DE60004712T2

DE60004712T2 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE60004712T2
Application number: DE60004712T
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Aki-gun Mamiya; Michihiro Aki-gun Imada; Masayuki Aki-gun Tetsuno
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: JP2000205006A; EP1020628A3; EP1020628B1; EP1020628A2; DE60004712D1; US6244243B1

Description

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, in welcher Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil direkt in einen Brennraum eines Zylinders eingespritzt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Drosselventilregelungstechnik während der Beschleunigung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die zwischen einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung und einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umschalten kann.
Ein bekanntes Beispiel einer konventionellen Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzungsmotor dieses Typs ist in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. 7–301139 zu finden, wobei der Motor im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung betrieben wird, indem in einem bestimmten Betriebsbereich des Motors mit niedriger Drehzahl und niedriger Last der Kraftstoff während eines Verdichtungshubs in einen Zylinder eingespritzt wird, während er in anderen Betriebsbereichen im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung betrieben wird, indem der Kraftstoff während eines Ansaughubs eingespritzt wird. D. h., im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung wird in der Nähe einer Zündkerze ein Bereich mit einem relativ fetten Gemisch gebildet, und um den Bereich des fetten Gemischs herum wird ein schichtenförmiges Gemisch gebildet. Da der Motor im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung mit einem extrem hohen durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Brennraums betrieben wird, ist es möglich, die Öffnung eines Drosselventils im Vergleich zu ihrer Öffnung im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung beträchtlich zu vergrößern, und dies trägt dazu bei, die Pumpverluste des Motors zu senken und eine Kraftstoffeinsparung zu erreichen.
Die obige Steuervorrichtung für den Direkteinspritzungsmotor weist aber das Problem auf, dass ein Drehmomentstoß auftritt, wenn der Motor zum Beispiel während der Beschleunigung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird. Da die Drosselventilöffnung im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung größer ist als im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, wie oben erwähnt, wird das Drosselventil gewöhnlich einen Augenblick lang geschlossen, wenn der Verbrennungsmodus während der Beschleunigung des Motors umgeschaltet wird. Selbst wenn das Drosselventil auf diese Weise vorübergehend geschlossen wird, tritt einer erhebliche Verzögerung auf, bis die Ladeleistung im Zylinder tatsächlich abfällt, weshalb die Ladeleistung auf ein übermäßiges Niveau ansteigt, wenn der Motor aus dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung in den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umgeschaltet wird.
Ein Ansatz, um solche Schwankungen des Motordrehmoments zu reduzieren, wäre, das Drosselventil so zu regeln, dass seine Öffnung im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung möglichst klein wird. Selbst wenn dieser Ansatz verwendet wird, wird die Öffnung des Drosselventils aber einem Anstieg der Soll-Last während der Beschleunigung des Motors entsprechend vergrößert, so dass die Drosselventilöffnung ziemlich groß ist, direkt bevor der Motor in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, und der oben erwähnte Drehmomentstoß beim Umschalten des Verbrennungsmodus dennoch unausweichlich auftritt.
Ein anderer Ansatz wäre, die Umschaltung zu einer Kraftstoffeinspritzungsweise des Verbrennungsmodus mit homogener Ladung so lange zu verzögern, bis die Menge der Ansaugluft abnimmt, wie in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. 4-36221 offenbart, oder das Drosselventil vorübergehend zu schließen, wie oben beschrieben, und die Umschaltung der Kraftstofteinspritzungsweise so lange zu verzögern, bis die Ladeleistung im Zylinder tatsächlich abnimmt, wenn der Motor in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird. Selbst wenn solch ein Ansatz gewählt wird, tritt jedoch das Problem auf, dass die Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs schlechter wird, da der Übergang in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung tatsächlich verzögert wird, was auch eine Verzögerung bei der Erhöhung der Kraftstoffmenge zur Folge hat.
Ein weiterer Ansatz wäre, die Abnahme des Motordrehmoments zu erzwingen, indem der Zündzeitpunkt um eine spezifische Zeitperiode verzögert wird, um den Drehmomentstoß beim Umschalten des Verbrennungsmodus zu mindern. Doch dieser Ansatz erfordert eine erhebliche Verzögerung des Zündzeitpunkts, wodurch das Problem auftritt, dass die Kraftstoffeinsparung stark nachlässt.
Zudem kann die Zuverlässigkeit eines Abgaskatalysators aufgrund einer übermäßigen Zunahme der Abgastemperatur beeinträchtigt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, das die Probleme des Stands der Technik löst.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, der zwischen einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung und einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umgeschaltet werden kann, wobei die Steuervorrichtung einen innovativen Drosselventilsteuerungsablauf verwendet, der es ermöglicht, beim Umschalten des Verbrennungsmodus einen Drehmomentstoß zu vermeiden, ohne Probleme wie die Verschlechterung der Beschleunigungsleistung oder der Kraftstoffeinsparung zu verursachen.
Einem Aspekt der Erfindung gemäß sagt eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Direkteinspritzungsmotors eine Umschaltung aus einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in einen Verbrennungsmodus mit homogener Ladung voraus und führt eine Korrektur der Öffnung eines Drosselventils so durch, dass sie etwa einer Drosselventilöffnung entspricht, die für den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung geeignet ist, bevor die Umschaltung des Verbrennungsmodus erfolgt.
Die Steuervorrichtung ist für eine Brennkraftmaschine verwendbar, die versehen ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum eines Zylinders davon einzuspritzen, einem Drosselventil, um die Menge der Ansaugluft zu regeln, die in den Brennraum eingeleitet wird, und einer Zündkerze.
Die Steuervorrichtung ist mit einem Moduseinsteller versehen, um auf umschaltende Weise einen Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung einzustellen, bei dem der Kraftstoff in einem Verdichtungshub des Zylinders eingespritzt wird, um in der Nähe Zündkerze ein geschichtetes Gemisch zu erzeugen, das in einem geschichteten Zustand verbrannt wird, und einen Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, bei dem der Kraftstoff in einem Ansaughub des Zylinders eingespritzt wird, um darin ein gleichmäßig verteiltes Gemisch zu erzeugen, das in einem homogenen Zustand verbrannt wird, mit einem Soll-Ladungseinsteller, um eine Soll-Ladung des Motors mindestens der Gaspedalstellung entsprechend einzustellen, mit einem Drosselventilregler, um die Öffnung des Drosselventils mindestens der vom Soll-Ladungseinsteller eingestellten Soll-Ladung entsprechend zu regeln, mit einem Moduswechselprädiktor, um ein Umschalten vom Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung vorauszusagen, und mit einem Drosselventilregelungskorrektor, um einen Regelungssollwert für das Drosselventil, der vom Drosselventilregler eingestellt wurde, so zu korrigieren, dass der Regelungssollwert sich einem Sollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, bevor in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, wenn solch eine Umschaltung des Verbrennungsmodus vom Moduswechselprädiktor vorausgesagt wurde.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein erläuterndes Diagramm, das den allgemeinen Aufbau einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Steuervorrichtung;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines elektronischen Steuergeräts (ECU);
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine spezifische Konfiguration eines Soll-Ladungseinstellers zeigt, der in 3 gezeigt wird;
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine spezifische Konfiguration eines Drosselventilöffnungsrechners zeigt, der in 3 gezeigt wird;
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine spezifische Konfiguration eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generators zeigt, der in 3 gezeigt wird;
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl und der gedachten Ladeleistung zeigt;
8 ist ein Diagramm, das eine Abbildung zeigt, die die Betriebsbereiche des Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und des Verbrennungsmodus mit homogener Ladung definiert;
9 ist ein Diagramm, das eine Abbildung zeigt, die die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse zur Regelung der Ansaugluftmenge für die jeweiligen Betriebsmodi definiert;
10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad und der Drosselventilöffnung zeigt;
11 ist ein Diagramm, das zeigt, wie ein zu verwendender Betriebsmodus zur Berechnung der eingespritzten Kraftstoffmenge gewählt wird;
12A–12C sind Diagramme, die Abbildungen zeigen, die Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse zur jeweiligen Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge, des Einspritzzeitpunkts und des Zündzeitpunkts definieren;
13A–13E sind Zeitdiagramme, die zeigen, wie eine erste Soll-Ladung, die Drosselventilöffnung, die Ist-Ladeleistung, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Zündzeitpunkt sich während der Motorbeschleunigung verändern;
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das Änderungen der Betriebsbedingungen während der Motorbeschleunigung zeigt; und
15 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine des Regelvorgangs zeigt, der während der Motorbeschleunigung auszuführen ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN DER ERFINDUNG
2 zeigt einen Gesamtaufbau einer Steuervorrichtung A für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das Bezugszeichen 1 zum Beispiel eine Mehrzylindermaschine anzeigt, die in ein Fahrzeug eingebaut ist. Dieser Motor 1 weist mehrere Zylinder 2 auf (von denen nur einer dargestellt ist), und ein Kolben 3 ist in jeden Zylinder 2 eingepasst, um darin einen Brennraum 4 zu formen, auf solche Weise, dass der Kolben 3 sich im entsprechenden Zylinder 2 hin- und herbewegen kann. Eine Zündkerze 6, die mit einem Zündkreis 5 verbunden ist, ist in einer oberen Wand des Brennraums 5 genau in der Zylinderachse so eingepasst, dass eine Funkenstrecke der Zündkerze 6 im Innenraum des Brennraums 4 angeordnet ist. Auch ein Einspritzaggregat (Kraftstoffeinspritzventil) 7, um Kraftstoff direkt in den Brennraum 4 einzuspritzen, ist in einem Abschnitt einer Seitenwand des Brennraums 4 angeordnet, an dem keine Störung durch den sich hin- und herbewegenden Kolben 3 auftritt.
Auch wenn er nicht gezeigt wird, ist ein Kraftstoffversorgungskreis mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe und einem Druckregler mit dem Einspritzaggregat 7 verbunden. Der Kraftstoffversorgungskreis versorgt das Einspritzaggregat 7 mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter, wobei der den Kraftstoff auf einen geeigneten Druck regelt. Auch ein Kraftstoffdrucksensor 8 zum Erkennen des Kraftstoffdrucks ist vorgesehen. Wenn der Kraftstoff durch das Einspritzaggregat 7 in einem späteren Abschnitt eines Verdichtungshubs eines bestimmten Zylinders 2 eingespritzt wird, wird der erzeugte Kraftstoffsprühnebel durch einen Hohlraum (nicht gezeigt) aufgefangen, der in einer oberen Fläche des Kolbens 3 geformt ist, und ein relativ fettes Gemisch wird in der Nachbarschaft der Zündkerze 6 erzeugt. Wenn das Einspritzaggregat 7 den Kraftstoff andrerseits während eines Ansaughubs des Zylinders 2 einspritzt, breitet sich der erzeugte Kraftstoffsprühnebel im Brennraum 4 aus und vermischt sich mit der Ansaugluft, wodurch im Brennraum 4 ein homogenes Gemisch erhalten wird.
Der Brennraum 4 ist durch zwei nicht dargestellte Ansaugöffnungen, in denen Ansaugventile 9 angeordnet sind, mit dem Ansaugkanal 10 verbunden. Der Ansaugkanal 10 versorgt jeden Brennraum 4 des Motors 1 mit Ansaugluft, die durch ein Luftfilter 11 gefiltert wird. Ein wärmeempfindlicher Luftströmungssensor 12, um die Ansaugluftmenge zu messen, die dem Motor 1 zugeführt wird, ein elektrisch betriebenes Drosselventil 13, um den Ansaugkanal 10 einzuengen, und ein Druckausgleichbehälter 14 sind in dieser Reihenfolge von vorne nach hinten im Ansaugkanal 10 angeordnet. Das elektrisch betriebene Drosselventil 13 ist nicht mechanisch mit einem Gaspedal verbunden, das nicht dargestellt ist, sondern wird von einem Motor 15 geöffnet und geschlossen. Zudem sind im Ansaugkanal 10 ein Drosselventilöffnungssensor 16, um die Öffnung des Drosselventils 13 zu erkennen, und ein Ansaugluftdrucksensor 17 vorgesehen, um den Druck der Ansaugluft im Inneren des Druckausgleichbehälters 14 zu erkennen.
Der Ansaugkanal 10 zweigt hinter dem Druckausgleichbehälter 14 in unabhängige Kanäle zu den einzelnen Zylindern 2 ab. Ein hinterer Endabschnitt jedes unabhängigen Kanals zweigt außerdem in zwei Einzelöffnungen ab, die mit den zwei Ansaugkanälen verbunden sind, und ein Wirbelregelventil 18 ist in einer dieser Einzelöffnungen vorgesehen. Das Wirbelregelventil 18 wird durch ein Stellglied 19 geöffnet und geschlossen. Wenn das Wirbelregelventil 18 in einer Einzelöffnung geschlossen wird, wird die Ansaugluft dem Brennraum 4 nur durch die andere Einzelöffnung zugeführt, wodurch ein starker Wirbel der Ansaugluft im Brennraum 4 erzeugt wird. Andrerseits, wenn das Wirbelregelventil 18 geöffnet wird, nimmt der Ansaugluftwirbel allmählich ab. Auch ein Wirbelregelventilöffnungssensor 20 ist vorgesehen, um die Öffnung des Wirbelregelventils 18 zu erkennen.
Das Bezugszeichen 22 in 2 bezeichnet einen Abgaskanal zum Ausleiten der Abgase aus dem Brennraum 4. Ein vorderer Endabschnitt des Abgaskanals 22 zweigt ab und ist über eine nicht dargestellte Abgasöffnung, in der ein Abgasventil 23 angeordnet ist, mit dem Brennraum 4 jedes einzelnen Zylinders 2 verbunden. Eine Sauerstoff (O₂)-Sonde 24 zum Messen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen und ein Abgaskatalysator 25 zum Umwandeln der Abgase sind in dieser Reihenfolge von vorne nach hinten im Abgaskanal 22 angeordnet. Die O₂-Sonde 24 wird verwendet, um auf der Basis der Sauerstoffkonzentration das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erkennen und weist die Eigenschaft auf, dass ihre Ausgabe sich plötzlich verändert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Der Abgaskatalysator 25 umfasst einen Cordierit-Träger mit wabenförmigem Aufbau, in welchen eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, die parallel zueinander verlaufen, in seiner Axialrichtung (entlang der Richtung des Abgasstroms) angeordnet sind, mit einer Katalysatorschicht, die auf den Wandflächen der einzelnen Durchgangsöffnungen geformt ist. Der Abgasumwandler 25 verwendet einen mageren NOx-Katalysator stickoxid(NOx)adsorbierenden/reduzierenden Typs, der unter mageren Betriebsbedingungen NOx adsorbiert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoft-Verhältnis, und unter fetten Betriebsbedingungen die adsorbierten NOx freisetzt und reduziert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Bekanntlich weist der Katalysator mit solch einer NOx-Adsorptions-/Reduktionsfähigkeit die Eigenschaft auf, dass seine NOx-Umwandlungsleistung stark von den Temperaturbedingungen abhängig ist. D. h., auch wenn die NOx-Umwandlungsrate des Katalysators in einem bestimmten Temperaturbereich (z. B. 250°C bis 400°C) extrem hoch ist, fällt sie stark ab, wenn die Katalysatortemperatur über diesen Bereich hinaus ansteigt.
Ein Abgasrückführungskanal (AGR-Kanal) 26 zweigt von der O₂-Sonde 24 aus in den Ansaugkanal 10 ab. D. h., ein vorderes Ende des AGR-Kanals 26 ist vor der O₂-Sonde 24 mit dem Wirbelregelventilöffnungssensor 20 verbunden, und ein hinteres Ende des AGR-Kanals 26 ist zwischen dem Drosselventil 13 und dem Druckausgleichsbehälter 14 mit dem Ansaugkanal 10 verbunden, so dass ein Teil des Abgases rückgeführt und mit der Ansaugluft vermischt wird. Am hinteren Ende des AGR-Kanals 26 ist ein elektrisch betriebenes AGR-Ventil 27 vorgesehen, dessen Öffnung geregelt werden kann. Dieses elektrisch betriebene AGR-Ventil 27 regelt die Menge des Abgases, das durch den AGR-Kanal 26 rückgeführt wird. Zudem ist ein Hebungssensor 28 vorgesehen, um die Hebung des AGR-Ventils 27 zu erkennen.
Der Betrieb des Zündkreises 5 für die Zündkerze 6, des Einspritzaggregats 7, des Motors 15 für das elektrisch betriebene Drosselventil 13, des Stellglieds 19 für das Wirbelregelventil 18 und des elektrisch betriebenen AGR-Ventils 27 wird durch ein elektronisches Steuergerät 40 gesteuert (nachstehend ECU 40 genannt). Die Ausgangssignale des Luftströmungssensors 12, Drosselventilöffnungssensors 20, der O₂-Sonde 24 und des Hubsensors 28 für das AGR-Ventil 27 werden in das ECU 40 eingegeben. In das ECU 40 werden auch Aus gangssignale eines Wassertemperatursensors 30 zum Erkennen der Kühlwassertemperatur des Motors 1, eines Ansauglufttemperatursensors 31 zum Erkennen der Temperatur der Ansaugluft, eines Luftdrucksensors 32 zum Erkennen des Luftdrucks, eines Drehzahlsensors 33 zum Erkennen der Motordrehzahl, und eines Gaspedalstellungssensors 34 zum Erkennen der Gaspedalstellung eingegeben.
ÜBERBLICK DER MOTORSTEUERUNG
In dieser Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzungsweise (d. h. der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis) des Motors 1 seinen Betriebsbedingungen entsprechend so ungeschaltet, dass er in verschiedenen Verbrennungszuständen betrieben wird, wie in 8 gezeigt. D. h., der Motor 1 wird in einem bestimmten Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl und niedriger Last (Schichtladungsverbrennungsbereich) in einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung betrieben, und in anderen Betriebsbereichen als mit niedriger Drehzahl und niedriger Last (Homogenladungsverbrennungsbereich) in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung. Im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung spritzt das Einspritzaggregat 7 den Kraftstoff im letzten Abschnitt des Verdichtungshubs ein, und der Kraftstoff wird in einem geschichteten Zustand verbrannt, in dem ein fetteres Gemisch stellenweise in der Nachbarschaft der Zündkerze 6 verteilt ist. Da die Öffnung des Drosselventils 13 im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung erhöht wird, um Pumpverluste des Motors 1 zu reduzieren, wird das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Inneren der Brennraums 4 ziemlich hoch (z. B. A/F = 30).
Im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung andrerseits wird der Kraftstoff in einem frühen Abschnitt des Ansaughubs durch das Einspritzaggregat 7 eingespritzt und ausreichend mit der Ansaugluft vermischt, um vor der Verbrennung ein homogenes Gemisch im Brennraum 4 zu erzeugen. In diesem Verbrennungsmodus werden die eingespritzte Kraftstoffmenge und die Öffnung des Drosselventils 13 so geregelt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum 4 dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7) entspricht. Es ist anzumerken, dass dieses Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung in hohen Last- und hohen Dreh zahlbereichen kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. A/F = 13 bis 14) sein kann.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das zeigt, wie das ECU 40 die grundlegenden Motorsteuervorgänge durchführt. Das ECU 40 umfasst einen Ansaugluftdichtedetektor 31, um die Dichte der Ansaugluft auf der Basis der Signale vom Ansauglufttemperatursensor 31 und vom Luftdrucksensor 32 zu erkennen, sowie einen Soll-Ladungseinsteller 42, um ein Soll-Ladungsniveau für den Motor 1 auf der Basis der Ausgangssignale des Motordrehzahlsensors 33 und des Gaspedalstellungssensors 34 einzustellen, auch unter Berücksichtigung der Ansaugluftdichte.
Im Soll-Ladungseinsteller 42 berechnet ein Rechner 42a für den gedachten volumetrischen Wirkungsgrad zuerst den gedachten volumetrischen Wirkungsgrad veimg auf der Basis der Gaspedalstellung accel und der Motordrehzahl ne, wie in 4 gezeigt. D. h., eine Beziehung zwischen der Gaspedalstellung accel und der Motordrehzahl ne und dem gedachten volumetrischen Wirkungsgrad veimg wird in einem Laborversuch ermittelt, der zuvor unter standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen und Standardbetriebsbedingungen durchgeführt wird, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, so dass die benötigte Motorausgangsleistung erhalten wird, und die so erhaltene Beziehung wird in Form einer Abbildung in einem Speicher des ECU 40 gespeichert. Der gedachte volumetrische Wirkungsgrad veimg, der der tatsächlichen Gaspedalstellung accel und Motordrehzahl ne entspricht, wird aus dieser Abbildung abgelesen. Die Beziehung zwischen der Gaspedalstellung accel und der Motordrehzahl ne und dem gedachte volumetrischen Wirkungsgrad veimg wird zum Beispiel wie in 7 gezeigt ausgedrückt, aus der zu ersehen ist, dass der gedachte volumetrische Wirkungsgrad veimg mit zunehmender Gaspedalstellung accel und abnehmender Motordrehzahl ne zunimmt.
Als nächstes berechnet ein Rechner 42b für die gedachte Ladeleistung die gedachte Ladeleistung ceimg auf der Basis des gedachten volumetrischen Wirkungsgrads veimg, der wie oben beschrieben abgeleitet wird, und der Ansaugluftdichte, die vom Ansaugluftdichtedetektor 41 erkannt wird. Die gedachte Ladeleistung ceimg, die auf diese Weise erhalten wird, ist die Ladeleistung, die der für den Motor 1 benötigten Leistung entspricht. Ein Glättungs- prozessor (Verzögerungsprozessor) 42c führt an der gedachten Ladeleistung ceimg eine Verzögerungskorrektur erster Ordnung durch, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt. Mit anderen Worten, an der gedachten Ladeleistung ceimg wird ein Verzögerungsvorgang durchgeführt: (1) ceimgd = (1 – α) × ceimg + α × ceimgd[i – 1] wobei ceimgd[i – 1] einen vorherigen Wert von ceimgd bezeichnet, und α einen Koeffizienten.
Anschließend berechnet ein Soll-Ladungsrechner 42d die indizierten mittleren Arbeitsdrucke (Pi) als erste und zweite Soll-Ladung jeweils auf der Basis der gedachten Ladeleistung ceimg, die vom Rechner 42b für die gedachte Ladeleistung berechnet wird, und der gedachten Ladeleistung ceimgd, die durch den Verzögerungsvorgang erhalten wird, der vom Glättungsprozessor 42c durchgeführt wird. D. h. die erste Soll-Ladung Piobj wird auf der Basis der gedachten Ladeleistung ceimg berechnet, die dem Verzögerungsvorgang nicht unterzogen wurde, während die zweite Soll-Ladung Piobjd auf der Basis der gedachten Ladeleistung ceimgd berechnet wird, die durch den Verzögerungsvorgang erhalten wurde.
(2) Piobj = K1 × ceimg + K2 Piobjd = K1 × ceimgd + K2 Der Soll-Ladungseinsteller 42 umfasst auch einen Leerlauflast-Korrekturkreis 42e, der Korrekturen an den gedachten Ladeleistungen ceimg, ceimgd vornimmt, bevor der Soll-Ladungsrechner 42d die obigen Soll-Ladungen Piobj, Piobjd berechnet. Diese Korrekturen werden durchgeführt, um die Motorleistung zu erhöhen, damit eine zusätzliche externe Last ausgeglichen wird, die hinzugefügt wird, wenn zum Beispiel während des Leerlaufbetriebs des Motors 1 eine Klimaanlage eingeschaltet wird.
Merkmal der Erfindung ist, dass der Soll-Ladungseinsteller 42 außerdem einen Moduswechselprädiktor 42f umfasst, der während der Beschleunigung des Motors 1 die Umschaltung des Betriebsmodus (Verbrennungsmodus) aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung voraussagt, und einen Korrekturkreis 42g, der die erste Soll-Ladung Piobj korrigiert, wenn die Umschaltung des Betriebsmodus vom Moduswechselprädiktor 42f vorausgesagt wurde, so dass die erste Soll-Ladung Piobj einen Wert annimmt, der für den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung geeignet ist, bevor der Betriebsmodus tatsächlich umgeschaltet wird. Während der Regelvorgang, der vom Moduswechselprädiktor 42f und vom Korrekturkreis 42g durchgeführt wird, weiter unten ausführlich beschrieben wird, wird die Drosselventilöffnung tvoohy so korrigiert, dass sie sich einem Sollwert für den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung annähert, wenn die erste Soll-Ladung Piobj vom Korrekturkreis 42g korrigiert wird.
Das ECU 40 umfasst auch einen Betriebsmoduseinsteller 43, der auf der Basis der ersten Soll-Ladung Piobj, die wie oben beschrieben erhalten wurde, und der Motordrehzahl ne einen Grundbetriebsmodus mods wählt. D. h., der Betriebsmoduseinsteller 43 wählt den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in dem Betriebsbereich (Schichtladungsverbrennungsbereich), in dem die erste Soll-Ladung Piobj kleiner ist als ein bestimmter niederlastseitiger Schwellwert Piobj* und die Motordrehzahl niedrig ist, während er im anderen Betriebsbereich (Homogenladungsverbrennungsbereich) den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung wählt, wie in 8 gezeigt.
Das ECU 40 legt die Werte verschiedener Steuerparameter fest, die mit der Motorleistung verbunden sind. D. h., das ECU 40 legt die Werte von Steuerparametern wie die Menge der Ansaugluft, die durch das Drosselventil 13 reguliert wird, die Menge der rückgeführten Abgase, die durch das AGR-Ventil 27 reguliert wird, die Stärke des Ansaugluftwirbels, die durch das Wirbelregelventil 18 reguliert wird, die Menge des Kraftstoffs, der durch das Einspritzaggregat 7 eingespritzt wird, und dessen Einspritzzeitpunkt, sowie den Zündzeitpunkt der Zündkerze 6 der ersten und zweiten Soll-Ladung Piobj, Piobjd und der Motordrehzahl ne entsprechend fest.
Unter den obigen Steuerparametern sprechen die Ansaugluftmenge, die Menge der rückgeführten Abgase und die Wirbelstärke der Ansaugluft relativ langsam auf das jeweilige Verhalten des Drosselventils 13, der AGR-Ventils 27 und des Wirbelregelventils 18 an. Daher werden die Steuerwerte dieser Parameter, d. h. die Drosselventilöffnung tvoobj, die AGR-Ventilöffnung und die Wirbelregelventilöffnung der ersten Soll-Ladung Piobj und der Motordrehzahl ne entsprechend festgelegt. Da zum anderen die Menge des eingespritzten Kraft stoffs, der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt augenblicklich auf entsprechende Steuersignale ansprechen, werden diese Parameter der zweiten Soll-Ladung Piobjd entsprechend festgelegt, die durch den Verzögerungsvorgang und die Motordrehzahl ne erhalten wird.
DROSSELVENTILREGELUNG
Das ECU 40 umfasst einen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einsteller 44, einen Soll-Ladeleistungsrechner 45 und einen Drosselventilöffnungsrechner 46, die zusammen als Drosselventilregler wirken, um das Drosselventil 13 der ersten Soll-Ladung Piobj entsprechend zu regeln, die vom Soll-Ladungseinsteller 42 eingestellt wurde. Der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einsteller 44 stellt ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb ein, um die Ansaugluftmenge für jeden Betriebsmodus zu regeln, der vom Betriebsmoduseinsteller 43 gewählt wird. Wie in 9 gezeigt, erhält der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einsteller 44 im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus einer Abbildung, die zuvor der ersten Soll-Ladung Piobj und der Motordrehzahl ne entsprechend erzeugt wurde, während er im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7) angleicht.
Der Soll-Ladeleistungsrechner 45 berechnet auf der Basis der ersten Soll-Ladung Piobj oder der dieser entsprechenden ersten Soll-Ladeleistung Piobj, und des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses afwb zum Beispiel mit Hilfe der folgenden Gleichung eine Soll-Ladeleistung ceobj: (3) ceobj = ceimg × {(afwb + K3)/14,7} × K4
Die obige Gleichung (3) leitet die Soll-Ladeleistung ceobj aus der gedachten Ladeleistung ceimg ab, unter Berücksichtigung eines Luftüberschussfaktors (afwb/14,7) und der Kraftstoffeinsparungswirkung eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das verwendet wird, wenn der Motor 1 unter seinen mageren Betriebsbedingungen betrieben wird, wobei die Werte der Koeffizienten K3 und K4 so festgelegt werden, dass die Soll-Ladeleistung ceobj um einen Betrag gemindert wird, der der Kraftstoffeinsparungswirkung entspricht.
D. h., da die gedachte Ladeleistung ceimg ein Wert ist, der einer Soll-Ladung entspricht, die eingestellt wird, wenn der Motor 1 unter seinen Standardbetriebsbedingungen betrieben wird, ist es erforderlich, den obigen Luftüberschussfaktor zu berücksichtigen, um unter mageren Betriebsbedingungen die gleiche eingespritzte Kraftstoffmenge zu gewährleisten. Wenn dadurch eine eingespritzte Kraftstoffmenge erreicht wird, die der entspricht, die beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, wird die Motorleistung unter mageren Betriebsbedingungen erhöht, da der Wärmewirkungsgrad durch die Kraftstoffeinsparungswirkung zunimmt. Unter diesen Umständen wird die Soll-Ladeleistung ceobj unter Berücksichtigung der Kraftstoffeinsparungswirkung zusätzlich zum Luftüberschussfaktor berechnet, wie oben beschrieben, um die der Soll-Ladung entsprechende Motorleistung zu erhalten.
Hier ist ceimgd = (Piobjd – K2)/K1 aus Gleichung (2).
Dies kann in die obige Gleichung (3) eingesetzt werden, so dass die Soll-Ladeleistung ceobj aus der ersten Soll-Ladung Piobj erhalten werden kann.
Im Drosselventilöffnungsrechner 46 leitet ein Rechner 46a für den volumetrischen Soll-Wirkungsgrad einen volumetrischen Soll-Wirkungsgrad veobj ab, indem er die Soll-Ladeleistung ceobj korrigiert, die wie oben beschrieben der Ansaugluftdichte entsprechend erhalten wird, und ein Drosselventilöffnungsrechner 46b bestimmt die Drosselventilöffnung tvoobj auf der Basis des volumetrischen Soll-Wirkungsgrads veobj und der Motordrehzahl ne, wie in 5 gezeigt. Da die Beziehung zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad, der Motordrehzahl und der Drosselventilöffnung verschieden ist, je nachdem, ob die Abgasrückführung verwendet wird oder nicht, werden Abbildungen, die deren Beziehung in beiden Fällen (mit und ohne Abgasrückführung) zeigen, vorbereitet und in einem Speicher gespeichert. Bei dieser Anordnung wird die Drosselventilöffnung tvoobj, die dem volumetrischen Soll-Wirkungsgrad veobj und der Motordrehzahl ne entspricht, aus einer dieser Abbildungen ausgelesen, abhängig von einer Beurteilung, ob die Abgasrückführung durchgeführt wird oder nicht, die von einem AGR-Diskriminator 46c durchgeführt wird.
Die durchgehenden Linien in 10 zeigen die Beziehung zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad, der Motordrehzahl und der Drosselventilöffnung für den Fall an, in dem die Abgasrückführung deaktiviert ist, während die gestrichelten Linien ihre Beziehung für den Fall anzeigt, in dem die Abgasrückführung aktiviert ist. Diesem Diagramm ist zu entnehmen, dass die Drosselventilöffnung tvoobj mit zunehmendem volumetrischen Soll-Wirkungsgrad veobj und zunehmender Motordrehzahl ne vergrößert wird, und dass die Drosselventilöffnung tvoobj größer ist, wenn die Abgasrückführung aktiviert ist, als wenn die Abgasrückführung deaktiviert ist.
Im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases äußerst hoch, so dass das rückgeführte Abgas nicht nur verbrannte Gase, sondern auch sehr viel unverbrauchte Luft (Sauerstoff) enthält. Wenn die Abgasrückführung aktiviert ist, wird deshalb der Volumenanteil der verbrannten Gase bestimmt, die im ganzen rückgeführten Abgas enthalten sind, und die Drosselventilöffnung tvoobj und die AGR-Ventilöffnung werden diesem Anteil entsprechend korrigiert. Auch die rückgeführte Abgasmenge und die Wirbelstärke werden den Betriebsbedingungen des Motors 1 entsprechend in den einzelnen Betriebsmodi mods unterschiedlich geregelt.
REGELUNG DER KRAFTSTOFFEONSPRITZUNG
Das ECU 40 umfasst außerdem einen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generator 47, einen Betriebsmoduseinsteller 48, einen Einspritzungsteilungsverhältniseinsteller 49, einen Einspritzmengenrechner 50, einen Einspritzzeitpunkteinsteller 51 und einen Einspritzregler 52, die zusammen als Kraftstoffeinspritzungsregler wirken, um die Kraftstoffeinspritzung durch das Einspritzaggregat 7 zu regeln.
Der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generator 47 bestimmt ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das zu verwenden ist, um die Menge des eingespritzten Kraftstoffs zu regeln. D. h., ein Rechner 47a berechnet, wie in 6 gezeigt, auf der Basis der zweiten Soll-Ladung Piobjd, oder der dieser entsprechenden gedachten Ladeleistung ceimgd, und der Ist-Ladeleistung ce ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0, das hauptsächlich in einem Übergangsbetriebszustand des Motors 1 verwendet wird.
(4) afw0 = 14,7 × K1 × ce/{K4 × (Piobjd – K2)} – K3 [= 14,7 × ce/(K4 × ceimgd) – K3] Die obige Gleichung (4) leitet ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab, das ein Motordrehmoment ergibt, das dem Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis bei der Ist-Ladeleistung entspricht, indem sie das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die Ist-Ladeleistung ce, die zweite Soll-Ladung Piobjd (oder die gedachte Ladeleistung ceimgd) und die Koeffizienten K3, K4 zur Berücksichtigung des oben erwähnten Kraftstoffeinsparungswirkung verwendet.
Ein Einsteller 47b stellt auch ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd ein, das hauptsächlich unter normalen Betriebsbedingungen des Motors 1 für jeden Betriebsmodus verwendet wird, der vom Betriebsmoduseinsteller 48 gewählt wird. Bezug nehmend auf 12A, liest der Einsteller 47b im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der zweiten Soll-Ladung Piobjd und der Motordrehzahl ne entsprechend aus einer Abbildung ab, die zuvor erzeugt wurde, während er im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14,7) angleicht. Es ist anzumerken, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung in hohen Last- oder hohen Drehzahlbereichen kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. A/F = 13 bis 14) sein kann.
Dann berechnet ein Abweichungsrechner 47c eine Abweichung dafwb des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses afw0, das vom Rechner 47a berechnet wurde, vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb zur Regelung der Ansaugluftmenge, die vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einsteller 44 eingestellte wurde. Das vom Rechner 47a berechnete Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 wird im Übergangsbetriebszustand des Motors 1 als endgültiges Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw verwendet, wenn diese Abweichung dafwb zunimmt, während das vom Einsteller 47b eingestellte Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd unter den normalen Betriebsbedingungen des Motors 1 als endgültiges Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw verwendet wird, wenn diese Abweichung dafwb abnimmt.
Der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generator 47 wird wie oben beschrieben konfiguriert, um gleichzeitig die Anforderungen an die Motorleistung und an die Emissionen zu erfüllen, wie weiter unten beschrieben. Seine Konfiguration kann aber vereinfacht werden, indem zum Beispiel der Einsteller 47b und der Abweichungsrechner 47c ausgelassen werden und als endgültiges Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw stets das Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 verwendet wird, das vom Rechner 47a erhalten wird.
In 6 bezeichnet das Bezugszeichen 60 einen Rechner zum Berechnen der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichungen dafwbd, dafw0, die verwendet werden, um den Zündzeitpunkt im Übergangsbetriebsstatus des Motors 1 wie weiter unten beschrieben zu korrigieren. Der Rechner 60 berechnet die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung dafwbd anhand der Gleichung dafwbd = afwbd – afw, wenn vom Betriebsmoduseinsteller 48 der Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung gewählt wurde, während er die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung dafw0 anhand der Gleichung dafw0 = afw0 – afw berechnet, wenn der Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gewählt wurde.
Der Betriebsmoduseinsteller 48 wählt einen zu verwendenden Betriebsmodus modf, um die schnell ansprechenden Steuerparameter auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses afw0 zur Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl ne zu bestimmen. D. h., der Betriebsmoduseinsteller 48 wählt den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, wenn das vom Rechner 47a berechnete Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 kleiner ist als sein unterer Grenzreferenzwert afw0* für den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung, wie in 11 gezeigt. Demgegenüber wählt der Betriebsmoduseinsteller 48 den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 größer oder gleich dem unteren Grenzreferenzwert afw0* ist. Die Kraftstoffeinspritzweise wird umgeschaltet, wenn der Betriebsmodus modf wie oben beschrieben umgeschaltet wurde, und schließlich wird der Betriebsmodus des Motors 1 umgeschaltet. Alternativ dazu kann die Kraftstoffeinspritzung vorübergehend so geteilt werden, dass der Kraftstoff im Ansaughub und im Verdichtungshub separat eingespritzt wird, wenn der Betriebsmodus modf zwischen dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung und dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umgeschaltet wird. Mit diesem alternativen Ansatz ist es möglich, plötzliche Änderungen des Verbrennungszustands zu vermeiden.
Der Einspritzungsteilungsverhältniseinsteller 49 stellt das Verhältnis zwischen den Kraftstoffmengen, die im Ansaughub und im Verdichtungshub einzuspritzen sind, dem vom Betriebsmoduseinsteller 48 gewählten Betriebsmodus modf entsprechend ein. D. h., der Einspritzungsteilungsverhältniseinsteller 49 stellt das Verhältnis der Kraftstoffmenge, die im Ansaughub eingespritzt wird, im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung auf 0% ein, während er dasselbe im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung auf 100% einstellt. Wenn die zeitlich geteilte Einspritzung wie oben beschrieben durchgeführt wird, ist es wünschenswert, das Kraftstoffteilungsverhältnis dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis afw und der Motordrehzahl ne entsprechend zu bestimmen.
Der Einspritzmengenrechner 50 berechnet die einzuspritzenden Kraftstoffmengen auf der Basis der Ist-Ladeleistung ce, die von der Ausgabe des Luftströmungssensors 12 abgeleitet wird, des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses afwbd, das vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generator 47 erhalten wird, und des Kraftstoffteilungsverhältnisses, das vom Einspritzungsteilungsverhältniseinsteller 49 eingestellt wird. D. h., der Einspritzmengenrechner 50 berechnet jeweils für den Ansaughub und den Verdichtungshub die Basiskraftstoffeinspritzmengen qbqsep, qbased auf der Basis dieser Werte und eines Koeffizienten KGKF.
(5) qbasep = KGKF × (ce/afw) × rqbasep qbased = KGKF × ce[i]/afw[i – 1 ] – qbqsep[i – 1 ] wobei rqbqsep das Kraftstoffteilungsverhältnis bezeichnet, ce[i] einen aktuellen Wert (d. h. einen Wert, der auf der Ansaugluftmenge basiert, die direkt vor der Verdichtungshubeinspritzung erkannt wird) der Ladeleistung bezeichnet, und afw[i – 1] und qbqsep[i – 1] jeweils vorherige Werte (d. h. Werte, die auf der Erkennung direkt vor der Verdichtungshubeinspritzung basieren) des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und der Basiskraftstoffeinspritzmenge für den Ansaughub bezeichnen. Aus der obigen Gleichung (5) ist zu ersehen, dass die vorherigen Werte des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses usw. zur Berechnung der Basiskraftstoffeinspritzmenge für die Einspritzung im Verdichtungshub verwendet werden. Dies deshalb, weil der Betriebsmodus, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis usw. zwischen der Ansaughubeinspritzung und der Verdichtungshubeinspritzung variieren können, wodurch es nicht möglich ist, den konsistenten Betrieb zu gewährleisten, wenn deren aktuelle Werte (die vor der Verdichtungshubeinspritzung erkannt werden) verwendet werden.
Daher werden die endgültigen Kraftstoffeinspritzmengen qinjp, qinjd für die Einspritzung im Ansaughub und im Verdichtungshub aus den jeweiligen Basiskraftstoffeinspritzmengen qbqsep, qbased abgeleitet, unter Berücksichtigung von Korrekturwerten cdpfp, cdpfd dem Kraftstoffdruck für die jeweilige Einspritzung im Ansaughub und im Verdichtungshub entsprechend, und verschiedener anderer Korrekturwerte ctotal. Dann werden Einspritzimpulslängen Ti proportional zu den endgültigen Kraftstoffeinspritzmengen qinjp, qinjd berechnet.
(6) qinjp = qbqsep × cdpfp × (1 + ctotal) qinjd = qbased × cdpfd × (1 + ctotal[i – 1] wobei ctotal[i – 1] einen vorherigen Wert (d. h., einen Wert, der auf der Erkennung direkt vor der Ansaughubeinspritzung basiert) des Korrekturwerts bezeichnet.
Der Einspritzzeitpunkteinsteller 51 stellt die Kraftstoffeinspritzungszeitpunkte dem vom Betriebsmoduseinsteller 48 gewählten Betriebsmodus modf entsprechend ein. Bezug nehmend auf 12B, entnimmt der Einspritzzeitpunkteinsteller 51 einen Einspritzzeitpunkt thtinjd für die Verdichtungshubeinspritzung aus einer Abbildung, die zuvor der zweiten Soll-Ladung Piobjd und der Motordrehzahl ne entsprechend im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung erzeugt wurde, während er einen Einspritzzeitpunkt thtinjp für die Ansaughubeinspritzung aus einer Abbildung entnimmt, die zuvor der Motordrehzahl ne entsprechend im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung erzeugt wurde.
Der Berechnung halber werden beiden Einspritzzeitpunkten thtinjd, thtinjp stets ein Wert zugewiesen. Im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung wird der Wert des Einspritzzeitpunkts thtinjd für die Verdichtungshubeinspritzung aus der entsprechenden Abbildung erhalten, während ein Festwert (d. h., ein bestimmter Zeitpunkt in einem frühen Abschnitt des Verdichtungshubs) als Einspritzzeitpunkt thtinjp für die Ansaughubeinspritzung eingestellt wird. Dieser Festwert wird verwendet, um eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, wenn die Menge des im Ansaughub eingespritzten Kraftstoffs allein nicht ausreicht. Wenn zudem die zeitlich geteilte Einspritzung durchgeführt wird, ist es wünschenswert, Daten zu verwenden, die für den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung als Einspritzzeitpunkt thtinjd für die Verdichtungshubeinspritzung vorbereitet wurden, und den Einspritzzeitpunkt thtinjp für die An saughubeinspritzung aus einer Abbildung zu entnehmen, die dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw und der Motordrehzahl ne entsprechend erzeugt wurde.
Der Einspritzungsregler 52 gibt ein Impulssignal auf solche Weise an das Einspritzaggregat 7 aus, dass es den Kraftstoff während der Zeitperioden einspritzt, die den Einspritzimpulslängen Ti entsprechen, die vom Einspritzmengenrechner 50 berechnet wurden, wobei die Einspritzzeitpunkte vom Einspritzzeitpunkteinsteller 51 eingestellt werden.
REGELUNG DES ZÜNDZEITPUNKTS
Das ECU 40 umfasst zudem einen Einsteller 53 zum Einstellen eines Basiszündzeitpunkts thtigb und seiner Korrekturwerte und einen Zündzeitpunktrechner 54, die zusammen als Mittel zur Regelung des Zündzeitpunkts des Motors 1 wirken. Der Einsteller 53 stellt den Basiszündzeitpunkt thtigb dem vom Betriebsmoduseinsteller 48 eingestellten Betriebsmodus modf entsprechend ein. Bezug nehmend auf 12C, entnimmt der Einsteller 53 den Basiszündzeitpunkt thtigb aus einer Abbildung, die zuvor der zweiten Soll-Ladung Piobjd und der Motordrehzahl ne entsprechend erzeugt wurde, sowie einem Korrekturwert thtigwd, der der obigen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung dafwbd aus einer zuvor im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung erzeugten Tabelle entspricht. Während der Basiszündzeitpunkt thtigb der zweiten Soll-Ladung Piobjd und der Motordrehzahl ne dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd für die normalen Betriebsbedingungen des Motors 1 entsprechend bestimmt wird, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 als endgültiges Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw im Übergangsbetriebszustand des Motors 1 verwendet, wodurch eine Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Übergangsbetriebszustand des Motors 1 von dem unter normalen Betriebsbedingungen auftritt. Der obige Korrekturwert thtigwd, der der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung dafwbd entspricht, wird verwendet, um den Zündzeitpunkt dieser Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend anzupassen.
Im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung andererseits entnimmt der Einsteller 53 den Basiszündzeitpunkt thtigb aus einer Abbildung, die zuvor der Ist-Ladeleistung ce und der Motordrehzahl ne entsprechend erzeugt wurde, einen Korrekturwert thtigwe für den eingeschalteten AGR-Zustand aus einer Abbildung, die zuvor der Ist-Ladeleistung ce und der Motordrehzahl ne entsprechend erzeugt wurde, sowie einen Korrekturwert thtigwd, der der obigen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung dafw0 entspricht, und einem Kaltzustandskorrekturwert thtigwc, der der Motorkühlwassertemperatur aus zuvor erzeugten Tabellen entspricht. Wie weiter unten beschrieben, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Punkt durchlaufen, an dem die Menge der NOx-Emissionen zunimmt, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 kleiner oder gleich einem bestimmten Wert wird, der größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Der obige Korrekturwert thtigwd, der der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung dafw0 (= afw0 – afw) entspricht, wird verwendet, um den Zündzeitpunkt einer Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend anzupassen, um eine Zunahme der NOx-Emissionen zu vermeiden, wenn das endgültige Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeglichen wird.
Wenn der Betriebsmodus mods während der Beschleunigung des Motors 1 aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, wird der Zündzeitpunkt um eine bestimmte Zeitperiode verzögert, um durch die Umschaltung des Betriebsmodus mods verursachte Motordrehmomentschwankungen zu verringern. Ein bestimmter Verzögerungskorrekturwert thtigwf wird zu diesem Zweck voreingestellt. Wenn die zeitlich geteilte Einspritzung durchgeführt wird, ist es wünschenswert, den Basiszündzeitpunkt aus einer Tabelle zu entnehmen, die zuvor dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw entsprechend erzeugt wurde.
Anschließend berechnet der Zündzeitpunktrechner 54 einen Zündzeitpunkt thtig, der auf dem Basiszündzeitpunkt thtigb und den verschiedenen Korrekturwerten basiert, die vom Einsteller 53 mit der folgenden Gleichung eingestellt werden: (7) thtig = thtigb – (thtigwd + thtigwe + thtigwc + thtigwf)
Da der Direkteinspritzungsmotor 1, der mit dieser Ausführungsform mit der obigen Steuervorrichtung A versehen ist, seinen Betriebsbedingungen entsprechend zwischen dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, und die Schichtladungsverbrennung bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, das viel höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wird die Kraftstoffeinsparung im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung erheblich verbessert. Im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung nimmt auch die Ansaugluftmenge mit zunehmender Drosselventilöffnung zu, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen und dabei das angeforderte Motordrehmoment zu erzeugen. Die Ansaugluftmenge, die eingespritzte Kraftstoffmenge, der Einspritzungszeitpunkt, der Zündzeitpunkt sowie das AGR-Ventil 27 und das Wirbelregelventil 18 werden dem Betriebsmodus entsprechend geregelt.
Die Steuerparameter werden unter Berücksichtigung ihrer Ansprecheigenschaften auf korrekte Weise geregelt. D. h., die Ansaugluftmenge wird geregelt, indem die Soll-Ladeleistung ceobj auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses afwb zur Regelung der Ansaugluftmenge berechnet wird, die der Soll-Ladung entsprechend eingestellt wird usw., wobei der volumetrische Soll-Wirkungsgrad veobj durch eine Korrektur erhalten wird, die der Ansaugluftdichte entsprechend durchgeführt wird, und dann auf der Basis des volumetrischen Soll-Wirkungsgrads veobj die Drosselventilöffnung berechnet wird. Diese Abfolge erlaubt es, die Öffnung des Drosselventils mit hoher Genauigkeit zu regeln.
Der Betriebsmoduseinsteller 48 andererseits wählt den Betriebsmodus, und die eingespritzte Kraftstoffmenge, der Einspritzzeitpunkt, der Zündzeitpunkt usw. werden auf der Basis des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge erhalten, die durch den Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generator 47 aus der Soll-Ladung, der Ist-Ladeleistung usw. erhalten wird, so dass der Betriebsmodus, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis usw. während der Übergangsbetriebszustände des Motors 1, in denen die Ladeleistung sich verändert, auf korrekte Weise geregelt werden.
Zudem wird die erste Soll-Ladung Piobj verwendet, um die Menge der Ansaugluft zu regeln, deren Ansprechverhalten auf ein entsprechendes Steuersignal langsam ist, während die zweite Soll-Ladung Piobjd, die auf der gedachten Ladeleistung ceimgd basiert, die durch einen Verzögerungsvorgang erhalten wird, verwendet wird, um die Menge des eingespritzten Kraftstoffs zu regeln, dessen Ansprechverhalten schnell ist. Dies ermöglicht es, den Betriebszeitpunkt der einzelnen Steuerparameter korrekt zu regeln.
In einem typischen Benzinmotor, bei dem die Drosselventilöffnung der Gaspedalstellung entsprechend variiert, wobei Standardbetriebsbedingungen aufrechterhalten werden, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den meisten Betriebsbereichen an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeglichen wird, variiert die Motorleistung den Änderungen der Ansaugluftmenge entsprechend, wenn die Gaspedalstellung und die dieser entsprechende Drosselventilöffnung zum Beispiel während der Motorbeschleunigung plötzlich verändert werden, auch wenn eine Zeitverzögerung bei der Änderung der Ansaugluftmenge vorhanden ist. Wenn eine Leistungsregelung durchgeführt werden soll, die solch einen typischen Benzinmotor simuliert, ist es daher richtig, die zweite Soll-Ladung Piobjd auf der Basis der gedachten Ladeleistung ceimgd, die durch den Verzögerungsvorgang erhalten wurde, als tatsächliche Soll-Ladung zu verwenden.
Dadurch ist es möglich, Antriebsdrehmomenteigenschaften zu erhalten, die mit denen gewöhnlicher Motoren vergleichbar sind, und ein besseres Motorprofil, indem schnell ansprechende Steuerparameter wie die eingespritzte Kraftstoffmenge auf der Basis der zweiten Soll-Ladung Piobjd geregelt werden, die als die tatsächliche Soll-Ladung verwendet wird. Da Änderungen in Parametern wie die Ansaugluftmenge andrerseits mit einer mehr oder weniger großen Zeitverzögerung verbunden sind und sie dazu neigen, sich relativ langsam zu verändern, wird zum Beispiel die Öffnung des Drosselventils 13, die zu den langsam ansprechenden Betriebsparametern gehören, der ersten Soll-Ladung Piobj entsprechend verändert, die auf der Basis der gedachten Ladeleistung ceimg berechnet wird, die keinem Verzögerungsvorgang unterzogen wurde, um eines verzögertes Ansprechen auf einen Regelvorgang zu vermeiden.
REGELUNG WÄHREND DER BESCHLEUNIGUNG
Selbst wenn die Ansprechverzögerung der langsam ansprechenden Drosselventilöffnung, die ein Steuerparameter mit langsamem Ansprechverhalten ist, wie oben beschrieben vermieden wird, ist es nicht möglich, einen Drehmomentstoß zu verhindern, der auftreten würde, wenn der Motor 1 während der Beschleunigung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird.
Bezug nehmend auf 13A– 13E und 14, wenn der Motor 1 aus einem Leerlaufzustand in einen Beschleunigungszustand übergeht, während das Fahrzeug gestartet und beschleunigt wird, wird das Gaspedal von einem Fahrer durchgedrückt, so dass die Gaspedalstellung accel zunimmt. Der Wert der ersten Soll-Ladung Piobj, die vom Soll-Ladungseinsteller 42 eingestellt wird, nimmt dementsprechend zu, wie in 13A durch eine durchgehende Linie angezeigt (Zeitpunkt t = t1 ). Infolgedessen wird die Drosselventilöffnung tvoobj, die auf der Basis der ersten Soll-Ladung Piobj berechnet wird, wie in 13B gezeigt vergrößert, und das Drosselventil 13 wird auf die Drosselventilöffnung tvoobj geöffnet, wodurch die Ladeleistung ce des entsprechenden Zylinders 2 wie durch eine durchgehende Linie in 13C gezeigt mit einer leichten Verzögerung geöffnet wird.
Dann, wenn die erste Soll-Ladung Piobj den Schwellenwert Piobj* (t = t3) überschreitet, wie auch in 14 gezeigt, nachdem die Öffnung des Drosselventils 13 in hohem Maße geöffnet wurde, wird der Verbrennungsmodus mods aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet. Dadurch gleicht der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einsteller 44 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb zur Regelung der Ansaugluftmenge an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis an, und die Drosselventilöffnung tvoobj wird dem Soll-Luft/Kraftstoft-Verhältnis afwb entsprechend erheblich verkleinert, wie in 13B gezeigt. Dies bedeutet, dass das Drosselventil 13 vorübergehend geschlossen ist, wenn der Betriebsmodus umgeschaltet wird.
Zu dem Zeitpunkt, an dem der Betriebsmodus umgeschaltet wird, ist die Ist-Ladeleistung ce des entsprechenden Zylinders 2 extrem groß, wie in 13C gezeigt. Obwohl die Ist-Ladeleistung ce beginnt, mit einer leichten Verzögerung abzunehmen, nachdem das Drosselventil 13 geschlossen wurde, hält ein Zustand mit Ansaugluftüberschuss eine bestimmte Zeit lang an, wie durch die Schraffur in 13C dargestellt. Andrerseits, wenn die erste Soll-Ladung Piobj zunimmt, nimmt auch die zweite Soll-Ladung Piobjd mit einer leichten Verzögerung zu. Wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 zur Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge, das vom Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Generator 47 auf der Basis der zweiten Soll-Ladung Piobjd und der Ist-Ladeleistung ce erhalten wird, einen unteren Grenzreferenzwert afw0* für den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung unterschreitet (siehe 11), wird der Betriebsmodus modf aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet, und der Kraftstoff wird während des Ansaughubs des entsprechenden Zylinders 2 umgeschaltet. Dann wird die eingespritzte Kraftstoffmenge erheblich erhöht, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum 4 dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wie durch eine durchgehende Linie in 13D angezeigt (t = t4).
Wenn der Betriebsmodus modf umgeschaltet wird, können sowohl die Ladeleistung ce als auch die eingespritzte Kraftstoffmenge extrem zunehmen, wodurch ein eventueller Drehmomentstoß erzeugt wird. Daher ist es notwendig, die Abnahme der Motorleistung zu erzwingen, indem der Zündzeitpunkt thtig stark verzögert wird, wie durch eine durchgehende Linie in 13E angezeigt, um den Drehmomentstoß zu verhindern. Dies hätte eine erhebliche Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung, eine Abnahme der Umwandlungsleistung des Abgaskatalysators 25 aufgrund einer Zunahme der Abgastemperatur, und einen Verlust der Zuverlässigkeit zur Folge.
In dieser Ausführungsform sagt der Moduswechselprädiktor 42f aber die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung während der Beschleunigung des Motors 1 voraus, und die erste Soll-Ladung Piobj wird auf einen Wert korrigiert, der sofort nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, bevor der Betriebsmodus modf tatsächlich umgeschaltet wird, wodurch es möglich ist, das Drosselventil 13 direkt vor der Betriebsmodusumschaltung zu schließen und dadurch Schwankungen des Motordrehmoments zu reduzieren. Eine Betriebsroutine für diesen korrigierenden Regelvorgang wird Bezug nehmend auf ein Flussdiagramm in 15 beschrieben.
Nach dem Einschalten des Motors werden in Schritt 1 die Motordrehzahl ne und die Gaspedalstellung accel auf der Basis der Ausgangssignale des Motordrehzahlsensors 33 und des Gaspedalstellungssensors 34 und verschiedener Sensorsignale vom Ansauglufttemperaturfühler 31, Luftdrucksensor 32 usw. in das ECU 40 eingegeben. Als nächstes werden in Schritt S2 die erste und zweite Soll-Ladung Piobj, Piobjd auf der Basis der Motordrehzahl ne und der Gaspedalstellung accel eingestellt.
In Schritt S3 wird beurteilt, ob der Basisbetriebsmodus mods, der vom Betriebsmoduseinsteller 43 der ersten Soll-Ladung Piobj entsprechend eingestellt wurde, der Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung ist. Wenn das Beurteilungsergebnis verneinend ist, d. h. der Motor 1 im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung ist, geht der Betriebsfluss zu Schritt S7 über. Wenn demgegenüber das Beurteilungsergebnis bejahend ist, d. h. der Motor 1 im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung ist, geht der Betriebsfluss zu Schritt S4 über, in dem ein Soll-Ladungsinkrement Pi erhalten wird, indem ein vorheriger Wert Piobj[i – 1] der ersten Soll-Ladung Piobj von ihrem Istwert Piobj[i] subtrahiert wird.
In Schritt S5 wird das Soll-Ladungsinkrement Pi mit einem vordefinierten Bezugswert C1 verglichen und eine Voraussage wird gemacht, ob der Betriebsmodus aufgrund des Vergleichsergebnisses umgeschaltet wird oder nicht. D. h., wenn das Beurteilungsergebnis in Schritt S5 bejahend ist, d. h. das Soll-Ladungsinkrement Pi ist größer als der Bezugswert C1 (P1 > C1), wird entschieden, dass der Betriebsmodus in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, da die Soll-Ladung des Motors schnell zunimmt. In diesem Fall geht der Betriebsfluss zu Schritt S6 über. Wenn aber das Beurteilungsergebnis in Schritt S5 verneinend ist, d. h. das Soll-Ladungsinkrement Pi ist nicht größer als der Bezugswert C1 (P1 C1), wird entschieden, dass der Betriebsmodus nicht umgeschaltet wird, da die Änderung der Soll-Ladung klein ist. In diesem Fall geht der Betriebsfluss zu Schritt S7 über.
Wenn entschieden wurde, dass der Betriebsmodus in den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umgeschaltet wird und der Betriebsfluss zu Schritt S6 übergegangen ist, wird die erste Soll-Ladung Piobj (= Piobj*), die direkt nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung gültig wird, aus der entsprechenden Abbildung abgelesen, und der derart ausgelesene Wert wird als die erste Soll-Ladung Piobj eingestellt. Dadurch wird die erste Soll-Ladung Piobj auf den Wert korrigiert oder aktualisiert, der direkt nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung gültig wird, bevor der Betriebsmodus modf tatsächlich umgeschaltet wird, wenn die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung vorhergesagt wurde.
Dann werden in Schritt S7 die Drosselventilöffnung tvoobj, die Kraftstoffeinspritzmenge ginj, der Einspritzzeitpunkt thtinj, der Zündzeitpunkt thtig usw. auf der Basis der ersten und zweiten Soll-Ladung Piobj, Piobjd erhalten. D. h., der Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einsteller 44 stellt das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb zur Regelung der Ansaugluftmenge auf der Basis der ersten Soll-Ladung Piobj ein, die in Schritt S6 aktualisiert wurde, der Soll-Ladeleistungsrechner 45 berechnet die Soll-Ladeleistung ceobj, und der Drosselventilöftnungsrechner 46 berechnet die Drosselventilöffnung tvoobj. Es versteht sich aus der obigen Beschreibung, dass die erste Soll-Ladung Piobj, die direkt nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, eingestellt wird, bevor der Betriebsmodus modf tatsächlich umgeschaltet wird, und dass die Drosselventilöffnung tvoobj der aktualisierten ersten Soll-Ladung Piobj entsprechend berechnet wird. Dann wird in Schritt S8 der Regelvorgang des Drosselventils 13, des Einspritzaggregats 7, des Zündkreises 5 usw. ausgeführt und der Betriebsfluss verlässt die Routine von 15.
Der obige Schritt S2 wird vom Soll-Ladungseinsteller 42 durchgeführt, der die erste und zweite Soll-Ladung Piobj, Piobjd des Motors 1 einstellt, während die Schritte S7 und S8 vom Drosselventilregler durchgeführt werden, um das Drosselventil 13 der vom Soll-Ladungseinsteller 42 eingestellten ersten Soll-Ladung Piobj entsprechend einzustellen.
Und die Schritte S3 bis S5 werden vom Moduswechselprädiktor 42f durchgeführt, der während der Beschleunigung des Motors 1 die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung voraussagt, während der Schritt S6 von einem Drosselventilregelungskorrektor durchgeführt wird, der die Drosselventilöffnung tvoobj (der vom Drosselventilregler eingestellte Regelungssollwert) so korrigiert oder aktualisiert, dass er an den Sollwert für den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung angeglichen wird, indem er die erste Soll-Ladung Piobj korrigiert, bevor der Verbrennungsmodus umgeschaltet wird, wenn seine Umschaltung vom Moduswechselprädiktor 42f vorausgesagt wurde.
Die Hauptmerkmale und -vorteile der Steuervorrichtung A für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden weiter unten beschrieben.
Wenn der Fahrer beim Anfahren und Beschleunigen des Fahrzeugs das Gaspedal durchtritt, nimmt die Gaspedalstellung accel zu, und der Wert der ersten Soll-Ladung Piobj, der vom ersten Soll-Ladungseinsteller 42 eingestellt wird, nimmt wie durch die durchgehende Linie in 13A (t = t1) angezeigt zu. Dann sagt der Moduswechselprädiktor 42f die Umschaltung des Betriebsmodus auf der Basis des Inkrements Pi der ersten Soll-Ladung Piobj voraus, und der Korrekturkreis 42g korrigiert die erste Soll-Ladung Piobj auf den Wert, der direkt nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, wie durch die gestrichelte Linie in 13A angezeigt (t = t2).
Dadurch wird der Betriebsmodus mods in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet, das Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis afwb zur Regelung der Ansaugluftmenge wird an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeglichen, und die Drosselventilöffnung tvoobj wird erheblich verkleinert, wie durch eine gestrichelte Linie in 13B angezeigt. Da das Drosselventil 13 durch die Verkleinerung der Drosselventilöffnung tvoobj geschlossen wird, beginnt die Ist-Ladeleistung ce des entsprechenden Zylinders 2 abzunehmen, bevor sie zu hoch wird. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 zur Regelung der eingespritzten Kraftstoffmenge wird auf der Basis der Ist-Ladeleistung ce und der zweiten Soll-Ladung Piobjd erhalten. Wenn das auf diese Weise erhaltene Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 den unteren Grenzreferenzwert afw0* für den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung unterschreitet, wird der Betriebsmodus modf aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet (t = t3), und der Kraftstoff wird während des Ansaughubs des entsprechenden Zylinders 2 eingespritzt.
Da die Ist-Ladeleistung ce im Brennraum 4, wie in 13C gezeigt, an diesem Punkt klein genug ist und annähernd einem Sollwert im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung entspricht, schwankt das Motordrehmoment nicht stark, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis angeglichen wird, wie in 13D gezeigt. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Schwankungen des Motordrehmoments auf ein kleines Niveau zu senken, selbst wenn der Betriebsmodus modf umgeschaltet wird, indem der Zündzeitpunkt thtig einfach wie in 13E gezeigt korrigiert wird.
Da die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung während der Beschleunigung des Motors 1 vorhergesagt wird und das Drosselventil 13 in der Steuervorrichtung A für die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der obigen Ausführungsform direkt vor der Umschaltung des Betriebsmodus geschlossen wird, ist es möglich, zu vermeiden, dass die Ladeleistung ce in jedem Zylinder 2 übermäßig hoch wird, wenn der Betriebsmodus modf umgeschaltet wird. Dadurch wird es möglich, den Drehmomentstoß zu vermeiden, ohne eine Verschlechterung der Beschleunigungsleistung des Motors 1 oder der Kraftstoffeinsparung zu bewirken.
Da es zudem im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr notwendig ist, den Zündzeitpunkt thtig stark zu verzögern, lässt die Umwandlungsleistung des Abgaskatalysators 25 nicht aufgrund eines übermäßigen Anstiegs der Abgastemperatur nach.
Und da die Umschaltung des Betriebsmodus zudem in der obigen Ausführungsform auf der Basis des Inkrements Pi der ersten Soll-Ladung Piobj vorausgesagt wird, die vom Soll-Ladungseinsteller 42 eingestellt wird, kann die Betriebsmodusumschaltung des Motors 1 mit hoher Genauigkeit vorausgesagt werden.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern schließt verschiedene andere Ausführungsformen und Varianten davon ein. Auch wenn in der obigen Ausführungsform die erste Soll-Ladung Piobj korrigiert wird, wenn der Motor 1 aktuell im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung ist und eine Umschaltung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung vorausgesagt wurde, kann diese Korrektur zum Beispiel nur durchgeführt werden, wenn der Motor 1 aktuell im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung ist und aus einem Leerlaufzustand in einen Beschleunigungszustand übergegangen ist.
Allgemein gesprochen, wenn der Motor 1 aus einem Leerlaufzustand in einen Beschleunigungszustand übergeht, kann der Fahrer leicht einen Drehmomentstoß wahrnehmen, da die Motordrehzahl ne noch niedrig ist. Vor allem während des Anfahrens und der nachfolgenden Beschleunigung des Fahrzeugs, wenn seine Fahrgeschwindigkeit noch gering ist, ist der Drehmomentstoß für den Fahrer am leichtesten wahrnehmbar. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die Motordrehzahlschwankungen in solch einem Niederdrehzahlbereich zu reduzieren.
Auch wenn die Soll-Ladung des Motors 1 in der obigen Ausführungsform durch den indizierten mittleren Arbeitsdruck Pi ausgedrückt wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ dazu kann die Soll-Ladung durch eine mittlere Bremsleistung Pe ausgedrückt werden. Und auch wenn die Umschaltung des Verbrennungsmodus in der obigen Ausführungsform auf der Basis der Schwankungen der Soll-Ladung Piobj des Motors 1 vorausgesagt wird, beschränkt sich die Erfindung auch nicht darauf. Die Umschaltung des Verbrennungsmodus kann zum Beispiel auf der Basis einer Änderung der gedachten Ladeleistung ceimg, des gedachten volumetrischen Wirkungsgrads veimg oder der Gaspedalstellung accel vorausgesagt werden.
Die Hauptmerkmale und -vorteile der obigen Steuervorrichtung für die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung sind wie folgt.
In einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die versehen ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum eines Zylinders einzuspritzen, mit einer Zündkerze, und mit einem Drosselventil, um die Menge der Ansaugluft zu regeln, die in den Brennraum eingeleitet wird, ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, umfassend einen Moduseinsteller, um auf umschaltende Weise einen Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung einzustellen, bei dem der Kraftstoff in einem Verdichtungshub des Zylinders eingespritzt wird, um an der Zündkerze ein schichtförmiges Gemisch zu erzeugen, das in einem geschichteten Zustand verbrannt wird, und einen Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, bei dem der Kraftstoff in einem Ansaughub des Zylinders eingespritzt wird, um darin ein gleichmäßig verteiltes Gemisch zu erzeugen, das in einem homogenen Zustand verbrannt wird. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist außerdem mit einem Soll-Ladungseinsteller versehen, um eine Soll-Ladung des Motors mindestens der Gaspedalstellung entsprechend einzustellen, einem Drosselventilregler, um die Öffnung des Drosselventils mindestens der vom Soll-Ladungseinsteller eingestellten Soll-Ladung entsprechend zu regeln, einem Moduswechselprädiktor, um eine Umschaltung vom Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung vorauszusagen, und einem Drosselventilregelungskorrektor, um einen Regelungssollwert für das Drosselventil, der vom Drosselventilregler eingestellt wurde, so zu korrigieren, dass der Regelungssollwert sich einem Sollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, bevor in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, wenn solch eine Umschaltung des Verbrennungsmodus vom Moduswechselprädiktor vorausgesagt wurde.
Dieser Anordnung gemäß wird, wenn während der Fahrzeugbeschleunigung vom Moduswechselprädiktor die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung vorausgesagt wird, der vom Drosselventilregler für das Drosselventil eingestellte Regelungssollwert so korrigiert, dass er sich dem Sollwert annähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig ist. Wenn der Motor dann in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, liegt die Ladeleistung im Zylinder bereits nahe an ihrem Sollwert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung zu erreichen ist, wodurch Schwankungen des Motordrehmoments vermieden werden. Dies bedeutet, dass es erfindungsgemäß möglich ist, beim Umschalten des Verbrennungsmodus einen Drehmomentstoß zu verhindern, ohne eine Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung oder der Beschleunigungsleistung zu bewirken, die auf eine große Zündzeitpunktverzögerung zurückzuführen ist.
Der Soll-Ladungseinsteller kann so aufgebaut sein, dass er die Soll-Ladung des Motors auf der Basis der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl einstellt. Dies ermöglicht die korrekte Einstellung der Soll-Ladung des Motors.
Die Steuervorrichtung kann darüber hinaus einen Kraftstoffeinspritzungsregler umfassen, der die vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoffmenge so regelt, dass im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum etwa kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Wenn solch ein Kraftstoffeinspritzungsregler vorgesehen ist, neigt das Motordrehmoment dazu, abzuweichen, da das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis erheblich verringert wird (fettes Gemisch), wenn der Motor aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung im den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird. Doch der oben erwähnte Drosselventilregelungsvorgang ist wirkungsvoll, um Schwankungen des Motordrehmoments speziell in der Steuervorrichtung zu unterdrücken, die mit dem Kraftstoffeinspritzungsregler versehen ist.
Der Moduswechselprädiktor ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er eine Umschaltung des Verbrennungsmodus auf der Basis einer Änderung der Soll-Ladung voraussagt, die vom Soll-Ladungseinsteller eingestellt wird. Der Moduswechselprädiktor mit diesem Aufbau kann die Umschaltung des Verbrennungsmodus auf der Basis der Änderung der Soll-Ladung des Motors mit hoher Genauigkeit voraussagen, wenn zum Beispiel die Soll-Ladung schart ansteigt.
Der Drosselventilregelungskorrektor ist vorzugsweise so aufgebaut, dass eine Korrektur des Drosselventilregelungsvorgangs durchgeführt wird, wenn der Motor unter niedrigen Drehzahl und Lastbedingungen betrieben wird (zum Beispiel, wenn der Motor im Leerlauf ist) und die Umschaltung des Verbrennungsmodus vom Moduswechselprädiktor vorausgesagt wurde. Wenn der Motor aus seinem Leerlaufzustand in den Beschleunigungszustand übergeht, kann der Fahrer leicht einen Drehmomentstoß wahrnehmen, da die Motordrehzahl noch niedrig ist. Vor allem während des Anfahrens und der nachfolgenden Beschleunigung des Fahrzeugs, wenn seine Fahrgeschwindigkeit noch langsam ist, ist der Drehmomentstoß für den Fahrer am leichtesten wahrnehmbar. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die Motordrehmomentschwankungen zu reduzieren, indem der Drosselventilregelungsvorgang in solch einem niedrigen Drehzahlbereich durchgeführt wird.
Es ist auch vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung darüber hinaus einen Verzögerungsprozessor aufweist, um einen Verzögerungsvorgang an der Soll-Ladung durchzuführen, die vom Soll-Ladungseinsteller eingestellt wird, und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die eingespritzte Kraftstoffmenge der vom Verzögerungsprozessor verarbeiteten Soll-Ladung entsprechend einzustellen. In dieser Anordnung wird die Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, der vom Verzögerungsprozessor verarbeiteten Soll-Ladung entsprechend eingestellt, während die Öffnung des Drosselventils der unverarbeiteten Soll-Ladung des Motors entsprechend geregelt wird. Dies bedeutet, dass die Ansaugluftmenge, die zu den langsam ansprechenden Steuerparametern gehört, mit den Ausgangsdaten geregelt wird, während die eingespritzte Kraftstoffmenge, die zu den schnell ansprechenden Steuerparametern gehört, mit den Daten geregelt wird, die einem Verzögerungsvorgang unterzogen wurden. Daher ist es möglich, die zeitliche Abweichung bei der Regelung der Ansaugluftmenge und der eingespritzten Kraftstoffmenge zu reduzieren und dadurch die Genauigkeit des Regelvorgangs zu erhöhen.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung einen Verzögerungsprozessor enthält, um einen Verzögerungsvorgang an der vom Soll-Ladungseinsteller eingestellten Soll-Ladung durchzuführen, und einen Zündzeitpunktregler, um den Zündzeitpunkt der vom Verzögerungsprozessor verarbeiteten Soll-Ladung entsprechend zu regeln. In dieser Anordnung wird die Ansaugluftmenge, die langsam ansprechend ist, mit den Ausgangsdaten geregelt, während der Zündzeitpunkt, der schnell ansprechend ist, mit Daten geregelt wird, die dem Verzögerungsvorgang unterzogen wurden. Dies ermöglicht es, die zeitliche Abweichung der Ansaugluftmenge und des Zündzeitpunkts zu reduzieren und dadurch die Genauigkeit des Regelvorgangs zu erhöhen.
In der Steuervorrichtung sind der Soll-Ladungseinsteller, der Drosselventilregler, der Moduswechselprädiktor und der Drosselventilregelungskorrektor wie folgt aufgebaut. D. h., die Steuervorrichtung umfasst darüber hinaus einen Speicher, um Daten über eine vorgegebene Beziehung zwischen der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl und dem gedachten volumetrischen Wirkungsgrad zu speichern, durch welchen die Ausgangsleistung erhalten wird, die für den Motor unter atmosphärischen Standardbedingungen und unter Standardbetriebsbedingungen, in denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, erforderlich ist, wobei der Soll-Ladungseinsteller anhand eines Werts, der im Speicher gespeichert ist, einen gedachten volumetrischen Wirkungsgrad berechnet, der der Ist-Gaspedalstellung und Motordrehzahl entspricht, anhand des gedachten volumetrischen Wirkungsgrads eine gedachte Ladeleistung berechnet, unter Berücksichtigung einer aktuellen Ansaugluftdichte, und die Soll-Ladung auf der Basis der gedachten Ladeleistung einstellt, der Drosselventilregler auf der Basis der Soll-Ladung die Drosselventilöffnung berechnet, der Moduswechselprädiktor auf der Basis der Öffnungsgeschwindigkeit des Drosselventils die Umschaltung vom Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Ver brennungsmodus mit homogener Ladung voraussagt, und der Drosselventilregelungskorrektor den Sollwert vor der Umschaltung des Verbrennungsmodus korrigiert, wenn diese vorausgesagt wurde, so dass durch die Korrektur des Sollwerts der Sollwert an den Wert angeglichen wird, der nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, und die Drosselventilöffnung sich ihrem Regelungssollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird.
Die Steuervorrichtung umfasst vorzugsweise einen Kraftstoffeinspritzungsregler, wobei der Soll-Ladungseinsteller so aufgebaut ist, dass er auf der Basis der gedachten Ladeleistung, an der kein Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde, eine erste Soll-Ladung einstellt, sowie eine zweite Soll-Ladung auf der Basis einer gedachten Ladeleistung, an der ein Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde, und der Kraftstoffeinspritzungsregler ist so aufgebaut, dass er auf der Basis der zweiten Soll-Ladung und einer Ist-Ladeleistung, die vom einen Ansaugluftmengensensor ermittelt wird, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das während der Motorbeschleunigung verwendet wird, und auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoft-Verhältnisses die Kraftstoffmenge einstellt, die während der Motorbeschleunigung einzuspritzen ist.
Der Soll-Ladungseinsteller, der Moduswechselprädiktor und der Drosselventilregelungskorrektor der Steuervorrichtung können auch wie folgt aufgebaut sein. D. h., die Steuervorrichtung umfasst darüber hinaus einen Speicher, um Daten über eine vorgegebene Beziehung zwischen der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl und dem gedachten volumetrischen Wirkungsgrad zu speichern, durch welchen die Ausgangsleistung erhalten wird, die für den Motor unter atmosphärischen Standardbedingungen und unter Standardbetriebsbedingungen, in denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoft-Verhältnis gehalten wird, benötigt wird, und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, wobei der Soll-Ladungseinsteller anhand eines Wertes, der im Speicher gespeichert ist, einen gedachten volumetrischen Wirkungsgrad berechnet, der der Ist-Gaspedalstellung und Motordrehzahl entspricht, anhand des gedachten volumetrischen Wirkungsgrads eine gedachte Ladeleistung berechnet, unter Berücksichtigung einer aktuellen Ansaugluftdichte, an der gedachten Ladeleistung eine Verzögerungskorrektur erster Ordnung als Verzögerungsvorgang durchführt, und auf der Basis der gedachten Ladeleistung, an der kein Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde, eine erste Soll- Ladung einstellt, sowie eine zweite Soll-Ladung auf der Basis einer gedachten Ladeleistung, an welcher der Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde, der Moduswechselprädiktor auf der Basis einer Änderung der ersten Soll-Ladung die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung voraussagt, der Drosselventilregelungskorrektor die erste Soll-Ladung vor der Umschaltung des Verbrennungsmodus korrigiert, wenn diese vorausgesagt wurde, so dass durch die Korrektur der ersten Soll-Ladung die erste Soll-Ladung an den Wert angeglichen wird, der nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, und die Drosselventilöffnung sich ihrem Regelungssollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, und der Kraftstoffeinspritzungsregler auf der Basis der zweiten Soll-Ladung und einer Ist-Ladeleistung, die von einem Ansaugluftmengensensor ermittelt wird, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das während der Motorbeschleunigung verwendet wird, und auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die Kraftstoffmenge einstellt, die wahrend der Motorbeschleunigung einzuspritzen ist.
Überdies kann die Steuervorrichtung zudem einen Zündzeitpunkteinsteller umfassen, um auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einen Zündzeitpunkt einzustellen, an dem das Gemisch während der Beschleunigung des Motors gezündet wird.
Der obige Soll-Ladungseinsteller führt die Verzögerungskorrektur erster Ordnung an der gedachten Ladeleistung anhand der folgenden Gleichung durch: ceimgd = (1 – α) × ceimg + α × ceimgd[i – 1] wobei ceimg für die gedachte Ladeleistung, ceimgd[i-1] für einen vorherigen Wert von ceimgd und α für einen Koeffizienten (0 < α < 1) steht.
Aus der obigen Erläuterung geht hervor, dass die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung in der Lage ist, Schwankungen des Motordrehmoments zu reduzieren und den Drehmomentstoß zu verhindern, der potentiell auftreten kann, wenn der Motor aus dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung in den Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umgeschaltet wird, ohne eine Verschlechterung der Kraftstoffeinsparung oder der Fahrzeugbeschleunigungsleistung zu bewirken, die durch eine große Verzögerung des Zündzeitpunkts verursacht wird. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist daher sehr sinnvoll zur Implementierung in Fahrzeugmotoren zum Beispiel.
Da diese Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ist die vorliegenden Ausführungsform beispielhaft und nicht einschränkend, weshalb der Umfang der Erfindung eher durch die beiliegenden Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung definiert wird und alle Änderungen, die in den Umfang der Ansprüche fallen, daher in den Ansprüchen eingeschlossen sind.

Claims

Steuervorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, versehen mit einem Kraftstoffeinspritzventil, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum eines Zylinders davon einzuspritzen, einer Zündkerze, und einem Drosselventil, um die Menge der Ansaugluft zu regeln, die in den Brennraum eingeleitet wird, umfassend: einen Moduseinsteller, um auf umschaltende Weise einen Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung einzustellen, bei dem der Kraftstoff in einem Verdichtungstakt des Zylinders eingespritzt wird, um an der Zündkerze ein geschichtetes Gemisch zu erzeugen, das in einem geschichteten Zustand verbrannt wird, und einen Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, bei dem der Kraftstoff in einem Ansaugtakt des Zylinders eingespritzt wird, um darin ein gleichmäßig verteiltes Gemisch zu erzeugen, das in einem homogenen Zustand verbrannt wird; einen Soll-Ladungseinsteller, um eine Soll-Ladung des Motors mindestens der Gaspedalstellung entsprechend einzustellen; einen Drosselventilregler, um die Öffnung des Drosselventils mindestens der vom Soll-Ladungseinsteller eingestellten Soll-Ladung entsprechend zu regeln; einen Moduswechselprädiktor, um eine Umschaltung vom Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung vorauszusagen; und einen Drosselregelungskorrektor, um einen Steuersollwert für das Drosselventil, der vom Drosselventilregler eingestellt wurde, so zu korrigieren, daß der Steuersollwert sich einem Sollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, bevor in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umgeschaltet wird, wenn solch eine Umschaltung des Verbrennungsmodus vom Moduswechselprädiktor vorausgesagt wurde.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Soll-Ladungseinsteller die Soll-Ladung der Maschine auf der Basis der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl einstellt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Menge des Kraftstoffs, die vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, so zu regeln, dass im Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum größer wird als das stöchiometrische Verhältnis und im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum etwa kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Verhältnis wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Moduswechselprädiktor die Umschaltung des Verbrennungsmodus auf der Basis der Änderung der Soll-Ladung voraussagt, die vom Soll-Ladungseinsteller eingestellt wurde.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drosselregelungskorrektor eine Korrektur am Drosselventil-Regelvorgang durchführt, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl und geringer Last betrieben wird und die Umschaltung des Verbrennungsmodus vom Moduswechselprädiktor vorausgesagt wurde.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Drosselregelungskorrektor eine Korrektur am Drosselventil-Regelvorgang vornimmt, wenn der Motor im Leerlauf ist und die Umschaltung des Verbrennungsmodus vom Moduswechselprädiktor vorausgesagt wurde.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, außerdem umfassend: einen Verzögerungsprozessor, um einen Verzögerungsvorgang an der Soll-Ladung durchzuführen, die vom Soll-Ladungseinsteller eingestellt wurde; und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Menge des eingespritzten Kraftstoffs der vom Verzögerungsprozessor verarbeiteten Soll-Ladung entsprechend zu regeln.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, außerdem umfassend: einen Verzögerungsprozessor, um einen Verzögerungsvorgang an der Soll-Ladung durchzuführen, die vom Soll-Ladungseinsteller eingestellt wurde; und einen Zündeinstellungsregler, um die Zündeinstellung der vom Verzögerungsprozessor verarbeiteten Soll-Ladung entsprechend zu regeln.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend: einen Speicher, um Daten über eine vorgegebene Beziehung zwischen der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl und dem gedachten volumetrischen Wirkungsgrad zu speichern, durch welchen die Ausgangsleistung erhalten wird, die für den Motor unter atmosphärischen Standardbedingungen und unter Standardbetriebsbedingungen, in denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, benötigt wird; wobei der Soll-Ladungseinsteller anhand eines Wertes, der im Speicher gespeichert ist, einen gedachten volumetrischen Wirkungsgrad berechnet, der der Ist- Gaspedalstellung und Motordrehzahl entspricht, anhand des gedachten volumetrischen Wirkungsgrads eine gedachte Ladeleistung berechnet, unter Berücksichtigung einer aktuellen Ansaugluftdichte, und die Soll-Ladung auf der Basis der gedachten Ladeleistung einstellt; der Drosselventilregler auf der Basis der Soll-Ladung die Drosselventilöffnung berechnet; der Moduswechselprädiktor auf der Basis der Öffnungsgeschwindigkeit des Drosselventils die Umschaltung vom Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung voraussagt; und der Drosselregelungskorrektor den Sollwert vor der Umschaltung des Verbrennungsmodus korrigiert, wenn diese vorausgesagt wurde, so dass durch die Korrektur des Sollwerts der Sollwert an den Wert angeglichen wird, der nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, und die Drosselventilöffnung sich ihrem Steuersollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, außerdem umfassend: einen Kraftstoffeinspritzungsregler; wobei der Soll-Ladungseinsteller so aufgebaut ist, dass er auf der Basis der gedachten Ladeleistung, an der kein Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde, eine erste Soll-Ladung einstellt, sowie eine zweite Soll-Ladung auf der Basis einer gedachten Ladeleistung, an der ein Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde; und der Kraftstoffeinspritzungsregler auf der Basis der zweiten Soll-Ladung und einer Ist-Ladeleistung, die vom einen Ansaugluftmengensensor bestimmt wird, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das während der Beschleunigung des Motors verwendet wird, und auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die Kraftstoffmenge einstellt, die während der Beschleunigung des Motors einzuspritzen ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend: einen Speicher, um Daten über eine vorgegebene Beziehung zwischen der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl und dem gedachten volumetrischen Wirkungsgrad zu speichern, durch welchen die Ausgangsleistung erhalten wird, die für den Motor unter atmosphärischen Standardbedingungen und unter Standardbetriebsbedingungen, in denen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, benötigt wird; und einen Kraftstoffeinspritzungsregler; wobei der Soll-Ladungseinsteller anhand eines Wertes, der im Speicher gespeichert ist, einen gedachten volumetrischen Wirkungsgrad berechnet, der der Ist- Gaspedalstellung und Motordrehzahl entspricht, anhand des gedachten volumetrischen Wirkungsgrads eine gedachte Ladeleistung berechnet, unter Berücksichtigung einer aktuellen Ansaugluftdichte, an der gedachten Ladeleistung eine Verzögerungskorrektur erster Ordnung als Verzögerungsvorgang durchführt, und auf der Basis der gedachten Ladeleistung, an der kein Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde, eine erste Soll-Ladung einstellt, sowie eine zweite Soll-Ladung auf der Basis einer gedachten Ladeleistung, an der der Verzögerungsvorgang durchgeführt wurde; der Moduswechselprädiktor auf der Basis einer Änderung der ersten Soll-Ladung die Umschaltung aus dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung voraussagt; der Drosselregelungskorrektor die erste Soll-Ladung vor der Umschaltung des Verbrennungsmodus korrigiert, wenn diese vorausgesagt wurde, so daß durch die Korrektur der ersten Soll-Ladung die erste Soll-Ladung an den Wert angeglichen wird, der nach dem Umschalten in den Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird, und die Drosselventilöffnung sich ihrem Steuersollwert nähert, der im Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gültig wird; und der Kraftstoffeinspritzungsregler auf der Basis der zweiten Soll-Ladung und einer Ist-Ladeleistung, die von einen Ansaugluftmengensensor bestimmt wird, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das während der Beschleunigung des Motors verwndet wird, und auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die Kraftstoffmenge einstellt, die wahrend der Beschleunigung des Motors einzuspritzen ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 11, außerdem umfassend einen Zündzeitpunkteinsteller, um auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einen Zündzeitpunkt einzustellen, an dem das Gemisch während der Beschleunigung des Motors gezündet wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Soll-Ladungseinsteller die Verzögerungskorrektur erster Ordnung an der gedachten Ladeleistung anhand der folgenden Gleichung durchführt: ceimgd = (1 – α) × ceimg + α × ceimgd[i – 1] wobei ceimg für die gedachte Ladeleistung steht, ceimgd[i-1] für einen vorherigen Wert von ceimgd und α für einen Koeffizienten (0 < α < 1).