GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung, wobei Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt
wird. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, das Verschlechtern der
Verbrennung zu verhindern und dadurch die Kraftstoffausnutzung zu verbessern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In letzter Zeit wurden zum Verringern schädlicher Abgaskomponenten und zum
Verbessern der Kraftstoffausnutzung verschiedene Mehrzylindermotoren mit
Direkteinspritzung vorgeschlagen, bei denen der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt
wird (siehe beispielsweise das offengelegte japanische Patent 240044/93). Bei einem
Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung wird ein Umschalten zwischen einem
Ansaugtakt-Einspritzmodus, bei dem die Kraftstoffeinspritzung hauptsächlich im Ansaugtakt
erfolgt, und einem Kompressionstakt-Einspritzmodus, bei dem die Kraftstoffeinspritzung
hauptsächlich im Kompressionstakt erfolgt, entsprechend den Betriebszuständen
ausgeführt.
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Weiterhin findet bei einem Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung ebenso wie
bei einem Ansaugrohr-Einspritzmotor eine Steuerung (ein
Kraftstoff-Unterbrechungsmodus) zum Unterbrechen der Zufuhr von Kraftstoff zu einer Brennkammer des Motors
entsprechend Betriebszuständen statt, und eine Entscheidungsdrehzahl zum Auslösen der
Kraftstoffunterbrechung in einem Kraftstoff-Unterbrechungsmodus sowie eine
Kraftstoffrückführungs-Drehzahl zur Rückkehr aus dem Kraftstoff-Unterbrechungsmodus und zum
Wiederaufnehmen der Kraftstoffzufuhr sind auf vorgegebene Drehzahlen gelegt. Die
Leerlaufdrehzahl ist auch auf einen vorgegebenen Wert gelegt. Die Entscheidungsdrehzahl,
die Kraftstoffrückführungs-Drehzahl und die Leerlaufdrehzahl werden abhängig davon, ob
das Getriebe ein manuelles Getriebe oder ein Automatikgetriebe ist und auch abhängig
davon, ob eine Klimaanlage oder eine andere Hilfsvorrichtung in Betrieb ist, eingestellt.
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Beispielsweise wird eine Entscheidungsdrehzahl zum Einleiten der
Kraftstoffunterbrechung abhängig davon, ob eine Klimaanlage oder eine andere Hilfsvorrichtung ein-
oder ausgeschaltet ist, für jedes manuelle und automatische Getriebe eingestellt. Weiterhin
wird die Leerlaufdrehzahl bei jeder Neutralposition im manuellen und automatischen
Getriebe sowie bei einer Fahrposition im Automatikgetriebe abhängig davon eingestellt, ob
der Betrieb einer Klimaanlage oder einer anderen Hilfsvorrichtung ein- oder ausgeschaltet
ist. Dementsprechend wird durch Einstellen der
Kraftstoffunterbrechungs-Anfang-Entscheidungsdrehzahl, der Kraftstoffrückführungs-Drehzahl und der Leerlaufdrehzahl für
jeden Betriebsmodus entsprechend dem Getriebetyp und seinem Betriebszustand eine
optimale Drehzahl erhalten, wodurch die Kraftstoffausnutzung verbessert werden kann.
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Bei einem Mehrzylindermotor mit Direkteinspritzung wird ein
Kraftstoff-Unterbrechungsmodus entsprechend dem Betriebszustand angewendet, und eine
Entscheidungsdrehzahl, die das Einleiten der Kraftstoffunterbrechung auf einer Seite niedriger Drehzahl
ermöglicht, eine Kraftstoffrückführungs-Drehzahl und weiter eine Leerlaufdrehzahl werden
entsprechend den Betriebszuständen fein eingestellt, um die Kraftstoffausnutzung zu
verbessern. Eine Verbesserung der Kraftstoffausnutzung wird auch durch Einstellen des Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses auf einen magereren Wert als das stöchiometrische Verhältnis,
also durch Einstellen auf ein magereres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhalten. In letzter Zeit ist
der Energiesparbedarf jedoch immer ausgeprägter geworden, und eine weitere
Verbesserung der Kraftstoffausnutzung ist nun selbst für einen Mehrzylindermotor mit
Direkteinspritzung erwünscht.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten Umstände
gemacht, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für eine
Brennkraftmaschine bereitzustellen, wodurch die Kraftstoffausnutzung verbessert wird, ohne daß
die Verbrennung verschlechtert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Lösen der oben erwähnten Aufgabe ein
Steuersystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 vorgesehen.
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Weil die Leerlaufdrehzahl beim Kompressionstakt-Einspritzmodus, der hinsichtlich
der Verbrennung und der Ansprechempfindlichkeit überlegen ist, auf einen niedrigeren
Wert gelegt ist als die Leerlaufdrehzahl beim Ansaugtakt-Einspritzmodus wird der
Leerlauf während des Betriebs im Kompressionstakt-Einspritzmodus auf eine niedrige
Motordrehzahl gelegt. Daher kann die Kraftstoffausnutzung verbessert werden, ohne daß die
Verbrennung verschlechtert wird.
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Während eines Leerlaufzustands der Brennkraftmaschine wählt die Einspritzmodus-
Auswahleinrichtung den Kompressionstakt-Einspritzmodus in einem normalen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine aus und wählt den Ansaugtakt-Einspritzmodus in einem
besonderen Betriebszustand des Motors aus. Der besondere Betriebszustand gibt einen
Niedertemperaturzustand der Brennkraftmaschine oder einen Sicherheitszustand zur Vermeidung
von Problemen an mindestens einem von mehreren Sensoren oder von Problemen
einer auf den Ausgangssignalen von verschiedenen Sensoren beruhenden Steuerung an.
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Die Leerlaufdrehzahl-Einstelleinrichtung stellt die erste und die zweite
Soll-Leerlaufdrehzahl entsprechend Betriebszuständen eines Lastglieds ein, das einen Einfluß auf
die Leistung der Brennkraftmaschine ausübt und durch die Abtriebswelle des Motors
angetrieben wird.
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Die Brennkraftmaschine ist mit einer Temperaturerfassungseinrichtung zum
Erfassen der Temperatur des Motors versehen, wobei die Leerlaufdrehzahl-Einstelleinrichtung
die erste bzw. die zweite Soll-Leerlaufdrehzahl auf der Grundlage der von der
Temperaturerfassungseinrichtung erfaßten Temperatur einstellt.
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Auf einer Seite hoher Motortemperatur legt die
Leerlaufdrehzahl-Einstelleinrichtung die erste bzw. die zweite Soll-Leerlaufdrehzahl auf kleinere Werte als auf einer Seite
niedriger Motortemperatur.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist ein schematisches Konstruktionsdiagramm einer
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die ein Steuersystem gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist,
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Fig. 2 ist ein Steuerkennfeld zur Kraftstoffeinspritzung,
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Fig. 3 ist eine Graphik, in der dargestellt ist, in welchem Zustand eine
Entscheidungsdrehzahl und eine Rückkehrdrehzahl eingestellt werden, und
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Fig. 4 ist eine Graphik, in der dargestellt ist, in welchem Zustand eine
Rückkehrdrehzahl und eine Leerlaufdrehzahl eingestellt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Ein Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung
wird weiter unten mit Bezug auf die anliegende Zeichnung in Einzelheiten beschrieben.
Ein Beispiel der Brennkraftmaschine ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung, wobei Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird.
Der Aufbau der Brennkraftmaschine wird nun mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
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Die Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, auf die das Steuersystem
angewendet wird, ist ein vier gerade Zylinder aufweisender Dieselmotor mit
Direkteinspritzung (Direkteinspritzmotor) 1, wobei der Kraftstoff direkt in eine
Verbrennungskammer eingespritzt wird. Beim Direkteinspritzmotor 1 sind eine Verbrennungskammer, eine
Ansaugvorrichtung und eine Abgas-Rückführvorrichtung (EGR-Vorrichtung) speziell für
die Direkteinspritzung ausgelegt.
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Für jeden Zylinder ist eine Zündkerze 3 an einem Zylinderkopf 2 des
Direkteinspritzmotors 1 angebracht, und es ist auch für jeden Zylinder ein elektromagnetisches
Kraftstoff-Einspritzventil 4 am Zylinderkopf angebracht, das als
Kraftstoff-Zuführeinrichtung dient. Eine Düse des Kraftstoff-Einspritzventils 4 öffnet sich in eine
Verbrennungskammer 5, so daß vom Kraftstoff-Einspritzventil 4 durch einen Treiber 20 eingespritzter
Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 5 geleitet wird. Ein Kolben 7 ist vertikal
gleitfähig in jeden Zylinder 6 des Motors 1 eingepaßt, wobei im oberen Teil des Kolbens 7
ein halbkugelförmiger vertiefter Hohlraum 8 ausgebildet ist. Der Hohlraum 8 fördert das
Erzeugen einer Wirbelströmung in Gegenrichtung (eine im Uhrzeigersinn gerichtete
Ansaugströmung in der Verbrennungskammer 5 in Fig. 1), die der gewöhnlichen Ansaug-
Wirbelströmung von der Ansaugöffnung entgegengerichtet ist, die später beschrieben wird.
Durch diese Wirbelströmung in Gegenrichtung werden vom Kraftstoff-Einspritzventil
eingespritzte Nebelteilchen des Kraftstoffs in zufriedenstellender Weise in der Nähe der
Zündkerze 3 gesammelt. Folglich werden zur Zeit des Zündens ein
Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnis oder eine überreiche
Mischung sowie eine um eine reiche Mischung herum vorhandene sehr magere Mischung als
Schichten um die Zündkerze 3 herum gebildet.
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Im Zylinderkopf 2 sind eine Ansaugöffnung 9 und eine Auslaßöffnung 10, die
beide der Verbrennungskammer 5 gegenüberstehen, gebildet. Die Ansaugöffnung 9 wird
durch einen Arbeitsgang eines Ansaugventils 11 geöffnet und geschlossen, während die
Auslaßöffnung 10 durch einen Arbeitsgang eines Auslaßventils 12 geöffnet und
geschlossen wird. Im oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 2 sind eine ansaugseitige Nockenwelle 13
und eine auslaßseitige Nockenwelle 14 drehbar gehalten. Das Ansaugventil 11 wird durch
eine Drehung der ansaugseitigen Nockenwelle 13 betätigt, während das Auslaßventil 12
durch eine Drehung der auslaßseitigen Nockenwelle 14 betätigt wird. Ein
Abgas-Rückführabschnitt (eine EGR-Öffnung) 15 mit einem großen Durchmesser verzweigt von der
Auslaßöffnung 10 schräg nach unten.
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Ein Wassertemperatursensor 16 zum Erfassen der Temperatur von Kühlwasser ist
in der Nähe der Zylinder 6 des Einspritzmotors 1 angeordnet. Weiterhin ist ein flügelartiger
Kurbelwinkelsensor 17 bereitgestellt, der bei einer vorgegebenen Kurbelposition
(beispielsweise 75º BTDC und 5º BTDC) in jedem Zylinder ein Kurbelwinkelsignal SGT
ausgibt. Der Kurbelwinkelsensor 17 kann auch die Motorgeschwindigkeit erfassen. Die
sich bei halber Drehzahl der Nockenwelle drehenden Nockenwellen 13 und 14 sind jeweils
mit einem Unterscheidungssensor 18 versehen, der ein Zylinderidentifikationssignal SGC
ausgibt. Es ist mit dem Zylinderidentifikationssignal SGC möglich, zu entscheiden, von
welchem Zylinder das Kurbelwinkelsignal SGT herrührt. Die Bezugszahl 19 bezeichnet
eine Zündspule zum Anlegen einer Hochspannung an die Zündkerze 3.
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Ein Ansaugrohr 40 ist über einen Ansaugkrümmer 21 mit der Ansaugöffnung 9
verbunden, und ein Druckausgleichbehälter 22 ist im Ansaugkrümmer 21 bereitgestellt.
Das Ansaugrohr 40 ist mit einem Luftreiniger 23, einem Drosselkörper 24, einem ersten
Luft-Nebenstromventil 25 vom Schrittmotortyp und einem Luftströmungssensor 26
versehen. Als Luftströmungssensor 26, der dem Erfassen der Menge der angesogenen Luft dient,
wird beispielsweise ein Karman-Wirbel-Strömungssensor verwendet. Falls ein
Überdrucksensor am Druckausgleichbehälter 22 angebracht ist, kann die Menge der angesogenen
Luft anhand der Differenz zwischen dem vom Überdrucksensor erfaßten Druck des
Ansaugrohrs und dem Atmosphärendruck und auch anhand der Motordrehzahl erfaßt werden.
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Am Ansaugrohr 40 ist ein Luft-Nebenstromrohr 27 mit einem großen Durchmesser
angebracht, um Luft in den Ansaugkrümmer 21 einzuführen, während der Drosselkörper
24 umgangen wird. Das Luft-Nebenstromrohr 27 ist mit einem zweiten
Luft-Nebenstromventil 28 in der Art eines linearen Elektromagnets versehen. Das Luft-Nebenstromrohr 27
hat eine Strömungswegfläche, die derjenigen des Ansaugrohrs 40 entspricht, so daß es
möglich ist, im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich des Direkteinspritzmotors 1 Luft
in der erforderlichen Menge anzusaugen, wenn das zweite Luft-Nebenstromventil 28
vollständig geöffnet ist.
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Der Drosselkörper 24 ist mit einem Drosselventil 29 zum Öffnen und Schließen des
Strömungswegs versehen und auch mit einem Drosselpositionssensor 30 zum Erfassen des
Öffnungsgrads des Drosselventils 29 versehen. Der Drosselpositionssensor 30 gibt eine
Drosselspannung aus, die zum Öffnungsgrad des Drosselventils 29 proportional ist.
Demgemäß wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 29 auf der Grundlage der ausgegebenen
Drosselspannung erfaßt. Der Drosselkörper 24 ist weiterhin mit einem Leerlaufschalter 31
zum Erfassen eines vollkommen geschlossenen Zustands des Drosselventils 29 und zum
Wahrnehmen eines Leerlaufzustands des Motors 1 versehen.
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Andererseits ist ein Auslaßrohr 33 über einen Auslaßkrümmer 32 mit der
Auslaßöffnung 10 verbunden und ist ein O&sub2;-Sensor 34 am Auslaßkrümmer 32 angebracht. Das
Auslaßrohr 33 ist mit einem Dreiwegekatalysator 35 und einem Schalldämpfer (nicht
dargestellt) versehen. Die EGR-Öflhung 15 ist über ein EGR-Rohr 36 mit einem großen
Durchmesser an die stromaufwärts gelegene Seite des Ansaugkrümmers 21 angeschlossen.
Weiterhin ist ein Schrittmotor-EGR-Ventil 37 im EGR-Rohr 36 bereitgestellt.
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Kraftstoff ist in einem Kraftstofftank 41 gespeichert und wird durch eine
Niederdruck-Kraftstoff-Motorpumpe 42 hochgesogen und dem Motor 1 über ein
Niederdruck-Zuführrohr 43 zugeführt. Der im Niederdruck-Zuführrohr 43 vorhandene Kraftstoff ist durch
einen am Rückführrohr 44 angebrachten ersten Kraftstoff-Druckregler 45 auf einen
verhältnismäßig niedrigen Druck (niedriger Kraftstoffdruck) geregelt. Der dem Motor 1 so
zugeführte Kraftstoff wird dann durch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 über ein
Hochdruck-Zuführrohr 47 und ein Überführungsrohr 48 jedem Kraftstoff-Einspritzventil 4
zugeführt.
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Die Hochruck-Kraftstoffpumpe 46 ist beispielsweise eine
Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe, die durch die auslaßseitige Nockenwelle 14 oder die ansaugseitige
Nockenwelle 13 angetrieben wird, so daß ein auf einem vorgegebenen Niveau oder darüber
liegender Ausstoßdruck selbst während des Leerlaufs des Motors 1 erzeugt werden kann. Der
Kraftstoff im Überführungsrohr 48 ist durch einen in einem Rückführrohr 49
bereitgestellten zweiten Kraftstoff-Druckregler 50 auf einen verhältnismäßig hohen Druck (hoher
Kraftstoffdruck) geregelt.
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Ein elektromagnetisches Kraftstoffdruck-Umschaltventil 51 ist am zweiten
Kraftstoff-Druckregler 50 angebracht. Wenn es eingeschaltet wird, gibt das Kraftstoffdruck-
Umschaltventil 51 den Kraftstoff frei und kann den Kraftstoffdruck dadurch im
Überführungsrohr 48 verringern. Die Bezugszahl 52 in der Figur bezeichnet ein Rückführrohr zum
Rückführen eines Teils des Kraftstoffs, der zum Schmieren oder Kühlen der Hochdruck-
Kraftstoffpumpe 46 verwendet wurde, zum Kraftstofftank 41.
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Das betreffende Fahrzeug ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 61 als
Steuersystem versehen. Die ECU 61 ist mit einer Ein-/Ausgabevorrichtung, einem
Speicher zum Speichern von Steuerprogrammen und Steuerkennfeldern, einer
Zentralverarbeitungseinheit sowie Zeitgebern und Zählern versehen. Die gesamte Steuerung des Motors 1
wird von der ECU 61 ausgeführt. Von den oben erwähnten Sensoren erfaßte Informationen
werden in die ECU 61 eingegeben, die wiederum entsprechend diesen
Informationsbestandteilen nicht nur den Kraftstoff-Einspritzmodus und die Menge des einzuspritzenden
Kraftstoffs sondern auch den Zündzeitpunkt und die Menge des einzuleitenden EGR-Gases
bestimmt und die Arbeitsweise des Treibers 20 für das Kraftstoff-Einspritzventil 4, der
Zündspule 19 und des EGR-Ventils 37 steuert.
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An die Eingangsseite der ECU 61 sind nicht nur die verschiedenen erwähnten
Sensoren sondern auch eine große Anzahl von Schaltern (nicht dargestellt) angeschlossen, und
es sind Warneinrichtungen und -vorrichtungen (nicht dargestellt) auch an die
Ausgangsseite der ECU 61 angeschlossen.
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Wenn der Fahrer den Zündschlüssel in einem kalten Zustand des
Direkteinspritzmotors 1 einschaltet, werden die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 42 und das Kraftstoffdruck-
Umschaltventil 51 eingeschaltet, und der auf einem niedrigen Druck liegende Kraftstoff
wird dann in das Kraftstoff-Einspritzventil 4 eingeführt. Wenn der Fahrer den Zündschlüssel
als nächstes auf die Startposition dreht, wird der Motor 1 durch einen Selbststartmotor
(nicht dargestellt) angelassen, und die Kraftstoff-Einspritzsteuerung wird gleichzeitig durch
die ECU 61 ausgelöst.
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Zu diesem Zeitpunkt wählt die ECU 61 einen Einspritzmodus eines früheren
Zeitraums (einen Kraftstoff-Einspritzmodus im Ansaugtakt), in dem Kraftstoff eingespritzt
wird, um ein verhältnismäßig reiches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen.
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In diesem Hochfahrzustand ist das zweite Luft-Nebenstromventil 28 im
wesentlichen vollständig geschlossen. Daher wird das Ansaugen von Luft in die
Verbrennungskammer 5 durch einen vom Drosselventil 29 festgelegten Zwischenraum oder durch das
erste Luft-Nebenstromventil 25 ausgeführt.
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Wenn das Hochfahren des Motors 1 abgeschlossen wurde und die Maschine bei
einer vorgegebenen Drehzahl in den Leerlauf übergeht, wird ein Nenn-Ausstoßvorgang der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 eingeleitet und wird das Kraftstoffdruck-Umschaltventil 51
durch die ECU 61 abgeschaltet, so daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff dem
Kraftstoff-Einspritzventil 4 zugeführt wird. Zu dieser Zeit wird die Menge des
einzuspritzenden Kraftstoffs beispielsweise anhand des für den zweiten Kraftstoff = Druckregler 50
festgelegten Kraftstoffdrucks oder des vom Kraftstoff-Drucksensor, der den
Kraftstoffdruck im Überführungsrohr 48 erfaßt, erfaßten Kraftstoffdrucks und auch anhand der
Öffnungszeit des Kraftstoff-Einspritzventils 4 bestimmt.
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Bis die vom Wassertemperatursensor 16 erfaßte Kühlwassertemperatur bis auf
einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, wird wie beim Hochfahrzustand der
Einspritzmodus des früheren Zeitraums gewählt, und es wird Kraftstoff eingespritzt. Die Steuerung der
Leerlaufdrehzahl entsprechend einer Erhöhung oder Verringerung der Last von
Hilfsvorrichtungen, wie der Klimaanlage, wird durch das erste Luft-Nebenstromventil 25
ausgeführt. Wenn der O&sub2;-Sensor 34 nach Ablauf eines vorgegebenen Zyklus aktiviert wird, wird
eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung entsprechend der
Ausgangsspannung des O&sub2;-Sensors eingeleitet.
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Dadurch werden giftige Abgasbestandteile bis zu einem zufriedenstellenden Grad
durch den Dreiwegekatalysator 35 gereinigt.
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Nach Abschluß des Aufwärmens des Direkteinspritzmotors 1 entnimmt die ECU 16
den gegenwärtigen Kraftstoff-Einspritzbereich aus dem Kraftstoffeinspritz-Kennfeld aus
Fig. 2 und bestimmt einen Kraftstoff-Einspritzmodus
(Einspritzmodus-Auswahleinrichtung) auf der Grundlage eines anhand der Drosselspannung, die zum Öffnungsgrad des
Drosselventils 29 proportional ist, erhaltenen Soll-Ausgangskorrelationswert,
beispielsweise einen durchschnittlichen Soll-Effektivdruck Pet und die Motordrehzahl Ne. Auf diese
Weise wird die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs, die zum Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in jedem Kraftstoff-Einspritzmodus proportional ist, bestimmt. Daraufhin wird der
Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils 4 entsprechend der so bestimmten Kraftstoffmenge
gesteuert, und es wird gleichzeitig der Betrieb der Zündspule 19 gesteuert. Die
Ein-Ausschalt-Steuerung wird auch für das erste und das zweite Luft-Nebenstromventil 25, 28 und
das EGR-Ventil 37 ausgeführt. Das erste Luft-Nebenstromventil 25 und das zweite Luft-
Nebenstromventil 28 werden von der ECU 61 einheitlich gesteuert, und es wird
entsprechend der Menge der angesogenen Luft, die das Drosselventil 29 umgehen soll, bestimmt,
in welchem Maße jedes Ventil zu öffnen ist.
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In einem Bereich geringer Last, wie im Leerlauf oder bei langsamer Fahrt, wird ein
in Fig. 2 dargestellter magerer Einspritzmodus eines späteren Zeitraums als ein Kraftstoff-
Einspritzbereich gewählt. In diesem Fall werden das erste Luft-Nebenstromventil 25 und
das zweite Luft-Nebenstromventil 28 gesteuert, und ein dem durchschnittlichen
Soll-Effektivdruck Pet entsprechendes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird auf der Grundlage der
Drosselspannung und der Motordrehzahl Ne festgelegt, um ein mageres Luft-Kraftstoff-
Verhältnis zu erhalten. Daraufhin wird die Menge des proportional zum
Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzuspritzenden Kraftstoffs festgelegt und der Betrieb des
Kraftstoff-Einspritzventils 4 so gesteuert, daß die Kraftstoffeinspritzung entsprechend der so festgelegten
Kraftstoffmenge vorgenommen wird.
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In einem Bereich mittlerer Last wie bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit
wird entsprechend einem Lastzustand oder der Motordrehzahl ein magerer Einspritzmodus
eines früheren Zeitraums oder ein Modus mit stöchiometrischer Rückkopplung, der in
Fig. 2 dargestellt ist, ausgewählt. Im mageren Einspritzmodus eines früheren Zeitraums
wird das erste Luft-Nebenstromventil 25 ebenso wie das herkömmliche Leerlaufdrehzahl-
Steuerventil gesteuert, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einem vom
Luftströmungssensor 26 bereitgestellten Ansaugluftmengensignal und der Motordrehzahl
berechnet und wird die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs so gesteuert, daß ein
verhältnismäßig mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt wird.
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Im Modus mit stöchiometrischer Rückkopplung wird das erste
Luft-Nebenstromventil 25 wie im mageren Einspritzmodus des früheren Zeitraums ebenso gesteuert wie das
herkömmliche Leerlaufdrehzahl-Steuerventil, während das zweite Luft-Nebenstromventil
28 vollkommen geschlossen ist, um eine übermäßige Erhöhung der Leistung zu
verhindern. Weiterhin wird das EGR-Ventil 37 so gesteuert, daß es einen im wesentlichen
vollkommen geschlossenen Zustand annimmt, und eine
Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung wird entsprechend der Ausgangsspannung des O&sub2;-Sensors 34 derart
ausgeführt, daß das Soll-Luft-Kraftstoff = Verhältnis das stöchiometrische Verhältnis annimmt,
wodurch die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs gesteuert wird.
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In einem Bereich hoher Last, wie er bei einer plötzlichen Beschleunigung oder einer
Fahrt mit hoher Geschwindigkeit auftritt, wird ein in Fig. 2 dargestellter Modus mit offener
Regelschleife ausgewählt. In diesem Modus ist das zweite Luft-Nebenstromventil 28
geschlossen, wird ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anhand des Kennfelds so festgelegt, daß
ein verhältnismäßig reiches Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt wird, und wird die Menge
des einzuspritzenden Kraftstoffs entsprechend dem so festgelegten Soll-Luft-Kraftstoff-
Verhältnis gesteuert.
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Wenn das Drosselventil 29 bei einer unbeschleunigten Fahrt oder in einem
Verzögerungszustand im wesentlichen vollkommen geschlossen ist, wird ein in Fig. 2
dargestellter Kraftstoff-Unterbrechungsmodus ausgewählt. In diesem Modus ist die Zufuhr von
Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 unterbrochen. Wenn sich der Motor in diesem
Modus weiterhin in einem normalen Betriebszustand befindet, wobei der Fall, in dem der
Motor kalt ist, und der Fall, in dem die Motordrehzahl Ne unter eine Rückkehrdrehzahl
(erste Rückkehrdrehzahl) abgesunken ist, nicht eingeschlossen sind, wird die Zufuhr von
Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 entsprechend dem mageren Einspritzmodus des
späteren Zeitraums (Modus mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) wiederaufgenommen
(Kraftstoffrückführung). Andererseits wird in einem besonderen Betriebszustand,
beispielsweise dann, wenn der Motor kalt ist oder ein Sicherheitsbetrieb vorliegt
(beispielsweise bei einem Ausfall des Drosselpositionssensors 30, der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 oder des zweiten Kraftstoff-Druckreglers 50), und dann, wenn die
Motordrehzahl Ne niedriger als die Rückkehrdrehzahl (zweite Rückkehrdrehzahl) wird, die
Zufuhr von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 entsprechend dem
Ansaugluft-Einspritzmodus (Modus mit stöchiometrischem Verhältnis) wiederaufgenommen
(Kraftstoffrückführung). Selbst dann, wenn der Fahrer das Gaspedal herunterdrückt, wird
der Kraftstoff-Unterbrechungsmodus weiterhin sofort unterbrochen, und die Zufuhr von
Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 wird entsprechend dem Betriebszustand in einem
vorgegebenen Modus wiederaufgenommen.
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Die ECU 61 ist mit der Kraftstoffunterbrechungs-Drehzahl-Einstelleinrichtung zum
Festlegen einer Motordrehzahl oder einer Entscheidungs-Drehzahl versehen, um die
Zufuhr von Kraftstoff zur Zeit des Eintretens in den Kraftstoff-Unterbrechungsmodus beim
Einspritzmodus des früheren Zeitraums (Ansaugtakt-Einspritzmodus) und beim
Einspritzmodus des späteren Zeitraums (Kompressionstakt-Einspritzmodus) zu unterbrechen.
Weiterhin ist die ECU 61 auch mit einer Rückkehrdrehzahl-Einstelleinrichtung zum Einstellen
der Motordrehzahl oder einer Rückkehrdrehzahl versehen, um die Zufuhr von Kraftstoff
aus dem Kraftstoff-Unterbrechungsmodus beim Einspritzmodus des früheren Zeitraums
und beim Einspritzmodus des späteren Zeitraums wiederaufzunehmen. Die ECU 61 ist
weiterhin mit einer Leerlaufdrehzahl-Einstelleinrichtung zum Einstellen der
Leerlaufdrehzahl des Direkteinspritzmotors 1 für den Einspritzmodus des früheren Zeitraums und den
Einspritzmodus des späteren Zeitraums versehen.
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Die durch die Einrichtung zum Einstellen der Untergrenze der Drehzahl mit
Kraftstoffunterbrechung eingestellte Entscheidungsdrehzahl und die durch die
Rückkehrdrehzahl-Einstelleinrichtung eingestellte Rückkehrdrehzahl werden für den Einspritzmodus des
früheren Zeitraums und den Einspritzmodus des späteren Zeitraums getrennt eingestellt.
Weiterhin wird die von der Leerlaufdrehzahl-Einstelleinrichtung eingestellte
Leerlaufdrehzahl für den Einspritzmodus des früheren Zeitraums und den Einspritzmodus des späteren
Zeitraums getrennt eingestellt. Genauer gesagt werden die Entscheidungsdrehzahl (die
erste Hochfahrdrehzahl mit Kraftstoffunterbrechung), die Rückkehrdrehzahl (die erste
Rückkehrdrehzahl) und die Leerlaufdrehzahl (die erste Soll-Leerlaufdrehzahl) im
Einspritzmodus des späteren Zeitraums, der hinsichtlich der Ansprechempfindlichkeit dem
Einspritzmodus des früheren Zeitraums überlegen ist, auf einen niedrigeren Wert gelegt als die
Entscheidungsdrehzahl (die zweite Hochfahr-Drehzahl mit Kraftstoffunterbrechung), die
Rückkehrdrehzahl (die zweite Rückkehrdrehzahl) und die Leerlaufdrehzahl (die zweite
Soll-Leerlaufdrehzahl) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums. Die betreffenden
Drehzahlen werden entsprechend dem verwendeten Getriebetyp, also abhängig davon, ob das
verwendete Getriebe ein manuelles Getriebe oder ein Automatikgetriebe ist, und auch
abhängig davon, ob Hilfsvorrichtungen, wie eine Klimaanlage, ein- oder ausgeschaltet sind,
eingestellt.
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Mit Bezug auf Fig. 3 wird ein Verfahren zum Einstellen der Entscheidungsdrehzahl
zum Beginnen mit der Kraftstoffunterbrechung und der Rückkehrdrehzahl zum
Wiederaufnehmen der Kraftstoffzufuhr beschrieben.
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Wie in Fig. 3 dargestellt ist, werden die Entscheidungsdrehzahlen (Entscheidungs-
Ne) zum Beginnen mit der Kraftstoffunterbrechung im Kraftstoff-Unterbrechungsmodus
im Einspritzmodus des früheren Zeitraums bzw. im Einspritzmodus des späteren Zeitraums
eingestellt. Eine Entscheidungs-Ne (erste Untergrenze der Drehzahl mit
Kraftstoffunterbrechung, in der Figur durch eine von Doppelpunkten unterbrochene Linie angegeben) im
Einspritzmodus des späteren Zeitraums ist auf einen niedrigeren Wert eingestellt als eine
Entscheidungs-Ne (zweite Untergrenze der Drehzahl mit Kraftstoffunterbrechung, durch
eine strichpunktierte Linie angegeben). Weiterhin sind Rückkehrdrehzahlen (Rückkehr-Ne)
zum Wideraufnehmen der Kraftstoffzufuhr aus dem Kraftstoff-Unterbrechungsmodus im
Einspritzmodus des früheren Zeitraums bzw. im Einspritzmodus des späteren Zeitraums
eingestellt. Eine Rückkehr-Ne (erste Rückkehrdrehzahl, in der Figur durch eine von
Doppelpunkten unterbrochene Linie angegeben) im Einspritzmodus des späteren Zeitraums ist
auf einen niedrigeren Wert eingestellt als eine Rückkehr-Ne (zweite Rückkehrdrehzahl, in
der Figur durch eine strichpunktierte Linie angegeben) im Einspritzmodus des früheren
Zeitraums.
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Wenn das Fahrzeug bei einer niedrigen Drehzahl verzögert, beispielsweise um
während des Betriebs im Einspritzmodus des früheren Zeitraums anzuhalten, und wenn die
Motordrehzahl Ne in diesem Verzögerungszustand der Entscheidungs-Ne (Punkt A) im
Einspritzmodus des früheren Zeitraums gleicht oder höher ist als diese, wie in Fig. 3 durch
eine durchgezogene Linie angegeben ist, wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und der
Kraftstoffunterbrechungsmodus eingeleitet. Wenn die Motordrehzahl Ne allmählich bis zur
Rückkehr-Ne (Punkt B) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums abnimmt, wird die
Kraftstoffzufuhr wiederaufgenommen und die Motordrehzahl Ne bei einer vorgegebenen
Drehzahl (Leerlaufbedingung) gehalten. Wenn das Fahrzeug verzögert, um während des
Betriebs im Einspritzmodus des früheren Zeitraums anzuhalten, und wenn die
Motordrehzahl Ne in diesem Verzögerungszustand niedriger ist als die Entscheidungs-Ne (Punkt A)
im Einspritzmodus des früheren Zeitraums, wird der Kraftstoffunterbrechungsmodus nicht
eingeleitet.
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Wenn das Fahrzeug andererseits bei einer niedrigen Motordrehzahl verzögert,
beispielsweise um anzuhalten, während der Betrieb im Einspritzmodus des späteren Zeitraums
abläuft, und wenn die Motordrehzahl Ne der Entscheidungs-Ne (Punkt C) im
Einspritzmodus des späteren Zeitraums gleicht oder höher ist als diese, wobei diese niedriger ist als die
Entscheidungs-Ne (Punkt A) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums, wie in Fig. 3
durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen und
der Kraftstoffunterbrechungsmodus eingeleitet. Demgemäß darf der
Kraftstoffunterbrechungsmodus die Kraftstoffzufuhr während des Betriebs im Einspritzmodus des späteren
Zeitraums unterbrechen, falls die Motordrehzahl der Entscheidungs-Ne (Punkt C) im
Einspritzmodus des späteren Zeitraums gleicht oder höher ist als diese, wobei diese niedriger
ist als die Entscheidungs-Ne (Punkt A) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums. Wenn
der Kraftstoffunterbrechungsmodus eingeleitet wurde und die Motordrehzahl Ne
allmählich abnimmt, die Rückkehr-Ne (Punkt B) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums
passiert und weiter bis auf die Rückkehr-Ne (Punkt D) im Rückkehrmodus des späteren
Zeitraums abnimmt, wird die Kraftstoffzufuhr wiederaufgenommen und die Motordrehzahl Ne
bei einer vorgegebenen Drehzahl gehalten (Leerlaufbedingung). Wenn das Fahrzeug
verzögert, um während des Betriebs im Einspritzmodus des späteren Zeitraums anzuhalten,
und wenn die Motordrehzahl Ne in diesem Verzögerungszustand niedriger ist als die
Entscheidungs-Ne (Punkt C) im Einspritzmodus des späteren Zeitraums, wird der
Kraftstoffunterbrechungsmodus nicht eingeleitet.
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Demgemäß können das Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr und das Einleiten von
dieser während des Betriebs im Einspritzmodus des späteren Zeitraums, der sowohl
hinsichtlich der Verbrennung als auch der Ansprechempfindlichkeit überlegen ist, bei einer
niedrigeren Drehzahl als beim Einspritzmodus des früheren Zeitraums ausgeführt werden.
Es wird folglich möglich, eine Kraftstoffzufuhr und eine Unterbrechung von dieser in
einem breiten Motordrehzahlbereich, der nicht nur einen Bereich hoher Drehzahlen sondern
auch einen Bereich niedriger Drehzahlen des Motors einschließt, auszuführen. Weil mit der
Kraftstoffzufuhr abgesehen davon bei einer niedrigeren Drehzahl begonnen wird, ist die
Häufigkeit der Kraftstoffzufuhr und ihrer Unterbrechung groß oder werden die Zeiträume
der Kraftstoffzufuhr und ihrer Unterbrechung länger, wodurch die Kraftstoffausnutzung
ohne ein Verschlechtern der Verbrennung verbessert werden kann.
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Wenngleich bei der vorhergehenden Beschreibung der Kraftstoff-Einspritzmodus
zum selben Einspritzmodus zurückkehrt, der vor dem Umschalten in den
Kraftstoffunterbrechungsmodus beim Einleiten der Kraftstoffzufuhr aus dem
Kraftstoffunterbrechungsmodus aktiv war, besteht keine Beschränkung auf diesen. Es kann entsprechend dem
Betriebszustand während des Einleitens der Kraftstoffzufuhr aus dem
Kraftstoffunterbrechungsmodus zum Einspritzmodus des späteren Zeitraums oder zum Einspritzmodus des
früheren Zeitraums zurückgekehrt werden.
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Wenn die Kraftstoffzufuhr im Einspritzmodus des späteren Zeitraums
wiederaufzunehmen ist, wird die Kraftstoffzufuhr an der Stelle, an der die Motordrehzahl auf einen
vorgegebenen Wert auf der Seite höherer Drehzahlen als die Rückkehr-Ne abgenommen
hat, zu einem oder mehreren Zylindern wiederaufgenommen, bevor die Kraftstoffzufuhr zu
allen Zylindern wiederaufgenommen wird. Selbst dann, wenn die Rückkehr-Ne auf eine
Seite niedriger Drehzahlen eingestellt ist, kann ein Drehmomentruck verringert werden,
und es wird möglich, die Rückkehr-Ne im Einspritzmodus des späteren Zeitraums auf die
Seite einer noch niedrigeren Drehzahl einzustellen.
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Wenngleich in Fig. 3 die Entscheidungs-Ne im Einspritzmodus des späteren
Zeitraums und die Rückkehr-Ne im Einspritzmodus des früheren Zeitraums in einer solchen
Beziehung stehen, daß die erstgenannte auf der Seite höherer Drehzahlen liegt, kann die
Korrelation der Drehzahlen entsprechend den Betriebsbedingungen geändert werden.
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Als nächstes wird weiter unten mit bezug auf Fig. 4 beschrieben, wie die
Leerlaufdrehzahl eingestellt wird.
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Wie in Fig. 4 dargestellt ist, werden Leerlaufdrehzahlen (Leerlauf-Ne) im
Einspritzmodus des früheren Zeitraums bzw. im Einspritzmodus des späteren Zeitraums
entsprechend Wassertemperaturen eingestellt. Genauer gesagt wird eine Leerlauf-Ne (erste
Soll-Leerlaufdrehzahl), in der Figur durch eine dünne, von Doppelpunkten unterbrochene
Linie angegeben, im Einspritzmodus des späteren Zeitraums auf einen niedrigeren Wert
gelegt als eine Leerlauf-Ne (zweite Soll-Leerlaufdrehzahl, in der Figur durch eine dünne
strichpunktierte Linie angegeben) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums. Weiterhin
werden Rückkehrdrehzahlen (Rückkehr-Ne) im Einspritzmodus des früheren Zeitraums
bzw. im Einspritzmodus des späteren Zeitraums entsprechend Wassertemperaturen
eingestellt. Eine Rückkehr-Ne (erste Rückkehrdrehzahl, in der Figur durch eine dicke, von
Doppelpunkten unterbrochene Linie angegeben) wird auf einen niedrigeren Wert gelegt als eine
Rückkehr-Ne (zweite Rückkehrdrehzahl, in der Figur durch eine dicke strichpunktierte
Linie angegeben).
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Demgemäß erfolgt der Leerlauf während eines Betriebs im Einspritzmodus des
späteren Zeitraums, der sowohl hinsichtlich der Verbrennung als auch der
Ansprechempfindlichkeit überlegen ist, bei einer niedrigeren Drehzahl als beim Einspritzmodus des
früheren Zeitraums, wodurch die Kraftstoffausnutzung ohne ein Verschlechtern der
Verbrennung verbessert werden kann.
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Gewöhnlich wird das Einspritzen von Kraftstoff während des Leerlaufs in einem
normalen Betriebszustand, außer wenn der Motor kalt ist, im Einspritzmodus des späteren
Zeitraums ausgeführt, so daß die Leerlauf-Ne im Einspritzmodus des früheren Zeitraums
nicht verwendet wird. Während des Leerlaufs in einem besonderen Betriebszustand,
beispielsweise während eines Sicherheits-Betriebszustands, wird jedoch bei einer
Verringerung des Unterdrucks des Bremshauptzylinders, bei einem Ausfall des
Drosselpositionssensors 30 oder in einem kalten Zustand des Motors das Einspritzen von Kraftstoff im
Einspritzmodus des früheren Zeitraums ausgeführt. Daher wird die Leerlauf-Ne im
Einspritzmodus des früheren Zeitraums eingestellt.
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Die erwähnte Entscheidungs-Ne, die erwähnte Rückkehr-Ne und die erwähnte
Leerlauf-Ne werden entsprechend dem verwendeten Getriebetyp, also abhängig davon, ob
das verwendete Getriebe ein manuelles Getriebe oder ein Automatikgetriebe ist, auf die
jeweils geeigneten Drehzahlen gelegt. Die jeweiligen Drehzahlen werden auch abhängig
davon eingestellt, ob beispielsweise eine Klimaanlage ein- oder ausgeschaltet ist.
Beispielsweise wird die Leerlauf-Ne im Einspritzmodus des späteren Zeitraums eines mit
einem Automatikgetriebe ausgerüsteten Fahrzeugs abhängig davon, ob eine
Hilfsvorrichtung, wie eine Klimaanlage, ein- oder ausgeschaltet ist, im Fahrbereich auf eine niedrigere
Drehzahl gelegt als im Neutralbereich (das Einstellen jeder Drehzahl erfolgt auf der
Grundlage eines Lastglieds, das einen Einfluß auf die Motorleistung ausübt und das durch
die Motorabtriebswelle angetrieben wird).
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Gemäß dem Steuersystem dieser Ausführungsform werden, wie oben beschrieben
wurde, die Entscheidungs-Ne, die Rückkehr-Ne und die Leerlauf-Ne im Einspritzmodus
des späteren Zeitraums, der hinsichtlich der Verbrennung und der Ansprechempfindlichkeit
überlegen ist, auf eine Seite niedrigerer Drehzahl gelegt als die Entscheidungs-Ne, die
Rückkehr-Ne und die Leerlauf-Ne im Einspritzmodus des früheren Zeitraums. Daher
können während des Betriebs im Einspritzmodus des späteren Zeitraums der
Kraftstoff-Unterbrechungsmodus sowie der Leerlauf bei einer niedrigen Drehzahl ausgeführt werden. Es ist
folglich möglich, die Kraftstoffausnutzung zu verbessern, ohne die Verbrennung zu
verschlechtern.
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Weiterhin wird die Kraftstoffzufuhr beim Wiederaufnehmen der Zufuhr von
Kraftstoff im Einspritzmodus des späteren Zeitraums aus dem Kraftstoff-Unterbrechungsmodus
für nur einen oder mehrere von allen Zylindern wiederaufgenommen, bevor die
Motordrehzahl auf die Rückkehr-Ne verringert wird. Daher kann nicht nur ein Drehmomentruck
beim Wiederaufnehmen der Kraftstoffzufuhr verringert werden, sondern es kann auch die
Rückkehr-Ne im Einspritzmodus des späteren Zeitraums auf eine noch niedrigere Drehzahl
gelegt werden.
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Wenngleich der Vierzylindermotor 1 mit Direkteinspritzung als ein Beispiel für die
Brennkraftmaschine gemäß der oben angegebenen Ausführungsform beschrieben wurde,
kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Einzylindermotor oder einen
Sechszylinder-V-Motor angewendet werden.
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Demgemäß ermöglicht das Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der
vorliegenden Erfindung das Verbessern der Kraftstoffausnutzung, ohne daß die
Verbrennung verschlechtert wird.