DE69838199T2

DE69838199T2 - Brennstoffeinspritzsteuerungssystem für Innenverbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE69838199T2
Application number: DE69838199T
Authority: DE
Inventors: Hatsuo Yokohama-shi Nagaishi; Takamasa Ueda; Hiroshi Iwano; Yuki Yokohama-shi Nakajima
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: US6058905A; DE69838199D1; KR100317159B1; EP0889218A3; EP0889218B1; EP0889218A2; KR19990013481A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in einem Verbrennungsmotor mit Zylinder-Direkteinspritzung und Funkenzündung und insbesondere ein Kraftstoffeinspritz-Steuerungsverfahren während einer Zeit, zu der der Verbrennungszustand in einem Zylinder von Homogenladungs-Verbrennung zu Schichtladungs-Verbrennung umgestellt wird und umgekehrt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den vergangenen Jahren ist Verbrennungsmotoren mit Zylinder-Direkteinspritzung und Funkenzündung Beachtung geschenkt worden, bei denen Kraftstoff von einem Kraftstoff-Einspritzventil direkt in einen jeden Zylinder des Motors eingespritzt wird. Diese Motoren sind im Allgemeinen wie folgt konfiguriert: Der Verbrennungszustand oder die Verbrennungsart in dem Zylinder wird gesteuert, um von Homogenladungs-Verbrennung auf Schichtladungs-Verbrennung umgestellt zu werden und umgekehrt. Bei der Homogenladungs-Verbrennung wird Kraftstoff bei dem Ansaughub eingespritzt, um den Kraftstoff in der Brennkammer zu verteilen, um dabei ein homogenes Luft-Kraftstoffgemisch (eine homogene Luft-Kraftstoffladung) in dem Zylinder auszubilden. Bei der Schichtladungs-Verbrennung wird Kraftstoff bei dem Verdichtungshub eingespritzt, um eine Schicht reichen Luft-Kraftstoffgemisches konzentrisch um eine Zündkerze herum auszubilden, um dadurch ein geschichtetes Luft-Kraftstoffgemisch (eine geschichtete Luft-Kraftstoffladung) in dem Zylinder auszubilden. Ein Beispiel solcher Motoren wird in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 59-37236 beschrieben.
In Verbindung mit den oben genannten Motoren wurde vorgeschlagen, einen Verbrennungsbereich einzustellen, um sogenannte schwache Schichtladungs- Verbrennung zwischen einem Verbrennungsbereich zum Erreichen von Schichtladungs-Verbrennung und einem Verbrennungsbereich zum Erreichen von Homogenladungs-Verbrennung einzustellen, in einem Kennfeld, das Verbrennungsbereiche aufweist, die entsprechend der Motordrehzahl und der Motorlast (dem Drehmoment) eingestellt werden. In diesem schwachen Schichtladungs-Verbrennungsbereich werden zwei Mal Kraftstoffeinspritzungen bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub in einem jeden Zyklus des Zylinders durchgeführt. Dieser schwache Schichtladungs-Verbrennungsbereich wird aus den folgenden Gründen eingestellt: Wenn der Schichtladungs-Verbrennungsbereich und der Homogenladungs-Verbrennungsbereich nebeneinander eingestellt werden und das Äquivalenzverhältnis der benachbarten Bereiche kontinuierlich ist, um schrittweise Drehmomentänderung während einer Zeit, in der Umstellung von Schichtladungs-Verbrennung und Homogenladungs-Verbrennung durchgeführt wird, zu verhindern, wird das Äquivalenzverhältnis um die Grenze zwischen den Schichtladungs-Verbrennungsbereich und den Homogenladungs-Verbrennungsbereich herum entweder für Schichtladungs-Verbrennung oder für Homogenladungs-Verbrennung ungeeignet. Infolgedessen wird in einem Teil (nahe der Grenze) des Schichtladungs-Verbrennungsbereiches das Luft-Kraftstoffgemisch um eine Zündkerze herum übermäßig reich, wodurch Fehlzündungen und gleichzeitig Rauchbildung verursacht werden. In einem Teil (nahe der Grenze) des Homogenladungs-Verbrennungsbereiches wird das Luft-Kraftstoffgemisch übermäßig mager, wodurch Fehlzündungen verursacht werden und die Verbrennung gleichzeitig instabil wird.
Wie weiter oben diskutiert worden ist, werden in dem schwachen Schichtladungs-Verbrennungsbereich zwischen dem Schichtladungs-Verbrennungsbereich und dem Homogenladungs-Verbrennungsbereich zwei Mal Kraftstoffeinspritzungen bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub durchgeführt, während im Wesentlichen Schichtladungs-Verbrennung erzielt wird, indem der Zündzeitpunkt der Zündkerze geeignet eingestellt wird. Dies unterdrückt die Bildung von übermäßig reichem Luft-Kraftstoffgemisch um die Zündkerze herum und unterdrückt die Zunahme von Rauchbildung, während gleichzeitig Fehlzündung und das Auftreten instabiler Verbrennung bei Homogenladungs-Verbrennung unterdrückt werden.
Jedoch sind bei den oben genannten herkömmlichen Motoren Nachteile aufgetreten, da keine Kraftstoff-Zuweisungsraten bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub berücksichtigt worden sind. Zum Beispiel besteht die Möglichkeit, dass die Kraftstoff-Einspritzmenge (für Schichtladungs-Verbrennung) bei dem Verdichtungshub übermäßig groß wird, wenn das Äquivalenzverhältnis relativ groß (reich) ist, wodurch sich die Neigung zu Fehlzündung ergibt, und dass die Kraftstoff-Einspritzmenge (für Schichtladungs-Verbrennung) übermäßig klein wird, wenn das Äquivalenzverhältnis relativ klein (mager) ist, wodurch sich die Neigung zu Fehlzündung ergibt.
Zusätzlich werden bei den oben beschriebenen Motoren die beiden Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt, um eine vorgegebene Menge von Kraftstoff in zwei Teile in dem oben genannten schwachen Schichtladungs-Verbrennungsbereich zu teilen, auch bei stabilem Motorbetriebszustand. Dies hat die folgenden Probleme aufgeworfen: Das Teilen einer vorgegebenen Menge von Kraftstoff in die beiden Teile verringert die Menge von Kraftstoff für eine jede Einspritzung und vergrößert daher einen Abweichungsfehler (einen Driftbetrag in einer Impulsbreite-Kraftstoffeinspritzmengen-Kennlinie) des Kraftstoff-Einspritzventils. Dies verringert die Genauigkeit einer Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerung und verschlechtert die Abgasemissions-Kennlinie und die Fahrbarkeit des Motors im Vergleich zu einem Motor, bei dem lediglich eine Kraftstoffeinspritzung in jedem Zyklus des Zylinders durchgeführt wird.
Da im Übrigen die Kraftstoffeinspritzmenge bei dem Ansaughub klein ist, wird das homogene Luft-Kraftstoffgemisch (die homogene Luft-Kraftstoffladung) übermäßig mager, so dass die Verbrennungsflamme unvermeidbar in der Schichtladungs-Verbrennung bei magerem Luft-Kraftstoffverhältnis verlischt, wodurch der Betrag von Emission von Kohlenwasserstoffen (unverbranntem Kraftstoff) zunimmt. Insbesondere, wenn die geteilte zweimalige Kraftstoffeinspritzung in einem niedrigen Motorlast-Betriebsbereich durchgeführt wird, bildet sich brennbares Gemisch bei der zweiten Kraftstoffeinspritzung und daher kann eine große Menge von Kraftstoff nicht bei der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt werden, so dass das homogene Gemisch übermäßig mager wird.
Weiterhin erhöht die geteilte zweimalige Kraftstoffeinspritzung in dem stabilen Motor-Betriebszustand die Menge von in einer Ansteuereinheit zum Ansteuern des Kraftstoffeinspritzventils erzeugten Wärme, welches ein Hochspannungs- Verstärkerventil ist, beziehungsweise erhöht die Produktionskosten für die Ansteuereinheit, wenn die Ansteuereinheit zwei Systeme zum Unterdrücken von Wärmeerzeugung umfasst.
WO 96/36802 beschreibt eine Steuerungsvorrichtung, die den Kraftstoffeinspritzungsmodus eines Verbrennungsmotors mit Zylindereinspritzung und Funkenzündung ändert.
Dementsprechend lehrt WO 96/36802 einen spezifischen Übergang zwischen Kraftstoffeinspritzungsmodi, wobei die Parameter für Verbrennung einschließlich der Kraftstoff-Einspritzmenge allmählich von einem Wert, der für den ersten Modus geeignet ist, auf einen Wert, der für einen zweiten Modus geeignet ist, umgestellt wird. Somit werden Korrekturfaktoren, die hinsichtlich stabiler Verbrennung ausgewählt werden, für den Übergang des Wertes genutzt.
US 5,471,963 beschreibt ein Kraftstoff-Einspritzsystem mit Kraftstoff-Einspritzventilen zum Einspritzen von Kraftstoff eine Vielzahl von Malen während eines jeden Zyklus. Die Kraftstoff-Einspritzmenge für eine jede Einspritzung wird gemäß den Anforderungen stabiler Verbrennung ausgewählt.
US 5,078,107 lehrt ein System zum Steuern von Kraftstoff-Einspritzmenge für einen Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff-Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen Zylinder. In einem kombinierten Verbrennungsmodus wird Kraftstoff zwei Mal in dem Verdichtungshub eingespritzt. Die Einspritzmodi sowie die jeweilige Kraftstoff-Einspritzmenge werden entsprechend der Gesamtkraftstoff-Einspritzmenge und der Motordrehzahl gemäß einem vorgegebenen Kennfeld ausgewählt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystems für einen Verbrennungsmotor mit Zylinderdirekteinspritzung und Funkenzündung, das stabile Verbrennung bereitstellt und das Auftreten von Fehlzündung in dem Zylinder sowie die Zunahme von Rauchbildung unterdrückt.
Die genannte Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Funkenzündung, der die Merkmale des Anspruches 1 aufweist, gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Dementsprechend kann ein Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Zylinderdirekteinspritzung und Funkenzündung stabile Verbrennung in einem Zylinder bereitstellen, eine hohe Genauigkeit der Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerung aufrecht erhalten und das Auftreten von Fehlzündung in dem Zylinder und eine Erhöhung der Rauchbildung unterdrücken.
Zweimalige Kraftstoff-Einspritzung wird bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub unter einem vorgegebenen Motor-Betriebszustand durchgeführt, wobei die jeweiligen Kraftstoff-Einspritzmengen bei dem Ansaughub und bei dem Verdichtungshub entsprechend einem Motor-Betriebszustand geeignet zugewiesen werden.
Somit wird ein verbessertes Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Zylinderdirekteinspritzung und Funkenzündung bereitgestellt, wobei der Verbrennungszustand in einem Zylinder von Schichtladungs-Verbrennung auf Homogenladungs-Verbrennung umgestellt wird und umgekehrt, wobei Steuerung des Äquivalenzverhältnisses (in Bezug auf das Luft-Kraftstoffverhältnis) und zweimalige Kraftstoffeinspritzung in Kombination erzielt werden, wenn die Umstellung des Verbrennungszustandes durchgeführt wird.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Zylinderdirekteinspritzung und Funkenzündung. Das Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem umfasst einen Abschnitt zum Regulieren von in einen Zylinder des Motors einzuspritzendem Kraftstoff so, dass eine erste und eine zweite Menge Kraftstoff bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub in jedem Zyklus des Zylinders bei einem vorgegebenen Motor-Betriebszustand eingespritzt werden, wobei die erste und die zweite Menge einer ersten Zuweisungsrate beziehungsweise einer zweiten Zuweisungsrate von Kraftstoff entspre chen. Ein Abschnitt wird bereitgestellt, um die erste und die zweite Zuweisungsrate entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis des in dem Zylinder auszubildenden Luft-Kraftstoffgemisches einzustellen.
Vorzugsweise umfasst das Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem einen Abschnitt zum Feststellen, ob es sich um einen Homogenladungs-Verbrennungszustand, der Homogenladungs-Verbrennung erfordert, oder um einen Schichtladungs-Verbrennungszustand, der Schichtladungs-Verbrennung erfordert, entsprechend einem Motor-Betriebszustand handelt. Kraftstoff wird bei dem Ansaughub zugeführt, um ein reiches Äquivalenzverhältnis bei der Homogenladungs-Verbrennung auszubilden; und Kraftstoff wird bei dem Verdichtungshub zugeführt, um ein mageres Äquivalenzverhältnis bei der Schichtladungs-Verbrennung auszubilden, wobei das reiche Äquivalenzverhältnis reicher an Kraftstoff ist als das magere Äquivalenzverhältnis. Ein Abschnitt wird bereitgestellt, um ein Äquivalenzverhältnis in einem Bereich zwischen dem reichen und dem mageren Äquivalenzverhältnis allmählich umzustellen, wenn der Motorbetrieb zwischen dem Homogenladungs-Verbrennungszustand und dem Schichtladungs-Verbrennungszustand umgestellt wird. Ein Abschnitt wird bereitgestellt, um die erste und die zweite Menge von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub in einem jeden Zyklus des Zylinders wenigstens eine vorgegebene Zeit während eines Zeitraumes, in dem das Äquivalenzverhältnis allmählich umgestellt wird, einzuspritzen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt umfasst das Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem einen Abschnitt zum Erfassen eines Motor-Betriebszustandes des Motors. Ein Abschnitt wird bereitgestellt, um ein Äquivalenzverhältnis entsprechend dem Motor-Betriebszustand zu berechnen. Ein Abschnitt wird bereitgestellt, um den in einen Zylinder des Motors einzuspritzenden Kraftstoff so zu regulieren, dass eine erste und eine zweite Menge von Kraftstoff bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub in einem jeden Zyklus des Zylinders eingespritzt werden. Ein Abschnitt wird bereitgestellt, um eine erste und eine zweite Zuweisungsrate zu berechnen, die jeweils der ersten beziehungsweise der zweiten Menge von Kraftstoff entsprechend dem Äquivalenzverhältnis entsprechen.
Vorzugsweise ist das Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem konfiguriert, um durchzuführen: (a) Regulieren von in einen Zylinder des Motors einzuspritzendem Kraftstoff so, dass die erste und die zweite Menge Kraftstoff bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub in jedem Zyklus des Zylinders eingespritzt werden, wobei die erste beziehungsweise die zweite Menge der ersten beziehungsweise der zweiten Zuweisungsrate entspricht; und (b) Einstellen der ersten und der zweiten Zuweisungsrate entsprechend dem in dem Zylinder auszubildenden Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches.
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein System bereit, das konfiguriert ist, um durchzuführen: (a) Feststellen eines Homogenladungs-Verbrennungszustandes, der Homogenladungs-Verbrennung erfordert, und eines Schichtladungs-Verbrennungszustandes, der Schichtladungs-Verbrennung erfordert, gemäß einem Motor-Betriebszustand, wobei Kraftstoff bei dem Ansaughub zugeführt wird, um ein reiches Äquivalenzverhältnis bei der Homogenladungs-Verbrennung auszubilden, wobei Kraftstoff bei dem Verdichtungshub zugeführt wird, um ein mageres Äquivalenzverhältnis bei der Schichtladungs-Verbrennung auszubilden, wobei das reiche Äquivalenzverhältnis reicher an Kraftstoff ist als das magere Äquivalenzverhältnis; (b) allmähliches Umstellen eines Äquivalenzverhältnisses in einem Bereich zwischen einem reichen und einem mageren Äquivalenzverhältnis, wenn der Motorbetrieb zwischen dem Homogenladungs-Verbrennungszustand und dem Schichtladungs-Verbrennungszustand umgestellt wird; und (c) Einspritzen der ersten und der zweiten Menge von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub in einem jeden Zyklus des Zylinders wenigstens eine vorgegebene Zeit während eines Zeitraumes, in dem das Äquivalenzverhältnis allmählich umgestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Kraftstoff-Einspritzmengen bei dem Ansaughub und bei dem Verdichtungshub gemäß dem Äquivalenzverhältnis in Bezug auf das Luft-Kraftstoffverhältnis in dem vorgegebenen Motor-Betriebszustand zugewiesen. Demzufolge werden Luft-Kraftstoffgemische mit geeigneten Luft-Kraftstoffverhältnissen jeweils in einem inneren Raum um eine Zündkerze herum und in einem äußeren Raum, der den inneren Raum umgibt, ausgebildet, wodurch die Grenzen der Verbrennung bei einem Äquivalenzverhältnis erweitert werden, wodurch Auftreten von Fehlzündung und instabiler Verbrennung in dem Zylinder verhindert wird.
Insbesondere wird die Feststellung so durchgeführt, dass der gegenwärtige Motorbetrieb in dem Homogenladungs-Verbrennungszustand oder in dem Schichtladungs-Verbrennungszustand liegt, entsprechend dem Motor-Betriebszustand, wie zum Beispiel der Motordrehzahl und der Motorlast. Wenn festgestellt wird, dass sich der gegenwärtige Motorbetrieb von dem Homogenladungs-Verbrennungszustand auf den Schichtladungs-Verbrennungszustand umstellt oder umgekehrt, wird das relativ reiche Äquivalenzverhältnis in dem Homogenladungs-Verbrennungszustand allmählich auf das relativ magere Äquivalenzverhältnis in der Schichtladungs-Verbrennung umgestellt oder umgekehrt, unter Nutzung einer relativ langen Zeit. Infolge der allmählichen Umstellung des Verbrennungszustandes kann das Auftreten schrittweiser Drehmomentänderung zwischen der Homogenladungs-Verbrennung und der Schichtladungs-Verbrennung verhindert werden, und daher können sich ein Verbrennungsbereich von Homogenladungs-Verbrennung und ein Bereich von Schichtladungs-Verbrennung angrenzend aneinander befinden, indem eine Differenz in dem Äquivalenzverhältnis zwischen dem Homogenladungs-Verbrennungsbereich und dem Schichtladungs-Verbrennungsbereich hergestellt wird. Demzufolge kann stabile Verbrennung nahe der Grenze des Homogenladungs-Verbrennungsbereiches und des Schichtladungs-Verbrennungsbereiches erzielt werden, wodurch eine hohe Genauigkeit der Luft-Kraftstoffverhältnis-Steuerung aufrecht erhalten wird und gleichzeitig das Auftreten von Fehlzündung und die Zunahme von Rauchbildung wirksam unterdrückt werden.
In einer Übergangszeit, in der das Äquivalenzverhältnis umgestellt wird, wird Kraftstoff geteilt und sowohl bei dem Ansaughub als auch bei dem Verdichtungshub eingespritzt. Demzufolge kann das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches um die Zündkerze herum in einem geeignet reichen Zustand aufrecht erhalten werden, während homogenes Luft-Kraftstoffgemisch um das reiche Luft-Kraftstoffgemisch herum ausgebildet wird. Dies erweitert die Grenzen der Verbrennung bei einem Luft-Kraftstoffverhältnis, wodurch stabile Verbrennung realisiert wird, während Auftreten von Fehlzündung verhindert wird.
Wenngleich im Übrigen die Möglichkeit besteht, dass das homogene Luft-Kraftstoffgemisch, das durch die Kraftstoffeinspritzung bei dem Ansaughub während der geteilten zweimaligen Kraftstoffeinspritzung ausgebildet wird, übermäßig mager wird, tritt eine solche Ausbildung des übermäßig mageren Gemisches nur zeitweilig auf, so dass es nicht zu einer Erhöhung der Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe beiträgt. Diese zeitweilige geteilte zweimalige Kraftstoffeinspritzung kann eine Zunahme der Wärmeerzeugung der Ansteuereinheit für das Kraftstoff-Einspritzventil unterdrücken und macht es unnötig, Doppelsysteme der Hochspannungs-Verstärker-Ansteuereinheit für das Kraftstoff-Einspritzventil bereitzustellen, wodurch es möglich wird, eine kostengünstige Ansteuereinheit für das Kraftstoff-Einspritzventil zu verwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Verbrennungsmotors mit Zylinderdirekteinspritzung und Funkenzündung, ausgerüstet mit einem Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockschema und zeigt die Funktion des Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystems aus 1.
3 ist ein Fließschema einer Routine zum Berechnen von Zuweisungsraten von Kraftstoff-Einspritzmengen bei dem Ansaughub und dem Verdichtungshub eines Zylinders während eines Zeitraumes, in dem geteilte zweimalige Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1.
4 ist ein Laufzeitdiagramm und zeigt Veränderungen einer Vielzahl von Steuerungsparametern während des Zeitraumes, während dessen ein Verbrennungszustand von Schichtladungs-Verbrennung aus Homogenladungs-Verbrennung umgestellt wird, in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1.
5 ist eine Grafik und zeigt ein Kennfeld, in dem Gewichtung von gewichtetem Durchschnitt als Drosselventil-Öffnungsgrad und Motordrehzahl eingestellt wird, in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1.
6 ist eine Grafik und zeigt ein Kennfeld, in dem der Zündzeitpunkt für Homogenladungs-Verbrennung als Motorlast und Motordrehzahl eingestellt wird, in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1.
7 ist eine Grafik und zeigt ein Kennfeld, in dem der Zündzeitpunkt für Schichtladungs-Verbrennung als Motorlast und Motordrehzahl eingestellt wird, in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1.
8A ist eine Grafik und zeigt ein Kennfeld, in dem die Zuweisungsrate von Homogenladungs-Verbrennung als intern geteiltes Verhältnis eingestellt wird, in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1.
8B ist eine Grafik und zeigt ein Kennfeld ähnlich dem aus 8A, stellt darin jedoch die Zuweisungsrate von Homogenladungs-Verbrennung als intern geteiltes Verhältnis unter Berücksichtigung des Verbrennungszustandes ein.
8C ist eine Grafik und zeigt ein Kennfeld ähnlich dem aus 8B, stellt darin jedoch die Zuweisungsrate von Homogenladungs-Verbrennung als Abweichung des Äquivalenzverhältnisses von Schichtladungs-Verbrennung und Homogenladungs-Verbrennung ein.
9 ist ein Fließbild einer Routine für Kraftstoffeinspritz-Steuerung in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem aus 1; und
10 ist ein Fließschema einer Routine zum Berechnen von Zündzeitpunkt in Verbindung mit dem Motor aus 1.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Verweiszeichen S veranschaulicht. Das Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem S dieses Ausführungsbeispieles ist für einen Verbrennungsmotor mit Zylinderdirekteinspritzung und Funkenzündung eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Der Motor umfasst einen Motor-Hauptkörper 1, der auf einer Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) montiert ist. Der Motor-Hauptkörper 1 weist eine Vielzahl von Zylindern auf, die jeweils durch einen Luftansaugkanal 3 von einem Luftfilter 2 unter Steuerung eines elektronisch gesteuerten Drosselventils 4 mit Luft versorgt werden. Das Drosselventil 4 wird so betrieben, dass sein Öffnungsgrad entsprechend einem Signal von der Steuereinheit 20 unter der Wirkung eines Schrittmotors oder ähnlichem gesteuert wird. Ein elektromagnetisch gesteuertes Kraftstoff-Einspritzventil 5 ist so zu der Verbrennungskammer angeordnet, dass Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird. Das Kraftstoff-Einspritzventil 5 ist angeordnet, um Kraftstoff (der auf einen vorgegebenen Druck druckreguliert ist) gemäß einem Einspritz-Impulssignal, das von der Steuereinheit 20 in getakteter Beziehung zu der Motorumdrehung bei dem Ansaughub und/oder dem Verdichtungshub eines jeden Zylinders ausgegeben wird, einzuspritzen. Das Kraftstoff-Einspritzventil 5 wird geöffnet, um die Kraftstoffeinspritzung bei Erregung einer Magnetspule des Kraftstoff-Einspritzventils 5 zu erzielen.
Der eingespritzte Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzventil 5 wird in der Verbrennungskammer verteilt, um homogenes Luft-Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer auszubilden, im Fall von Kraftstoffeinspritzung bei dem Ansaughub des Zylinders. Der eingespritzte Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzventil 5 wird um die Zündkerze 6 herum konzentriert, um geschichtetes Luft-Kraftstoffgemisch in der Verbrennungskammer auszubilden, im Fall von Kraftstoffeinspritzung bei dem Verdichtungshub des Zylinders. Das Luft-Kraftstoffgemisch wird durch die Zündkerze 6 und entsprechend einem Zündsignal, das von der Steuereinheit 20 ausgegeben wird, entzündet, wodurch Homogenladungs-Verbrennung oder Schichtladungs-Verbrennung erzielt wird. Insbesondere umfasst die Homogenladungs-Verbrennung Homogenladungs-Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis und Homogenladungs-Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis (20 : 1 bis 30 : 1). Die Schichtladungs-Verbrennung umfasst Schichtladungs-Verbrennung bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis (etwa 40 : 1). Der Motor-Hauptkörper ist mit einem Abgaskanal 7 versehen, durch den Abgas von einem jeden Zylinder ausgetragen wird. Ein Katalysator 8 wird in dem Abgaskanal 7 zur Reinigung von Abgas bereitgestellt.
Die Steuereinheit 20 umfasst einen Mikrorechner mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und einem Ana log-Digital-Wandler (A/D-Wandler), Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen und ähnlichem. Eine Vielzahl von Sensoren wird bereitgestellt, um Signale auszugeben, die in die Steuereinheit 20 einzugeben sind. Diese Sensoren werden diskutiert werden. Ein Kurbelwellenwinkel-Sensor 21 wird bereitgestellt, um einen Drehwinkel einer Kurbelwelle (nicht bezeichnet) des Motor-Hauptkörpers 1 zu erfassen, und ein weiterer Kurbelwellenwinkel-Sensor 22 wird bereitgestellt, um einen Drehwinkel einer Kurbelwelle (nicht gekennzeichnet) zu erfassen. Diese Kurbelwellenwinkel-Sensoren 21, 22 sind angepasst, um ein Standard-Impulssignal REF bei jedem Kurbelwellenwinkel von 720°/n (n = Anzahl der Zylinder) bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel (einer vorgegebene Kurbelwellenwinkelposition vor dem oberen Totpunkt in dem Verdichtungshub eines jeden Zylinders) auszugeben, sowie ein Einheits-Impulssignal POS bei jedem Kurbelwellenwinkel von 1 bis 2°. Es ist zu beachten, dass die Motordrehzahl Ne des Motor-Hauptkörpers 1 entsprechend einem Zyklus oder ähnlichem des Standard-Impulssignals REF berechnet wird.
Ein Luftströmungsmesser 23 wird in dem Lufteinlasskanal 3 vor dem Drosselventil 4 bereitgestellt, um eine Einlassluftmenge Qa (eine Menge von Einlassluft, die in die Zylinder einzuleiten ist) zu erfassen. Ein Gaspedal-Sensor 24 wird bereitgestellt, um einen Gaspedal-Betätigungsbetrag ACC oder Betätigungsbetrag des Gaspedals (nicht gekennzeichnet) des Fahrzeuges zu erfassen. Ein Drosselventil-Positionssensor 25 wird bereitgestellt, um einen Öffnungsgrad TVO des Drosselventils 4 zu erfassen, und umfasst einen Leerlaufschalter (nicht gekennzeichnet), der bei vollständig geschlossener Position des Drosselventils 4 auf AUS geschaltet wird. Ein Motorkühlmitteltemperatur-Sensor 26 wird bereitgestellt, um eine Temperatur Tw des Motorkühlmittels zu erfassen. Ein Sauerstoff-Sensor (O₂-Sensor) 27 wird in dem Abgaskanal 7 bereitgestellt, um ein Signal in Abhängigkeit von einem reichen Gemisch (geringer Sauerstoffgehalt in dem Abgas) oder einem mageren Gemisch (hoher Sauerstoffgehalt in dem Abgas) bereitzustellen, das heißt in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt in dem Abgas in dem Abgaskanal 7. Der Sauerstoffgehalt stellt das (Ist-)Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches in der Verbrennungskammer oder in dem Zylinder dar.
Hier wirkt die Steuereinheit 20, um das Signal von den oben genannten Sensoren einzugeben, und führt eine vorgegebene Berechnungsverarbeitung unter der Wirkung des Mikrorechners durch, und um eine Vielzahl von Befehlssignalen auszugeben, die den Öffnungsgrad des elektronisch gesteuerten Drosselventils 4, eine Kraftstoff-Einspritzmenge (eine Menge von in die Verbrennungskammer einzuspritzendem Kraftstoff) des Kraftstoff-Einspritzventils 5 und einen Zündzeitpunkt der Zündkerze 6 steuern.
Eine Steuerungsfunktion des Ausführungsbeispieles des Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystems S während einer Zeit von Verbrennungszustand-Umstellung wird unter Bezugnahme auf die 3 diskutiert werden.
Ein Homogenladungsverbrennungs-Äquivalenzverhältnis-Einstellabschnitt A wird bereitgestellt, um ein Äquivalenzverhältnis (stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis/Ist-Luft-Kraftstoffverhältnis) während Homogenladungs-Verbrennung einzustellen, entsprechend einem Motor-Betriebszustand, wie zum Beispiel der Motordrehzahl, der Motorlast und/oder ähnlichem. Es ist zu beachten, dass das Äquivalenzverhältnis in einer engen Beziehung zu dem Ist-Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches in der Verbrennungskammer steht.
Ein Schichtladungsverbrennungs-Äquivalenzverhältnis-Einstellabschnitt B wird bereitgestellt, um das Äquivalenzverhältnis während Schichtladungs-Verbrennung einzustellen, entsprechend einem Motor-Betriebszustand, wie zum Beispiel der Motordrehzahl, der Motorlast und/oder ähnlichem.
Ein Feststellabschnitt C Homogenladungs-Verbrennung/Schichtladungs-Verbrennung wird bereitgestellt, um eine Feststellung zu treffen, ob Homogenladungs-Verbrennung oder Schichtladungs-Verbrennung auszuführen ist, entsprechend dem Motor-Betriebszustand.
Ein Umstell-Abschnitt D wird bereitgestellt, um das Äquivalenzverhältnis von einem, das durch den Homogenladungsverbrennungs-Äquivalenzverhältnis-Einstellabschnitt A eingestellt wird, auf einen, der durch das Schichtladungsverbrennungs-Äquivalenzverhältnis eingestellt wird, und umgekehrt umzustellen, um das Äquivalenzverhältnis entsprechend einem Feststellungsergebnis des Homogenladungs-Verbrennungs-/Schichtladungs-Verbrennungs-Feststellabschnittes C einzustellen. Das auf diese Weise eingestellte Äquivalenzverhältnis wird ausgegeben.
Ein Verzögerungsabschnitt E wird bereitgestellt, um eine Verzögerungsverarbeitung auf das von dem Umstell-Abschnitt D ausgegebene Äquivalenzverhältnis anzuwenden. Die Verzögerungsverarbeitung wird aus den folgenden Gründen angewendet:
Wenn das Äquivalenzverhältnis schrittweise entsprechend der Umstellung des Verbrennungszustandes umgestellt wird, tritt eine schrittweise Drehmomentänderung aufgrund der Verzögerung der Änderung der Einlassluftmenge nach der Umstell-Wirkung für die Einlassluftmenge auf. Unter der Wirkung dieses Verzögerungsabschnittes E wird das Äquivalenzverhältnis demzufolge allmählich entsprechend der Verzögerung der Änderung der Einlassluftmenge umgestellt, wodurch ermöglicht wird, dass sich das Motordrehmoment ruhig verändert.
Ein Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsabschnitt F wird bereitgestellt, um eine Kraftstoff-Einspritzmenge im Wesentlichen entsprechend der Einlassluftmenge, der Motordrehzahl und dem Äquivalenzwert, auf den die Verzögerungsverarbeitung angewendet worden ist, zu berechnen, um somit einen Grundwert der Kraftstoff-Einspritzmenge zu ermitteln. Der auf diese Weise ermittelte Kraftstoffeinspritzmengen-Grundwert wird mit der Motorkühlmittel-Temperatur, einem Äquivalenzverhältnis-Korrekturkoeffizienten und ähnlichem korrigiert, wodurch man die Kraftstoff-Einspritzmenge ermittelt.
Ein Zuweisungsraten-Berechnungsabschnitt G wird bereitgestellt, um eine Zuweisungsrate zu berechnen, mit der eine erste Kraftstoff-Einspritzmenge (für Homogenladungs-Verbrennung) von Kraftstoff in den Ansaughub eingespritzt wird, sowie eine Zuweisungsrate, mit der eine zweite Kraftstoff-Einspritzmenge (für Schichtladungs-Verbrennung) von Kraftstoff in den Verdichtungshub eingespritzt wird, wenn die Umstellung des Verbrennungszustandes (Homogenladungs-Verbrennung oder Schichtladungs-Verbrennung) durchgeführt wird, entweder entsprechend dem Äquivalenzverhältnis in dem Umstell-Abschnitt D oder entsprechend dem Äquivalenzverhältnis in dem Verzögerungs-Abschnitt E.
Ein Ansaughub-Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt H und ein Verdichtungshub-Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt I werden bereitgestellt, um die Kraftstoff-Einspritzmenge (oder eine Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge für einen jeden Hub eines Kolbens in dem Zylinder), die durch den Kraftstoff-Einspritzmengen- Berechnungsabschnitt F berechnet wird, in die erste Kraftstoff-Einspritzmenge und die zweite Kraftstoff-Einspritzmenge zu teilen, und zwar entsprechend den Zuweisungsraten, die von dem Zuweisungsraten-Berechnungsabschnitt G berechnet werden. Mit anderen Worten berechnen der Ansaughub-Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt H und der Verdichtungshub-Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt I die erste Kraftstoff-Einspritzmenge beziehungsweise die zweite Kraftstoff-Einspritzmenge. Die erste Kraftstoff-Einspritzmenge geht in den Ansaughub, während die zweite Kraftstoff-Einspritzmenge in den Verdichtungshub geht.
Ein Homogenladungs-Einspritzverstellungs-Berechnungsabschnitt J wird bereitgestellt, um eine Kraftstoff-Einspritzverstellung (oder einen Zeitpunkt, zu dem Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzventil 5 eingespritzt wird) während Homogenladungs-Verbrennung zu berechnen.
Ein Schichtladungs-Einspritzverstellungs-Berechnungsabschnitt K wird bereitgestellt, um die Kraftstoff-Einspritzverstellung während Schichtladungs-Verbrennung zu berechnen.
Ein Einspritzimpuls-Erzeugungsabschnitt L wird bereitgestellt, um einen Kraftstoff-Einspritzimpuls (oder eine Impulsdauer, die das Kraftstoff-Einspritzventil geöffnet ist, um Kraftstoff einzuspritzen) mit einer Impulsbreite entsprechend der Kraftstoff-Einspritzmenge bei dem Ansaughub zu erzeugen, zu der Kraftstoff-Einspritzverstellung für Homogenladungs-Verbrennung, berechnet von dem Homogenladungs-Verbrennungs-Einspritzverstellungs-Berechnungsabschnitt J, und um analog dazu einen Kraftstoff-Einspritzimpuls mit einer Impulsbreite entsprechend der Kraftstoff-Einspritzmenge an dem Verdichtungshub, zu der Kraftstoff-Einspritzverstellung für Schichtladungs-Verbrennung, berechnet von dem Schichtladungs-Verbrennungs-Einspritzverstellungs-Berechnungsabschnitt K, zu erzeugen.
Unter der Wirkung der oben genannten Abschnitte, während der Verbrennungszustand-Umstellungszeit, wird zwei Mal Kraftstoffeinspritzung (erste und zweite Kraftstoff-Einspritzung) jeweils bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub durchgeführt. Die erste und die zweite Kraftstoff-Einspritzmenge bei der ersten be ziehungsweise der zweiten Kraftstoffeinspritzung werden jeweils zu der oben genannten Zuweisungsrate geteilt.
Als Nächstes wird eine Routine zum Einstellen von Zuweisungsraten der Kraftstoff-Einspritzmengen anhand eines Fließschemas aus 3 und eines Laufzeitdiagramms aus 4 diskutiert werden. Diese Routine wird zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt durchgeführt, wie zum Beispiel 10 ms.
In einem Schritt 1 wird entweder Schichtladungs-Verbrennung oder Homogenladungs-Verbrennung entsprechend dem Motor-Betriebszustand, wie zum Beispiel der Motordrehzahl, der Motorlast und/oder ähnlichem (an dem Homogenladungs-Verbrennungs-/Schichtladungs-Verbrennungs-Feststellabschnitt C) ausgewählt. Mit anderen Worten wird in diesem Schritt Homogenladungs-Verbrennungszustand, der Homogenladungs-Verbrennung erfordert, oder Schichtladungs-Verbrennungszustand, der Schichtladungs-Verbrennung erfordert, entsprechend dem Motor-Betriebszustand festgestellt.
In einem Schritt S2 wird eine Feststellung getroffen, ob Homogenladungs-Verbrennung oder Schichtladungs-Verbrennung (an dem Umstell-Abschnitt D) ausgewählt wird.
Wenn in dem Schritt 2 Schichtladungs-Verbrennung ausgewählt worden ist, geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S3 über, an dem das Äquivalenzverhältnis für Schichtladungs-Verbrennung berechnet wird, zum Beispiel durch Suchen eines Kennfeldes (an dem Schichtladungs-Verbrennungs-Äquivalwenzverhältnis-Einstellabschnitt B).
Wenn in dem Schritt S2 Homogenladungs-Verbrennung ausgewählt worden ist, geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S4 über, an dem das Äquivalenzverhältnis für Homogenladungs-Verbrennung berechnet wird, zum Beispiel durch Suchen eines Kennfeldes (an dem Homogenladungs-Verbrennungs-Äquivalenzverhältnis-Einstellabschnitt A).
In einem Schritt S5 wird eine Berechnung durchgeführt, um eine Gewichts-Fload zu einem aktuellen Wert des gewichteten Durchschnittes, der in der Verzögerungsverarbeitung für das berechnete Äquivalenzverhältnis verwendet wird, zu ermitteln, zum Beispiel durch Suchen eines Kennfeldes (wie in 5 gezeigt) entsprechend dem Motor-Betriebszustand, wie zum Beispiel der Motordrehzahl und des Drosselventil-Öffnungsgrades TVO.
In dem Schritt S6 wird der gewichtete Durchschnitt zu dem Äquivalenzverhältnis Tϕ unter Verwendung der Gewichts-Fload gemäß der folgenden Gleichung ermittelt, wodurch die Verzögerungsverarbeitung erzielt wird: Tϕd = Tϕn × Fload + Tϕdn – 1 × (1 – Fload).
Wenn zum Beispiel der Verbrennungszustand von Schichtladungs-Verbrennung auf Homogenladungs-Verbrennung umgestellt wird, wird das Äquivalenzverhältnis allmählich von einem kennfeldgesteuerten Wert unter der Verzögerungsverarbeitung erhöht, um sich einem Sollwert (Äquivalenzverhältnis) für die Homogenladungs-Verbrennung anzunähern.
Unter Bezugnahme auf 3 wird in einem Schritt S7 die Kraftstoff-Einspritzmenge Te gemäß der folgenden Gleichung (in dem Kraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungsabschnitt F) berechnet: Te = Tp × Tϕd × Ktr × Ktw × Kas × (α + αm),wobei Tp eine Grund-Kraftstoffeinspritzmenge (= kQ/N, wobei k eine Konstante ist) ist und entsprechend der Einlassluftmenge Q (durch den Luftströmungsmesser 23 erfasst) und der Motordrehzahl N ermittelt wird; wobei Ktr ein Übergangs-Korrekturkoeffizient ist; wobei Kas ein Korrekturkoeffizient zum Erhöhen der Kraftstoff-Einspritzmenge nach dem Starten des Motors ist; wobei α ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückmeldungs-Korrekturkoeffizient ist; und wobei am ein Lernwert des Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückmeldungs-Korrekturfaktors α ist.
In dem Schritt S8 werden die Kraftstoff-Einspritzverstellung ITS für Schichtladungs-Verbrennung und die Kraftstoff-Einspritzverstellung ITS für Homogenladungs-Verbrennung berechnet, zum Beispiel durch Suchen eines Kennfeldes (wie in 6 oder 7 gezeigt) für eine jede Schichtladungs-Verbrennung und Homogenladungs-Verbrennung, entsprechend der Motordrehzahl N und der Motorlast.
In einem Schritt S9 wird die Kraftstoff-Einspritzverstellung ITS für Homogenladungs-Verbrennung eingestellt.
In einem Schritt S10 wird eine Feststellung getroffen, ob das oben genannte Aquivalenzverhältnis Tϕdn, das unter der Verzögerungsverarbeitung ermittelt wird, größer ist als ein Entscheidungswert für Umstellung auf Homogenladungs-Verbrennung, wobei dieser Entscheidungswert um einen vorgegebenen Wert α1 kleiner ist als ein unterer Grenzwert TϕH für Homogenladungs-Verbrennung. Wenn das Äquivalenzverhältnis Tϕdn größer als der Entscheidungswert festgestellt wird, geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S11 über, in dem die Zuweisungsrate für Homogenladungs-Verbrennung auf 100% eingestellt wird, während die Zuweisungsrate für Schichtladungs-Verbrennung auf 0% eingestellt wird, so dass die gesamte Kraftstoff-Einspritzmenge Te, die in dem Schritt S7 berechnet wird, in dem Ansaughub des Kolbens eingespritzt wird, wodurch vollständige Homogenladungs-Verbrennung erreicht wird.
Wenn das Äquivalenzverhältnis Tϕdn nicht größer als der Entscheidungswert für Umstellung auf Homogenladungs-Verbrennung festgestellt wird, geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S12 über, in dem das Äquivalenzverhältnis Tϕd kleiner oder nicht kleiner als ein Entscheidungswert für Umstellung auf Schichtladungs-Verbrennung festgestellt wird, wobei der Entscheidungswert um einen vorgegebenen Wert α2 größer ist als ein oberer Grenzwert TϕS für Schichtladungs-Verbrennung. Wenn das Äquivalenzverhältnis Tϕdn kleiner als der Entscheidungswert festgestellt wird, geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S13 über, in dem die Zuweisungsrate für Homogenladungs-Verbrennung auf 0% eingestellt wird, während die Zuweisungsrate für Schichtladungs-Verbrennung auf 100% eingestellt wird, so dass die gesamte Kraftstoff-Einspritzmenge Te, die in dem Schritt S7 berechnet wird, in dem Verdichtungshub des Kolbens eingespritzt wird, wodurch vollständige Schichtladungs-Verbrennung erzielt wird.
Wenn das Äquivalenzverhältnis Tϕdn kleiner als der Entscheidungswert für Umstellung auf Schichtladungs-Verbrennung festgestellt wird (das heißt, wenn das Äquivalenzverhältnis in dem Schritt S12 in einem Bereich von [TϕS + α < Tϕd < TϕH – α1] liegt, wird die folgende Entscheidung getroffen: Der aktuelle Status hat der Verbrennungszustand-Umstellzeit der vorliegenden Erfindung entsprochen, so dass zwei Mal Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaughub beziehungsweise in dem Verdichtungshub durchgeführt wird. Danach geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S14 über, in dem zwei Mal Kraftstoff-Einspritzung erzielt wird.
In dem Schritt S14 wird das Äquivalenzverhältnis Tϕdn intern durch den unteren Grenzwert TϕS (für Schichtladungs-Verbrennung) und den oberen Grenzwert Tϕ (für Homogenladungs-Verbrennung) geteilt, um dadurch ein intern geteiltes Verhältnis gemäß der folgenden Gleichung zu erhalten: Intern geteiltes Verhältnis von Tϕdn = (Tϕdn – TϕS)/(TϕH – TϕS).
Es ist zu beachten, dass das Äquivalenzverhältnis Tϕdn intern durch den Entscheidungswert (TϕS + α2) für Umstellung auf Schichtladungs-Verbrennung und den Entscheidungswert (TϕH – α1) geteilt werden kann, um das intern geteilte Verhältnis (= 0 bis 1) zu ermitteln.
In einem Schritt S15 wird die Zuweisungsrate (der Kraftstoff-Einspritzmenge) für Homogenladungs-Verbrennung aus einer in 8A gezeigten Tabelle gesucht, entsprechend dem oben genannten intern geteilten Verhältnis Tϕdn. Die Zuweisungsrate der Kraftstoff-Einspritzmenge erhöht sich mit einer Zunahme des Äquivalenzverhältnisses Tϕdn, wobei die Zuweisungsrate in einem Bereich von einem Mindestwert um einen beachtlichen Betrag größer als 0% bis zu einem Maximalwert um einen beachtlichen Betrag kleiner als 100% eingestellt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Genauigkeit der Kraftstoff-Einspritzmenge von Kraftstoff von dem Kraftstoff-Einspritzventil 5 nicht auf einem geeigneten Wert gehalten werden kann, wenn die Kraftstoff-Einspritzmenge zu klein wird. Die Tabelle in 8A kann durch eine in 8B gezeigte Tabelle ersetzt werden, wobei diese Tabelle auf der Grundlage von Bereichen von Schichtladungs-Verbrennung und Homogenladungs-Verbrennung eingestellt worden ist. Weiterhin kann die Tabelle in 8A durch eine in 8C gezeigte Tabelle ersetzt werden, wobei diese Tabelle die Zuweisungsrate als Abweichung in dem Äquivalenzverhältnis von der Schichtladungs-Verbrennung und der Homogenladungs-Verbrennung einstellt. Hierbei werden vorzugsweise Werte verwendet, die als die Äquivalenzverhältnisse in der Schichtladungs-Verbrennung und der Homogenladungs-Verbrennung aus einem Kennfeld gesucht werden; jedoch können Standard-Äquivalenzwerte praktischerweise verwendet werden.
Gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel werden die jeweils bei dem Ansaughub beziehungsweise bei dem Verdichtungshub einzuspritzenden geteilten Kraftstoffmengen gemäß der Zuweisungsrate zugewiesen, die entsprechend dem Äquivalenzverhältnis berechnet wird, und daher können die Kraftstoffmengen geeignet entsprechend dem Äquivalenzverhältnis zugewiesen werden, wodurch Fehlzündung und instabile Verbrennung wirksam verhindert werden, während die Verbrennungsgrenzen bei dem Äquivalenzverhältnis erweitert werden.
Während eines Zeitraumes, in dem das Äquivalenzverhältnis allmählich umgestellt wird, werden geteilte Einspritzungen von Kraftstoff erzielt, wodurch die Brennbarkeit von Kraftstoff während dieses Zeitraumes stabilisiert wird, so dass das Auftreten von Fehlzündung in dem Zylinder während dieses Zeitraumes wirksam verhindert wird. Insbesondere wird in diesem Ausführungsbeispiel die Zeitdauer, während der geteilte Einspritzungen durchgeführt werden, in einem Bereich des Äquivalenzverhältnisses eingestellt, wobei dieser Bereich die vorgegebenen Abweichungen von den Äquivalenzverhältnissen zu Zeiten vor und nach der Verbrennungszustands-Umstellung aufweist. Dies verhindert, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis in dem Zylinder übermäßig reich oder übermäßig mager wird, wodurch stabile Verbrennung in dem Zylinder sichergestellt wird. Wenn weiterhin der Verbrennungszustand von Schichtladungs-Verbrennung zu Homogenladungs-Verbrennung bei stöchiometrischem Luft-Kraftstoffverhältnis bei Aufbringen von Last einer Klimaanlage in dem Kraftfahrzeug umgestellt wird, werden die Abweichungen von dem Äquivalenzverhältnis (01) entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis entsprechend der Motordrehzahl eingestellt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Äquivalenzverhältnis für magere Grenze in der Homogenladungs-Verbrennung entsprechend der Motordrehzahl entschieden wird.
Wenn die Verbrennungszustand-Umstellung erzielt wird, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 4 entsprechend der Entscheidung der Verbrennungs-Umstellung gesteuert. Zum Beispiel wird in einem in 4 gezeigten Beispiel der Drosselventil-Öffnungsgrad gesteuert, um sich bei Entscheidung der Verbrennungszustands-Umstellung zu verringern. Entsprechend diesem gesteuerten Drosselventil-Öffnungsgrad ändert sich die dem Zylinder zuzuführende Einlassluftmenge (sie nimmt in dem in 4 gezeigten Beispiel allmählich ab). Das Motordrehmoment wird unter Steuerung auf einem annährend konstanten Niveau gehalten, wobei das Äquivalenzverhältnis entsprechend der Verzögerung der Änderung der Einlassluftmenge allmählich umgestellt wird. Zusätzlich wird die Zündzeitpunktverstellung (der Zündverstellwinkel) für die Zündkerze 6 allmählich entsprechend einer Änderung in dem Äquivalenzverhältnis umgestellt, während sie Schichtladungs-Verbrennung entsprechend eingestellt wird, da Schichtladungs-Verbrennung im Wesentlichen während des Zeitraumes, in dem die geteilte Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, durchgeführt wird. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird die Zündzeitpunktverstellung zum Beispiel allmählich verzögert, wenn die Verbrennungszustands-Umstellung näher rückt. Danach wird die Zündzeitpunktverstellung schrittweise in getakteter Beziehung mit der Umstellung von geteilter Kraftstoffeinspritzung auf einmalige Kraftstoffeinspritzung für Homogenladungs-Verbrennung umgestellt, wobei die Zündzeitpunktverstellung verstellt wird, wenn die Umstellung auf Homogenladungs-Verbrennung durchgeführt wird. Während eines Zeitraumes, in dem das Äquivalenzverhältnis unter Homogenladungs-Verbrennung umgestellt wird, wird die Zündzeitpunktverstellung gesteuert, um sich allmählich zu ändern.
Als Nächstes wird eine Kraftstoffeinspritz-Steuerungsroutine unter Bezugnahme auf ein Fließschema aus 9 diskutiert werden. Die Kraftstoffeinspritz-Steuerungsroutine wird entsprechend der Zuweisungsrate der Kraftstoff-Einspritzmenge ausgeführt. Diese Routine wird ausgeführt, wenn die Kraftstoff-Einspritzverstellung ITS für Homogenladungs-Verbrennung gekommen ist.
In einem Schritt S21 wird eine Feststellung getroffen, ob die oben genannte Zuweisungsrate 100% ist. Wenn sie nicht 100% ist, geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S22 über, in dem eine Feststellung getroffen wird, ob die Zuweisungsrate 0% ist.
Wenn sie nicht 0% ist, ist geteilte (zweimalige) Kraftstoffeinspritzung zu erzielen, und daher geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S23 über.
In dem Schritt S23 wird die Kraftstoff-Einspritzmenge (die Impulsbreite, die an das Kraftstoff-Einspritzventil auszugeben ist) Ti1 durch die folgende Gleichung berechnet: Ti1 = Te × Zuweisungsrate + Ts,wobei Ts ein unwirksamer Einspritzbetrag ist, der erforderlich ist, um das Kraftstoff-Einspritzventil von seinem geschlossenen Zustand in seinen geöffneten Zustand zu versetzen.
In einem Schritt S24 wird eine Kraftstoff-Einspritzmenge Ti2 in dem Verdichtungshub durch die folgende Gleichung berechnet: Ti2 = Te × (1 – Zuweisungsrate) + Ts.
Danach geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt 25 über, in dem eine Zündzeitpunktverstellung ADVS, die entsprechend einer separaten Zündzeitpunktverstellungs-Berechnungsroutine berechnet worden ist, eingestellt. Diese Zündzeitpunktverstellung ADVS ist für Schichtladungs-Verbrennung, da der Verbrennungszustand in dem Fall, in dem die zweimaligen Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt werden, im Wesentlichen Schichtladungs-Verbrennung ist.
In einem Schritt S26 wird Kraftstoffeinspritzung mit der Kraftstoff-Einspritzmenge Ti1 zu der Kraftstoff-Einspritzverstellung ITH bei dem Ansaughub ausgelöst.
In einem Schritt S27 wird die Kraftstoff-Einspritzverstellung ITS für Schichtladungs-Verbrennung eingestellt.
In einem Schritt S28 wird die Kraftstoff-Einspritzmenge Ti2 in dem Verdichtungshub eingestellt.
Infolgedessen wird Kraftstoffeinspritzung mit der Kraftstoff-Einspritzmenge Ti2 bei der Kraftstoff-Einspritzverstellung ITS für Schichtladungs-Verbrennung in dem Verdichtungshub ausgelöst.
Wenn die Zuweisungsrate in dem Schritt S21 mit 100% festgestellt wird, ist vollständige Homogenladungs-Verbrennung durchzuführen, und daher geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S29 über, in dem die Kraftstoff-Einspritzmenge Ti1 (für Homogenladungs-Verbrennung) von in dem Ansaughub einzuspritzendem Kraftstoff berechnet wird, während die Kraftstoff-Einspritzmenge Ti2 (für Schichtladungs-Verbrennung) von in dem Verdichtungshub einzuspritzendem Kraftstoff auf 0 gesetzt wird, wie durch die folgenden Formeln angedeutet wird: Ti1 = Te (× 100%) + Ts Ti2 = 0.
Danach geht der Verarbeitungsfluss auf einen Schritt S30 über, in der eine Zündzeitpunktverstellung ADVH (für Homogenladungs-Verbrennung), die entsprechend einer separaten Zündzeitpunktverstellungs-Berechnungsroutine berechnet wird, eingestellt wird. Danach geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S25 über. Infolgedessen erfolgt Funkenzündung zu der Zündzeitpunktverstellung ADVH, wodurch Homogenladungs-Verbrennung erzielt wird.
Wenn die Zuweisungsrate in dem Schritt S22 als 0% festgestellt wird, ist vollständige Schichtladungs-Verbrennung durchzuführen, und demzufolge geht der Verarbeitungsfluss zu einem Schritt S31 über, in dem die Kraftstoff-Einspritzmenge Ti1 (für Schichtladungs-Verbrennung) von in dem Ansaughub einzuspritzendem Kraftstoff auf 0 gesetzt wird, während die Kraftstoff-Einspritzmenge Ti2 (für Schichtladungs-Verbrennung) von in dem Verdichtungshub einzuspritzendem Kraftstoff berechnet wird, wie durch die folgenden Formeln angedeutet wird: Ti1 = 0 Ti2 = Te (× 100%) + Ts.
Danach geht der Verarbeitungsfluss zu dem Schritt S25 über, in dem eine Zündzeitpunktverstellung ADVS (für Schichtladungs-Verbrennung) eingestellt wird, und da nach erfolgt Funkenzündung zu der Zündzeitpunktverstellung ADVS, um dadurch Schichtladungs-Verbrennung zu erzielen.
11 zeigt eine Zündzeitpunktverstellungs-Berechnungsroutine, die in Abständen einer vorgegebenen Zeit (zum Beispiel 10 ms) auszuführen ist. In einem Schritt S32 wird die Zündzeitpunktverstellung ADVH (für Homogenladungs-Verbrennung) entsprechend dem Motor-Betriebszustand, wie zum Beispiel der Motordrehzahl N und der Motorlast als die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge Tp berechnet. In einem Schritt S33 wird die Zündzeitpunktverstellung ADVS (für Schichtladungs-Verbrennung) analog zu der in dem Schritt S32 berechnet.

Claims

Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit Zylinder-Direkteinspritzung und Funkenzündung, das umfasst: einen Abschnitt (F, H, I), mit dem in einen Zylinder des Motors einzuspritzender Kraftstoff so reguliert wird, dass eine erste und eine zweite Menge Kraftstoff beim Ansaug- bzw. Verdichtungshub in jedem Zyklus des Zylinders bei einem vorgegebenen Motor-Betriebszustand eingespritzt werden; einen Abschnitt (C), mit dem ein Homogenladungs-Verbrennungszustand, der Homogenladungs-Verbrennung erfordert, und ein Schichtladungs-Verbrennungszustand, der Schichtladungs-Verbrennung erfordert, entsprechend einem Motorbetriebszustand festgestellt wird, wobei bei der Homogenladungs-Verbrennung Kraftstoff nur beim Ansaughub zugeführt wird, um ein Fett-Äquivalenzverhältnis zu erzeugen, und bei der Schichtladungs-Verbrennung Kraftstoff nur beim Verdichtungshub zugeführt wird, um ein Mager-Äquivalenzverhältnis zu erzeugen, und das Fett-Äquivalenzverhältnis bezüglich des Kraftstoffs fetter ist als das Mager-Äquivalenzverhältnis; einen Abschnitt (D), mit dem ein Äquivalenzverhältnis innerhalb eines Bereiches zwischen dem Fett- und dem Mager-Äquivalenzverhältnis allmählich umgestellt wird, wenn Motorbetrieb zwischen dem Homogenladungs-Verbrennungszustand und dem Schichtladungs-Verbrennungszustand umgestellt wird; wobei das Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kraftstoff-Regulierabschnitt so eingerichtet ist, dass sowohl die erste als auch die zweite Menge an Kraftstoff beim Ansaugen oder Verdichten über wenigstens eine vorgegebene Zeit während eines Zeitraums eingespritzt wird, in dem das Äquivalenzverhältnis allmählich umgestellt wird, wobei die erste und die zweite Menge einer ersten bzw. einer zweiten Zuweisungsrate von Kraftstoff entsprechen und die Zuweisungsrate den Anteil an Kraftstoff darstellt, der bei Ansaug- bzw. Verdichtungshub einzuspritzen ist, und wobei es des Weiteren umfasst: einen Abschnitt (G), mit dem die erste und die zweite Zuweisungsrate entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in dem Zylinder auszubildenden Luft-Kraftstoff-Gemischs eingestellt werden.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Abschnitt umfasst, mit dem die erste Zuweisungsrate so berechnet wird, dass die erste Zuweisungsrate mit dem Äquivalenzverhältnis ansteigt.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren einen Abschnitt zum Berechnen jeder Zuweisungsrate gemäß einer Abweichung eines aktuellen Äquivalenzverhältnisses von dem Äquivalenzverhältnis jeweils bei der Schichtladungsverbrennung und der Homogenladungsverbrennung berechnet wird.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des Weiteren einen Abschnitt zum Berechnen jeder Zuweisungsrate gemäß einem innen dividierten Verhältnis eines aktuellen Äquivalenzverhältnisses relativ zu einem ersten und einem zweiten Äquivalenzverhältnis umfasst, die für die Schichtladungs-Verbrennung bzw. die Homogenladungs-Verbrennung bestimmt sind, wobei das innen dividierte Verhältnis des Äquivalenzverhältnisses durch einen unteren Grenzwert für Schichtladungs-Verbrennung und einen oberen Grenzwert für Homogenladungs-Verbrennung dividiert wird.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 4, wobei das erste und das zweite Äquivalenzverhältnis zu einer Zeit ausgebildet werden, bevor eine Umstellung zwischen Schichtladungs-Verbrennung und Homogenladungs-Verbrennung durchgeführt wird.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffregulierabschnitt einen Abschnitt zum Einspritzen der ersten und der zweiten Menge an Kraftstoff bei Ansaug- bzw. Verdichtungshub während eines Zeitraums zwischen einer ersten Zeit, zu der eine Anforderung zum Umstellen von Schichtladungs-Verbrennung auf Homogenladungs-Verbrennung erzeugt wird, und einer zweiten Zeit, zu der ein Zündzeitpunkt einer Zündkerze zu demjenigen umgestellt wird, der Homogenladungs-Verbrennung entspricht, enthält.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffregulierabschnitt einen Abschnitt zum Einspritzen der ersten und der zweiten Menge an Kraftstoff bei Ansaug- bzw. Verdichtungshub innerhalb eines vorgegebenen Bereiches des Äquivalenzverhältnisses enthält.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffregulierabschnitt einen Abschnitt zum Einspritzen der ersten und der zweiten Menge an Kraftstoff bei Ansaug- bzw. Verdichtungshub während eines Zeitraums zwischen einer ersten Zeit, zu der das Äquivalenzverhältnis, das allmählich umgestellt wird, eine Abweichung, die nicht kleiner ist als ein vorgegebener Wert, von dem Äquivalenzverhältnis zu einer Zeit vor der Umstellung des Motorbetriebes hat, und einer zweiten Zeit enthält, zu der das Äquivalenzverhältnis eine Abweichung, die nicht größer ist als ein vorgegebener Wert, von dem Äquivalenzverhältnis zu einer Zeit nach der Umstellung des Motorbetriebes hat.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 4, das des Weiteren einen Abschnitt zum Einstellen jedes vorgegebenen Wertes gemäß der Motordrehzahl des Motors für das Äquivalenzverhältnis umfasst, das ungefähr stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, wenn Homogenladungs-Verbrennung bei ungefähr stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis stattfindet.
Kraftstoffeinspritz-Steuerungssystem nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Abschnitt zum Erfassen des Motorbetriebszustandes umfasst.