DE19712804A1

DE19712804A1 - Motorsteuersystem

Info

Publication number: DE19712804A1
Application number: DE19712804A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Nishimura; Tomomi Watanabe; Junichi Taga; Michihiro Imada
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1997-10-30
Also published as: JPH09264170A; US5755205A; KR970066017A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuersystem, in welchem der Motor fortlaufend in einem Zustand eines mageren Luft-Brennstoff-Gemisches (nach stehend auch als A/F bezeichnet), beispielsweise größer als 20, arbeitet, was eine magerere Einlaßgas-Mischung bereitstellt als diejenige unter der theore tischen Mischung oder dem Luft-Brennstoff-Verhältnis von 14,7. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Motorsteuersystem bzw. Motorregelsystem, welches den A/F ebenso wie einen Zündzeitpunkt in einem Magerverbrennungsbetrieb steuert bzw. regelt, in dem der Motor unter einem größeren A/F arbeitet als dem theoretischen Wert.

Herkömmlich sind verschiedene Magerverbrennungsmotoren entwickelt worden, bei denen der A/F auf einen vorbestimmten mageren A/F in einem vorbestimm ten Motorbetriebszustand gesteuert bzw. geregelt wird, um den Brennstoff-Ver brauchswirkungsgrad und dergleichen zu verbessern. Beispielsweise ist es bekannt, daß ein linearer O₂-Sensor, der geeignet ist, ein mageres A/F zu erfas sen, eingesetzt wird und eine A/F-Regelung wird ausgeführt, um ein mageres Soll-A/F zu erreichen auf der Basis eines Ausgangs des O₂-Sensors in einem vorbestimmten Betriebsbereich.

Der obige O₂-Sensor und ein damit verbundener Verstärker sind jedoch teuer und verursachen dadurch eine Kostenerhöhung. Im Hinblick darauf ist es bekannt, daß ein λO₂-Sensor, welcher nur den theoretischen A/F erfassen kann, eingesetzt wird, um den A/F auf den theoretischen Wert durch die A/F-Regelung zu regeln, und daß eine Basis-Brennstoffeinspritzmenge kompensiert wird durch eine lernende Regelung auf der Basis der A/F-Regelung. Daran anschließend wird der Magerverbrennungsbetrieb durchgeführt, um die Brennstoffeinspritzmenge zu bestimmen unter Verwendung eines Ausgangs der lernenden Regelung auf der Basis einer Steuerkette, um ein vorbestimmtes mageres A/F zu erreichen, wie es in der japanischen nachgeprüften Veröffentlichung Nr. 1-47614 offenbart ist.

Dennoch verändert sich beim Feststellen eines mageren A/F eine stabile Ver brennungsgrenze des A/F oder ein magerstes A/F, welches eine stabile Ver brennung des Motors liefern kann, in Abhängigkeit von den Motoren als auch von den Zylindern des Motors. Somit muß das Soll-A/F eingestellt werden auf einen fetteren A/F unzulässig weit von der stabilen Verbrennungsgrenze entfernt in dem mageren Verbrennungsbetrieb, um die Verbrennungsstabilität zu halten. Es wurde vorgeschlagen, daß die Brennstoff-Einspritzmenge gesteuert bzw. geregelt wird, um das vorbestimmte magerere A/F zu erreichen, und ein Motor-Verbrennungszustand wird beurteilt auf der Basis einer Kurbelwellen-Winkelge schwindigkeit und dergleichen, um die Kraftstoff-Einspritzmenge gemäß dem Motor-Verbrennungszustand zu kompensieren, um ein noch magereres A/F zu erreichen, ohne die Verbrennungsstabilität zu verschlechtern (vgl. beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-310570).

Es sollte jedoch beachtet werden, daß das A/F des mageren Verbrennungs betriebs sich von dem vorbestimmten A/F aufgrund der Kompensation der Brennstoff-Einspritzmenge gemäß dem Motor-Verbrennungszustand unterschei det. Andererseits ist der Zündzeitpunkt bestimmt worden, um einen optimierten Zündzeitpunkt bei einem vorbestimmten A/F anzugeben. Im Ergebnis weicht der Zündzeitpunkt von dem optimierten Wert ab, wenn das A/F, wie zuvor gesagt, variiert wird, was zu einer Erhöhung der No_x-Emission und zu einer Verschlechte rung der Verbrennungseigenschaften führt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuersystem anzugeben, welches den Brennstoff-Verbrauchswirkungsgrad und die Emissions eigenschaften während einer A/F-Regelung zusammen mit einer Zündzeitpunkt-Re gelung verbessern kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuerung anzugeben, in welcher das A/F so mager wie möglich geregelt wird, ohne die Verbrennungsstabilität während des Magerverbrennungsbetriebs zu verschlech tern, wobei der Zündzeitpunkt geeignet geregelt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl den optimierten magersten A/F als auch den optimierten Zündzeitpunkt während des Magerver brennungsbetriebs des Motors zu erreichen.

Die obigen und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können erreicht werden durch ein Motorsteuersystem, in welchem ein Luft-Brennstoff-Verhältnis geregelt wird auf einen Sollwert, der eine magerere Einlaßgasmischung nahe einer stabilen Verbrennungsgrenze angibt als die eines theoretischen Luft-Brenn stoff-Verhältnisses unter einem vorbestimmten Betriebsbereich, aufweisend eine Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung zum Einstellen einer Basis- Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverstärkung, um ein vorbestimmtes Luft-Brenn stoff-Verhältnis zu erreichen, das größer ist als das theoretische Luft-Brennstoff-Ver hältnis während einer Regelung in dem vorbestimmten Betriebsbereich, eine Verbrennungszustand-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Verbren nungszustandes von jedem der Zylinder des Motors, eine Luft-Brennstoff-Ver hältnis-Kompensationseinrichtung zum Kompensieren der Basis-Luft-Brennstoff-Steu erverstärkung auf der Basis der Beurteilung durch die Verbrennungszustand-Be urteilungseinrichtung, um das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis nahe der stabilen Verbrennungsgrenze zu erreichen, und eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung zum Einstellen eines vorbestimmten Zündzeitpunktes entsprechend dem vorbestimm ten Luft-Brennstoff-Verhältnis und zum Kompensieren des vorbestimmten Aus führungs-Zündzeitpunkts unter Berücksichtigung der Kompensation der Luft- Brennstoff-Verhältnis-Steuerverstärkung durch die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kom pensationseinrichtung, um einen endgültigen Zündzeitpunkt zu erreichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steu erverstärkung verändert, um eine endgültige Luft-Brennstoff-Steuerver stärkung zu bestimmen, um das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erreichen.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Motorsteuersy stem eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung auf zum Erfassen eines Motor betriebszustandes, eine Brennstoff-Einspritzmengen-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Basis-Brennstoff-Einspritzmenge, um ein vorbestimmtes Luft- Brennstoff-Verhältnis zu erreichen, das größer ist als ein theoretisches Luft- Brennstoff-Verhältnis in einem vorbestimmten Motor-Betriebszustand, eine Verbrennungszustands-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Verbren nungszustandes in wenigstens einem Zylinder, eine Brennstoff-Einspritzmengen-Kom pensationseinrichtung zum Kompensieren der Basis-Brennstoff-Einspritzmen ge auf der Basis des Verbrennungszustands in dem Zylinder, um keine Fehlzün dung zu haben, eine Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung zum Einstellen eines vorbestimmten Zündzeitpunkts auf der Basis des vorbestimmten Luft-Brennstoff-Ver hältnisses in dem vorbestimmten Betriebszustand, und eine Zündzeitpunkt-Kom pensationseinrichtung zum Kompensieren des vorbestimmten Zündzeit punkts auf der Basis der Kompensation der Basis-Brennstoff-Einspritzmenge, um den Zylinder vor Fehlzündungen zu schützen.

In einem weiteren Merkmal der Erfindung weist ein Motorsteuersystem auf eine Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung zum Einstellen einer Basis- Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverstärkung, um ein vorbestimmtes Luft-Brenn stoff-Verhältnis während einer Steuerung bzw. Regelung in dem vorbestimmten Betriebsbereich zu erreichen, eine Verbrennungszustands-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Verbrennungszustandes von jedem der Zylinder des Motors, eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung zum Kompensieren der Basis-Luft-Brennstoff-Steuerverstärkung auf der Basis der Beurteilung durch die Verbrennungszustands-Beurteilungseinrichtung, um das Soll-Luft-Brennstoff-Ver hältnis nahe der stabilen Verbrennungsgrenze zu erreichen, und eine Zünd zeitpunkt-Steuereinrichtung zum Einstellen eines vorbestimmten Zündzeitpunkts entsprechend dem vorbestimmten Luft-Brennstoff-Verhältnis und zum Kompen sieren des vorbestimmten Zündzeitpunkts unter Berücksichtigung der Kompensa tion der Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverstärkung durch die Luft-Brennstoff- Verhältnis-Kompensationseinrichtung, um einen endgültigen Zündzeitpunkt zu bekommen.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Motorsteuersystem, in dem ein Luft-Brennstoff-Verhältnis A/F gesteuert wird auf einen mageren Wert, welcher eine magerere Einlaß-Gasmischung nahe einer stabilen Verbrennungsgrenze angibt als die unter einem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis in einem vorbestimmten Betriebsbereich, auf eine Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuer einrichtung zum Einstellen eines Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnisses nahe der stabilen Verbrennungsgrenze und zum Einstellen einer Basis-Luft-Brennstoff- Verhältnis-Steuerverstärkung, um das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis zu errei chen, eine Verbrennungszustands-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen eines Verbrennungszustandes für jeden der Zylinder des Motors, eine Luft-Brennstoff-Ver hältnis-Kompensationseinrichtung zum Kompensieren der Luft-Brennstoff-Steu erverstärkung auf der Basis der Verbrennungszustands-Beurteilungsein richtung und eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung zum Einstellen eines Zünd zeitpunkts gemäß dem eingestellten Luft-Brennstoff-Verhältnis in dem vorbe stimmten Betriebsbereich und zum Kompensieren des Zündzeitpunkts unter Berücksichtigung der Kompensation des Luft-Brennstoff-Verhältnisses durch die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung.

Gemäß dem obigen System wird das A/F auf einen größeren A/F-Wert einge stellt, der eine magerere Einlaßgasmischung liefert als die unter dem theoreti schen A/F-Wert während dem vorbestimmten Betriebsbereich der Luft-Brenn stoff-Regelung. Die A/F-Steuerverstärkung wird kompensiert gemäß dem Ver brennungszustand. Im Ergebnis wird die A/F so gesteuert bzw. geregelt, daß sie einen größeren Wert als den theoretischen Wert hat, in dem Maße, daß die Verbrennungsstabilität gehalten werden kann. Zusätzlich wird der Zündzeitpunkt in Reaktion auf die A/F-Steuerverstärkung kompensiert. Der Zündzeitpunkt wird nämlich so reguliert, daß er optimiert ist, wenn der A/F abhängig von dem Verbrennungszustand variiert.

Bevorzugt weist das Motorsteuersystem einen A/F-Sensor auf zum Erfassen eines theoretischen A/F, eine Regeleinrichtung zum Ausführen einer Regelung bzw. Rückkoppelungssteuerung für den A/F auf der Basis des A/F-Sensors in einem vorbestimmten Betriebszustand, um das theoretische A/F zu bestimmen, und eine lernende Steuereinrichtung bzw. Regeleinrichtung zum Bestimmen eines gelernten Wertes der A/F-Steuerverstärkung auf der Basis der Regelung bzw. Rückkoppelungssteuerung. Die Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuereinrich tung stellt die A/F-Steuerverstärkung entsprechend dem Wert des eingestellten A/F ein unter Berücksichtigung des gelernten Wertes der A/F-Steuerverstärkung.

In dieser Weise entspricht die A/F-Steuerverstärkung, bestimmt durch die Basis-A/F-Steuereinrichtung geeignet dem Soll-A/F, so daß die Kompensation der A/F-Steuerverstärkung und der Zündzeitpunkt, auf der Basis der A/F-Steuerver stärkung, eingestellt durch die A/F-Steuereinrichtung, genau kompensiert werden kann.

Die Luft-Brennstoff-Kompensationseinrichtung kompensiert die A/F-Steuerver stärkung auf der Basis der Beurteilung der Verbrennungszustands-Beurteilungs einrichtung zu einer fetteren Brennstoffseite hin, wo die Verbrennungsstabilität über eine vorbestimmte Zulässigkeit hinaus verschlechtert ist, und zu einer magereren Brennstoffseite hin, wenn die Verbrennungsstabilität erreicht wird in einem vorbestimmten Zulässigkeitsbereich. Auf diese Weise kann das A/F gesteuert bzw. geregelt werden auf einen Wert, der der stabilen Verbrennungs grenze nächstmöglich ist, wobei der Instabilitätspegel in dem vorbestimmten Zulässigkeitsbereich unterdrückt ist.

Die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung kann kompensieren, um den Zündzeitpunkt zu verzögern, wenn die A/F-Steuerverstärkung kompensiert wird, um das Ein laßgasgemisch fett zu machen, und um den Zündzeitpunkt vorzuziehen, wenn die A/F-Steuerverstärkung kompensiert wird, um das Einlaßgasgemisch mager zu machen.

Die A/F-Kompensationseinrichtung kompensiert die A/F-Steuerverstärkung für jeden der Zylinder des Motors, und die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung kom pensiert auch den Zündzeitpunkt für jeden der Zylinder gemäß der Kompensation der A/F-Steuerverstärkung. Alternativ kann die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung gemeinsam den Zündzeitpunkt von allen Zylindern kompensieren auf der Basis eines Mittelwertes der A/F-Steuerverstärkungen aller Zylinder. In einer weiteren Ausführungsform kann die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung gemeinsam den Zündzeitpunkt für alle Zylinder kompensieren auf der Basis des mittleren Kom pensationswertes der A/F-Steuerverstärkung für alle Zylinder. Danach kann die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung eine Feineinstellung der A/F-Steuerverstärkung für jeden der Zylinder gemäß der Abweichung von dem Mittelwert vornehmen.

Wenn der Zündzeitpunkt für jeden der Zylinder kompensiert wird, kann der Zündzeitpunkt für jeden der Zylinder geeignet gesteuert bzw. geregelt werden, auch wenn die Verbrennungszustände zwischen den Zylindern unterschiedlich sind, was zu Änderungen in den Kompensationswerten der A/F-Steuerverstär kungen führt. Wenn der Zündzeitpunkt gemeinsam kompensiert wird für alle Zylinder, kann der Zündzeitpunkt geeignet gesteuert bzw. geregelt werden, auch wenn die Kraftstoff-Einspritzeigenschaften zwischen den Zylindern sich unter scheiden, was zu Veränderungen der A/F-Steuerverstärkungskompensationen führt. Wenn zusätzlich der Zündzeitpunkt gemeinsam für alle Zylinder kom pensiert wird und danach fein kompensiert wird für die einzelnen Zylinder, kann der Zündzeitpunkt geeignet eingestellt werden, auch wenn sowohl die Ver brennungsbedingungen als auch die Brennstoff-Einspritzeigenschaften sich zwischen den Zylindern unterscheiden.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Motors, der mit einem Steuersystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinheit.

Fig. 3 ist eine Karte, welche für die A/F-Steuerung eingestellte Bereiche zeigt.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm einer Hauptroutine.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm einer Routine, die eine lernende Steuerung bzw. Regelung zeigt.

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm einer Routine, die eine Rauheits-Steuerung zeigt.

Fig. 7 ist eine Kennlinienansicht, die einen Einfluß einer Kühlmitteltemperatur auf einen gelernten Wert zeigt.

Fig. 8 ist eine erläuternde Ansicht, welche Veränderungen des Vierzylinder- Viertaktmotor-Hubs, -drehmoments, und der -kurbelwinkelgeschwindigkeit zeigt.

Fig. 9 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Profil zwischen einem Verbren nungsdruck und einer Kurbelwinkeländerung zeigt.

Fig. 10 ist eine Ansicht, die eine Erfassungsplatte zeigt für einen Kurbelwinkel und einen Kurbelwinkelsensor.

Fig. 11 ist eine Ansicht, die eine Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Schwankung aufgrund eines Geräuschfaktors zeigt.

Fig. 12 ist eine Ansicht, welche Daten zeigt nach Entfernung der Frequenzkom ponente mit 0,5 Grad der Motordrehung und natürlichen Vielfachen davon aus den erfaßten Kurbelwinkeldaten.

Fig. 13 ist eine Ansicht, welche Daten zeigt nach Entfernung einer Frequenz komponente unterhalb von 0,5 Grad der Motordrehung unter Verwendung eines Hochpaß-Filters.

Fig. 14 ist ein Flußdiagramm einer Routine für eine Zündzeitpunkt-Steuerung.

Fig. 15 ist eine graphische Darstellung der Änderungen der Kompensationswerte der Brennstoff-Einspritzmengen und Zündzeitpunkt-Kompensationswerte in Reaktion auf die Rauheits-Steuerung und

Fig. 16 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Zündzeit punkt, der Rauheit und der No_x-Emissionsmenge.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die ange hängte Zeichnung im Detail beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Motors, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird. Der Motor ist ein Viertakt-Benzinmotor mit vier geraden Zylindern, der versehen ist mit einem Motorkörper 1 und einem Einlaß- und Auslaßsystem dafür. Jeder Zylinder des Motorkörpers 1 ist gebildet mit einer Verbrennungskammer 3 über einem Kolben 2. Zu der Verbrennungskammer 3 sind geöffnet ein Einlaßanschluß 4 und ein Auslaßanschluß 5, für die ein Ein laßventil 6 und Auslaßventil 7 vorgesehen sind. Eine Zündkerze 8 ist angebracht an dem Motorkörper 1, um in die Verbrennungskammer 8 hinein gerichtet zu werden. Die Zündkerze 8 ist mit einem Zündkreis 9 verbunden, der einen Zünder aufweist, der zu einer elektronischen Steuerung der Zündzeitpunkte geeignet ist.

An einem Ende einer Kurbelwelle des Motorkörpers 1 ist befestigt eine Erfas sungsplatte 11 mit einer vorbestimmten Anzahl von Vorsprüngen 12 an deren Peripherie. Ein Kurbelwinkel-Sensor 13, welcher einen elektromagnetischen Aufnehmer oder dergleichen aufweist, ist angeordnet entsprechend den periphe ren Abschnitten der Platte 11. Wenn die Platte 11 sich zusammen mit der Kurbelwelle während des Motorbetriebs dreht, wird ein Impulssignal erzeugt, wenn der Vorsprung 12 durch den Kurbelwinkel-Sensor 13 läuft. Der Motorkör per 1 ist versehen mit einem Kühlmitteltemperatur-Sensor 14. Das Einlaßsystem des Motors ist versehen mit einer Einlaßleitung 16 zum Einführen einer Einlaßluft bzw. Ansaugluft von einem Luftreiniger 15 in den Motorkörper 1. Die Einlaßlei tung ist ausgebildet als eine gemeinsame Einlaßleitung 17, ein Druckausgleichs behälter 18, der abwärts davon angeordnet ist, und einzelne Einlaßleitungen 19 von dem Druckausgleichsbehälter 18 zu den Einlaßanschlüssen 4 jeweils der Zylinder. In der gemeinsamen Einlaßleitung 17 sind angeordnet ein Luftfluß-Meß gerät 21, ein Drosselventil 22, eine Leerlaufgeschwindigkeit-Steue rungs(ISC)-Leitung 23, welche das Drosselventil 22 überbrückt, und ein ISC-Ventil 24 zum Öffnen und Schließen der ISC-Leitung. Zusätzlich sind in dem Einlaßsystem vorgesehen ein Einlaßgas-Temperatursensor 25, ein Leerlauf schalter 26 zum Erfassen eines vollständig geschlossenen Zustands und ein Drosselöffnungs-Sensor 27 zum Erfassen der Drosselöffnung.

In der Nähe eines abwärtigen Endes der einzelnen Leitungen 19 sind Einspritz einrichtungen zum Einspritzen eines Brennstoffs befestigt. Die Einspritzeinrich tung 28 öffnet sich für eine Zeitdauer entsprechend einer Impulsbreite basierend auf einem Signal (Einspritzimpuls) von der elektronischen Steuereinheit (ECU) 40, um den durch eine Ölpumpe (nicht gezeigt) zugeführten Brennstoff durch eine Ölleitung zu dem Einlaßanschluß 4 einzuspritzen. Um die Verbrennbarkeit wäh rend des Magerverbrennungsbetriebs zu verbessern, ist es bevorzugt, daß die einzelnen Leitungen geteilt werden in eine Hauptleitung (nicht gezeigt) und eine Sekundärleitung 19a in dem abwärtigen Bereich davon, von denen beide zu dem Anschluß 4 geöffnet sind, und wobei ein Wirbelsteuerventil 29 vorgesehen ist in der Sekundärleitung 19a, um in dem Magerverbrennungsbetrieb und dergleichen geschlossen zu werden, um eine Verwirbelung des Einlaßgases in der Ver brennungskammer 3 zu erzeugen. Das Ablaßsystem bzw. Auspuffsystem des Motors ist versehen mit Ablaßleitungen 31, die zu den Ablaßanschlüssen 5 jedes Zylinders geführt sind. In der Ablaßleitung 31 sind ein λO₂-Sauerstoffsensor 32 und ein Katalysator 33 zum Reinigen des Abgases vorgesehen. Der λO₂-Sensor erfaßt die Sauerstoffkonzentration (O₂-Konzentration) im Ausgang des Abgases, um den A/F des Einlaßgases zu erhalten, das in die Verbrennungskammer 3 eingeführt ist, wobei der Ausgang des O₂-Sensors sich erheblich ändert, wenn der theoretische A/F erfaßt wird. Der Katalysator 33 kann die Emission beispiels weise von No_x in dem Abgas reinigen und kann bevorzugt wirksam sein auch in dem Magerverbrennungs-Betriebszustand, in den-der A/F kontinuierlich einen Wert einnimmt, z. B. mehr als 22 größer als der theoretische Wert, wobei mit anderen Worten eine magerere Einlaßgasmischung kontinuierlich in die Ver brennungskammer 3 eingeführt wird.

Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 40 ist gezeigt für eine Motorsteuerung bzw. Motorregelung, die aus einem Mikrocomputer und dergleichen gebildet ist. In die ECU 40 werden Signale von dem Kurbelwinkel-Sensor 13, einem Kühl mitteltemperatur-Sensor 14, einem Luftfluß-Meßgerät 21, einem Einlaßgas-Tem pertursensor 25, einem Leerlaufschalter 26, einem Drosselöffnungs-Sen sor 27, einem λO₂-Sensor 32 und dergleichen eingespeist. Die ECU 40 erzeugt Signale zum Steuern der Einspritzeinrichtung 28 für die Brennstoffeinspritzung, den Zündkreis 9 für den Zündzeitpunkt und Signale für ein Betätigungsglied 24a des ISC-Ventils 24 und ein Betätigungsglied 29a des Wirbelsteuerventils 29. Die ECU 40, wie in Fig. 2 gezeigt, ist mit einem Regelungselement 41, einem lernen den Element 42, einem mageren A/F-Steuerelement 43 und einem Zünd steuerelement 44 versehen. Ein Magerbetriebsbereich ist definiert, wie in Fig. 3 gezeigt, als ein vorbestimmter Betriebsbereich mit Ausnahme eines Leerlaufbe triebsbereiches (beispielsweise alle Betriebsbereiche mit Ausnahme des Leerlauf betriebsbereichs). Nach einem Motor-Aufwärmbetrieb wird eine A/F-Steuerung in dem Leerlaufbetriebsbereich durchgeführt mit Hilfe des Regelungselements 41 und in dem Magerbetriebsbereich mit Hilfe des mageren A/F-Steuerelemen tes 43. In einem halb-aufgewärmten Zustand, wenn die Kühlmitteltemperatur zwischen 50°C und 60°C liegt, wird die A/F-Steuerung ausgeführt mit Hilfe des A/F-Regelungselementes 41, und ein Lernschritt des A/F-Steuerkompensa tionswertes wird durchgeführt mit Hilfe des Lernelementes.

Die Regelungseinrichtung 41 führt die A/F-Regelung aus in einer Weise, daß ein Rückkopplungs-Kompensationswert auf der Basis des λO₂-Sensors addiert wird zu einem Basis-Brennstoff-Einspritzwert auf der Basis des Ausgangs des Luftfluß-Meß gerätes und einer Motordrehzahl, um den A/F auf den theoretischen A/F zu regeln bzw. zu steuern. Das Lernelement 42 erhält den Lernkompensationswert der Brennstoff-Einspritzmenge oder die A/F-Steuerverstärkung auf der Basis der A/F-Regelung während des Halb-aufwärm-Zustandes.

Das Mager-A/F-Steuerelement 43 weist auf ein Basis-A/F-Steuerelement 45, ein Verbrennungszustands-Bestimmungselement 46 und ein A/F-Kompensations element 47, um das A/F mit einem größeren Wert als dem theoretischen Wert oder nahe der stabilen Verbrennungsgrenze zu versehen.

Das Basis-A/F-Steuerelement 45 stellt ein ein A/F in der Nähe der stabilen Verbrennungsgrenze, um eine Verbrennungs-Einspritzmenge entsprechend dem eingestellten A/F auf der Basis der Basis-Brennstoff-Einspritzmenge zu be stimmen, die aus der Einlaßluftmenge und der Motordrehzahl und dergleichen sowie dem Kompensationskoeffizienten und dem gelernten Kompensationswert durch die Lernsteuerung bzw. Lernregelung bestimmt ist. Das Verbrennungs zustand-Bestimmungselement 46 bestimmt die Verbrennungszustände jedes Zylinders auf der Basis einer Drehzahländerung, die erhalten wird auf der Basis einer Drehzahl, die durch den Kurbelwinkelsensor gemessen wird.

Das A/F-Kompensationselement 47 kompensiert die Brennstoff-Einspritzmenge auf der Basis der Bestimmung des Verbrennungszustand-Bestimmungselemen tes 46 in einer Weise, daß die Einlaßgasmischung fett gemacht wird, wenn eine Rauhigkeit oder Instabilität des Motorverbrennungszustands über einen vor bestimmten Zulässigkeitsbereich oder Toleranzbereich verstärkt ist, und macht die Einlaßgasmischung mager, wenn die Rauheit bzw. Rauhigkeit in dem vor bestimmten Zulässigkeitsbereich konvergiert.

Das Zündzeitpunkt-Steuerelement 44 stellt einen Zündzeitpunkt ein gemäß dem eingestellten A/F, wenn die Mager-A/F-Steuerung ausgeführt wird durch das Mager-A/F-Steuerelement 43 und kompensiert das eingestellte A/F gemäß der Kompensation durch das A/F-Kompensationselement 47 in einer Weise, daß der Zündzeitpunkt verzögernd kompensiert wird, wenn die Einlaßgasmischung fett gemacht wird als Ergebnis der Kompensation der A/F-Steuerverstärkung durch das A/F-Kompensationselement 47 und vorgezogen wird, wenn die Mischung mager gemacht wird als Ergebnis der Kompensation der A/F-Steuerverstärkung.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der A/F-Steuerung unter Bezugnahme auf die in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Flußdiagramme erläutert.

Eine Hauptroutine, die in Fig. 4 gezeigt ist, beginnt zunächst mit dem Auslesen der Motor-Kühlmitteltemperatur, des λO₂-Sensorausgangs, des Luftfluß-Meßge rätausgangs, der Motordrehzahl und dergleichen (Schritt S1). Danach wird beurteilt, ob oder nicht die Motor-Kühlmitteltemperatur Tw höher ist ein Refe renzwert Tw0 (beispielsweise 50°C), was den halb-gewärmten Zustand be zeichnet (Schritt S2). Wenn die Motor-Kühlmitteltemperatur Tw größer ist als der Referenzwert Tw0, wird die Rückkoppelungssteuerung bzw. -regelung für A/F durchgeführt. Als nächstes wird beurteilt, ob oder nicht die Bedingungen für das Lernen der Brennstoff-Einspritzung bestimmt sind (Schritt S3). Wenn bei spielsweise der Motorbetriebszustand anders ist als der Leerlauf-Betriebsbereich und wenn die A/F-Regelung basierend auf dem Ausgang des λO₂-Sensors bereit ist, ausgeführt zu werden, wird beurteilt, daß die Lernbedingungen eingehalten sind, und sodann setzt das Verfahren bei Schritt S4 sich fort, um die Lernsteue rung durchzuführen.

In der Lernsteuerung, wie in Fig. 5 gezeigt, wird die Brennstoff-Einspritzmenge TI gemäß der folgenden Formel berechnet.

TI = Caf_*TI0_*Cve + Cfb + Clrnp,

wobei TI0 eine Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge ist, basierend auf dem Betriebs zustand, der beispielsweise erhalten wird aus der Einlaßluftmenge und der Motordrehzahl.

Caf ist ein A/F-Kompensationskoeffizient (in dieser Ausführungsform ist Caf = 1 entsprechend dem theoretischen A/F).
Cve ist ein volumetrischer Wirkungsgrad-Kompensationskoeffizient (im Detail später beschrieben).
Cfb ist ein Rückkoppelungs-Kompensationswert entsprechend dem λ-O₂-Sensor ausgang, und Clrnp ist ein gelernter Kompensationswert (wenn die Lernsteue rung nicht ausgeführt wird, ist der Wert von Clrnp = 0). Die Kraftstoffeinsprit zung wird vorgenommen mit dem berechneten Wert TI (Schritt S401). In Fig. 11 wird der Rückkoppelungs-Kompensationswert Cfb abgetastet mit einer vor bestimmten Abtastzeit bzw. Probennahmezeit (Schritt S402, S403). Wenn die Abtastzahl die vorbestimmte Zahl erreicht, beispielsweise 16, wird der Wert von Clrnp berechnet aus einem Mittelwert der abgetasteten Werte der Rückkoppe lungs-Kompensationswerte Cfb, um in einem Speicher (Schritt S404 und S405) gespeichert zu werden. Wenn in diesem Fall die abgetastete Zahl eine minimale effektive Zahl (beispielsweise 4) überschreitet, die kleiner ist als die vorbestimm te Abtastzahl, kann ein temporärer Magerkompensationswert Clrnp berechnet werden (Schritt S406, S407).

Auf diese Weise wird die Lernsteuerung durchgeführt, bevor der Motor den aufgewärmten Zustand erreicht. In diesem Fall verändert die Kühlmitteltempera tur den Lernkompensationswert Clrnp. Wenn beispielsweise die Kühlmittel temperatur extrem gering ist, weichen die gelernten Kompensationswerte stark ab von denjenigen, die erhalten werden in einem aufgewärmten oder im wesent lichen aufgewärmten Zustand, wenn die Kühlmitteltemperatur nahe an den aufgewärmten Zustand reicht. Im Ergebnis ist der gelernte Kompensationswert nicht verläßlich in dem Fall des unzulässig geringen Kühlmitteltemperaturzu stands. Im Hinblick darauf wird die Lernsteuerung nicht durchgeführt, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw geringer ist als der Referenzwert Tw0 oder wenn der Motor-Betriebszustand den halb-aufgewärmten Zustand noch nicht erreicht hat. Bevorzugt kann der gelernte Kompensationswert Clrnp kompensiert werden auf der Basis der Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur, wie in Fig. 7 gezeigt, während der Lernsteuerung.

In Fig. 4 wird in Schritt S5 beurteilt, ob oder nicht der Magerverbrennungs-Be triebszustand eingehalten wurde. In dieser Beurteilung wird beispielsweise beurteilt, daß der Magerverbrennungs-Betriebszustand eingehalten ist, wenn die Kühlmitteltemperatur höher ist als ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 60°C, und wenn der Betriebszustand sich in dem Magerverbrennungs-Betriebs gebiet befindet. Wenn die Magerverbrennungs-Betriebsbedingungen in Schritt S5 erreicht sind, wird beurteilt, ob oder nicht die Lernsteuerung ausgeführt wurde, und zwar durch Beurteilen, ob oder nicht wenigstens der temporäre gelernte Kompensationswert Clrnp erhalten wurde durch die Lernsteuerung in Schritt S6 (S407 in Fig. 5). Wenn entweder die Beurteilung in Schritt S5 oder in Schritt S6 "NEIN" ist, wird das Verfahren zurückgeführt zum Schritt S4. Wenn dagegen beide Ergebnisse in Schritt S5 und S6 "JA" sind, wird die Brennstoff-Einspritz menge TI1 als eine bevorzugte Ausführungsform des A/F-Steuerverstärkungs faktors berechnet, um ein vorbestimmtes A/F oder Soll-A/F zu erreichen, wel ches eine magerere Einlaßgasmischung liefert als die unter dem theoretischen A/F durch die folgende Formel und ausgeführt wird bei einer vorbestimmten Zeit (Schritt S7).

TI1 = Caf_*TI0_*Cve + Cfb + Clrnp,

wobei Caf kleiner ist als 1 für eine vorbestimmte magerere Einlaßgasmischung von A/F;
Cfb ist 0;
und Clrnp ist ein Wert, erhalten durch die Lernsteuerung (Schritt S4) und gespei chert in dem Speicher, welcher der gelernte Kompensationswert ist. Somit wird der gelernte Wert Clrnp verwendet für die Berechnung einer Steuerverstärkung der Brennstoff-Einspritzmenge während des Magerverbrennungsbetriebs, so daß die A/F-Steuerung in dem Magerverbrennungsbetrieb ausgeführt wird nicht auf der Basis des Ausgangs des linearen O₂-Sensors, und die Variationen der Brenn stoff-Einspritzmenge abhängig von den jeweiligen Einspritzeinrichtungen werden kompensiert auf der Basis des Ergebnisses der Lernsteuerung, um eine geeignete Kraftstoff-Einspritzsteuerung zu erreichen.

In der obigen Formel wird ein volumetrischer Kompensationskoeffizient Cve verwendet, um die Abweichung eines wahren volumetrischen Wirkungsgrads von einem brutto-volumetrischen Wirkungsgrad auf der Basis des Ausgangs des Luftfluß-Meßgerätes zu kompensieren, nämlich der Differenz zwischen dem Wert, berechnet auf der Basis des Ausgangs des Luftfluß-Meßgerätes und einem aktuellen Betrag der Einlaßluft, die in den Motor eingeführt ist. Die Differenz zwischen dem berechneten Wert und dem wahren Wert der Einlaßluftmenge bezieht sich auf die Motoreigenschaft und ändert sich abhängig von dem Be triebsbereich. Somit wird der volumetrische Kompensationskoeffizient Cve vorbestimmt auf der Basis von experimentellen Daten für jeden Betriebszustand und wird gespeichert in dem Speicher als eine Kartenkonfiguration. Der spezifi sche Wert des volumetrischen Kompensationskoeffizienten Cve wird bestimmt im Licht der von dem Betriebszustand abhängigen Karte.

Die Kompensation auf der Basis des Koeffizienten Cve gemäß dem Betriebs zustand wird vorgenommen, wenn die Brennstoff-Einspritzmenge berechnet wird während der Lernsteuerung. Somit wird ein Fehler aufgrund der Änderung des Betriebszustands in der Brennstoff-Einspritzmenge durch den volumetrischen Kompensationskoeffizient kompensiert, so daß der gelernte Kompensationswert nicht wesentlich verändert ist abhängig von dem Betriebszustand. Dement sprechend ist es nicht notwendig, den Lernkompensationswert zu berechnen, wenn sich der Betriebszustand verändert. Im Ergebnis kann der gelernte Kom pensationswert, erhalten in einem bestimmten Betriebszustand, effektiv ver wendet werden bei der Berechnung der Brennstoff-Einspritzmenge in dem Magerverbrennungsbetrieb, auch, obwohl er erhalten wurde durch die Lern steuerung nicht im Magerverbrennungsbetrieb.

Als nächstes wird in Schritt S8 die Rauhigkeitssteuerung durchgeführt, wobei spezifisch die Rauhigkeitssteuerung gemäß dem Verfahren durchgeführt wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

In Fig. 6 wird das Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkel-Sensor eingeführt (Schritt S11). Eine Periode oder ein Zyklus der Kurbelwellen-Drehung wird berechnet bezogen auf die periodische Erfassung der Kurbelwinkel-Signale (Schritt S12), und die Winkelgeschwindigkeit ω der Kurbelwelle wird berechnet (Schritt S13).

Nachstehend wird eine Art zur effektiven und genauen Erfassung der Kurbelwin kel-Geschwindigkeit ω unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 beschrieben.

Fig. 8 zeigt Änderungen des Motorausgangs-Drehmoments und der Kurbel winkel-Geschwindigkeit ω mit einem Kurbelwinkel in der Abszisse. Ein Komposit-Dreh moment von Gasdruck-Drehmoment und Trägheits-Drehmoment ändert sich, wie durch eine dicke, durchgezogene Linie in der normalen Verbrennung gezeigt. Die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω ändert sich, wie durch eine reale Linie A gezeigt in der normalen Verbrennung, in der die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω sich erhöht, wenn ein Verbrennungsdruck wächst nach der Verbrennung und sodann abfällt, wenn die Verbrennung beendet ist. Wenn auf der anderen Seite ein Verbrennungsfehler oder eine Fehlzündung in Zylinder Nr. 1 auftritt, ändert sich die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω , wie durch eine unterbrochene Linie B gezeigt, wobei die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω erheblich abnimmt in der Mitte des Expansionshubs, wenn der Verbrennungsdruck so vermindert ist, daß die Differenz der Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω zwischen der Normalver brennung und der Fehlzündung erhöht ist. In dem nächsten Zylinder (Nr. 3) ist die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω noch klein in der ersten Hälfte des Expan sionshubs aufgrund des Einflusses der Fehlzündung des vorausgehenden Zylin ders (Nr. 2). Die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω erholt sich jedoch und nimmt einen Normalwert ein, wenn der Hub fortgeschritten ist.

Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwischen dem Verbrennungsdruck und der Änderung der Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω , wobei die Abszisse die Kurbelwinkel-Ge schwindigkeit ω zeigt mit dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs bei 0° in einem Zylinder, und die Ordinate ein Korrelationskoeffizient ist. Der Korrela tionskoeffizient ist definiert als ein Grad des Einflusses des Verbrennungszustan des (Verbrennungsdruck) auf die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω. Wenn der Wert des Korrelationskoeffizienten positiv ist, ist die Korrelation zwischen dem Verbrennungsdruckprofil und dem Kurbelwinkel-Geschwindigkeit-ω-Profil in einem spezifischen Zylinder erheblich. Wenn dieser Wert negativ ist, bedeutet dies, daß das Verbrennungsdruckprofil in dem vorausgehenden Zylinder das Kurbelwinkel-Geschwindigkeit-ω-Profil stark beeinflußt, verglichen mit dem laufenden bzw. gegenwärtigen Zylinder.

Wie man aus Fig. 8 und 9 ersehen kann, ist die Korrelation zwischen dem Verbrennungsdruckprofil und dem Kurbelwinkel-Geschwindigkeit-ω-Profil bemer kenswert von einem wesentlichen Ende der Verbrennung (etwa ATDC 40° CA) zu einem wesentlichen Beginn der Verbrennung des nächsten Zylinders (etwa ATDC 200° CA). Spezifisch wird nach der Reduktion des Gasdruck-Drehmo ments und der Erfahrung des Drehmoment-Wendepunktes (etwa ATDC 90° CA) der Korrelationskoeffizient bemerkenswert in einer Zeitdauer X (ATDC 100° CA bis ATDC 200° CA), wobei das Trägheits-Drehmoment erhöht ist. Wenn daher die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω erfaßt wird während der Zeitdauer von ATDC 40° CA bis ATDC 200° CA, insbesondere während der Zeitdauer von ATDC 100° CA bis ATDC 200° CA, kann die Genauigkeit der Erfassung der Veränderungen der Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω verbessert werden, so daß die Beurteilung der Verbrennungszustände der Zylinder hinsichtlich des Eintritts oder des Nicht-Eintritts einer Fehlzündung verläßlich gemacht werden kann. Es ist bevorzugt, daß der Kurbelwinkel-Erfassungsbereich größer als 60° CA ist, um eine ausreichende Erfassungszeitdauer für den Kurbelwinkel auch in Zuständen mittlerer Geschwindigkeit und hoher Geschwindigkeit zu halten.

Im Hinblick darauf sind die Anordnungen der Vorsprünge 12 in der Platte 11 und des Kurbelwinkel-Sensors 13 so bestimmt, daß sie den Kurbelwinkel von ATDC 104° CA und ATDC 174° CA erfassen. Die Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω für 70° CA in den Erfassungspunkten, eingestellt für die Abdeckung im obigen Bereich von ATDC 104° CA und ATDC 174° CA, wird berechnet.

Folgend auf Schritt S13 der Erfassung der Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω wird die Bestimmung der Zylinder vorgenommen. Danach wird das Verfahren folgend Schritt S14 für jeden der Zylinder durchgeführt. Für jeden der Zylinder wird die Änderung in der Kurbelwinkel-Geschwindigkeit ω erhalten durch Ausschließen von Rauschen bzw. Geräuschen aus den obigen Kurbelwinkel-Daten.

Als Rauschfaktoren, welche eine Kurbelwinkel-Geschwindigkeits-Schwankung mit Ausnahme der Änderung in dem Verbrennungszustand erzeugen, gibt es Kurbelwinkel-Geschwindigkeits-Veränderungen auf der Basis eines Einflusses der Resonanz aufgrund der explosiven Verbrennung als Vibrationsquelle, einer Raddrehung aufgrund eines Ungleichgewichts des Rades und des Antriebs systems dafür, einer Vibration, die von einer Straßenfläche auf einen Reifen wirkt und dergleichen. Wie in Fig. 11 gezeigt, wird das Rauschen der explosiven Rotationsgrad-Komponente aufgrund des Einflusses der Resonanz erzeugt in einem Zyklus von 0,5 Grad der Motor-Drehzahl und durch deren natürliche Vielfache. Das Rauschen bzw. Geräusch der explosiven Rotationsgrad-Kom ponente aufgrund des Einflusses der Resonanz wird erzeugt in einem Zyklus von 0,5 Grad der Motor-Drehzahl und deren natürliche Vielfache. In dem Vier takt-Motor entspricht ein Zyklus der Motorausgang-Drehmomentänderung zwei Drehungen der Kurbelwelle. Wenn die Drehmomentänderung der Kurbelwelle in Fourier-Reihen ausgedrückt wird, ist der erste Term der harmonischen Reihe 0,5 Grad, gefolgt von 1 Grad, 1,5 Grad und dergleichen als zweitem und drittem Term und dergleichen (wobei ein harmonischer Term bzw. Ausdruck mit einem Zyklus für eine Kurbelwellen-Drehung ein Grad ist). Der Grund hierfür liegt darin, daß der Viertakt-Motor einen Zyklus für die zwei Kurbelwellen-Drehungen hat. Die Geräusche aufgrund des Einflusses des Rad-Drehungleichgewichts und auf grund des Einflusses der Straßenoberfläche werden erzeugt in Frequenzkom ponenten unterhalb von 0,5 Grad der Motordrehzahl.

Im Hinblick darauf werden bestimmte Frequenzkomponenten von 0,5 Grad der Motordrehzahl und deren natürliche Vielfache aus den erhaltenen Kurbelwin kel-Daten entfernt, und das Kurbelwinkel-Geschwindigkeits-Änderungsprofil wird erhalten. Spezifisch wird die Abweichung dω[i] der Kurbelwinkel-Geschwindig keit zwischen dem laufenden Wert ω[i] und dem vorausgehenden Wert ω[i-4] in dem vorausgehenden Zyklus bezüglich desselben Zylinders berechnet (Schritt S15). Im Ergebnis werden die Frequenzkomponenten von 0,5 Grad der Motor-Drehzahl und deren natürliche Vielfache aus den erfaßten Kurbelwinkel-Da ten entfernt. Zusätzlich werden die erfaßten Daten verarbeitet durch ein Hochpaß-Filter (beispielsweise ein synchrones Rotations-Digitalfilter vom FIR-Typ), um die Geräuschkomponente unterhalb der Frequenz von 0,5 Grad der Motor-Drehzahl ausreichend zu vermindern.

Nachfolgend auf Schritt S16 von Fig. 6 wird beurteilt, ob oder nicht der Be triebsbereich sich in dem Magerverbrennungs-Betriebsbereich befindet. Wenn der Betriebsbereich sich in dem Magerverbrennungs-Betriebsbereich befindet, wird A/F kompensiert auf der Basis der Rauhigkeit (der Kurbelwinkel-Geschwindig keits-Änderung) als Operation des A/F-Kompensationselementes 47 in Schrit ten S18 bis S21. Ein erster Einstellwert, welcher eine Rauhigkeits-Grenze angibt, wird nämlich bestimmt, und es wird beurteilt, ob oder nicht die Rauhigkeit den ersten Einstellwert (Schritte S18, S19) überschreitet. Wenn die Rauhigkeit nicht größer ist als der erste Einstellwert, wird ein zweiter Einstellwert, der um einen gewissen Wert kleiner ist als der erste Einstellwert, bestimmt, und es wird beurteilt, ob oder nicht die Rauhigkeit kleiner ist als der zweite Einstellwert (Schritte S20 und S21). Der obige erste und zweite Einstellwert werden in einer Karte in Verbindung mit dem Betriebszustand gespeichert. Wenn die Rauhigkeit sich in einer Totzone zwischen dem ersten und zweiten Einstellwert befindet, wird der Kraftstoffinjektions-Kompensationswert gemäß der Rauhigkeit gehalten (Schritt S22). Wenn dagegen die Rauhigkeit den ersten Einstellwert überschrei tet, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge (TI1) kompensiert, um das Einlaßgasge misch um einen vorbestimmten Wert (Kraftstoff-Einspritzerhöhung) (Schritt S23) anzureichern bzw. fett zu machen. Wenn dagegen die Rauhigkeit kleiner ist als der zweite Einstellwert, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge (TI1) kompensiert, um das Einlaßgasgemisch um einen vorbestimmten Wert (Kraftstoff-Einspritzver minderung) (Schritt S24) abzumagern bzw. mager zu machen.

Als eine Operation des Zündzeitpunkt-Steuerelementes 44 führt die ECU eine Subroutine aus, wie in Fig. 14 gezeigt, mit einem vorbestimmten Intervall bei spielsweise für jeden vorbestimmten Kurbelwinkel. In diesem Verfahren wird der Betriebszustand erfaßt (Schritt S31). Der Basis-Zündzeitpunkt wird bestimmt gemäß dem Soll- oder vorbestimmten A/F, das bestimmt wird auf der Basis des Motor-Betriebszustands (Schritt S32). Beispielsweise hat der Basis-Zündzeitpunkt TI0 einen unterschiedlichen Wert zwischen dem Motorbetrieb mit dem theoreti schen A/F und bei einer magereren Einlaßgasmischung als der unter dem theore tischen A/F. Es wird beurteilt, ob oder nicht die Rauhigkeitssteuerung vorgenom men wurde (Schritt S33). Der Zündzeitpunkt wird kompensiert entsprechend der A/F-Kompensation gemäß den Verfahren, wie sie in den Schritten S25 und S26 von Fig. 6 gezeigt sind, wenn die Rauhigkeitssteuerung vorgenommen wurde (Schritt S34). Sodann wird die Zündung durchgeführt (Schritt S35). Wenn in diesem Fall die Kraftstoff-Einspritzmenge kompensiert wird, um das Einlaßgasge misch anzureichern bzw. fett zu machen, wird der Zündzeitpunkt verzögert (Schritt S25). Wenn die Kraftstoff-Einspritzung kompensiert wird, um das Einlaß gasgemisch abzumagern, wird der Zündzeitpunkt vorgezogen (Schritt S26).

Gemäß dem Steuersystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird in dem Magerverbrennungs-Betriebszustand nach dem Aufwärmbetrieb die Kraftstoff-Einspritzmenge berechnet für ein vorbestimmtes mageres Einlaßgasge misch des A/F nahe der stabilen Verbrennungsgrenze. In diesem Fall wird der gelernte Kompensationswert Clrnp, erhalten durch die Lernsteuerung (Schritt S4 in Fig. 4) erhalten. Der volumetrische Kompensationskoeffizient Cve wird eben falls eingeführt zur Kompensation, um die Kraftstoff-Einspritzmenge für das magere Einlaßgasgemisch des A/F (Soll-A/F) geeignet zu berechnen.

In einer gewissen Situation kann es auftreten, daß die Verbrennung instabil ist als Folge davon, daß der Motorbetrieb jenseits der stabilen Verbrennungsgrenze ist, auch wenn der Motor mit dem vorbestimmten mageren Einlaßgasgemisch des A/F betrieben wird. In dieser Situation werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Kraftstoff-Einspritzmenge (Schritt S23 und S24) ebenso wie der Zündzeitpunkt (Schritt S25 und S26) entsprechend der Rauhigkeit der Ver brennungsstabilität kompensiert.

Wenn nämlich, wie in Fig. 14 gezeigt, die Rauhigkeit größer ist als der erste Einstellwert, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge kompensiert, um das Einlaßgas gemisch anzureichern, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern, bis die Rauhigkeit auf einen Wert kleiner als der erste Einstellwert vermindert ist. Gleich zeitig wird der Zündzeitpunkt verzögert gemäß der Kompensation der Kraftstoff-Ein spritzmenge. Wenn dagegen die Rauhigkeit kleiner ist als der zweite Einstell wert, wird die Kraftstoff-Einspritzmenge kompensiert, um das Einlaßgasgemisch abzumagern, bis die Rauhigkeit vermindert ist auf einen Wert, der größer ist als der zweite Einstellwert. Gleichzeitig wird der Zündzeitpunkt so kompensiert, daß er vorverlegt ist.

Durch die obige Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffeinspritzung wird der A/F so gesteuert bzw. geregelt, daß die Rauhigkeit effektiv innerhalb des vor bestimmten Zulässigkeitsbereiches zwischen dem ersten und zweiten Einstell wert liegt. Diese Steuerung wird auf jedem der Zylinder vorgenommen, so daß das A/F so gesteuert bzw. geregelt wird, daß es einen möglichst großen Wert hat oder die Einlaßgasmischung so gesteuert bzw. geregelt ist, daß sie so mager wie möglich ist, vorausgesetzt, daß der Verbrennungszustand des Motors nicht unzulässig verschlechtert ist. Im Ergebnis kann der Verbrauchs-Wirkungsgrad verbessert werden und No_x vermindert werden aufgrund der magereren Steue rung der Einlaßgasmischung durch die A/F-Steuerung. Somit werden die Emis sionseigenschaften des Motors verbessert. Wenn in diesem Fall sogar das A/F aufgrund der Kompensation der Kraftstoff-Einspritzung in Reaktion auf die Rauhigkeits-Steuerung verändert wird, wird der Zündzeitpunkt in optimierender Weise kompensiert. Im Ergebnis sind die Emissionseigenschaften in dieser Hinsicht verbessert.

Wie in Fig. 15 gezeigt, besteht eine Beziehung zwischen A/F-Rauhigkeit und No_x-Emis sion. Der optimierte Zündzeitpunkt wird verzögert, wenn A/F wächst oder die Einlaßgasmischung magerer ist. Während des Magerverbrennungs-Betriebs wird die Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge (Kraftstoff-Einspritzung berechnet in Schritt S7 in Fig. 4) bestimmt, um ein magereres A/F α0 (welches eine magerere Einlaßkraftmischung ergibt), zu erreichen, und der Basis-Zündzeitpunkt wird zu einem optimierten Zündzeitpunkt in dem magereren A/F α0 eingestellt. Wenn jedoch A/F in Richtung auf eine fette Seite verändert wird, um das Einlaßgas anzureichern (α1-Seite) aufgrund der Rauhigkeits-Steuerung, würde der Zündzeit punkt vorgerückt werden, wie in Fig. 15 durch einen kleinen Kreis gezeigt, verglichen mit der optimierten Zeit mit verändertem A/F. Im Ergebnis wächst die No_x-Emission. Wenn dagegen A/F in Richtung auf eine magerere Seite (α2) verändert wird, würde der Zündzeitpunkt verzögert werden, wie durch ein Dreieck gezeigt, verglichen mit dem optimierten Zeitpunkt, um die Verbren nungsstabilität zu verschlechtern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit der Zündzeitpunkt gleichzeitig kompensiert mit der Kompensation des A/F, um No_x so stark wie möglich zu reduzieren und die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Dies bedeutet, daß die stabile Verbrennungsgrenze auf der Basis der A/F-Steuerung verstärkt ist durch die Steuerung bzw. Regelung der vorliegenden Erfindung. Somit kann die Kom bination der Zündzeitpunktsteuerung mit der Steuerung zur Kompensation der Kraftstoff-Einspritzung gemäß der Rauhigkeit synergistisch zusammenwirken, um das magerere A/F, den Kraftstoff-Verbrennungswirkungsgrad und die Emissions eigenschaften zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sondern viele Modifikationen und Variationen können vorgenommen werden.

Obwohl beispielsweise die obige Steuerung auf jedem der Zylinder vorgenommen wird, um die Kraftstoff-Einspritzungen gemäß der Rauhigkeit als auch gemäß der Kompensation des Zündzeitpunkts zu kompensieren, können die Zündzeitpunkte für alle Zylinder gemeinsam kompensiert werden auf der Basis des Mittelwertes der Kompensationswerte der Kraftstoff-Einspritzmengen gemäß der Rauhigkeit für die jeweiligen Zylinder.

Alternativ kann zusätzlich zu der gemeinsamen Kompensation für alle Zylinder der Zündzeitpunkt jedes der Zylinder einzeln kompensiert werden auf der Basis der Abweichungen der A/F-Steuerverstärkungen für die einzelnen Zylinder von dem Mittelwert aller Zylinder.

Bevorzugt werden die Faktoren oder Parameter der Variation zwischen den einzelnen Zylindern in den Kraftstoff-Einspritz-Kompensationswerten in Reaktion auf die Rauhigkeits-Steuerung analysiert unter Berücksichtigung der Kompensa tionen der Zündzeitpunkte für die einzelnen Zylinder. In diesem Fall kann die Kompensation des Zündzeitpunkts für alle Zylinder gemeinsam vorgenommen werden. Alternativ wird die Kompensation einzeln für jeden der Zylinder vor genommen. Ferner kann die Kombination davon eingesetzt werden. Im Detail kommen als Faktoren der Variationen in den Kompensationswerten der Kraft stoff-Einspritzmengen Variationen in den Verbrennungsbedingungen zwischen den Zylindern und Variationen der Kraftstoff-Einspritzeigenschaften durch die Einspritzeinrichtungen 28 für die jeweiligen Zylinder in Frage. Wenn der erste bzw. frühere Faktor dominant ist, wird der Zündzeitpunkt bevorzugt kompensiert für die jeweiligen Zylinder einzeln in Reaktion auf die einzelnen Kompensationen der Kraftstoff-Einspritzmengen, da die einzelne Kompensation für die Kraftstoff-Ein spritzmengen die Variationen in dem A/F für die jeweiligen Zylinder erzeugt. Wenn dagegen der letztere dominant ist, ist es bevorzugt, daß die Zündzeitpunk te gemeinsam kompensiert werden für alle Zylinder, da die Variationen in den Einspritzeigenschaften der Einspritzeinrichtungen 28 ausgeglichen werden zwischen den Zylindern aufgrund der Kompensationen der Kraftstoffmengen für die einzelnen Zylinder.

Wenn daher die Variationen der Kraftstoff-Einspritzeigenschaften der Einspritz einrichtungen 28 bemerkenswert sind, ist es bevorzugt, daß die Kompensation des Zündzeitpunkts gemeinsam kompensiert wird. Wenn die Variationen davon klein genug sind, werden die Zündzeitpunkte bevorzugt einzeln kompensiert für jeden der Zylinder. Ferner ist es bevorzugt, daß eine Korrelation zwischen den Variationen der Kraftstoffeinspritzeigenschaften der Einspritzeinrichtungen 28a und den Variationen der Verbrennungseigenschaften der Zylinder analysiert werden, um eine individuelle Kompensation zusätzlich zu der gemeinsamen Kompensation für den Zündzeitpunkt daher vorzunehmen.

In der obigen Ausführungsform, wie gezeigt in Fig. 4 und 5, wird der gelern te Wert, erhalten durch die Lernsteuerung in dem halb-aufgewärmten Zustand, verwendet für die Kraftstoff-Steuerung in den verschiedenen Betriebsgebieten. Der gelernte Wert neigt jedoch dazu, in einem Zustand einer geringen Einlaßgas menge in der Nähe des Leerlauf-Betriebszustandes verändert zu werden. Es ist bevorzugt, daß der gelernte Wert nicht verwendet wird für ein anderes bzw. weiteres Betriebsgebiet in dem Fall eines geringen Einlaßgasmengengebietes, wie durch eine unterbrochene Linie in Fig. 3 gezeigt.

Claims

1. Motorsteuersystem, bei dem ein Luft-Brennstoff-Verhältnis gesteuert bzw. geregelt ist auf einen Sollwert, der eine magerere Einlaßgasmischung nahe einer stabilen Verbrennungsgrenze liefert als eine Mischung mit einem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis in einem vorbestimmten Betriebs bereich, aufweisend:
eine Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung (41, 43, 45) zum Einstellen einer Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuerverstärkung, um ein vorbestimmtes Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erreichen, das größer ist als das theoretische Luft-Brennstoff-Verhältnis während einer Steuerung bzw. Regelung in dem vorbestimmten Betriebsbereich;
eine Verbrennungszustand-Beurteilungseinrichtung (46) zum Beurteilen eines Verbrennungszustandes von jedem der Zylinder des Motors;
eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung (47) zum Kom pensieren der Basis-Luft-Brennstoff-Steuerverstärkung auf der Basis der Beurteilung durch die Verbrennungszustand-Beurteilungseinrichtung, um das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis nahe der stabilen Verbrennungsgrenze einzustellen; und
eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung (44) zum Einstellen eines vorbe stimmten Zündzeitpunkts entsprechend dem vorbestimmten Luft-Brenn stoff-Verhältnis und zum Kompensieren des vorbestimmten Ausführungs-Zünd zeitpunkts unter Berücksichtigung der Kompensation der Luft-Brenn stoff-Verhältnis-Steuerverstärkung durch die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kom pensationseinrichtung (47), um einen endgültigen Zündzeitpunkt zu erhalten.

2. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Basis-Luft-Brennstoff-Steu erverstärkung verändert wird, um eine endgültige Luft-Brennstoff- Steuerverstärkung zu bestimmen, um das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erreichen.

3. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Basis-Luft-Brennstoff-Steu ereinrichtung (41, 43, 45) eine Basis-Brennstoff-Einspritzmenge als die Basis-Luft-Brennstoff-Steuerverstärkung einstellt und die Luft-Brenn stoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung (47) die Basis-Luft-Brennstoff- Verhältnis-Steuerverstärkung kompensiert.

4. Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Verbesserung ferner aufweist einen Luft-Brennstoff-Sensor (32) zum Erfassen des theoreti schen Luft-Brennstoff-Verhältnisses;
eine Regelungseinrichtung (41) zum Ausführen einer Regelung für ein Luft-Brennstoff-Verhältnis auf der Basis eines Ausgangs des Luft-Brenn stoff-Sensors (32), wenn der Motor in einem vorbestimmten Betriebs zustand mit dem theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnis betrieben wer den muß;
eine Lernsteuereinrichtung (42) zum Erhalten eines gelernten Wertes der Kraftstoff-Einspritzmenge in dem vorbestimmten Betriebszustand durch eine Lernsteuerung; und
eine Basis-Luft-Brennstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung (45), welche die Basis-Brennstoff-Einspritzmenge gemäß dem Soll-Luft-Brennstoff-Verhält nis unter Berücksichtigung des gelernten Wertes des Luft-Brennstoff-Ver hältnisses einstellt.

5. Motorsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Basis-Luft-Brenn stoff-Kompensationseinrichtung (47) die Basis-Brennstoff-Einspritzmenge auf der Basis der Beurteilung der Verbrennungs-Beurteilungseinrichtung (46) kompensiert, um das Einlaßgasgemisch fett zu machen bzw. an zureichern, wenn der Verbrennungszustand jenseits eines vorbestimmten Zulässigkeitsbereichs instabil ist, und das Einlaßgasgemisch abzumagern, wenn der Verbrennungszustand in dem vorbestimmten Zulässigkeits bereich stabil ist.

6. Motorsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zündzeitpunkt-Steu ereinrichtung (44) den Zündzeitpunkt vorverlegend kompensiert, wenn die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung das Luft-Brennstoff-Verhältnis kompensiert, um das Einlaßgasgemisch anzurei chern, während der Zündzeitpunkt vorgezogen wird, wenn die Luft-Brenn stoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung das Luft-Brennstoff-Verhältnis kompensiert, um das Einlaßgasgemisch abzumagern.

7. Motorsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luft-Brennstoff-Kom pensationseinrichtung (47) die Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge einzeln für jeden der Zylinder kompensiert und wobei die Zündzeitpunkt-Steuerein richtung (44) den Zündzeitpunkt individuell für jeden der Zylinder in Re aktion auf die Kompensation der Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge kompen siert.

8. Motorsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luft-Brennstoff-Kom pensationseinrichtung (47) die Basis-Kraftstoff-Einspritzmengen einzeln für jeden der Zylinder kompensiert und wobei die Zündzeitpunkt-Steu ereinrichtung (44) den Zündzeitpunkt für alle Zylinder gemeinsam kompensiert auf der Basis eines mittleren Kompensationswertes für die Kraftstoff-Einspritzmengen für die einzelnen Zylinder.

9. Motorsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luft-Kraftstoff-Kom pensationseinrichtung (47) die Basis-Kraftstoff-Einspritzmengen einzeln kompensiert und wobei die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung (44) im Detail die Kraftstoff-Einspritzmengen der einzelnen Zylinder zusätzlich zu der gemeinsamen Kompensation auf der Basis eines mittleren Kompen sationswertes der Kraftstoff-Einspritzmengen für die einzelnen Zylinder kompensiert.

10. Motorsteuersystem, bei dem ein Luft-Brennstoff-Verhältnis gesteuert bzw. geregelt ist auf einen Sollwert, der eine magerere Einlaßgasmischung nahe einer stabilen Verbrennungsgrenze angibt als die eines theoretischen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses unter einem vorbestimmten Betriebsbereich, aufweisend:
eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung (13, 32) zum Erfassen eines Motor-Betriebszustandes,
eine Kraftstoff-Einspritzmengen-Einstelleinrichtung (45) zum Einstellen einer Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge, um ein vorbestimmtes Luft-Brenn stoff-Verhältnis zu erzielen, das größer ist als ein theoretisches Luft- Brennstoff-Verhältnis in einem vorbestimmten Motor-Betriebszustand, eine Verbrennungszustand-Beurteilungseinrichtung (46) zum Beurteilen eines Verbrennungszustandes in wenigstens einem Zylinder,
eine Kraftstoff-Einspritzmengen-Kompensationseinrichtung (47) zum Kom pensieren der Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge auf der Basis des Verbren nungszustandes in dem Zylinder, um nicht fehl zu zünden,
eine Zündzeitpunkt-Einstelleinrichtung (44) zum Einstellen eines vorbe stimmten Zündzeitpunkts auf der Basis des vorbestimmten Luft-Brenn stoff-Verhältnisses in dem vorbestimmten Betriebszustand, und eine Zündzeitpunkt-Kompensationseinrichtung (44) zum Kompensieren des vorbestimmten Zündzeitpunkts auf der Basis der Kompensation der Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge, um sich von einer Fehlzündung im Zylinder fernzuhalten.

11. Motorsteuersystem, in dem ein Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einen Soll wert gesteuert bzw. geregelt ist, welcher eine Einlaßgasmischung nahe einer stabilen Verbrennungsgrenze in einem vorbestimmten Betriebs bereich angibt, aufweisend:
eine Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung (45) zum Einstellen einer Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerverstärkung, um ein vorbe stimmtes Luft-Brennstoff-Verhältnis während einer Steuerung in dem vorbestimmten Betriebsbereich zu erreichen;
eine Verbrennungszustand-Beurteilungseinrichtung (46) zum Beurteilen eines Verbrennungszustandes von jedem der Zylinder des Motors;
eine Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kompensationseinrichtung (47) zum Kom pensieren der Basis-Luft-Brennstoff-Steuerverstärkung auf der Basis der Beurteilung durch die Verbrennungszustand-Beurteilungseinrichtung, um das Soll-Luft-Brennstoff-Verhältnis nahe der stabilen Verbrennungsgrenze einzustellen; und
eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung (44) zum Einstellen eines vorbe stimmten Zündzeitpunktes entsprechend dem vorbestimmten Luft-Brenn stoff-Verhältnis und zum Kompensieren des vorbestimmten Zündzeit punkts unter Berücksichtigung der Kompensation der Luft-Brennstoff-Ver hältnis-Steuerverstärkung durch die Luft-Brennstoff-Verhältnis-Kom pensationseinrichtung, um einen endgültigen Zündzeitpunkt zu bekom men.

12. Motorsteuersystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Basis-Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Steuerverstärkung verändert wird, um eine endgülti ge Luft-Kraftstoff-Steuerverstärkung zu bestimmen, um das Soll-Luft-Kraft stoff-Verhältnis zu erreichen.

13. Motorsteuersystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Basis-Luft-Kraft stoff-Steuereinrichtung (45) eine Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge als Basis-Luft-Kraftstoff-Steuerverstärkung einstellt und die Luft-Kraftstoff-Ver hältnis-Kompensationseinrichtung (47) die Basis-Luft-Kraftstoff-Ver hältnis-Steuerverstärkung kompensiert.

14. Motorsteuersystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Verbesserung ferner aufweist einen Luft-Kraftstoffsensor zum Erfassen des theoreti schen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;
eine Regeleinrichtung zum Ausführen einer Regelung für ein Luft-Kraft stoff-Verhältnis auf der Basis des Ausgangs des Luft-Kraftstoff-Sensors, wenn der Motor in einem vorbestimmten Betriebszustand mit dem theore tischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben ist;
eine Lernsteuereinrichtung zum Erhalten eines gelernten Wertes der Kraft stoff-Einspritzmenge in dem vorbestimmten Betriebszustand durch eine Lernsteuerung; und
eine Basis-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung, welche die Basis- Kraftstoff-Einspritzmenge gemäß dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Berücksichtigung des gelernten Wertes des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einstellt.

15. Motorsteuersystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Basis-Luft-Kraft stoff-Kompensationseinrichtung die Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge auf der Basis der Beurteilung der Verbrennungs-Beurteilungseinrichtung kompensiert, um das Einlaßgasgemisch anzureichern, wenn der Ver brennungszustand instabil ist jenseits eines vorbestimmten Zulässigkeits bereichs, und um die Einlaßgasmischung abzumagern, wenn der Ver brennungszustand stabil ist in dem vorbestimmten Zulässigkeitsbereich.