DE19756914A1

DE19756914A1 - Steuervorrichtung für Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19756914A1
Application number: DE19756914A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Atago; Kousaku Shimada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1998-07-02
Also published as: US5964199A; JPH10184417A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervor richtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftma schine und insbesondere auf eine Kraftstoffsteuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine und eine Treibstoffsteuervorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Direkteinspritzsystem für die Brennkraftmaschine, wo bei eine Betriebsbedingung der Steuervorrichtung für die Brennkraftmaschine und das Fahrzeug mit der Brennkraftma schine herausgefiltert wird und der Treibstoff für die Steuervorrichtung der Brennkraftmaschine und das Fahrzeug gesteuert wird unter Zuhilfenahme der obengenannten Filter bedingung in bezug auf die Betriebsbedingung.

Als konventionelle Treibstoffsteuervorrichtung eines Di rekteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine ist z. B. die japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 62-191 622 bekannt. Bei dieser Patentschrift aus dem Stand der Technik umfaßt, um eine geeignete Brennkraftmaschine zugrundezulegen, die Brennkraftmaschine einen Zweischichtkolben und eine Brenn kammer. Der Zweischichtkolben hat einen abgeflachten Flä chenabschnitt und einen vertieften Flächenabschnitt, die sich oben auf dem Kolben befinden.

Um jedoch bei dem obengenannten konventionellen Direktein spritzsystem einer Brennkraftmaschine eine Treibstoffzer stäubung in der Brennkraftmaschine herbeizuführen, in wel cher sich oben am Kolben die Zweischichtstruktur einstellt, wird bei hoher Last der Treibstoff unterteilt eingespritzt während sowohl eines Ansaugarbeitsganges als auch während eines Kompressionsarbeitsganges, und außerdem wird sowohl in einem mittleren Lastbereich als auch einem niedrigen Lastbereich der Treibstoff einzig und allein nur während des Kompressionsarbeitsganges eingespritzt.

Wie oben erwähnt, wird bei der obigen konventionellen Treibstoffsteuervorrichtung des Direkteinspritzsystems ei ner Brennkraftmaschine im Hochlastbereich die teilweise Brennstoffeinspritzung durchgeführt sowohl während des An saugarbeitsganges als auch während des Kompressionsarbeits ganges, und sowohl im mittleren Lastbereich als auch im niedrigen Lastbereich wird eine einzige Treibstoffeinsprit zung nur während des Kompressionsarbeitsganges durchge führt.

Jedoch wird bei der obengenannten konventionellen Treib stoffsteuervorrichtung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine die Auswahl einer optimalen Verbrennungs bedingung in einer schichtenförmigen Verbrennung, einer mittleren Verbrennung und einer homogenen Verbrennung in bezug auf die Verbrennungsstabilität der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigt; z. B. wird eine Verbrennungsstabilität festgelegt in Übereinstimmung mit einer Leistungsanforde rung und einer Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs.

Außerdem wird bei dem obigen konventionellen Direktein spritzsystem einer Brennkraftmaschine eine Verbesserung in bezug auf Abgaseigenschaften nicht berücksichtigt, wodurch Abgas, das aufgrund der Verbrennung in der Brennkraftma schine entsteht, reduziert werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervor richtung für ein Direkteinspritzsystem einer Brennkraftma schine zu schaffen, wobei durch Sicherstellung eines nied rigen Treibstoffverbrauchs bei dem Betrieb mit einem extrem mageren Luft-Treibstoff-Verhältnis (A/F), was eine speziel le Eigenschaft eines Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine ist, die Kompatibilität wichtiger Eigenschaf ten in hohem Grade erreicht werden kann. Die genannten wichtigen Eigenschaften betreffen die Verbesserung der Ver brennungsstabilität der Brennkraftmaschine und die Verbes serung der Abgaseigenschaften der Brennkraftmaschine.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffsteuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine und eine Treibstoffsteuervorrich tung eines Fahrzeugs mit einem Direkteinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wodurch die Verbren nungsstabilität der Brennkraftmaschine und des Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffsteuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine und eine Treibstoffsteuervor richtung eines Fahrzeugs mit einem Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wodurch Abgase von der Brennkraftmaschine, die aufgrund der Verbrennung in der Brennkraftmaschine entstehen, merklich reduziert werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die obigen Aufgaben gelöst, indem ein Schichtverbrennungsbereich, ein homogener Verbrennungsbereich oder ein Zwischenverbrennungsbereich in dem Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine je nach Betriebsbedingung ausgewählt wird. Der Zwischenverbren nungsbereich wird gebildet in einem Zwischenabschnitt zwi schen dem obengenannten Schichtverbrennungsbereich und dem homogenen Verbrennungsbereich des Direkteinspritzsystems der Brennkraftmaschine.

Bei der Steuervorrichtung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine wird als Betriebsbedingungsfiltervor richtung zum Filtern der Verbrennungsbedingung der Brenn kraftmaschine die Konzentration von Abgasen, die von der Brennkraftmaschine oder einer Dispersion im Zylinder bei jeder Zündung der Brennkraftmaschine ausgestoßen werden, verwendet.

Bei der Steuervorrichtung für das Direkteinspritzsystem ei ner Brennkraftmaschine wird als Betriebsbedingungsfilter zum Filtern der Leistungsanforderung der Brennkraftmaschine ein Abweichungswert zwischen einem Drehmomentzielwert und einem tatsächlichen Drehmomentwert verwendet.

Bei der Steuervorrichtung für das Direkteinspritzsystem ei ner Brennkraftmaschine erfolgt als Ergebnis, das durch das Betriebsbedingungsfilter zum Filtern der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine bestimmt wurde, unter Verwendung von Indizes für die Anzeige eines Stabilitätsgrades der Be triebsbedingung, der einen ersten vorgegebenen Wert und ei nen zweiten vorgegebenen Wert, welcher größer als der erste vorgegebene Wert ist, enthält, die Schichtverbrennung, wenn der Index für die Anzeige des Stabilitätsgrades der Be triebsbedingung kleiner als der vorgegebene Wert ist, und die homogene Verbrennung, wenn der Index für die Anzeige des Stabilitätsgrades der Betriebsbedingung größer als der zweite vorgegebene Wert ist.

Bei der Steuervorrichtung für das Direkteinspritzsystem ei ner Brennkraftmaschine wird, wenn ein Beurteilungsergebnis wert der Betriebsbedingungsbeurteilungsvorrichtung über ei nem vorgegebenen Wert liegt, in einem Transfer bei jeder Verbrennung zwischen der Schichtverbrennung, der homogenen Verbrennung oder der Zwischenverbrennung während eines vor gegebenen Transfers eine Zuordnungsrate der homogenen Ver brennung und der Schichtverbrennung graduell verändert.

Insbesondere können die obengenannten Aufgaben gelöst wer den durch eine Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Steuern einer Treibstoffeinspritzmenge und einer Treib stoffeinspritzdauer des Treibstoffs, der abgegeben wird an ein Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, eine Verbrennungssteuervorrichtung zum Steuern des Treibstoffs in einen homogenen Verbrennungsbereich zum Einspritzen des Treibstoffs in einen jeweiligen Zylinder während eines An saugarbeitsganges der Brennkraftmaschine, einen Schichtver brennungsbereich zum Einspritzen des Treibstoffs in dem je weiligen Zylinder während eines Kompressionsarbeitsganges der Brennkraftmaschine und einen Zwischenverbrennungsbe reich, der ein Verbrennungsbereich zwischen dem homogenen Verbrennungsbereich und dem Schichtverbrennungsbereich ist, und zum teilweisen Einspritzen des Treibstoffs mit einer vorgegebenen Rate während des jeweiligen Ansaugarbeitsgan ges und des jeweiligen Kompressionsarbeitsganges.

Die Steuervorrichtung für das Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine umfaßt außerdem einen Betriebsfilter zum Filtern einer Betriebsbedingung in Abhängigkeit von wenig stens einer ausgewählten Verbrennungsbedingung der Brenn kraftmaschine, einer Leistungsanforderung der Brennkraftma schine und einer Beschleunigungsanforderung eines Fahrzeugs und einer Auswahlvorrichtung zum Auswählen von wenigstens entweder der homogenen Verbrennung, der Schichtverbrennung oder der Zwischenverbrennung, je nach einem Ergebnis von dem Betriebsbedingungsfilter.

Fig. 1 zeigt schematisch die Konstruktion einer Maschine mit einer Steuervorrichtung eines Direktein spritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel einer Steuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine.

Fig. 3 zeigt ein typisches Beispiel einer Steuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine.

Fig. 4 zeigt ein typisches Beispiel einer Steuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine.

Fig. 5 zeigt ein typisches Beispiel einer Steuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine.

Fig. 6 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Grund schritte einer Steuervorrichtung eines Direktein spritzsystems einer Brennkraftmaschine.

Fig. 7 ist eine graphische Erläuterung der Grundschritte einer Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine.

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Grundschritte einer Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Grundschritte einer Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.

Fig. 10 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Aus führungsweise einer Steuervorrichtung eines Di rekteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine ge mäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 dient zur Erläuterung einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 12 dient zur Erläuterung einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 13 dient zur Erläuterung einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 14 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 15 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 16 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 17 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 19 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Fig. 20 zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsweise ei ner Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorlie genden Erfindung.

Im folgenden wird eine Ausführungsform einer Steuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Konstruktionsansicht eines Beispiels einer Maschine, bei welcher eine Steuervorrich tung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.

Bei dieser Figur wird Luft durch den Motor 8 durch einen Einlaß eines Luftfilters 1 angesaugt und strömt durch ein Drosselklappengehäuse 6, in welchem sich eine Drosselklappe 5 zur Steuerung des Ansaugluftstroms befindet, und tritt dann als Ansaugluft in einen Kollektor 7 ein. Die Drossel klappe 5 ist mit einem Motor 10 verbunden, der die Drossel klappe 5 antreibt, und bei Betätigung des Motors 10 wird die Drosselklappe 5 bewegt und die Ansaugluftmenge in der Maschine 8 gesteuert.

Die Ansaugluftmenge, die bei dem Kollektor 7 ankommt, wird aufgeteilt auf ein jeweiliges Ansaugrohr 9, das mit einem jeweiligen Zylinder der Maschine 8 verbunden ist, und die Luft wird in den jeweiligen Zylinder eingelassen. In diesem Ansaugrohr 9 ist ein SCV (Verwirbelungsventil) 31 für den jeweiligen Zylinder vorgesehen, und in dem SCV wird der An saugluft eine Ausweichbewegung mitgeteilt. In dem jeweili gen Zylinder der Maschine 8 wird die Luft mit der Ausweich bewegung mit zerstäubtem Treibstoff gemischt, auf den spä ter zurückgekommen wird.

Andererseits wird aus einem Treibstofftank 11 der Treib stoff, wie z. B. Benzin, angesaugt und durch eine Treib stoffpumpe 12 mit Druck beaufschlagt, und dieser Treibstoff wird einem Treibstoffsystem zugeführt, das eine Treibstoff einspritzung 13, einen Treibstoffdruckregler 14 umfaßt. Da nach wird der Treibstoff auf einen vorgegebenen Druckwert durch den obigen Treibstoffdruckregler 14 eingestellt, und der eingestellte Treibstoff wird in den jeweiligen Zylinder der Maschine 8 durch die Treibstoffeinspritzung 13 einge spritzt, die an einer Treibstoffeinspritzöffnung zu dem je weiligen Zylinder hin geöffnet werden kann. Außerdem wird von einem Luftstrommesser 3 ein Signal ausgegeben, das den Ansaugluftstrom anzeigt, und dieses Signal wird eingespeist in eine Steuereinheit 15.

Außerdem ist ein Drosselklappensensor 18 vorgesehen in dem Drosselklappengehäuse 6, und dieser Sensor 18 erfaßt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 5. Ein Ausgangssignal dieses Sensors 18 wird außerdem in die Steuereinheit 15 einge speist.

Die Maschine mit der Steuervorrichtung des Direkteinspritz systems der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Er findung umfaßt einen optischen Kurbelwellenwinkelsensor 16, und dieser Sensor 16 wird durch eine Nebenwelle in Drehbe wegung versetzt und gibt ein Signal aus, das eine Drehposi tion der Kurbelwelle angibt, wobei die Genauigkeit bei we nigstens 2-4° liegt. Das obengenannte Signal, das die Dreh position der Kurbelwelle anzeigt, wird in die Steuereinheit 15 eingespeist. Unter Verwendung dieser verschiedenen Si gnale werden der Einspritzzeitpunkt für den Treibstoff und der Zündzeitpunkt der Zündkerze gesteuert.

Die obengenannte Maschine umfaßt außerdem einen Luft-Treib stoff-Sensor (A/F-Sensor) 20, wobei dieser A/F-Sensor 20 sich in einem Abgasrohr befindet und das tatsächliche Ar beitsverhältnis von Luft und Treibstoff (A/F) erfaßt und in Abhängigkeit von den Komponenten des Abgases ausgibt. Die ses Signal wird auch in die Steuereinheit 15 ähnlich wie die obengenannten verschiedenen Signale eingespeist.

Wie oben bereits erwähnt, liest die Steuereinheit 15 die Signale von den verschiedenen Sensoren zum Erfassen der Be triebsbedingung der Maschine 8 ein und führt eine vorgege bene Verarbeitung durch. Als Ergebnis der Verarbeitung gibt die Steuereinheit 16 außerdem die bearbeiteten verschiede nen Steuersignale aus und gibt außerdem ein jeweiliges, vorgegebenes Steuersignal an die genannte Treibstoffein spritzung 13, eine Zündspule 17 und den Motor 10 zum Betä tigen der Drosselklappe 5 aus. Die Steuereinheit 15 führt außerdem die Steuerung der Treibstoffversorgung, die Steue rung des Zündzeitpunkts und die Steuerung der Ansaugluft menge durch.

Zu der genannten Maschine sind die Eigenschaften der Ma schine in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt graphisch ein typisches Beispiel der Steuervorrichtung für das Direktein spritzsystem einer Brennkraftmaschine. In Fig. 2 wird das Luft-Treibstoff-Verhältnis (A/F) einer zu verbrennenden Luftmischung auf eine magere Bedingung unterhalb eines stöchiometrischen Luft-Treibstoff-Verhältnisses ((A/F)o) gesetzt.

Bei diesem Beispiel für die Steuervorrichtung des Direkt einspritzsystems einer Brennkraftmaschine wird die Maschine 8 im mageren Bereich des Luft-Treibstoff-Verhältnisses von 25 (A/F = 25) bei konstantem Drehmoment und konstanter Mo tordrehzahl (Ne = 1400 rpm) betrieben. Als Lastbedingung wird sie Straßenlastbedingung genannt. Die Lastbedingungen in Fig. 3, 7 und 8 etc. sind die gleichen Bedingungen wie in Fig. 2, solange nicht etwas anderes gesagt wird.

Das Beispiel der Steuervorrichtung des Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine nach Fig. 2 zeigt eine Ma schinenleistung bei homogener Verbrennung. Es versteht sich, daß je nach Einspritzzeitpunkt des Treibstoffs "CPi" als Anzeige einer Verbrennungsstabilität der Maschine ver ändert wird. Außerdem sind die Eigenschaften in bezug auf Kohlenwasserstoffe und Abgas der Maschine betroffen, insbe sondere da die Abgase abrupt steigen oder die Eigenschaften des Abgases abrupt verschlechtert werden, wenn das Ein spritzungsende für den Treibstoff gegenüber BTDC 60° verzö gert wird, es ist daher notwendig, in einem Bereich zu ar beiten, bei welchem sich das Abgas um 0,5 verringert, wobei dieser Wert ein Zulässigkeitsgrenzwert für das Abgas ist, mit anderen Worten, ein Zielwert für das Abgas liegt unter 0,5.

Fig. 3 und Fig. 4 sind Meßbeispiele der Motorleistung bei Schichtverbrennung mit der Steuervorrichtung des Direktein spritzsystems einer Brennkraftmaschine. Bei diesen Figuren wurden durch Veränderung des jeweiligen Einspritzzeitpunkts des Treibstoffs und des Zündzeitpunkts der Zündkerze die Verbrennungsstabilität "CPi" und die Abgaseigenschaften ge messen. In Fig. 3 und Fig. 4 zeigt eine gerade gestrichelte Linie einen Abschnitt, in dem die Einspritzung von Treib stoff und die Zündung zur gleichen Zeit erfolgen.

Bei einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 40 (A/F = 40) liegt die Betriebsbedingung der Maschine vor, bei welcher ein Zielwert der Verbrennungsstabilität "CPi" sich in einem Bereich von weniger als 0,5% befindet, und dieser Wert von 0,5% ist ein Zulässigkeitsgrenzwert der Verbrennungsstabi lität "CPi", und auch der Zielwert für die Abgaseigenschaf ten, welcher bei einem Wert von weniger als 0,5 liegt, kann erreicht werden (z. B. ein Abschnitt des Einspritzstartzeit punktes von 50° und des Zündzeitpunkts von 20°).

Bei den tatsächlichen Betriebsbedingungen der Maschine kommt es jedoch zu den in Fig. 5 gezeigten Bedingungen. Fig. 5 zeigt ein typisches Beispiel einer Steuervorrichtung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Außer dem zeigt diese Figur, wie bei konstanter Drehzahl (Ne) und Ansaugluftmenge der Maschine 8 sich das Zufuhrluft-Treib stoff-Verhältnis von 40 (A/F = 40) auf 14,7 ((A/F)o = 14,7; λ = 1) ändert. In dieser Figur bezeichnet ○ die Schicht verbrennung (die Treibstoffeinspritzung im Kompressionsar beitsgang) und ⚫ die homogene Verbrennung (die Treibstoff einspritzung beim Ansaugarbeitsgang). Als Ergebnis ist es wie oben in Fig. 5 gezeigt notwendig, die Abgaseigenschaf ten zu verbessern.

Zunächst ist es bei Beachtung der Abgase in der unteren Stufe in Fig. 5 so, daß die Abgase im wesentlichen Null bei homogener Verbrennung sind, es jedoch bei Schichtverbren nung während des Luft-Treibstoff-Verhältnisses von 20-40 (A/F = 20-40) Abschnitte gibt, bei denen der Wert des Abga ses über 0,5 geht.

Auf der anderen Seite geht das "Ansaug-Drehmoment", das die Verbrennung der Maschine in einer niedrigeren Stufe in Fig. 5 anzeigt, sowohl bei der Schichtverbrennung als auch der homogenen Verbrennung über einen Zielwert, wobei der Zielwert 0,8 kgf-m ist, wobei jedesmal das Luft-Treibstoff- Verhältnis in etwa 20 ist (A/F = 20).

Als Ergebnis, das in dem unteren Teil in Fig. 5 gezeigt ist, ist es notwendig, das Ansaugdrehmoment zu verbessern. Die Dispersion beim Ansaugdrehmoment wird durch die Disper sion des Druckes in dem Zylinder während jeder Zündung be wirkt. Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Messung der Eigen schaften der Maschine 8, allgemein werden die tatsächlichen Eigenschaften der Maschine in Fig. 6 gezeigt.

Fig. 6 ist eine erläuternde Darstellung der Grundschritte der Steuervorrichtung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Diese Figur zeigt eine Zusammenfassung des Konzepts unterschiedlicher Verbrennungen, wobei die je weiligen Eigenschaften der homogenen Verbrennung, der Schichtverbrennung und einer schwachen Schichtverbrennung zusammengefügt sind. Die schwache Schichtverbrennung ist ein Zwischenabschnitt zwischen den obengenannten zwei Ver brennungsarten, nämlich der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung. Die Einspritzung des Treibstoffs bei homogener Verbrennung wird bei dem Ansaugarbeitsgang der Maschine durchgeführt, und die Einspritzung des Treibstoffs bei der Schichtverbrennung wird bei dem Kompressionsar beitsgang der Maschine durchgeführt.

Da der Maschinenaufbau so ausgelegt ist, daß die geeignet ste Struktur der Schichtverbrennung erreicht wird, wird in bezug auf die Stabilität der Verbrennung außerdem bei der Schichtverbrennung der Zielwert der Verbrennungsstabilität "CPi" von 5% wesentlich verringert, und dann kommt es zu einer stabilen Verbrennungsbedingung. Jedoch existiert bei der homogenen Verbrennung eine Verbrennungsstabilität "CPi" mit dem Wert von 10 Grad-% unter dem Luft-Treibstoff-Ver hältnis A/F von 20-25 (A/F = 20-25).

Andererseits wird in bezug auf Abgase bei homogener Ver brennung das Abgas im wesentlichen auf Null gesenkt, jedoch geht man bei Schichtverbrennung davon aus, daß es sehr schwierig ist, das Abgas auf Null zu senken. Als nächstes wird in bezug auf die Reduzierung des Treibstoffverbrauchs, welche ein Grund für die Schichtverbrennung ist, bei homo gener Verbrennung diese auf maximal 200 g/psh gesetzt, die sem gegenüber kann sie bei Schichtverbrennung 180 g/psh er reichen, was im wesentlichen dem stöchiometrischen Ver brauchswert entspricht.

In Fig. 6, rechte Spalte wird die schwache Schichtverbren nung zusammengefaßt, man geht davon aus, daß die schwache Schichtverbrennung eine Zwischenverbrennungsmethode ist, und diese schwache Schichtverbrennung ergibt die Möglich keit, die Vorteile sowohl der homogenen Verbrennung als auch der Schichtverbrennung maximal zu nutzen.

Wie in der rechten Spalte in Fig. 6 gezeigt, kann in Über einstimmung mit der schwachen Schichtverbrennung die hohe Stabilität der Schichtverbrennung erwartet werden, wobei die Reduzierung des Abgases bei der homogenen Verbrennung erwartet werden kann, und außerdem kann ein niedriger Treibstoffverbrauch bei der homogenen Verbrennung erwartet werden.

Mit anderen Worten, unter Berücksichtigung der Aufgaben oder Ergebnisse der Tatsachen der Maschine kann durch Kom binieren der drei obigen Verbrennungsmethoden, nämlich ho mogener Verbrennung, Schichtverbrennung und schwacher Schichtverbrennung die gewünschte Verbrennung in dem Di rekteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine nahezu als ideale Verbrennung erreicht werden.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen Meßergebnisse der schwachen Schichtverbrennung, was dem Zwischenverbrennungsbereich entspricht. Fig. 7 ist das Meßergebnis bei einem Luft- Treibstoff-Verhältnis von 20 (A/F = 20), und Fig. 8 ist das Meßergebnis bei einem Luft-Treibstoff-Verhältnis von 25 (A/F = 25). Bei diesen Figuren ist die Treibstoffeinspritz rate im Kompressionsarbeitsgang, nämlich die Rate beim Schichtverbrennungsbereich, auf der horizontalen Achse auf getragen, und die Verbrennungsstabilität (CPi) und das Ab gas sind auf der vertikalen Achse aufgetragen.

In Fig. 8 sind zwei Meßergebnisse bezüglich Verbrennungs stabilität mit den Kurvenlinien CPi(1) und CPi(2) darge stellt, und die zwei Meßergebnisse in bezug auf die Abgas eigenschaften sind mit Kurvenlinien SMOKE(1) und SMOKE(2) in einem unteren Teil dargestellt. Außerdem sind zwei Meß ergebnisse bezüglich Kohlenwasserstoffen, dargestellt durch Kurvenlinien HC(1) und HC(2), und zwei Meßergebnisse in be zug auf NOx, dargestellt durch Kurvenlinien NOx(1) und NOx(2), in dem mittleren Teil dargestellt.

Wie sich aus Fig. 7 und Fig. 8 ergibt, ändert sich die Ver brennungsstabilität (CPi) nicht sehr viel (die Verbren nungsstabilität (CPi) ändert sich kaum), jedoch tendiert das Abgas dazu, daß es um so mehr steigt, je höher die Rate der Schichtverbrennung wird. Dementsprechend kann durch Steuerung der Rate zwischen Schichtverbrennung und homoge ner Verbrennung die Verbrennungsleistung in der Nähe der idealen Verbrennung erreicht werden.

Mit anderen Worten, während eines Verbrennungszyklus wird der Treibstoff teilweise zweimal während der Ansaugarbeits stufe und während der Kompressionsarbeitsstufe injiziert, oder der Treibstoff wird teilweise während der Ansaugar beitsstufe und teilweise während der Kompressionsarbeits stufe injiziert, und außerdem wird die Rate zwischen Schichtverbrennung und homogener Verbrennung variiert, so daß die Verbrennungsleistung in der Nähe der idealen Ver brennung erreicht werden kann.

Fig. 9 zeigt ein Meßergebnis der Maschinenleistung bei ei ner Bedingung, bei der das Luft-Treibstoff-Verhältnis 20 ist (A/F = 20) und eine konstante Drehzahl (Ne = 1400 rpm) gemäß dem Einspritzzeitpunkt eingehalten wird, indem die Rate zwischen Schichtverbrennung und homogener Verbrennung variiert wird. Wie im oberen rechten Teil in Fig. 9 ge zeigt, wird die Rate zwischen Schichtverbrennung und homo gener Verbrennung in sechs Stufen in diesem Beispiel vari iert.

Es kann bestätigt werden, daß, wenn die Treibstoffrate zwi schen Schichtverbrennung und der homogenen Verbrennung ge wechselt wird, die Verbrennungsstabilität (CPi), das Koh lenwasserstoffverhältnis und das Abgas sich verändern.

Im folgenden werden weitere Ausführungsformen der Steuer vorrichtung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraftma schine gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig. 10 zeigt eine Vorgabetafel für das Luft-Treibstoff- Verhältnis (A/F) des Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine in bezug auf die Motordrehzahl (Ne) und die Motorleistung. Der Schichtverbrennungsbereich deckt die niedrige Drehzahl und die niedrige Last ab, auf der anderen Seite deckt die homogene Verbrennung die hohe Last ab. Zwi schen dem Schichtverbrennungsbereich und dem homogenen Ver brennungsbereich gibt es den Verbrennungszwischenbereich (den schwachen Schichtverbrennungsbereich).

In Fig. 11 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der horizon talen Achse aufgetragen und das Luft-Treibstoff-Verhältnis (A/F) auf der vertikalen Achse. Diese Figur dient zur Er läuterung des Steuerbildes für das Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Wie in Fig. 11 gezeigt, gibt es zur Steuerung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraft maschine drei Verbrennungsbereiche, nämlich den Schichtver brennungsbereich, den homogenen Verbrennungsbereich und den Zwischenverbrennungsbereich (schwacher Schichtverbrennungs bereich), je nach der Größe des Luft-Treibstoff-Verhältnis ses (A/F) und der Größe der Fahrzeuggeschwindigkeit.

In Fig. 12 sind die verschiedenen Verbrennungsbereiche auf der horizontalen Achse und die Verbrennungsstabilität (CPi) und das Abgas auf der vertikalen Achse dargestellt. Anhand dieser Figur sind die drei Verbrennungsbereiche in Überein stimmung mit der Verbrennungsstabilität (CPi) und dem Abgas dargestellt, und außerdem dient diese Figur dazu, die Ei genschaften für jede Verbrennungsbedingung zu zeigen, was in Fig. 6 erläutert wurde.

In Fig. 13 ist die Verwirbelungsgröße in dem Zylinder der Maschine auf der horizontalen Achse gezeigt, und die Ver brennungsstabilität (CPi) und das Abgas sind auf der verti kalen Achse gezeigt. Mit Bezug auf diese Figur wird das Konzept des Verwirbelungssteuerventils (SCV) 31 in Fig. 1 im folgenden erläutert.

In dem Schichtverbrennungsbereich wird, um zu einer robu sten Verbrennung zu kommen, im allgemeinen eine große Gasströmung (Stärke der Verwirbelung) in dem Zylinder der Maschine angestrebt. Außerdem wird während der homogenen Verbrennung zum Erreichen der stabilen Verbrennung die Gasströmung als sehr wichtiger Faktor angesehen. Als Ergeb nis ist die Steuerung der Größe der Gasströmung ein wichti ger Faktor, der über Erfolg oder Fehlschlag der Treibstoff steuerung des Direkteinspritzsystems einer Brennkraftma schine entscheidet.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Steuerung der Größe der Gasströmung in dem Direkteinspritz system einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Er findung erläutert.

Fig. 14 ist ein Beispiel für ein Flußdiagramm der Steue rung, wobei das Basiskonzept in bezug auf die Auswahl des Schichtverbrennungsbereichs, des homogenen Verbrennungsbe reichs und des Zwischenverbrennungsbereichs dargestellt ist. In einem Schritt 141 wird die Verbrennungsstabilität der Maschine über die Änderung in der Drehzahl der Maschine und eine Fluktuation bei dem Verbrennungsdruck etc. der Ma schine erfaßt.

In einem Schritt 142 wird beurteilt, ob Verbrennungsstabi lität innerhalb einer Grenze um einen Standardwert erreicht wurde oder nicht, und je nach Umständen wird die Verbren nungsstabilität festgelegt. Insbesondere, wenn das An saugdrehmoment etc. als Index für die Verbrennungsstabili tät größer als der Standardwertbereich ist, wird die Stabi lität der Verbrennung in der Maschine als wichtig angese hen, und dann wird die Verbrennungsstabilität in den Schichtverbrennungsbereich verschoben.

Wenn auf der anderen Seite der Wert des Ansaugdrehmoments etc. als Index für die Verbrennungsstabilität kleiner als der Standardwertbereich ist, wird die Verbrennungsstabili tät in den homogenen Verbrennungsbereich verschoben. Wenn außerdem die Verbrennungsstabilität innerhalb des Standard wertbereiches liegt, werden diese Umstände beibehalten, mit anderen Worten, die früheren Bedingungen werden aufrechter halten.

In Fig. 14 wird die Verbrennungsstabilität der Maschine als Standardbeurteilung zugrundegelegt, auf der anderen Seite zeigt Fig. 15 ein Flußdiagramm als Beispiel für eine Steue rung, das Basiskonzept der Auswahl des Schichtverbrennungs bereiches, des homogenen Verbrennungsbereiches und des Zwi schenverbrennungsbereiches darstellend, wobei Betonung auf das Abgas gelegt wird.

Das Abgas aus der Maschine wird direkt durch einen Sensor (einen optischen Verbrennungssensor etc.) erfaßt, jedoch ist es durch Erfassen der Änderung der Drehzahl der Maschi ne und der Fluktuation bei dem Verbrennungsdruck etc. der Maschine möglich, Vorhersagen zu treffen in bezug auf die Faktoren, wobei solche Faktoren sich auf eine Verschlechte rung der Verbrennung beziehen (Schritt 151).

In einem Schritt 152 in Fig. 15 wird beurteilt, ob ein Ab gaspegel innerhalb eines Standardwertbereiches liegt oder nicht (Schritt 152), und je nach Umständen wird, wenn das Abgas größer als der Standardwertbereich ist, das Abgas als größer angesehen, als es der Verbrennung im Motor ent spricht, und dann wird das Abgas in den homogenen Verbren nungsbereich verschoben.

Wenn auf der anderen Seite das Abgas kleiner als der Stan dardwertbereich ist, wird das Abgas zum Schichtverbren nungsbereich verschoben. Wenn außerdem das Abgas sich in nerhalb des Standardwertbereiches befindet, werden solche Umstände fortgeführt, mit anderen Worten, die früheren Be dingungen werden beibehalten.

Fig. 16 ist ein Beispiel eines Flußdiagramms einer Steue rung, bei welcher sowohl die Verbrennungsstabilität der Ma schine als auch das Abgas Beurteilungsstandards werden. Be tonung wurde darauf gelegt, daß sich ein Bereich, in dem die Verbrennungsstabilität der Maschine als groß angesehen wird, von dem Bereich unterscheidet, in dem das Abgas als groß angesehen wird. Wenn es keine Probleme mit der Ver brennungsstabilität gibt, kann die homogene Verbrennung wie in Schritt 169 gezeigt gewählt werden.

Wenn andererseits Probleme auftreten in bezug auf die Ver brennungsstabilität (Schritt 165), wird man wünschen, die Schichtverbrennung auszuwählen, jedoch wird in diesem Fall ein erforderlicher Wert in bezug auf das Abgas erraten aus den Betriebsbedingungen (Schritt 166), und es wird ein zu lässiger Toleranzbereich abgeschätzt.

Wenn man sich in dem als groß angesehenen Abgasbereich be findet, wird man den Schichtverbrennungsbereich wie in Schritt 171 gezeigt verwenden, wenn man sich aber nicht in dem als groß angesehenen Abgasbereich befindet, wird man den Zwischenverbrennungsbereich wie in Schritt 170 gezeigt verwenden (dies ist der zweimalige Einspritzsteuerbereich, wie er oben genannt wurde).

Fig. 17 zeigt ein Beispiel eines Flußdiagramms einer Steue rung für den Fall, wo die Verbrennungsstabilität in Abhän gigkeit von der Stärke der Gasströmung eingestellt wird, durch die der Zylinder der Maschine betroffen wird. Mit an deren Worten, bei schlechter Verbrennungsstabilität (Schritt 173) wird die Verwirbelungsstärke vergrößert und die Verbrennung stabilisiert.

Die Verbrennungsstabilität, nämlich Ansaugdrehmoment etc. als Anzeige der Stabilität der Verbrennung, ist klein oder liegt innerhalb des Standardwertbereiches, und es gibt kein Problem mit der Stabilität der Verbrennung (Schritt 174; Schritt 175), die Größe des Abgases wird beurteilt, und wenn das Abgas als nicht wesentlich angesehen wird (Schritt 177), wird die Verwirbelungsstärke angehoben.

Wenn andererseits die Größe des Abgases als wesentlich an gesehen wird bei Bedingungen, die näher der homogenen Ver brennung als der Zwischenverbrennung liegen, wird die Steuerung so eingestellt, daß die Verwirbelungsstärke klein ist.

Fig. 18, Fig. 19 und Fig. 20 zeigen ein Flußdiagramm des Konzepts der Verbrennungssteuerung des Direkteinspritzsy stems einer Brennkraftmaschine für den Fall, daß die Be triebsbedingung der Maschine sich in einem Übergangszustand befindet.

In dem Flußdiagramm in Fig. 18 wird bei der Beschleuni gungsbeurteilung in einem Schritt 180, wenn die Beschleuni gungsbeurteilung größer als ein vorgegebener Wert ist, in einem Schritt 18D die Zeitkonstante auf eins (1) gesetzt und dann die homogene Verbrennung ausgewählt, um so die Än derung von der Schichtverbrennung als gegenwärtiger Ver brennung zur homogenen Verbrennung zu bewirken.

Andererseits wird in einem Schritt 18E die Zeitkonstante auf zwei (2) gesetzt, um so die Änderung von der Schicht verbrennung als gegenwärtiger Verbrennung zur Zwischenver brennung zu bewirken.

Da ein Wechsel durch Abwarten der Änderung der Ansaugluft menge erfolgen kann, kann wie oben erwähnt durch geeignetes Setzen des Wertes der Zeitkonstante das Drehmoment stufen weise weggenommen werden, was erzeugt wird aufgrund der Verbrennungsbedingung beim Wechsel, und außerdem können dann Gegenmaßnahmen gegen einen Ruck getroffen werden.

Fig. 19 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Glätten des Betriebes, indem das stufenweise Umschalten der Ver brennungsbedingung weiter verbessert wird. Mit anderen Wor ten, wenn während der Beschleunigungszeit die Schichtver brennung in die homogene Verbrennung überführt wird, wie in Schritt 19K gezeigt, werden zu jeder Zeit, wenn die Steuer routine läuft, eine Schichtverbrennungsrate und eine homo gene Verbrennungsrate mit einer Funktion (f) verändert und dann die Verbrennungsbedingung umgeschaltet.

Die obengenannte Funktion (f) ist ein Faktor, der frei ge wählt werden kann, und sie kann z. B. je nach Betriebsbedin gung, Größe der Beschleunigung und Betriebsbedingung der Maschine etc. gewählt werden. Unter Verwendung dieses Steu erverfahrens nach Fig. 19 kann graduell der Zwischenver brennungsbereich erreicht werden.

Fig. 20 ist ein Flußdiagramm einer Steuerlogik für den Fall, daß der Betrieb als groß gegenüber der Fahrzeugbedin gung angesehen wird. Als ein Schlüsselfaktor zur Sicherung des Betriebes wird ein "Maschinenzieldrehmoment" je nach Motordrehzahl und Niederdrückungsgrad des Gaspedals festge legt und dann die Beschleunigungsbeurteilung ausgeführt (Schritt 20C).

Als Ergebnis wird das Umschalten zwischen Schichtverbren nung, homogener Verbrennung und Zwischenverbrennung durch geführt, und zusammen hiermit und der jeweiligen Verbren nungszuordnung wird das Maschinenzieldrehmoment erreicht, und gleichzeitig kann die Verbrennungsstabilität selektiv unter den besten Bedingungen gesteuert werden.

Wenn die Beurteilung der Beschleunigung klein ist und wie in Schritt 20F gezeigt die Schichtverbrennung vorliegt, wird wie in Schritt 20M je nach Differenz zwischen Ziel drehmoment und tatsächlichem Drehmoment zur homogenen Ver brennung oder Zwischenverbrennung umgeschaltet. Als Ergeb nis ist es möglich, das Direkteinspritzsystem einer Brenn kraftmaschine gemäß den Aufgaben, nämlich Betriebseigen schaften, Treibstoffverbrauch und Reinigung von Abgas zu schaffen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher ohne Behinde rung durch die ursprünglich gewollte Betriebsbedingung und außerdem die Verbesserung der Betriebsbedingung möglich, die Eigenschaften des Direkteinspritzsystems einer Brenn kraftmaschine gemäß den Aufgaben zu schaffen, nämlich Be triebsbedingung, Treibstoffverbrauch und Reinigung von Ab gas.

Claims

1. Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine (8) mit einer Vorrichtung (15) zum Steuern einer Treibstoffeinspritzmenge und eines Treib stoffeinspritzzeitpunktes für den Treibstoff, der einem Direkteinspritzsystem einer Brennkraftmaschine zuge führt wird, die umfaßt:
eine Verbrennungssteuervorrichtung zum Steuern des Treibstoffs in einen homogenen Verbrennungsbereich zum Einspritzen des Treibstoffs in einen jeweiligen Zylin der während eines Ansaugarbeitsganges der Brennkraftma schine (8), einen Schichtverbrennungsbereich zum Ein spritzen des Treibstoffs in den jeweiligen Zylinder während eines Kompressionsarbeitsganges der Brennkraft maschine und einen Zwischenverbrennungsbereich, welcher ein Verbrennungsbereich zwischen dem homogenen Verbren nungsbereich und dem Schichtverbrennungsbereich ist, und zum teilweisen Einspritzen des Treibstoffs mit ei ner vorgegebenen Rate während des jeweiligen Ansaugar beitsganges und des jeweiligen Kompressionsarbeitsgan ges;
einen Betriebsfilter zum Filtern einer Betriebsbedin gung in Abhängigkeit von wenigstens entweder einer Ver brennungsbedingung der Brennkraftmaschine, einer Lei stungsbedingung der Brennkraftmaschine (8) und einer Beschleunigungsbedingung eines Fahrzeugs; und
eine Auswahlvorrichtung zum Auswählen wenigstens entwe der der homogenen Verbrennung, der Schichtverbrennung oder der Zwischenverbrennung je nach einem Ergebnis von dem Betriebsbedingungsfilter.

2. Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der:
als Betriebsbedingungsfilter zum Filtern der Verbren nungsbedingung der Brennkraftmaschine eine Konzentrati on von Abgasen aus der Brennkraftmaschine oder eine Dispersion in dem Zylinder bei jeder Zündung der Brenn kraftmaschine verwendet wird.

3. Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der:
als Betriebsbedingungsfilter zum Filtern der Leistungs bedingung der Maschine ein Differenzwert zwischen einem Zieldrehmomentwert und einem tatsächlichen Drehmoment wert verwendet wird.

4. Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der:
als Ergebnis von dem Betriebsbedingungsfilter zum Fil tern der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine unter Verwendung von Indizes zum Anzeigen eines Stabilitäts grades der Betriebsbedingung, der einen ersten vorgege benen Wert und einen zweiten vorgegebenen Wert, welcher größer als der erste vorgegebene Wert ist, umfaßt, wenn der Index zum Anzeigen des Stabilitätsgrades der Be triebsbedingung kleiner als der vorgegebene Wert ist, die Schichtverbrennung erfolgt, und wenn der Index zum Anzeigen des Stabilitätsgrades der Betriebsbedingung größer als der zweite vorgegebene Wert ist, die homoge ne Verbrennung erfolgt.

5. Steuervorrichtung eines Direkteinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der:
für den Fall, daß ein Beurteilungsergebniswert des Be triebsfilters größer als ein vorgegebener Wert ist, in einem Transfer von einer Verbrennung unter der Schicht verbrennung, der homogenen Verbrennung oder der Zwi schenverbrennung während eines vorgegebenen Transfers eine Zuordnungsrate der homogenen Verbrennung und der Schichtverbrennung graduell verändert wird.