DE69515756T2

DE69515756T2 - Brennstoffdosierung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69515756T2
Application number: DE69515756T
Authority: DE
Inventors: Satoru Abe; Shusuke Akazaki; Yusuke Hasegawa; Isao Komoriya; Hidetaka Maki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: EP0695863A2; EP0695863A3; DE69515756D1; JPH0842379A; JP3330234B2; US5549092A; EP0695863B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor, insbesondere ein System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge über den gesamten Bereich von Motorbetriebszuständen einschließlich eines Übergangs-Motorbetriebszustands unter Verwendung eines Einlaßluftmodells optimal bestimmt wird, und durch Vereinfachung deren Berechnung.

Beschreibung vom Stand der Technik

Bei einem herkömmlichen Kraftstoffdosierungs-Steuer/Regelsystem wurde die Kraftstoffeinspritzmenge gewöhnlich bestimmt durch Abfragen von Kennfelddaten, die experimentell vorbestimmt und vorab in einem Mikrocomputer gespeichert wurden, unter Verwendung von Parametern, die inhärent hohe Korrelationsgrade zur Luftmenge haben, die in den Motorzylinder eingesaugt wird. Im Ergebnis war die herkömmliche Technik viel zu leistungsschwach, um mit irgendwelchen Änderungen der Parameter zurechtzukommen, die während der Vorbereitung der Kennfelddaten nicht berücksichtigt worden waren. Da ferner die Kennfelddaten inhärent lediglich im Hinblick auf den stationären Motorbetriebszustand vorbereitet wurden und der Übergangs-Motorbetriebszustand nicht berücksichtigt wurde, war die herkömmliche Technik nicht in der Lage, die Kraftstoffeinspritzmenge im Übergangs-Motorbetriebszustand genau zu bestimmen. Aus diesem Grund sind in jüngster Zeit Techniken vorgeschlagen worden, um ein fluiddynamisches Modell aufzustellen, welches das Verhalten des Lufteinlaßsystems beschreibt, um die in den Zylinder eingesaugte Luftmenge genau zu schätzen, wie etwa in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2(1990)-157, 451 oder dem US-Patent Nr. 4,446,523 beschrieben.
Ähnlich hat der Anmelder in der japanischen Patentanmeldung 4(1992)-200,330 (in den Vereinigten Staaten eingereicht am 2. Juli 1993 unter der Nummer 08/085,157) ein Verfahren vorgeschlagen zum Schätzen der in den Zylinder gesaugten Luftmenge durch Bestimmen der Drosseldurchlaß-Luftmenge, wobei die Drossel (Ventil) als Düse behandelt wird, um ein fluiddynamisches Modell aufzustellen, das auf der Standarddüsengleichung für eine Strömung von komprimierbaren Fluid beruht. Das fluiddynamische Modell setzte jedoch einen Idealzustand voraus und erforderte verschiedene Annahmen. Es war daher unmöglich, alle Fehler zu beseitigen, die während der Modellbildung eingeführt werden könnten. Da es ferner ziemlich schwierig war, Konstanten, wie etwa das in dem Modell verwendete spezifische-Wärme-Verhältnis genau zu bestimmen, könnten sich hieraus möglicherweise ergebende Fehler nachteilig akkumulieren. Ferner erforderte die Gleichung die Berechnung von Potenzen, Wurzeln o. dgl. Da in der Praxis hierfür Annäherungswerte verwendet wurden, ergaben sich zusätzliche Fehler.
Der Anmelder hat daher in den japanischen Patentanmeldungen 4(1992)-306,086 und in der zusätzlichen Anmeldung, welche die innere Priorität davon beansprucht (5(1993)-186,850) (beide in den Vereinigten Staaten eingereicht am 18. Oktober 1993 unter der Nummer 08/137,344 und patentiert unter der Nummer 5,349,933) ein System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor vorgeschlagen, das, obwohl es auf einem fluiddynamischen Modell beruhte, Fehler in den Modellgleichungen kompensieren und die Kraftstoffeinspritzmenge über den gesamten Bereich von Motorbetriebszuständen einschließlich dem Übergangs-Motorbetriebszustand ohne Durchführung komplizierter Berechnungen optimal bestimmen konnte. Zusätzlich hat der Anmelder eine Verbesserung der Technik in der japanischen Patentanmeldung 5(1993)-208,835 vorgeschlagen (eingereicht in den Vereinigten Staaten und patentiert wie oben). Wie insbesondere in Fig. 10 dargestellt, strömt eine große Luftmenge durch das Drosselventil dann, wenn es geöffnet wurde, da die Druckdifferenz über der Drosselplatte im Übergangs-Motorbetriebszustand groß war. In der verbesserten Technik hat daher der Anmelder vorgeschlagen, die Menge von Drosseldurchlaßluft im Übergangs-Motorbetriebszustand zu beschreiben durch Berechnen eines Verhältnisses (nachfolgend als "RATIO-A" bezeichnet) zwischen der effektiven Drosselöffnungsfläche A und deren Verzögerungswert erster Ordnung ADELAY, um Fehler in Modellgleichungen zu kompensieren und die Kraftstoffeinspritzmenge optimal zu bestimmen, unabhängig vom Betriebszustand des Motors oder des Vorhandenseins/Fehlens von Alterungserscheinungen des Motors.
Wie jedoch in Fig. 22 gezeigt, ändert sich das OT-Intervall, d. h. das Steuer- oder Programm-(Berechnungs)-Intervall (Zyklus) mit der Motordrehzahl. Das Intervall (der Zyklus) bei niedriger Motordrehzahl (wie in der Figur als "INT-L" bezeichnet) wird länger als jenes bei hoher Motordrehzahl (in der Figur als "INT-H" bezeichnet). Wie aus Fig. 23A ersichtlich, wird im Ergebnis das Verhältnis (RATIO-A = A/ADELAY) bei niedriger Motordrehzahl übermäßig groß, so daß das Verhältnis nicht immer geeignet ist, um die Menge an Drosseldurchlaßluft im Übergangs-Motorbetriebszustand zu beschreiben, wie in Fig. 23B dargestellt (ähnlich jener, die in Fig. 10 unten gezeigt ist).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die früher vom Anmelder vorgeschlagenen Techniken zu verbessern und ein System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor anzugeben, das die Drosseldurchlaßluftmenge unabhängig von einer Änderung des OT-Intervalls durch Zunahme/Abnahme der Motordrehzahl genau beschreiben kann, um eine optimale Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge über den gesamten Bereich von Motorbetriebszuständen einschließlich dem Übergangs-Motorbetriebszustand zu gewährleisten.
Zur Realisierung der Aufgabe zeigt die vorliegende Erfindung ein System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor auf, umfassend: ein Motorbetriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen von Parametern, die einen Motorbetriebszustand anzeigen; zumindest einschließlich einer Motordrehzahl (Ne), einem Verteilerdruck (Pb) und einer Drosselventilöffnung (θTH); ein Kraftstoffeinspritzmengen-Erhaltemittel zum Erhalten einer Kraftstoffeinspritzmenge (Timap) entsprechend einer vorbestimmten Charakteristik, zumindest beruhend auf der Motordrehzahl (Ne) und dem Verteilerdruck (Pb); ein erstes effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel zur Bestimmung einer effektiven Drosselöffnung (A) zumindest beruhend auf der Drosselventilöffnung (θTH) und dem Verteilerdruck (Pb); ein zweites effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel zur Bestimmung eines Wertes (ADELAY), der eine: Verzögerung n-ter Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche (A) anzeigt, und ein Kraftstoffeinspritzmengen- Bestimmungsmittel zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzmenge (Tout) durch Multiplizieren der Kraftstoffeinspritzmenge (Timap) mit einem Verhältnis zwischen der effektiven Drosselöffnungsfläche (A) und dem Wert (ADELAY) gemäß
Tout = Timap · A/ADELAY
Das System ist so ausgebildet, daß das zweite effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel den Wert (ADELAY) unter Verwendung einer Zeitkonstanten bestimmt, die sich mit der Motordrehzahl (Ne) ändert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, worin:
Fig. 1 ist ein Gesamtblockdiagramm mit Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdosiersteuer/Regelsystems;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Details der in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit;
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm mit Darstellung des Betriebs des erfindungsgemäßen Kraftstoffdosiersteuer/Regelsystems;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm mit ähnlicher Darstellung des Betriebs des erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 5 ist eine Ansicht mit Darstellung des im System verwendeten Lufteinlaß-Systemmodells;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Berechnung einer effektiven Drosselöffnungsfläche und deren Verzögerungswert erster Ordnung, die in der Berechnung des Systems verwendet werden;
Fig. 7 ist eine Ansicht mit Darstellung einer Charakteristik von Kennfelddaten eines in Fig. 6 gezeigten Koeffizienten;
Fig. 8 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Charakteristik von Kennfelddaten der Kraftstoffeinspritzmenge im stationären Motorbetriebszustand Timap;
Fig. 9 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Charakteristik von Kennfelddaten eines Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, das in der Berechnung des Systems verwendet wird;
Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Übergangs-Motorbetriebszustands, in Bezug auf die Beschreibung;
Fig. 11 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Charakteristik von Kennfelddaten einer effektiven Drosselöffnungsfläche im stationären Motorbetriebszustand;
Fig. 12 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Charakteristik von Kennfelddaten der Korrekturmenge delta Ti zur Korrektur der Menge Timap;
Fig. 13 und 13A sind Graphiken mit Darstellungen des Simulationsergebnisses und der Verwendung eines Verzögerungswerts erster Ordnung einer effektiven Drosselöffnungsfläche;
Fig. 14A und 14B sind Zeitdiagramme zur Erläuterung des Verzögerungswerts erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Detailstruktur eines Abschnitts des in Fig. 4 gezeigten Blockdiagramms;
Fig. 16 ist eine Graphik mit Darstellung einer Charakteristik eines Koeffizienten einer Einlaßlufttemperatur korrektur, der zur Korrektur der Menge delta Ti verwendet wird;
Fig. 17 ist ein Unterroutinen-Flußdiagramm von Fig. 3 mit Darstellung der Berechnung eines ersten Verzögerungswerts der Drosselöffnung;
Fig. 18 ist eine Graphik mit Darstellung einer Charakteristik eines Gewichts α, das bei der Berechnung von Fig. 17 verwendet wird;
Fig. 19 ist ein Flußdiagramm mit Darstellung des Systembetriebs nach der zweiten Ausführung der Erfindung;
Fig. 20 ist ein Unterroutinen-Flußdiagramm von Fig. 19 mit Darstellung der Berechnung des Verzögerungswerts erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche;
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 4, zeigt jedoch die Modifikation der in Fig. 4 gezeigten Konfiguration;
Fig. 22 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Einflusses der Motordrehzahl auf die Verlängerung/Verkürzung des OT-Intervalls oder des Steuer-(Berechnungs)-Zyklus in dem System; und
Fig. 23A und 23B sind Zeitdiagramme mit Darstellung von Berechnungsergebnissen, unter dem Einfluß durch die Verlängerung/Verkürzung des OT-Intervalls.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Die Ausführungen der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen erläutert.
Eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffdosiersteuer/Regelsystems ist in Fig. 1 gezeigt. Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor. Luft, die in ein Lufteinlaßrohr 12 durch einen an dessen fernem Ende angebrachten Luftfilter 14 angesaugt wird, wird ersten bis vierten Zylindern durch einen Ausgleichsbehälter (Kammer) 18 und einen Einlaßverteiler 20 zugeführt, wobei deren Strömung durch ein Drosselventil (Platte) 16 eingestellt wird. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 22 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in der Nähe des Einlaßventils (nicht gezeigt) jedes Zylinders angebracht. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Einlaßluft unter Bildung eines Luft/Kraftstoffgemischs, das in den zugeordneten Zylinder eingeführt und durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die sich ergebende Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt einen Kolben (nicht gezeigt) nach unten. Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch ein Auslaßventil (nicht gezeigt) in einen Auslaßkrümmer 24 abgegeben, von wo es durch ein Abgasrohr 26 zu einem Dreiwegekatalysator 28 strömt, wo vor der Abgabe in die Atmosphäre schädliche Komponenten beseitigt werden. Das Lufteinlaßrohr 12 ist mit einem sekundären Weg 30 versehen, der das Drosselventil 16 umgeht.
Ein Kurbelwinkelsensor 34 zum Erfassen der Kolben-Kurbelwinkel ist in einem Verteiler (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen, ein Drosselstellungssensor 36 ist zum Erfassen des Öffnungsgrads θTH des Drosselventils 16 vorgesehen, und ein Verteiler-Absolutdrucksensor 38 ist zum Erfassen des Absolutdrucks Pb der Einlaßluft stromab des Drosselventils 16 vorgesehen. An der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 16 sind vorgesehen ein Atmosphärendrucksensor 40 zum Erfassen des (barometrischen) Atmosphärendrucks Pa, sowie ein Einlaßlufttemperatursensor 42 zum Erfassen der Einlaßlufttemperatur Ta. Ferner ist ein zweiter Temperatursensor 44 zum Erfassen der Motorkühlwassertemperatur Tw vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Luft/Kraftstoffverhältnissensor 46, der einen Sauerstoffkonzentrationsdetektor aufweist, in dem Abgassystem an einer Stelle stromab des Auslaßkrümmers 24 und stromauf des Dreiwegekatalysators 28 vorgesehen, wo er das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases erfaßt. Die Ausgaben des Sensors 34 etc. werden einer Steuereinheit 50 zugeführt.
Details der Steuereinheit 50 sind im Blockdiagramm von Fig. 2 gezeigt. Die Ausgabe des Luftkraftstoffverhältnissensors 46 wird von einer Erfassungsschaltung 52 der Steuereinheit 50 aufgenommen, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozeß unterzogen wird, um eine Luft/Kraftstoffverhältnischarakteristik zu erhalten, die sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich ändert, der von der mageren Seite zur fetten Seite hin reicht. Die Ausgabe der Erfassungsschaltung 52 wird durch einen A/D (Analog/Digital) Wandler 54 zu einem Mikrocomputer weitergeleitet, der eine CPU (zentrale Prozessoreinheit) 56, ein ROM (nur-Lesespeicher) 58 sowie ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 60 umfaßt, und wird in dem RAM 60 gespeichert. Ähnlich werden die Analogausgaben des Drosselstellungssensors 36 etc. dem Mikrocomputer durch einen Pegelwandler 62, einen Multiplexer 64 und einen zweiten A/D-Wandler 66 zugeführt, während die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 34 durch einen Wellenformer 68 geformt wird und ihr Ausgangswert von einem Zähler 70 gezählt wird, wobei das Zählergebnis in den Mikrocomputer eingegeben wird. Entsprechend in dem ROM 58 gespeicherten Befehlen berechnet die CPU 56 des Mikrocomputers die Kraftstoffeinspritzmenge in einer später erläuterten Weise, und betätigt die Kraftstoffeinspritzdüse 22 der einzelnen Zylinder über eine Treiberschaltung 72. Ähnlich berechnet die CPU 56 eine Stellgröße und betätigt ein Solenoidventil (EACV) 74 (Fig. 1) über eine Treiberschaltung (nicht gezeigt), um die den Bypass 30 durchströmende Sekundärluftmenge zu steuern.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm mit Darstellung des Systembetriebs. Vor Beginn der Erläuterung der Figur wird jedoch zunächst eine Luftströmungsschätzung unter Verwendung eines fluiddynamischen Modells erläutert, worauf die Erfindung beruht. Da das Verfahren vollständig in der vorgenannten früheren Anmeldung des Anmelders beschrieben wurde, wird die Erläuterung kurz gehalten.
Wenn man zunächst die Drossel (das Ventil) als Düse betrachtet, wie in einem Lufteinlaßsystemmodell von Fig. 5 dargestellt, kann man aus Gl. 1 (Bernoulli-Gleichung), Gl. 2 (Kontinuitätsgleichung) und Gl. 3 (Relationsgleichung des adiabitschen Prozesses) Gl. 4 ableiten, die die Standarddüsengleichung für eine Strömung von komprimierbarem Fluid ist. Gl. 4 kann in Gl. 5 umgeschrieben werden, und beruhend hierauf ist es somit möglich, die Menge der Drosseldurchlaßluft Gth pro Zeiteinheit zu bestimmen
wobei die Strömung als der adiabatische Prozeß angenommen wird, und
P&sub1;: Absolutdruck an stromaufwärtiger Seite
P&sub2;: Absolutdruck an stromabwärtiger Seite
ρ&sub1;: Luftdichte an stromaufwärtiger Seite
ρ&sub2;: Luftdichte an stromabwärtiger Seite
v&sub1;: Strömungsgeschwindigkeit an stromaufwärtiger Seite
v&sub2;: Strömungsgeschwindigkeit an stromabwärtiger Seite
κ: spezifische-Wärme-Verhältnis
ρ&sub1; · v&sub1; · Aup · ρ&sub2; · v&sub2; · S ... Gl. 2
wobei:
Aup: Strömungsquerschnittsfläche an stromaufwärtiger Seite
S: Drosselprojektionsfläche [= f(θTH)]
P1/ρ&sub1;κ = P2/ρ&sub2;κ ... Gl. 3
wobei:
g: Erdbeschleunigung
γ&sub1;: spezifisches Luftgewicht an stromaufwärtiger Seite (= ρ&sub1; · g)
α: Strömungsratenkoeffizient (Abflußkoeffizient).
Cv: Geschwindigkeitskoeffizient
Cc: Kontraktionskoeffizient [= f(S/Aup)
D: Bohrungsdurchmesser an stromaufwärtiger Seite
d: Drosselöffnungsdurchmesser
&epsi;: Korrekturkoeffizient (Gasausdehnungsfaktor)
wobei:
C = &epsi; · α
A = C · S
S: Drosselprojektionsfläche
A: effektive Drosselöffnungsfläche
Pa: Atmosphärendruck
Pb: Verteilerabsolutdruck
Insbesondere wird auf der Basis der erfaßten Drossel(ventil)Öffnung θTH die Drosselprojektionsfläche S (gebildet in einer zur Längsrichtung des Lufteinlaßrohrs 12 orthogonalen Ebene, unter der Annahme, daß das Drosselventil 16 in dieser Richtung projeziert wird) gemäß einer vorbestimmten Charakteristik bestimmt, wie im Blockdiagramm von Fig. 6 dargestellt. Gleichzeitig wird der Abflußkoeffizient C, der das Produkt des Strömungsratenkoeffizienten α und des Gasausdehnungsfaktors Epsilon ist, aus Kennfelddaten abgefragt, deren Charakteristik in Fig. 7 dargestellt ist, unter Verwendung der Drosselöffnung θTH und des Verteilerdrucks Pb als Adreßdaten, und die Drosselprojektionsfläche S wird mit dem abgefragten Koeffizienten C multipliziert, zum Erhalt der effektiven Drosselöffnungsfläche A. Gemäß Gl. 5 wird der Wert A mit dem spezifischen Gewicht der Luft rho 1 und der Wurzel multipliziert, um die Drosseldurchlaß- Luftmenge Gth zu bestimmen. Hier können die Drücke P1, P2 in der Wurzel ersetzt werden durch den Atmosphärendruck Pa und den Verteilerdruck Pb. Da die Drossel im weit offenen Zustand (Vollgas) nicht die Wirkung einer Düse hat, werden die Vollast-Düsenflächen als Grenzwerte im Hinblick auf die Motordrehzahl empirisch vorbestimmt, und wenn sich herausstellt, daß eine erfaßte Drosselöffnung den betreffenden Grenzwert überschreitet, wird der erfaßte Wert auf den Grenzwert beschränkt.
Nachfolgend wird die Kammer-Fülluftmenge, nachfolgend als "Gb" bezeichnet, unter Verwendung von Gl. 6 berechnet, die auf dem idealen Gasgesetz beruht. Der hier verwendete Begriff "Kammer" bedeutet nicht nur den Teil, der dem sogenannten Ausgleichsbehälter entspricht, sondern allen Abschnitten, die von unmittelbar stromab der Drossel zu unmittelbar vor der Zylindereinlaßöffnung verlaufen:
wobei:
V: Kammervolumen
T: Lufttemperatur
R: Gaskonstante
P: Kammerdruck
Dann kann man die Kammerfülluftmenge im momentanen Steuerzyklus Delta Gb(k) aus der Druckänderung in der Kammer Delta P unter Verwendung von Gl. 7 erhalten. Anzumerken ist, daß "k" den momentanen Steuer(Programm)Zyklus bedeutet und "k-n" den Steuerzyklus zu einer n früheren Zeit in dem einzelnen Steuersystem, wobei jedoch in der Beschreibung die Hinzufügung des Suffix (k) für die meisten Werte des momentanen Steuerzyklus weggelassen ist:
Wenn man annimmt, daß die Kammerfülluftmenge Delta Gb(k) im momentanen Steuerzyklus tatsächlich nicht in den Zylinder eingeführt wird, dann kann die in den Zylinder tatsächlich eingesaugte Luftmenge Gc pro Zeiteinheit Delta T gemäß Gl. 8 ausgedrückt werden:
Gc = Gth · ΔT - ΔGb ... Gl. 8
Andererseits ist die Kraftstoffeinspritzmenge im stationären Motorbetriebszustand Timap vorab gemäß dem sogenannten Geschwindigkeitsdichteverfahren vorbereitet und in dem ROM 58 als Kennfelddaten in Bezug auf die Motordrehzahl Ne und den Verteilerdruck Pb gespeichert, wie in Fig. 8 dargestellt. Da die Kraftstoffeinspritzmenge Timap in den Kennfelddaten gemäß einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, das wiederum gemäß der Motordrehzahl Ne und dem Verteilerdruck Pb bestimmt wird, wird daher das Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorab vorbereitet und als Kennfelddaten in Bezug auf dieselben Parameter wie in Fig. 9 gezeigt gespeichert, zur späteren Verwendung zur Bestimmung der Korrekturmenge Delta Ti zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge Timap. Die Kraftstoffeinspritzmenge Timap wird derart festgelegt, daß sie dem vorgenannten fluiddynamischen Modell im stationären Motorbetriebszustand genügt. Insbesondere wird die Kraftstoffeinspritzmenge Timap als Öffnungsdauer der Kraftstoffeinspritzdüse 22 festgelegt.
Wenn man die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Timap, die von den Kennfelddaten abgefragt ist, und der Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth betrachtet, wird die aus den Kennfelddaten abgefragte Kraftstoffeinspritzmenge Timap, hier als Timap1 bezeichnet, gemäß Gl. 9 unter dem bestimmten Aspekt des stationären Motorbetriebszustands ausgedrückt, definiert durch die Motordrehzahl Ne1 und den Verteilerdruck Pb1:
Timap1 = KENNFELDDATEN (Ne1, Pb1) ... Gl. 9
In dieser Situation wird die theoretisch aus dem vorgenannten fluiddynamischen Modell bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge, hier als Timap1' bezeichnet, gemäß Gleichung 10 ausgedrückt, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7 : 1) gesetzt ist. Hier bezeichnet der Wert mit dem Symbol "'", daß der Wert theoretisch aus dem fluiddynamischen Modell bestimmt ist. Das den Parametern beigefügte Suffix "1" bezeichnet einen spezifischen Wert im stationären Motorbetriebszustand, während das Suffix "2" (kommt später) einen bestimmten Wert im Übergangs-Motorbetriebszustand bezeichnet:
Timap1' = Gth1 · ΔT/14,7 ... Gl. 10
Wenn man annimmt, daß die Kennfelddaten so vorbereitet sind, daß sie wie oben erwähnt den Modellgleichungen genügen, wird die aus den Kennfelddaten abgefragte Kraftstoffeinspritzmenge Timap1 gleich der aus den Modellgleichungen erhaltenen Kraftstoffeinspritzmenge Timap1'. Wenn man dann die Kraftstoffeinspritzmenge aus den Kennfelddaten unter gleichen Bedingungen (d. h. Ne = Ne1, Pb = Pb1) während des Übergangs-Motorbetriebszustands abfragt, dann sind diese genauso wie im stationären Motorbetriebszustand, wie in Gl. 11 gezeigt. Der in der Beschreibung verwendete Begriff "der Übergangs-Motorbetriebszutand" bedeutet eine Übergangsphase zwischen den stationären Motorbetriebszuständen, wie in Fig. 10 dargestellt:
Timap1 = KENNFELDDATEN (Ne1, Pb1) ... Gl. 11
Andererseits wird die aus den Modellgleichungen bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge Timap2' gemäß Gl. 12 ausgedrückt und ist daher nicht dieselbe wie der aus den Kennfelddaten abgefragte Wert:
Timap2' = Gth2 · ΔT/14,7 - ΔGb2/14,7 ... Gl. 12
wobei,
Um die Diskrepanz dazwischen zu beseitigen, wird es daher notwendig, auf der Basis des fluiddynamischen Modells komplizierte Berechnungen durchzuführen.
Wenn man hier jedoch die in Gl. 10 gezeigte Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth1 im stationären Motorbetriebszustand und die in Gl. 12 gezeigte Gth2 im Übergangs-Motorbetriebszustand vergleicht, kann man feststellen, daß die Differenz nur die effektive Drosselöffnungsfläche A betrifft. Demzufolge kann die Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth2 im Übergangs- Motorbetriebszustand gemäß Gl. 13 ausgedrückt werden:
Gth2 = A2 / A1 · Gth1 ... Gl. 13
Anders gesagt ist es möglich, die Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth2 im Übergangs-Betriebszustand aus der Drosseldurchlaß- Luftmenge Ght1 im stationären Motorbetriebszustand und einem Verhältnis zwischen den effektiven Drosselöffnungsflächen A1, A2 beider Zustände zu bestimmen.
Da andererseits die Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth1 im stationären Motorbetriebszustand aus der Kraftstoffeinspritzmenge Timap1 erhalten werden kann, die aus den Kennfelddaten abgefragt wird, wie in Gl. 14 gezeigt, kann die Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth2 im Übergangs-Motorbetriebszustand in der Weise erhalten werden, wie in Gl. 15 gezeigt.
Gth1 = Timap1'·14,7/ΔT = Timap1·14,7/ΔT ... Gl. 14
Gth2 = A2 / A1·Timap1·14,7/ΔT ... Gl. 15
Unter Verwendung der Gl. 12 und 15 wird es im Ergebnis möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge Timap2' im Übergangs- Motorbetriebszustand aus der von den Kennfelddaten abgefragten Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Timap1, dem Verhältnis A2/A1 zwischen den effektiven Drosselöffnungsflächen und der Korrekturmenge Delta Ti, die der Kammerfülluftmenge Delta Gb2 entspricht, zu bestimmen, wie in Gl. 16 ausgedrückt:
Timap2' = A2 / A1·Timap1 - ΔTi
wobei
ΔTi = (ΔGb2/14,7) · ki ... Gl. 16
In Gl. 16 ist "ki" ein Koeffizient zum Umwandeln der Kraftstoffeinspritzmenge in eine Einspritzdüsen-Öffnungsdauer.
Daher ist die Anordnung so, daß die effektive Drosselöffnungsfläche A1 im stationären Motorbetriebszustand vorab berechnet und als Kennfelddaten unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und dem Verteilerdruck Pb als Adreßdaten gespeichert wird, wie in Fig. 11 dargestellt, ähnlich wie die Kraftstoffeinspritzmenge Timap. Ferner wird die Korrekturmenge Delta Ti zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge Timap in ähnlicher Weise vorab vorbereitet und in dem Speicher gespeichert derart, daß sie gemäß der Verteilerdruckänderung Delta Pb (der Differenz zwischen dem erfaßten Verteilerdruck Pb im momentanen Steuerzyklus und jenem im letzten Steuerzyklus) und dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (zur Harmonisierung wird dasselbe Verhältnis gewählt, das für Timap verwendet wird), abgefragt werden können, wie in Fig. 12 dargestellt.
Nach der Bestimmung der momentanen effektiven Drosselöffnungsfläche A und dem Erhalt des Verhältnisses A/A1 zwischen A und der Kennfeldabfrage der effektiven Drosselöffnungsfläche A1 ist es möglich, die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch Multiplizieren des Verhältnisses mit der Kraftstoffeinspritzmenge Timap und durch Subtrahieren der Korrekturmenge Delta Ti zu bestimmen. Im stationären Motorbetriebszustand, in dem sich der Verteilerdruck nicht ändert, wird die Kraftstoffeinspritzmenge Timap sofort die Ausgabe-Kraftstaffeinspritzmenge Tout, wie in Gl. 17 gezeigt. Im Übergangs-Motorbetriebszustand wird die Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge Tout gemäß der in Gl. 18 gezeigten Gleichung berechnet:
Tout = A1/A1·Timap1 - 0 = Timap1 ... Gl. 17
Tout = A2 / A1·Timap1 - ΔTi ... Gl. 18
Zu erwarten ist somit, daß die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout auch im Übergangs-Motorbetriebszustand in der gleichen Weise wie im stationären Motorbetriebszustand bestimmt wird, was eine Kontinuität in der Kraftstoffdosiersteuerung/Regelung gewährleistet. Ferner, auch wenn die aus der Kennfelddatenabfrage erhaltene effektive Drosselöffnungsfläche A1 nicht mit der momentanen effektiven Drosselöffnungsfläche A im stationären Motorbetriebszustand übereinstimmt, wird die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout gemäß Gl. 19 bestimmt, so daß zu erwarten ist, daß dann jedweder Faktor, wie etwa eine anfängliche Kennfelddatenvarianz, welche die Diskrepanz verursacht, dann automatisch korrigiert wird:
Tout = A2 / A1·Timap1 - 0 ... Gl. 19
Nach Überprüfung der Steuerung/Regelung durch wiederholte Computersimulation hat sich jedoch herausgestellt, daß bei stationärem Betriebszustand die effektive Drosselöffnungs fläche A1 nicht mit der momentanen effektiven Drosselöffnungsfläche A1 übereinstimmte, und A/A1 nicht 1 wird. Bei der Messung des Verhaltens der Kammerfülluftmenge im momentanen Steuerzyklus Delta Gb, das bei zunehmender Drosseldurchlaß-Luftmenge erwartet wurde, stellte sich ferner heraus, daß eine Verzögerung auftrat, bis die Kammerfüllluftmenge im momentanen Steuerzyklus sich in der in den Zylinder gesaugten Luftmenge widerspiegelte. Der Grund hierfür wäre die Inkonsistenz der Sensorerfassungszeiten und der Sensorerfassungsverzögerungen, insbesondere der Erfassungsverzögerung des Verteilerabsolutdrucksensors 38.
Bei Beobachtung der Beziehung zwischen der Drosselöffnung θTH und dem Verteilerdruck Pb stellte sich dann heraus, daß, wenn die Motordrehzahl in einer Motorumgebung mit unverändert bleibender Motorkühlmitteltemperatur und unverändert bleibenden Atmosphärendruck etc. konstant ist, der Verteilerdruck allein aus der Drosselöffnung bestimmt werden kann, wenn der Motor im stationären Betriebszustand ist. Auch im Übergangs-Motorbetriebszustand, wie in Fig. 10 dargestellt, kann man annehmen, daß der Verteilerdruck eine Verzögerungsbeziehung erster Ordnung zur Änderung der Drosselöffnung aufweist. Auf der Basis dieser Beobachtung, wie in Fig. 4 dargestellt, wird das System nun derart umgeordnet, daß der Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung (die Verzögerung wird nachfolgend als "θTH- D" bezeichnet) zuerst erhalten wird, und aus dem Wert θTH-D und der Motordrehzahl Ne ein zweiter Wert entsprechend einer vorbestimmten Charakteristik erhalten wird, ein Pseudowert (nachfolgend als "Pseudo-Verteilerdruck b") erhalten wird. Mit dieser Anordnung wird angenommen, daß die Zeitlücke der Sensorerfassung und die Erfassungsverzögerung der Verteilerdrucksensoren kompensiert werden kann.
Bei weiterer Beobachtung des Verhaltens der effektiven Drosselöffnungsfläche wird angenommen, daß der von den Kennfelddaten abgefragte vorgenannte Wert A1 aus dem Verzögerungswert erster Ordnung der momentanen effektiven Drosselöffnungsfläche A bestimmt werden kann. Nach Verifizierung durch Computersimulation wurde dies gültig gemacht, wie in Fig. 13 gezeigt. Insbesondere, wenn man den Verzögerungswert erster Ordnung der Fläche A als "ADELAY" bezeichnet, im Vergleich A2/A1 mit A/ADELAY, führt dies zum Vergleich A1 und ADELAY, vorausgesetzt, daß A2 mit A identisch ist. Es stellt sich heraus, daß aufgrund der Erfassungsverzögerung des Verteilerdrucksensors A1 hinter dem Anstieg von A2(A) ansteigt, und der Wert ADELAY dem Wert A2(A) relativ getreu folgt, wie in Fig. 13A dargestellt. Demzufolge wird das System so umgeordnet, daß, anstelle des vorgenannten Verhältnisses A/A1, im nachfolgenden das Verhältnis A/des Verzögerungswerts erster Ordnung ADELAY verwendet wird. Wenn im Übergangs-Motorbetriebszustand das Drosselventil geöffnet wird, strömt aufgrund der starken Druckdifferenz über dem Drosselventil ständig eine große Luftmenge am Drosselventil vorbei, und dann nimmt die Luftmenge allmählich zu jener beim stationären Motorbetriebszustand ab, wie zuvor anhand von Fig. 10 oben erwähnt wurde. Es wird angenommen, daß das Verhältnis A/ADELAY die Drosseldurchlaßluftmenge Gth in diesem Übergangs-Motorbetriebszustand beschreiben kann. Im stationären Motorbetriebszustand wird das Verhältnis 1, wie aus Fig. 14B ersichtlich. Das Verhältnis wird als "RATIO-A" bezeichnet, wie zuvor erwähnt.
Wenn man ferner die Beziehung zwischen der effektiven Drosselöffnungsfläche und der Drosselöffnung betrachtet, wird, da die effektive Drosselöffnungsfläche stark von der Drosselöffnung abhängig ist, wie in Gl. 5 gezeigt, angenommen, daß sich die effektive Drosselöffnungsfläche angenähert getreu der Änderung der Drosselöffnung folgend ändert, wie in den Fig. 14A und 14B dargestellt. Wenn dies richtig ist, kann man sagen, daß der vorgenannte Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung im Sinne dieses Phänomens dem Verzögerungswert erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche nahezu entspricht.
Im Hinblick auf das obige ist die Anordnung wie in Fig. 4 dargestellt derart, daß der Verzögerungswert erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche ADELAY primär aus jenem erster Ordnung der Drosselöffnung berechnet wird. In der Figur ist (1-B)/(z-B) eine Übertragungsfunktion des einzelnen Steuer-/Regelsystems und bedeutet den Wert der Verzögerung erster Ordnung.
Wie dargestellt, wird insbesondere die Projektionsfläche S der Drosselöffnung aus der Drosselöffnung θTH gemäß einer vorbestimmten Charakteristik bestimmt, und der Abflußkoeffizient C wird aus dem Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung θTH-D und dem Pseudo-Verteilerdruck b gemäß einer Charakteristik ähnlich jener bestimmt, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Dann erhält man das Produkt der Werte zur Bestimmung des Verzögerungswerts erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche ADELAY. Somit wird, wie in Fig. 4 gezeigt, der Verzögerungswert erster Ordnung θTH-D zuerst zur Bestimmung des Verzögerungswerts erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche ADELAY verwendet, und wird zweitens zur Bestimmung, gemeinsam mit der Motordrehzahl, des Pseudo-Verteilerdrucks b verwendet.
Ferner wird zur Kompensation der Reaktionsverzögerung der momentanen Kammerfülluftmenge Delta Gb zur in den Zylinder gesaugten Luftmenge der Verzögerungswert erster Ordnung des Werts Delta Gb verwendet. Das heißt, wie in Fig. 15 gezeigt, die ein Blockdiagramm mit Darstellung der Details eines Abschnitts 100 in Fig. 4 ist, es wird der Wert des Verzögerungswerts erster Ordnung der momentanen Kammerfülluftmenge Gb erhalten (nachfolgend als "Delta Gb-D" bezeichnet). Und auf der Basis des Werts Delta Gb-D wird die Korrekturmenge Delta Ti bestimmt. Dies erfolgt, nach Vorbestimmung einer nicht dargestellten Charakteristik, ähnlich der in Fig. 12 gezeigten in Bezug auf das Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den Verzögerungswert erster Ordnung der Kammerfülluftmenge Delta Gb-D und durch Abfrage der Parameter. Anzumerken ist, daß in Fig. 15 Zeitkonstanten der Verzögerung erster Ordnung in geeigneter Weise vorab durch Tests bestimmt werden.
Auf der Basis des obigen wird der Betrieb des Systemas anhand des Flußdiagramms von Fig. 3 erläutert.
Das Programm beginnt in Schritt S10, in dem die Motordrehzahl Ne, der Verteilerdruck Pb, die Drosselöffnung θTH o. dgl. eingelesen werden, und das Programm geht dann zu Schritt S12 weiter, in dem geprüft wird, ob der Motor angelassen wird. Falls nicht, geht das Programm zu Schritt S14 weiter, in dem geprüft wird, ob eine Kraftstoffunterbrechung vorliegt, und falls nicht, zu Schritt S16, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge Timap aus den Kennfelddaten (deren Charakteristik in Fig. 8 gezeigt und im ROM 58 gespeichert ist) abgefragt werden, unter Verwendung der eingelesenen Motordrehzahl Ne und des Verteilerdrucks Pb. Obwohl dann die Kraftstoffeinspritzmenge Timap einer Atmosphärendruckkorrektur o. dgl. unterzogen werden kann, ist diese Korrektur selbst jedoch nicht Hauptpunkt der Erfindung und wird hier nicht näher erläutert. Das Programm geht dann zu Schritt S18 weiter, in dem der Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung θTH-D berechnet wird.
Fig. 17 ist ein Unterroutinen-Flußdiagramm für die Berechnung.
In der Figur beginnt das Programm in Schritt S100, in dem ein Gewicht α aus einer Tabelle (später erläutert) gemäß der erfaßten Motordrehzahl Ne abgefragt wird, und geht zu Schritt S102 weiter, in dem die erfaßte Drosselöffnung θTH mit einer Randgrenze (der vorgenannten Drossel-weit-offen- Grenze) θTHW verglichen wird. Wenn in Schritt S102 die erfaßte Drosselöffnung θTH nicht kleiner als die weit- offen-Drosselöffnungs-Grenze θTHW ist, geht das Programm zu Schritt S106 weiter, in dem der erfaßte Wert durch die Randgrenze ersetzt wird. Wenn sich andererseits herausstellt, daß der erfaßte Wert kleiner als die Randgrenze ist, geht das Programm zu Schritt S104 weiter, in dem der Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung θTH-D gemäß der dort gezeigten Gleichung berechnet wird. Insbesondere wird der Wert θTH-D(k) im momentanen Steuerzyklus berechnet durch Multiplizieren eines Werts im letzten Steuerzyklus θTH-D(k-1) mit dem Wert α und multiplizieren der momentanen Drosselöffnung θTH(k) mit einem Wert, erhalten, in dem man α von 1 subtrahiert, und dann durch Addieren der zwei Produkte. In anderen Worten, es wird der Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung im momentanen Steuerzyklus bestimmt durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts zwischen dem Wert vom vorhergehenden Steuerzyklus und der Drosselöffnung vom momentanen Steuerzyklus.
Fig. 18 zeigt die Charakteristik der Tabelle für das Gewicht α. Wie dargestellt, wird das Gewicht α vorab durch die Motordrehzahl Ne abfragbar vorbestimmt, derart, daß sie mit abnehmender Motordrehzahl abnimmt. Da das Gewicht α so vorbestimmt ist, daß es mit fallender Motordrehzahl kleiner wird, wird in der in Schritt S104 gezeigten Gleichung der Beitrag der Drosselöffnung θTH im momentanen Steuerzyklus groß oder nimmt zu. Im Ergebnis wird es möglich, die Charakteristik bei niedriger Motordrehzahl angenähert äquivalent zu jener bei hoher Motordrehzahl zu machen, wie in Fig. 22 dargestellt. Dies ermöglicht die Lösung des Problems, daß das OT-Intervall (Steuer-(Programm)-Zyklus) mit zunehmender Motordrehzahl länger wird, um hierdurch zu verhindern, daß der berechnete Wert übermäßig groß wird. In diesem Sinne kann man das Gewicht α in der Gleichung in Schritt S104 als eine Art Zeitkonstante betrachten, die die Zahl oder Geschwindigkeit der Steuerkonvergenz bestimmt. Dies ist genauso wie bei der Änderung der Zeitkonstanten T in einem allgemeinen Ausdruck in Gleichung 20, die das erste Verzögerungssystem beschreibt:
y(t) = 1 - e -VT ... Gl. 20
Zurück zu Fig. 3, das Programm geht zu Schritt S20 weiter, in dem der Pseudo-Verteilerdruck b gemäß der Motordrehzahl Ne und dem Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung θTH-D (erhalten durch die Prozeduren von Fig. 17) abgefragt wird, zu Schritt S22, in dem die momentane effektive Drosselöffungsfläche A unter Verwendung der Drosselöffnung θTH und des Pseudo-Verteilerdrucks b berechnet wird, zu Schritt S24, in dem der Verzögerungswert erster Ordnung der effektiven Drosselöffungsfläche ADELAY unter Verwendung von θTH-D und b berechnet wird. Das Programm geht dann zu Schritt S26 weiter, in dem der Wert RATIO-A in der darin gezeigten Weise berechnet wird, worin ABYPASS einen Wert bezeichnet, der der das Drosselventil 16 umgehenden Luftmenge entspricht, wie etwa jener, die im sekundären Weg 30 strömt, und dann in Antwort auf den Hubbetrag des Solenoidventils 74 (in Fig. 4 als "Hubbetrag des Solenoids" bezeichnet) in den Zylinder eingeführt wird. Da die Bypassluftmenge berücksichtigt werden muß, um die Kraftstoffeinspritzmenge genau zu bestimmen, wird die Bypaßluftmenge vorab bestimmt, derart, daß die effektive Drosselöffnungsfläche als ABYPASS zur effektiven Drosselöffnungsfläche A addiert wird, und die Summe (A + ABYPASS) und das Verhältnis (RATIO-A) zwischen dem Verzögerungswert erster Ordnung der Summe (bezeichnet als "(A + ABYPASS) DELAY") berechnet wird. Obwohl nicht vollständig erläutert, wird eine zusätzliche Bypassluftmenge eingeführt, wenn die EGR (Abgasrückführung) oder die Tankspülung arbeitet, oder die Hilfsluft-Einspritzung in Betrieb ist.
Da der Wert ABYPASS sowohl zum Zähler als auch zum Nenner der im Schritt S26 gezeigten Gleichung addiert wird, wird die Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge nicht ernsthaft beeinträchtigt, auch wenn es zu einem Fehler bei der Messung der Drossel-Bypaßluftmenge kommt. Obwohl ferner eine detaillierte Erläuterung weggelassen ist, wird der additive Wert zur Bestimmung des Pseudo-Verteilerdrucks b etc. verwendet.
Das Programm geht dann zu Schritt S28 weiter, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge Timap mit dem Verhältnis RATIO-A multipliziert wird, um die Kraftstoffeinspritzmenge TTH zu bestimmen, die der betreffenden Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth entspricht. Das Programm geht dann zu Schritt S30 weiter, in dem die Differenz zwischen dem gerade im momentanen Steuer-(Programm)-Zyklus abgefragten Wert b, hier als " b(k)" bezeichnet, und dem im letzten Steuerzyklus abgefragten Wert, hier als " b(k-1)" bezeichnet, unter dem Namen Delta b bestimmt wird, zu Schritt S32, in dem die momentane Kammerfülluftmenge Delta Gb aus dem idealen Gasgesetz berechnet wird, zu Schritt S34, in dem dessen geglätteter Wert, d. h. dessen Verzögerungswert erster Ordnung, Delta Gb-D berechnet wird, zu Schritt S36, in dem die Korrekturmenge Delta Ti aus Kennfelddaten abgefragt wird, deren Charakteristik nicht dargestellt ist, jedoch ähnlich ist wie in Fig. 12 gezeigt, unter Verwendung des Werts Delta Gb-D und des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als Adreßdaten.
Das Programm geht dann zu Schritt S38 weiter, in dem der abgefragte Wert Delta Ti mit einem Koeffizienten kta multipliziert wird, um die Lufttemperaturkorrektur durchzuführen. Dies erfolgt durch Abfragen einer Tabelle, deren Charakteristik in Fig. 16 gezeigt ist, durch die erfaßte Einlaßlufttemperatur Ta. Der Grund hierfür ist, daß das ideale Gasgesetz (Gleichung 6) in der Berechnung verwendet wird. Das Programm geht dann zu Schritt S40 weiter, in dem von der Kraftstoffeinspritzmenge TTH die Korrekturmenge Delta Ti subtrahiert wird, um die Ausgage-Kraftstoffeinspritzmenge Tout zu bestimmen, zu Schritt S42, in dem die Kraftstoffeinspritzdüse 22 in Antwort hierauf angetrieben wird. Der Wert Tout wird vorab einer Batteriespannungskorrektur o. dgl. unterzogen, die ebenfalls nicht Hauptpunkt der Erfindung ist, so daß dies hier nicht erläutert wird.
Wenn Schritt S12 feststellt, daß der Motor angelassen wird, geht das Programm zu Schritt S44, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge Ticr beim Anlassen aus einer Tabelle (nicht gezeigt) unter Verwendung der Motorkühlwassertemperatur Tw als Adreßwert abgefragt wird, zu Schritt S46, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge Tout gemäß einer Gleichung für Motoranlassen (Erläuterung fehlt) bestimmt wird, wohingegen, wenn Schritt S14 feststellt, daß die Kraftstoffzufuhr gerade unterbrochen wird, das Programm zu Schritt S46 weitergeht, in dem die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf null gesetzt wird.
Mit dieser Anordnung wird es somit möglich, durch einen einfachen Algorithmus vom stationären Motorbetriebszustand bis zum Übergangs-Motorbetriebszustand eine vollständige Beschreibung zu erhalten. Ferner wird es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge im stationären Motorbetriebszustand durch Kennfelddatenabfrage im beträchtlichen Ausmaß sicherzustellen, und daher kann die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge optimal ohne Durchführung komplizierter Berechnungen bestimmt werden. Da ferner die Gleichungen nicht zwischen dem stationären Motorbetriebszustand und dem Übergangs-Motorbetriebszustand geschaltet werden, und da die Gleichungen die gesamten Motorbetriebszustände beschreiben können, kommt es nicht zu einer Steuer-Diskontinuität, die andernfalls in der Nähe des Schaltpunkts auftreten würde, wenn die Gleichungen zwischen dem stationären und dem Übergangs-Motorbetriebszustand geschaltet würden. Da ferner das Verhalten der Luftströmung richtig beschrieben wird, kann die Anordnung die Konvergenz und die Genauigkeit der Steuerung/Regelung verbessern.
Da ferner die Anordnung so ist, daß bei der Bestimmung der effektiven Drosselöffnungsfläche A und deren Verzögerungswert erster Ordnung ADELAY zur Berechnung des Verhältnisses RATIO-A dazwischen der Verzögerungswert erster Ordnung der Drosselöffnung θTH-D im momentanen Steuerzyklus durch Berechnen des gewichteten Mittelwerts zwischen dem Wert im letzten Steuerzyklus und der Drosselöffnung im momentanen Steuerzyklus bestimmt wird, während die Gewichtung mit der Motordrehzahl geändert wird, kann die Anordnung den Nachteil lösen, daß das Verhältnis durch Zunahmen und Abnahmen der Motordrehzahl beeinflußt wird, wie in Fig. 23A gezeigt, und es wird daher möglich, das Verhalten der Drosseldurchlaßluftmenge adäquat zu beschreiben, wie in Fig. 10 und 23B unten dargestellt, und es wird eine genaue Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge über den gesamten Bereich von Motorbetriebszuständen einschließlich dem Übergangsmotorbetriebszustand möglich.
Fig. 19 ist ein. Flußdiagramm mit Darstellung der zweiten Ausführung der Erfindung.
In der zweiten Ausführung ist die Anordnung derart, daß in Schritt S24 ein vorläufiger Wert vom Pseudowert ADELAY(k-1) zuerst aus θTH-D und b bestimmt wird, und im nächsten Schritt (525) der Wert ADELAY vom momentanen Zyklus bestimmt wird. Insbesondere wird, wie in Fig. 20 dargestellt, das Gewicht α aus einer Tabelle gemäß der erfaßten Motordrehzahl in Schritt S200 abgefragt, und im nächsten Schritt (S202) wird der Verzögerungswert erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche ADELAY wie dargestellt berechnet. In anderen Worten, es wird das Gewicht α so bestimmt, daß es abnimmt, so daß der Beitrag der effektiven Drosselöffnungsfläche zunimmt, wenn die Motordrehzahl abnimmt. Der Rest der Konfiguration sowie die Vorteile sind genauso wie in der ersten Ausführung.
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Modifikation der in Fig. 4 dargestellten Konfiguration.
Insbesondere stellte sich bei weiterer Untersuchung des Systems heraus, daß es nicht erforderlich ist, jeweils die Drosseldurchlaßmenge Gth sowie die Kammerfülluftmenge Gb zu bestimmen, und es möglich ist, die in den Zylinder gesaugte Luftmenge Gc aus der Drosseldurchlaßmenge Gth zu berechnen, indem man die Kammerfülluftmenge Gb aus der Drosseldurchlaßluftmenge Gth berechnet. Diese Anordnung kann die Konfiguration einfacher machen und den Rechenaufwand senken.
Insbesondere kann in Gl. 6 die in den Zylinder gesaugte Luftmenge Gc pro Zeiteinheit Delta T gemäß Gl. 21 ausgedrückt werden. Diese ist äquivalent zu den Gl. 22 und 23 und der Umschreibung von Gl. 22 und 23 in der Form von Übertragungsfunktions-Zugewinnen Gl. 8. In anderen Warten, es stellte sich heraus, daß die in den Zylinder gesaugte Luftmenge Gc aus dem Verzögerungswert erster Ordnung der Drosseldurchlaßluftmenge Gth erhalten werden kann. Fig. 21 zeigt dies. Da die Übertragungsfunktion (1-B')/(z-B') von der in Fig. 4 verwendeten unterschiedlich ist, wird ihr das Symbol "'" zugefügt.
Gc(k) = Gth(k) - Gb(k - 1) ... Gl. 21
Gc(k) = α·Gth(k) + β·Gb(k - 1) ... Gl. 22
Gb(k) = (1 - α)·Gth(k) + (1 - β)·Gb(k - 1) ... Gl. 23
Daher kann die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt werden als:
Tout = Timap · A/ADELAY = Timap · RATIO-A
Aus dem obigen wird ersichtlich, daß die ersten und zweiten Ausführungen bei der in Fig. 21 gezeigten Konfiguration anwendbar sind. In diesem Fall genügt es, daß anstelle des Pseudo-Verteilerdrucks der Verteilerdruck selbst in den gezeigten Berechnungen, beispielsweise in Fig. 3, verwendet wird.
Ferner ist anzumerken, daß im Vorstehenden bei der Bestimmung des Verzögerungsverhaltens erster Ordnung der Korrekturmenge Delta Ti der Verzögerungswert erster Ordnung der momentanen Kammerfülluftmenge Delta Gb zuerst berechnet wird und dann der Wert Delta Ti daraus entsprechend der Charakteristik ähnlich jener berechnet wird, die in Fig. 12 gezeigt ist. Die Erfindung ist nicht auf die Offenbarung beschränkt und es ist alternativ möglich, den Verzögerungswert erster Ordnung des Pseudo-Verteilerdrucks Delta b oder den Wert Delta Ti selbst zu erhalten.
Ferner ist anzumerken, daß, obwohl die Korrekturmenge Delta Ti vorab als Kennfelddaten vorbereitet ist, es alternativ möglich ist, diese durch teilweises oder insgesamtes Durchführen der Berechnungen zu erhalten.
Ferner ist anzumerken, daß, obwohl die Änderung des Pseudo- Verteilerdrucks Delta b aus der Differenz zwischen den in den momentanen und letzten Steuerzyklen erhaltenen Werten erhalten wird, es alternativ möglich ist, einen Wert zu verwenden, der im jenem vorhergehenden Steuerzyklus erhalten wurde. Ferner ist es alternativ möglich, ein Differential oder Differential-Integral der Werte zu verwenden.
Ferner ist anzumerken, daß, obwohl die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch Subtrahieren der Korrekturmenge Delta Ti, die der Kammerfülluftmenge entspricht, von der Kraftstoffeinspritzmenge Timap erhalten wird, es alternativ möglich ist, die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout unmittelbar aus der Kraftstoffeinspritzmenge Timap zu bestimmen, wenn der Motor nur einen Zylinder hat, dessen Kammervolumen vernachlässigbar klein ist.
Anzumerken ist ferner, daß, obwohl der Verzögerungswert erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche unter Verwendung des Verzögerungswerts erster Ordnung der Drosselöffnung verwendet wird, es alternativ möglich ist, den Verzögerungswert erster Ordnung der effektiven Drosselöffnung selbst zu erhalten.
Ferner ist anzumerken, daß, obwohl die Kraftstoffeinspritzmenge Timap vorab als Kennfelddaten vorbereitet ist, es alternativ möglich ist, anstelle des Werts Timap die Drosseldurchlaß-Luftmenge Gth als Kennfelddaten vorzubereiten. Obwohl die Alternative den Nachteil hat, daß sie eine Änderung der in den Zylinder gesaugten Luftmenge aufgrund Pulsieren oder eines resultierenden Fehlers, wenn die Charakteristik der Kraftstoffeinspritzdüsen nicht linear ist, nicht absorbieren könnte, ist es nichtsdestoweniger möglich, im gewissen Umfang die Aufgabe der Erfindung zu lösen.
Anzumerken ist ferner, daß, obwohl der Verzögerungswert erster Ordnung für ADELAY, θTH-D verwendet wird, es alternativ möglich ist, einen Verzögerungswert zweiter oder höherer Ordnung zu verwenden.
Die Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden:
Ein System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor unter Verwendung eines fluiddynami schen Modells, woraus die Drosseldurchlaß-Luftmenge bestimmt wird. Beruhend auf der Beobachtung, daß die Differenz zwischen dem stationären Motorbetriebszustand und dem Übergangs-Motorbetriebszustand als die Differenz der effektiven Drosselöffnungsflächen beschrieben werden kann, wird die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt aus dem Produkt des Verhältnisses zwischen der Fläche und deren Verzögerungswert erster Ordnung und der Kraftstoffeinspritzmenge im stationären Motorbetriebszustand, die durch Kennfelddatenabfrage erhalten wird, und durch Subtrahieren der Korrekturmenge, die der Kammerfülluftmenge entspricht. Die Verzögerung erster Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche wird unter Verwendung eines Gewichts berechnet, das sich mit der Motordrehzahl ändert, so daß die Verlängerung oder Verkürzung des OT-Intervalls aufgrund abnehmender/zunehmender Motordrehzahl die Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge nicht beeinflußt.

Claims

1. System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor, umfassend:

ein Motorbetriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen von Parametern, die einen Motorbetriebszustand anzeigen, zumindest einschließlich einer Motordrehzahl (Ne), einem Verteilerdruck (Pb) und einer Drosselventilöffnung (θTH);

ein Kraftstoffeinspritzmengen-Erhaltemittel zum Erhalten einer Kraftstoffeinspritzmenge (Timap) entsprechend einer vorbestimmten Charakteristik, zumindest beruhend auf der Motordrehzahl (Ne) und dem Verteilerdruck (Pb);

ein erstes effektive Drosselöffnungsflächen- Bestimmungsmittel zur Bestimmung einer effektiven Drosselöffnungsfläche (A) zumindest beruhend auf der Drosselventilöffnung (θTH) und dem Verteilerdruck (Pb);

ein zweites effektive Drosselöffnungsflächen- Bestimmungsmittel zur Bestimmung eines Wertes (ADELAY), der eine Verzögerung n-ter Ordnung der effektiven Drosselöffnungsfläche (A) anzeigt,

ein Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzmenge (Taut) durch Multiplizieren der Kraftstoffeinspritzmenge (Timap) mit einem Verhältnis zwischen der effektiven Drosselöffnungsfläche (A) und dem Wert (ADELAY) gemäß

Tout = Timap · A/ADELAY

dadurch gekennzeichnet, daß das zweite effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel den Wert (ADELAY) unter Verwendung einer Zeitkonstanten bestimmt, die sich mit der Motordrehzahl (Ne) ändert.

2. System nach Anspruch 1, wobei das zweite effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel umfaßt:

ein Verzögerungswert n-ter Ordnung-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines Werts (θTH-D), der einen Verzögerungswert n-ter Ordnung der Drosselventilöffnung (θTH) unter Verwendung einer Zeitkonstanten (α) anzeigt, die sich mit der Motordrehzahl (Ne) ändert; und

ein ADELAY-Berechnungsmittel zum Berechnen des Werts (ADELAY) zumindest auf der Basis des Werts (θTH- D).

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verzögerungswert n-ter Ordnung-Bestimmungsmittel den Wert (θTH-D) bestimmt durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts zwischen dem Wert (θTH-D) und der Drosselventilöffnung (θTH) unter Verwendung eines Gewichts (α), das sich mit der Motordrehzahl (Ne) ändert.

4. System nach Anspruch 3, wobei das Verzögerungswert n- ter-Ordnung-Bestimmungsmittel das Gewicht (α) kleiner macht, wenn die Motordrehzahl abnimmt, so daß der Beitrag der Drosselöffnung (θTH) zunimmt, wenn die Motordrehzahl (Ne) abnimmt.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei das ADELAY-Berechnungsmittel den Wert ADELAY auf der Basis des Werts (θTH-D) und des Verteilerdrucks (Pb) berechnet.

6. System nach Anspruch 5, wobei der Verteilerdruck (Pb) ein Pseudo-Verteilerdruck ist, der aus dem Verzöge rungswert n-ter Ordnung (θTH-D) und der Motordrehzahl erhalten wird.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei das Verzögerungswert n-ter Ordnung-Bestimmungsmittel umfaßt:

ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der Drosselventilöffnung (θTH) mit einer Randgrenze (θTHW); und

ein Ersetzmittel zum Ersetzen der Drosselventilöffnung (θTH) durch die Randgrenze (θTHW), wenn die Drosselventilöffnung (θTH) nicht kleiner als die Randgrenze (θTHW) ist.

8. System nach Anspruch 1, wobei das zweite effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel den Wert (ADELAY) bestimmt durch Berechnen eines gewichteten Mittelwerts zwischen dem Wert (ADELAY) und der effektiven Drosselöffnungsfläche (A) unter Verwendung eines Gewichts (α), das sich mit der Motordrehzahl (Ne) ändert.

9. System nach Anspruch 8, wobei das zweite effektive Drosselöffnungsflächen-Bestimmungsmittel das Gewicht (α) kleiner macht, wenn die Motordrehzahl abnimmt, so daß der Beitrag der effektiven Drosselöffnungsfläche (A) zunimmt, wenn die Motordrehzahl (Ne) abnimmt.