erfindungsgemäß kann eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung Kraftstoffzufuhrmittel zur direkten Zufuhr von Kraftstoff zu einem Zylinder des Motors enthalten. Weiterhin können Steuermittel für die Ansaugluftmenge vorgesehen sein, die einen Luftmengenbetrag, der in den Zylinder gesaugt wird, steuern können. Außerdem kann eine Zündeinrichtung zum Zünden eines Luft/Kraftstoff-Gemischs im Zylinder vorgesehen sein und Steuermittel zum Steuern zumindest der Kraftstoffzufuhrmittel, der Ansaugluftmengensteuermittel oder der Zündeinrichtung.
Erfindungsgemäß kann durch das Vorsehen von Betriebsbedingungenerfassungsmitteln eine von einer Mehrzahl von Gruppen von Steuerkonstanten gemäß der erfaßten Betriebsbedingung, die durch die Betriebsbedingungserfassungsmittel erfaßt wird, ausgewählt werden. Erfindungsgemäß enthalten die mehreren Gruppen von Steuerkonstanten ein Datenfeld, (Kennfeld), eine Konstante und/oder eine Tabelle zur Verwendung in den Steuermitteln.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der Betriebsbedingung des Fahrzeugs oder des Kraftfahrzeugs das Solldrehmoment oder das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis über die Motordrehzahl und den Gaspedalbetätigungsbetrag, der den Fahrerwunsch widerspiegelt, bestimmt werden. Die Kraftstoffsteuerung kann gemäß einer der mehreren Gruppen von Steuerkonstanten durchgeführt werden, die über das entsprechende Solldrehmoment oder das entsprechende Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt wird.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung laufend den Motorverbrennungszustand überwachen, wobei ein interpolierter Wert der mehreren Steuerkonstantgruppen und eine zeitliche Übergangsfunktion (Zeitfunktion) während der Verwendung des Interpolationswerts entsprechend dem Verbrennungszustand des Motors verwendet werden. Ferner kann eine Lern- bzw. adaptive Steuerung gemäß dem erhaltenen Ergebnis durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß kann das Solldrehmoment oder das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung, die den Fahrerwunsch widerspiegelt, eingestellt werden. Die Steuerkonstantengruppe entsprechend dem Solldrehmoment oder dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann im voraus eingestellt bzw. gesetzt werden und die Vorrichtung zum Steuern des Motors mit Direkteinspritzung kann über die entsprechende Steuerkonstantengruppe gesteuert werden.
Eine der mehreren Steuerkonstantengruppen kann die Schichtverbrennung durchführen, welche für den Kraftstoffverbrauch wichtig ist. Eine andere der mehreren Steuerkonstantengruppen kann eine homogene, stöchiometrische Verbrennung realisieren, die für eine hohe Motorausgangsleistung bei einem entsprechenden Motorschutz gewählt wird.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung eine Steuerkonstantengruppe aufweisen, welche einem mittleren Solldrehmoment entspricht, wie etwa bei einer Verbrennung mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend der Magerverbrennung. Diese Steuerkonstantengruppe kann eine stabile Verbrennung bei dem entsprechenden Solldrehomentbereich oder dem entsprechenden Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisbereich erzielen.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung zum Steuern des Motors mit Direkteinspritzung eine Interpolation der Steuerkonstantengruppen zwischen anderen oder getrennten Steuerkonstantengruppen aufweisen. Wenn ein schlechter Verbrennungszustand auftritt oder eine Verbrennungszustandsverschlechterung erfaßt wird, wird die Interpolationssteuerung durchgeführt (das Solldrehmoment wird hoch), und eine stabile Verbrennung ist immer sichergestellt.
Da die Zeitfunktion bei der Interpolation der Steuerkonstantengruppen vorgesehen ist, kann eine abrupte Änderung des Solldrehmoments oder des Soll-Luft/Kraftstoff-Gemischs unterdrückt werden.
Durch das Vorsehen der Lernfunktion zum Verändern des Solldrehmoments oder des Soll-Luft/Kraftstoff-Gemischs, nämlich des Interpolationsergebnisses, kann, wenn die gleiche Betriebsbedingung wieder auftritt, so ein stabiler Betriebszustand des Motors mit Direkteinspritzung erzielt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Beispiel einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;
3 einen grundlegenden Flußlaufplan eines Kraftstoffsteuersystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 einen grundlegenden Flußlaufplan der Blockdarstellung der 2;
5 ein Blockdiagramm für eine Ruckel-Index-Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 einen Flußlaufplan der Ruckel-Index-Steuerung der 5;
7 einen Flußlaufplan einer Ausführungsform der Erfindung;
8 einen weiteren Flußlaufplan einer Ausführungsform der Erfindung;
9 einen weiteren Flußlaufplan einer Ausführungsform der Erfindung;
10 einen weiteren Flußlaufplan einer Ausführungsform der Erfindung;
11 eine graphische Darstellung zur Erklärung der variablen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
12 eine weitere graphische Darstellung zur Erklärung der variablen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
13 eine Tabelle mit der Einspritzpulsweite bei A/F = 40 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14 eine Tabelle mit der Einspritzpulsweite bei A/F = 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
15 eine weitere graphische Darstellung zur Erklärung der variablen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
16 ein Flußdiagramm der variablen Steuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
17 ein Beispiel einer Lerntabelle gemäß einem Ergebnis der variablen Steuerung; und
18 eine beispielhafte graphische Darstellung eines Verhältnisses zwischen einem Ruckel-Index und einem Ruckel-Drehmoment.
Die 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mit einem Luftfilter 1, einem Einlaßabschnitt 2 des Luftfilters 1, einem Gaspedalsensor 3 zum Erfassen der Gaspedalstellung, einer Drosselklappe 5 zum Steuern einer Einlaßströmungsmenge, einem Sensor 4 zum Erfassen der Stellung der Drosselklappe 5, einen Kollektor 6, eine Brennkammer 8, einen Motor 7 mit Direkteinspritzung und ein Einspritzventil 9.
Ferner ist eine erste Kraftstoffpumpe 10 zum Anlegen eines ersten Drucks bzw. eines Vordrucks an den Kraftstoff. Weiterhin ist eine zweite Kraftstoffpumpe 11 zum Anlegen eines zweiten Drucks an den Kraftstoff vorgesehen, ferner ein erster Kraftstoffdruckregulator 12, ein zweiter Kraftstoffdruckre gulator 13, ein Kraftstofftank 14, eine Steuereinheit 15, ein Kurbelwinkelsensor 16, ein Katalysatorteil 17, ein Temperaturerfassungssensor 18, ein Wassertemperaturerfassungssensor 19 und ein mit der Drosselklappe 5 verbundener Motor 20.
Bei dem in der 1 dargestellten Motorsystem wird Luft von dem Motor 7 über den Einlaßabschnitt 2 des Luftfilters 1 angesaugt. Die Luft strömt in einen Drosselkörper, der das Drosselventil 5 zum Steuern der Einlaßluftmenge aufnimmt. Die Luft strömt dann weiter in den Kollektor 6.
Im Kollektor 6 wird die Einlaßluft jedem Einlaßkrümmer zugeführt, der mit einem Zylinder des Motors 7 verbunden ist, und danach wird die Luft in den Zylinder eingebracht.
Kraftstoff, wie etwa Benzin, wird durch die erste Kraftstoffpumpe 10 ausgehend vom Kraftstofftank 14 mit einem ersten bzw. vorläufigen Druck beaufschlagt, wobei dann der Kraftstoff ferner mit einem zweiten Druck durch die zweite Kraftstoffpumpe 11 beaufschlagt wird. Anschließend wird der Kraftstoff einem Kraftstoffsystem zugeführt, mit dem das Kraftstoffeinspritzventil 9 über eine Röhrenstruktur verbunden ist.
Der unter den ersten Druck gesetzte Kraftstoff wird auf einen konstanten Druckwert (z.B. 3 kg/cm²) durch den ersten Kraftstoffdruckregulator 12 druckreguliert. Der mit dem zweiten Druck beaufschlagte Kraftstoff weist einen Druckwert auf, der höher ist als der Vordruck, und ist auf einen konstanten Druck (z.B. 30 kg/cm²) durch den zweiten Kraftstoffdruckregulator 13 druckreguliert. Der Kraftstoff wird weiterhin in den entsprechenden Zylinder ausgehend von dem Kraftstoffeinspritzventil 9, das am entsprechenden Zylinder vorgesehen ist, eingespritzt. Der Sensor 4 zum Erfassen der Öffnung der Drosselklappe 5 ist an dem Drosselklappenkörper vorgesehen und ein Ausgang des Sensors 4 zum Erfassen der Drosselklappenöffnung wird an die Steuereinheit 15 ausgegeben.
Die Drosselklappe 5 erfaßt die Stellung des Gaspedalsensors, zum Erfassen des Niederdrückwerts des Gaspedals, der die Fahrerabsicht angibt. Die Drosselklappe 5 ist antreibbar (d.h. es ist eine Vorrichtung zum elektrischen oder elektronischen Steuern der Drosselklappe 5 vorgesehen), wobei über den Motor 20, der mit der Drosselklappe 5 verbunden ist, dieselbe gemäß einem Steuersignal von der Steuereinheit 5 gesteuert werden kann.
Der Kurbelwinkelsensor 16 ist an einer Nockenwelle angebracht und gibt ein Referenzwinkelsignal (REF) zum Angeben einer Drehposition der Kurbelwelle an und weiterhin ein Positionswinkelsignal (POS) zum Erfassen eines Drehgeschwindigkeitssignals (Motordrehzahl). Weiterhin kann optional ein Sensor 16' vorgesehen sein, der obige Signale an der Kurbelwelle abgreift.
Das Referenzwinkelsignal (REF) und das Dreh- und Positionswinkelsignal (POS) werden der Steuereinheit 15 zugeführt. Der Kurbelwinkelsensor 16 kann derart ausgebildet sein, daß direkt die Drehzahl der Kurbelwelle erfaßt wird.
Der Temperaturerfassungssensor 18 ist an einem. Abgasrohr vorgesehen. Die Ausgänge des Temperaturerfassungssensors 18 und des Wassertemperaturerfassungssensors 19 werden der Steuereinheit 15 zugeführt.
In der 2 ist ein komplettes Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Im Block 21 wird ein Solldrehmoment oder ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einer Betriebsbedingung angefordert, wobei die Motordrehzahl (Ne) des Motors 7 und eine Gaspedalstellung, die durch den Gaspedalsensor 3 erfasst wurde, eingegeben werden.
Das Solldrehmoment wird als Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt und, erfindungsgemäß, wird das Solldrehmoment unter Ausführung einer Schichtverbrennung bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis 40 (A/F = 40) eingestellt, und zwar in einem Betriebsbereich mit einer niedrigen Motordrehzahl und einer niedrigen Motorlast unter Beachtung des Kraftstoffverbrauchs als wichtig.
Ferner wird es bei einer hohen Motorlast wichtig, daß die hohe Motorleistung dem Anfordernis des Fahrers entspricht. In der vorliegenden Erfindung wird das Solldrehmoment so eingestellt, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis 30 (A/F = 30) vorliegt. Bei einer hohen Motordrehzahl und in einem hohen Motorlastbereich wird zum Schutz des Motors 7 der homogene stöchiometrische Verbrennungsbereich eingestellt.
In einem Block 22 wird das Solldrehmoment oder das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt und danach wird ausgehend von einer Steuerkonstantengruppe, die einem entsprechenden Solldrehmoment entspricht, eine vorbestimmte Steuerkonstante gesucht und deren Bestimmung wird durchgeführt.
In dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Steuerkonstantengruppenauswahl für eine Verwendung in der Steuereinheit 15 durch eine Auswahl aus einem Datenfeld, einer Konstante oder einer Tabelle durchgeführt. Das Datenfeld, die Konstante oder die Tabelle weist eine Einspritzpulsweiteneinstellung Ti auf, eine Einstellung einer Verbrennungseinspritzzeitdauer und eine Einstellung der Zündzeitdauer, wobei diese Werte dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechen, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt.
In einem Block 23 wird basierend auf dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Erhalten der notwendigen Luftströmungsmenge für den Motor 7 eine Berechnung betreffend einer notwendigen Luftströmungsmenge und eine Berechnung betreffend einer Soll-Drosselklappenöffnung durchgeführt.
Wie in der 3 dargestellt, wird, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und eine Antriebspulsweite des Einspritzventils 9 bei diesem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt sind, eine Solluftströmungsmenge Qf mit folgender Formel ermittelt: Qf = (A(F) × (Kraftstoffmenge) (= (A/F) × (Pulsweite))
Eine Luftströmungsmenge (Qa), die durch das Drosselventil 5 strömt, wird über eine Motordrehzahl (Ne) und eine Drosselklappenöffnung (= ein Öffnungsbereich) bei dieser Luftströmungsmenge bestimmt, wobei eine Soll-Drosselklappenstellung (TVO) als Funkton mit der folgenden Gleichung gegeben ist: TVO = f(Qa, Ne).
In einem Block 24 wird das Drosselventil 5 mit einer Drosselklappenöffnung gesteuert, die durch den Block 23 berechnet wurde. Zur gleichen Zeit wird ein Zündsteuervorgang bei dem durch den Block 22 bestimmten Zündzeitbereich durchgeführt und ein Kraftstoffeinspritzvorgang (ein Einspritzven tilantriebsvorgang) bei der Einspritzzeitdauer durchgeführt.
Der Motor 7 wird gemäß der Verbrennungssteuerung und der Zündsteuerung im Block 24 betrieben, wobei als ein Ergebnis der Motor 7 ein vorbestimmtes Motordrehmoment und eine vorbestimmte Motordrehzahl erzeugt.
Der oben erwähnte Aufbau entspricht einem Teilproblem der Erfindung, wobei durch das Vorsehen von mehreren Steuerkonstantengruppen entsprechend dem Solldrehmoment oder dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Motorsteuerung durchgeführt wird, die entsprechende, geeignete Steuerkonstanten verwendet.
Der obige Aufbau kann die Anforderungen betreffend dem Kraftstoffverbrauch und der Motorleistung, usw. erfüllen. Die Einstellung des Solldrehmoments und des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann derart durchgeführt werden, daß diese optional den Charakteristika des Fahrzeugs oder des Kraftfahrzeugs angepaßt werden.
In einem Block 26 wird eine Ermittlung bzw. Schätzung des Motorverbrennungszustands gemäß einem Ruckel-Index (Kenngröße für einen unregelmäßigen Motorbetrieb) durchgeführt und es wird der Motorverbrennungszustand basierend auf der Motordrehzahl erfaßt.
Entsprechend dem Ergebnis der erfaßten Verbrennungsbedingung des Motors 7 wird, sofern die Motorverbrennungsbedingungen für eine Fortführung der Steuerung des Drosselklappenöffnungsgrads schlechter werden, in einem Block 27 ein Interpolationskoeffizient berechnet. Basierend auf dem Interpolationskoeffizienten wird eine Änderung des Solldrehmoments oder des Soll- Luft/Kraftstoff-Gemischs durchgeführt, wodurch die Motorsteuerung unter stabilen Betriebsbedingungen erfolgen kann.
In dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein Stabilitätsindex der Motorverbrennung über den Ruckel-Index Q beurteilt, was im folgenden genauer beschrieben wird. Die Beurteilung ist jedoch nicht auf das beschriebene Verfahren beschränkt.
Wie in der 4 dargestellt ist, wird die Auswahl des Solldrehmoments, die Auswahl der Steuerkonstantengruppe, die Berechnung des Soll-Drosselklappenöffnungsgrads und die Drosselklappensteuerung unter Verwendung des Soll-Drosselklappenöffnungsgrads in einer Hauptroutine durchgeführt.
Im folgenden werden die entsprechenden Blöcke detaillierter erklärt. Zunächst wird der Ruckel-Index Q in Block 26 unter Bezug auf die 5 beschrieben.
Zunächst wird die Motordrehzahl (Ni) in einen Bandpaßfilter 101 eingegeben. Eine Übertragungsfrequenz des Bandpaßfilters liegt zum Beispiel bei 1 Hz–9 Hz.
Ein durch das Bandpaßfilter 101 hindurchgehendes Signal hat eine Komponente, die nur ein Ruckel-Drehmoment aufweist, und diese Komponente wird durch Effektivwertumwandlungsmittel 102 in einen Effektivwert umgewandelt. Wie oben angeführt, gibt der Ruckel-Index Q das Ruckel-Drehmoment an (eine Drehmomentschwankung, die eine Vibration des Motors 7 vorher und danach angibt).
Konkret, wie in der 6 dargestellt ist, wird in einem Schritt 61 die Motordrehzahl (Ne) eingegeben, weiterhin werden Frequenzkomponenten durch eine FFT-Analyse in einem Schritt 62 extrahiert und dann wird eine Bandpaßverarbei tung innerhalb einem vorbestimmten Bereich in einem Schritt 63 durchgeführt.
Eine umgekehrte FFT-Verarbeitung wird in einem Schritt 64 durchgeführt und bezieht sich wieder auf Daten mit einer Zeitachse. Ferner wird die Effektivwertumwandlung in einem Schritt 65 durchgeführt und die Berechnung des Ruckel-Indexes Q wird in einem Schritt 66 vollzogen.
Der in der 18 dargestellte Ruckel-Index Q bzw. dessen Beurteilung wird über das Einführen eines Buckel-Index-Niveaus Q_low und eines Ruckel-Index-Niveaus Q_hi ausgeführt.
Nach der Berechnung des Ruckel-Index Q im Block 26 der 2 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob die Steuerung des Soll-Drosselöffnungsgrads derart durchgeführt wird, daß die stabile Betriebsbedingung verlassen wird, oder ob eine Steuerung mittels Interpolation der Steuerkonstantengruppe durchgeführt, wenn eine schlechte Verbrennungsbedingung oder eine Verschlechterung der Verbrennungsbedingung erfaßt bzw. beurteilt wird.
Als nächstes wird ein Teil der Motorsteuerung unter Bezug auf die 7, 8, 9 und 10 beschrieben. In dieser Motorsteuerung wird ein Datenfeld als Teil einer der Steuerkonstantengruppen verwendet, d.h., es wird eine variable Kennfeldsteuerung durchgeführt.
Wie in der 7 dargestellt ist, wird in einem Schritt 100 eine Existenz der Änderung des Solldrehmoments mit "JA" oder "NEIN" beurteilt.
Im Fall von "JA" oder im Fall des Vorliegens einer Änderung des Solldrehmoments, wird in einem Schritt 101 ein Flag (F_val) überprüft. Dieses Flag dient zur Beurteilung, ob eine variable Kennfeldsteuerung vorliegt oder nicht. Die variable Kennfeldsteuerung ist eine interpolierte Kennfeldsteuerung, die später beschrieben wird. Bei der variablen Kennfeldsteuerung ist das Kennfeld nicht festgelegt, sondern es wird durch festgestellte Motorbetriebsbedingungen verändert.
Wenn "NEIN" entschieden wird, wird die variable Kennfeldsteuerung kontinuierlich durchgeführt. Diese variable Kennfeldsteuerung wird unter Bezug auf die 11 und späteren Figuren beschrieben. Im Fall von "JA" wird in einem Schritt 102 die Einspritzpulsweite entsprechend dem Solldrehmoment eingestellt, wobei die Einspritzzeitdauer dem Solldrehmoment entspricht, und ferner wird die zu dem Solldrehmoment gehörige Einspritzzeitdauer-Steuerkonstante gesucht und bestimmt.
Danach wird ein Zähler (bzw. der Zählerstand) der variablen Kennfeldsteuerung (D_ump) und das Steuerflag (F_val) gelöscht und die Beurteilungsroutine endet. Diese Beurteilungsroutine kann gemäß einem gleichmäßigen Aufrufschema oder gemäß einem ungleichmäßigen Aufrufschema durchgeführt werden.
Nach einer "NEIN"-Entscheidung wird in dem Schritt 100 zur 8 verzweigt. In einem Schritt 200 wird eine Flagbeurteilung (F_val) durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine variable Kennfeldsteuerung vorliegt oder nicht.
Wenn eine variable Kennfeldsteuerung vorliegt, wird zu (2) in der 8 verzweigt. Wenn keine variable Kennfeldsteuerung vorliegt, wird in den Schritten 201 und 202 eine Niveaubeurteilung des Ruckel-Index Q durchgeführt, der in einer anderen Routine berechnet wurde.
Wenn im Schritt 201 eine "JA"-Entscheidung durchgeführt wurde, weist der Ruckel-Index Q ein geringeres Niveau auf als ein vorbestimmtes Niveau, wie z.B. das Ruckel-Niveau Q_low (Q ≤ Q_low), was eine stabile Verbrennungsbedingung angibt. Damit endet die variable Kennfeldroutine und, wie in der 9 dargestellt, wird die Drosselklappensteuerung kontinuierlich ausgeführt. Diese Drosselklappensteuerung entspricht dem Steuerbetrieb gezeigt durch eine Linie (a) in 2.
Wie in der 9 dargestellt ist, wird zusätzlich zur Soll-Drosselklappenöffnung der Drosselklappe 5, angefordert durch Block 2, wie in 2 dargestellt, eine vorliegende aktuelle Drosselklappenöffnung des Drosselventils 5 eingelesen. Eine Berechnung betreffend einer Abweichung zwischen der Soll-Drosselklappenöffnung und der aktuellen Drosselklappenöffnung wird durchgeführt.
Nach einer Berechnung der aktuellen Ansteuerung des Motors 20 zum Steuern der Drosselklappe basierend auf der erhaltenen Abweichung wird eine Ausgabe der berechneten, aktuellen Ansteuerung durchgeführt, wie in dem Flußlaufplan der 8 dargestellt ist.
Bei der Ruckel-Index-Beurteilung, wie in Schritt 202 der 8 dargestellt, liegt im Fall einer "JA"-Entscheidung der Ruckel-Index Q zwischen dem Ruckel-Index Q_low und dem Ruckel-Index Q_hi (Q_low <≤ Q ≤ Q_hi) und die Verbrennungsbetriebsbedingung ist schlecht oder verschlechtert sich gemäß der erfassten Verbrennungsbetriebsbedingung.
Andererseits wird bei einer "NEIN"-Beurteilung des Ruckel-Indexes Q ein größerer Ruckel-Index als Q_hi (Q) >≥ Q_hi) erfaßt und eine sehr schlechte Verbrennungsbetriebsbedingung ist gegeben. In einem Schritt 203 und in einem Schritt 204 wird ein Zähler einer Variablen D_ump der variablen Steuerung mit dem Ruckel-Niveau gesetzt und zur gleichen Zeit wird ein Flag für die variable Steuerung gesetzt.
Durch das Einstellen der obengenannten Variable D_ump als Konstante, hat die Interpolation der Steuerkonstantgruppe eine Zeitfunktion, eine abrupte Steuerkonstantenänderung wird vermieden, und es folgt daraus eine weiche Motorsteuerung.
Als nächstes werden die Inhalte des Flußlaufplans der 10 erklärt. In einem Schritt 300 wird die variable Kennfeldsteuerung durchgeführt, danach wird in einem Schritt 301 eine Dekrementierung der Variable D_ump als Funktion der Zeit durchgeführt. Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Durchläufen der obigen Routine schon erfolgt ist, weist dieser Aufbau eine Zeitfunktion auf.
In einem Schritt 302 wird dann, wenn die Variable D_ump nicht "0" (D_ump 0) ist, die Verarbeitung beendet. Wenn jedoch die Variable D_ump "0" (D_ump = 0) ist, wird das Steuerflag (F_check auf "0" F_check = 0) gesetzt und diese Routine wird beendet.
Die variable Kennfeldsteuerung wird nun unter Bezug auf die 11–15 beschrieben.
Der Fall, in dem die Motorbetriebsbedingung einen Punkt "x" in der 11 einnimmt, wird nun beschrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird angezeigt, daß die Verbrennung beim Punkt "x" schlechter wird, wenn der Ruckel-Index Q den Ruckel-Index Q_low oder den Rockelindex Q_hi überschreitet.
Daher kann ein vorbestimmter niedriger Kraftstoffverbrauch nicht mehr erzielt werden, wenn die Motorbetriebsbedingung bleibt wie sie ist. Zudem wird der Fahrer ein unzufriedenes Gefühl haben.
Wenn erfaßt wird, daß der Ruckel-Index Q_low oder Q_hi ist, befindet sich die Motorbetriebsbedingung beim Solldrehmoment, nämlich beim Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem Wert von 40 (A/F = 40).
Wenn jedoch eine schlechte Verbrennungsbedingung erfaßt wurde, wie in der 12 dargestellt, wird die Motorsteuerung in einem variablen Bereich durchgeführt, wobei während einer vorbestimmten Zeit das Solldrehmoment zu einer Steuerkonstantenseite mit einem höheren Drehmoment transferiert wird, bei der das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis einen Wert von 30 (A/F = 30) aufweist.
In den 13, 14 und 15 wird dies unter Verwendung der Einspritzpulsweite Ti beispielhaft erklärt.
In diesen Figuren gibt Ti40 eine Einspritzpulsweite zum Erzeugen des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit einem Wert von 40 (A/F = 40) an und Ti30 gibt eine Einspritzpulsweite zum Erzeugen eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit einem Wert von 30 (A/F = 30) an.
Wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Wert von 40 (A/F = 40) aufweist, wird ein Betriebszustand mit einer Einspritzpulsweite von 2 ms (Ti = 2 ms) durchgeführt. Wenn eine Anpassung des Ruckel-Solldrehmoments vorliegt, d.h. ein Durchgang durch den vorbestimmten variablen Bereich erfolgt, wird die Einspritzpulsweite stufenförmig auf die Einspritzpulsweite Ti (Ti = 2,7 ms) transferiert, die dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit einem Wert von 30 (A/F = 30) entspricht.
Die 16 zeigt einen Flußlaufplan eines Beispiels der variablen Kennfeldsteuerung gemäß der Erfindung.
In einem Schritt 400 wird beurteilt, ob ein Flag, das die Beendigung der Berechnung eines variablen Betrags Ti_val
der Einspritzpulsweite angibt, gesetzt ist. Beim ersten Durchlauf, in einem Schritt 401, wird eine Differenz (ΔTi) zwischen der Einspritzpulsweite Ti40 (die Einspritzpulsweite für eine Erzeugung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 40 (A/F = 40)) und der Einspritzpulsweite Ti30 (der Einspritzpulsweite, die das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 30 (A/F = 30) erzeugt) berechnet.
In einem Schritt 402 wird in einer einmal ausgeführten Routine ein variabler Einspritzpulsweitenwert Ti_val der Einspritzpulsweite Ti berechnet. Diese variable Einspritzpulsweitenwert Ti_val ist beim Durchführen einer ersten Berechnung notwendig. In einem Schritt 403 wird das Steuerflag (F_check) gesetzt, so daß beim nächsten Mal keine Berechnung erfolgt.
In einem Schritt 404 wird jedes Mal eine Einspritzpulsweite Ti, die aktuell an das Einspritzventil 9 ausgegeben wird, mit dem variablen Betrag Ti_val der Einspritzpulsweite Ti geändert.
In den Schritten 203 und 204 des Flußlaufplans der 8 wird die Variable D_ump entsprechend der erfaßten schlechten Betriebsbedingung des Ruckel-Indexes Q unterschiedlich gesetzt, wobei D_ump eine veränderliche Variable ist.
Der Grund dafür ist, daß bei einer sehr schlechten Verbrennungsbetriebsbedingung die variable Steuerung schnell zur hohen Drehmomentseite transferiert wird und daß, wenn die schlechte Verbrennungsbetriebsbedingung klein ist, die variable Steuerung langsam auf die hohe Drehmomentseite transferiert wird.
Die Steuerung der Einspritzzeitdauer und die Steuerung der Zündzeitdauer werden gleichzeitig zu der obigen Steuerung der Einspritzpulsweite durchgeführt.
Die 17 zeigt ein Lernkennfeld des Solldrehmoments. Bei der Stelle "x" in dem Lernkennfeld wird, wenn die obige variable Steuerung durchgeführt wird, das Solldrehmoment in einem derartigen Bereich geändert. Nächstes Mal, wenn die gleiche Betriebsbedingung auftritt, kann eine stabile Verbrennung schnell erzielt werden.
Gemäß der Erfindung kann in dem Bereich, in dem ein Kraftstoffverbrauch für wichtig gehalten wird, in dem Bereich, in dem die Motorleistung entsprechend der Fahreranforderung reflektiert wird und in dem Bereich, in dem eine höhere Motorleistung und ein Motorschutz vorliegt, eine Steuervorrichtung für den Direkteinspritzmotor realisiert werden, die eine Schichtverbrennung anwendet. Weiterhin kann die Luft/Kraftstoff-Verhältnisverbrennung der normalen Magerverbrennung entsprechen und es kann eine homogene stöchiometrische Verbrennung stabil und genau durchgeführt werden, so daß eine für den Direkteinspritzmotor geeignete Steuervorrichtung vorgesehen werden kann.
Ferner kann eine Steuervorrichtung für Motoren mit Direkteinspritzung realisiert werden, bei der der Schichtverbrennungszustand immer in einem stabilen Verbrennungszustand gehalten werden kann.

Claims

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit – Ansaugluftsteuermitteln (5) zum Steuern der angesaugten Luftmenge, – Kraftstoffzufuhrmitteln (9) zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors (7), – einer Zündeinrichtung zum Zünden eines Luft/Kraftstoff-Gemisches im Zylinder, – einer Steuereinheit (15) zum Steuern zumindest der Ansaugluftsteuermittel (5), der Kraftstoffzufuhrmittel (9) oder der Zündeinrichtung basierend auf erfaßten Betriebsbedingungen des Motors (7), wobei die Steuereinheit (15) mehrere Gruppen von Steuerkonstanten enthält, die basierend auf einem Solldrehmoment, das einen Fahrerwunsch angibt, ausgewählt und zum Steuern des Motors (7) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motorverbrennungszustand bestimmt wird und bei Vorliegen eines schlechten Verbrennungszustands oder einer Verschlechterung des Verbrennungszustands für eine vorbestimmte Zeitdauer interpolierte Steuerkonstanten zur Steuerung des Motors (7) für ein höheres Drehmoment herangezogen werden, um eine stabile Verbrennung zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Gruppe von Steuerkonstanten für eine Verwendung in einer Schichtverbrennungssteuerung dient, zumindest eine Gruppe von Steuerkonstanten für eine Verwendung in einer stöchiometrischen Verbrennungssteuerung dient oder zumindest eine Gruppe von Steuerkonstanten für eine Verwendung bei einem mittleren Drehmoment dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Solldrehmoment aus einer Drehzahl des Motors (7) und einer Gaspedalstellung bestimmt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Solldrehmoment über eine Ansaugluftmenge, die dem Motor (7) zugeführt wird, gesteuert wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ansaugluftmengensteuerung durch elektrische Mittel (20) durchgeführt wird.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die interpolierten Steuerkonstanten zum Verändern des Solldrehmoments gelernt werden.
Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit den Schritten: – direktes Zuführen von Kraftstoff zu einem Zylinder des Motors (7); – Steuern einer angesaugten Luftmenge, die in den Zylinder angesaugt wird; – Zünden eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder; – Steuern zumindest der Kraftstoffzufuhr, der Ansaugluftmenge oder der Zündung; – Erfassen einer Betriebsbedingung des Motors (7) und – Vorsehen von mehreren Gruppen von Steuerkonstanten mit zumindest einer Konstante, einem Datenfeld oder einer Tabelle; und – Auswählen einer Steuerkonstantengruppe basierend auf einem Solldrehmoment und Steuern des Motors (7) basierend auf der ausgewählten Steuerkonstantengruppe, gekennzeichnet durch – Bestimmen eines Motorverbrennungszustands und – Heranziehen von interpolierten Steuerkonstanten für ein höheres Drehmoment bei Vorliegen eines schlechten Verbrennungszustands oder einer Verschlechterung des Verbrennungszustands für eine vorbestimmte Zeitdauer zur Steuerung des Motors (7), um eine stabile Verbrennung zu ermöglichen.