DE102004009024B4

DE102004009024B4 - Steuervorrichtung und Verfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004009024B4
Application number: DE102004009024.6A
Authority: DE
Inventors: Kimihiko Tanaya; Masakazu Dohi; Yumi Takaoka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP3894442B2; JP2004339983A; US6912459B2; DE102004009024A1; US20040230369A1

Abstract

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Ionenstromerfassungseinrichtung (3) zum Erfassen eines Ionenstroms, der zwischen Elektroden fließt, über Ionen, die in einer Verbrennungskammer auf eine Verbrennung hin erzeugt werden, zu einer Zeit, wenn eine Spannung an die Elektroden, die in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors angeordnet sind, angelegt wird; eine Parameterextraktionseinrichtung (7) zum Extrahieren eines Ionenstromcharakteristikparameters, der mit einem angezeigten mittleren wirksamen Druck, IMEP, eines Zylinders des Verbrennungsmotors korreliert, aus dem Ionenstrom, der von der Ionenstromerfassungseinrichtung (3) erfasst wird; eine Berechnungseinrichtung (8, 9) für eine IMEP-bezogene Information zum Verwenden des Ionenstromcharakteristikparameters, der aus der Parameterextraktionseinrichtung (7) ausgegeben wird, um eine Information zu berechnen, die den IMEP des Verbrennungsmotors betrifft; und eine Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der Ausgabe von der Berechnungseinrichtung für eine IMEP-bezogene Information (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (8, 9) für eine IMEP-bezogene Information ausgebildet ist zum Berechnen (S5, S6) einer IMEP-Variationsrate (COV_IMEP); und die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate (COV_IMEP), wobei die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) beurteilt, dass die Verbrennung stabil ist, wenn die IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) einen Schwellenwert (Th) nicht überschreitet, wodurch ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils für den Verbrennungsmotor erhöht werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10, und insbesondere eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der einen aus einem ionischen Volumen berechneten IMEP- oder einen IMEP-Variationsbetrag benutzt, der durch eine Verbrennung erzeugt wird, die in einem Verbrennungsmotor auftritt, um dadurch verschiedene Verbrennungsmotor-Steuerparameter zu steuern.
2. Beschreibung des verwandten Sachstands
Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen der Verbrennungsvorgänge in der Brennkammer eines Verbrennungsmotors sind aus DE 198 28 595 A1 , JP 06249048 A , DE 698 09 345 T2 und DE 199 63 225 A1 bekannt.
In letzter Zeit besteht im Hinblick auf strenge Umweltbeschränkungen ein zunehmender Bedarf, Grenzen bei einer Motorverbrennung, insbesondere eine Grenze einer mageren Verbrennung und eine Auspuffgas-Rezirkulations-(nachstehend als EGR bezeichnet)-Grenze bzw. eine Abgasrückführungsgrenze zu erfassen, um einen Kraftstoffverbrauch bzw. eine Reichweite für eine bestimmte Kraftstoffmenge zu verbessern.
Die Verbrennungsgrenze ist ein Punkt, wo der Verbrennungsmotor (nachstehend manchmal als Motor bezeichnet) am wirksamsten und auf eine stabile Weise betrieben wird. Was nämlich wichtig ist, ist wie weit Kraftstoff reduziert werden kann, während die gleiche Ausgabe erhalten wird und eine stabile Verbrennung erreicht wird, um eine Produktqualität aufrecht zu erhalten.
Ein Zylinderdrucksensor wird üblicherweise als ein Indikator verwendet, um diese Faktoren zu messen. Ein angezeigter mittlerer wirksamer Druck (nachstehend kurz als IMEP bezeichnet), der aus dem Druck innerhalb des Zylinders erhalten wird, dient als der Indikator.
Jedoch bestehen Probleme hinsichtlich der Kosten und Beständigkeit des Zylinderdrucksensors, was ihn somit unpraktisch macht.
Eine Technik ist vorgeschlagen worden als eine Erfindung eines Ionenstromdetektors, der die Verbrennungsgrenze erfasst. Diese Vorrichtung verwendet eine Sonde in einer Zündkerze, um einen Strom der Ionen zu erfassen, die während der Verbrennung erzeugt werden (z. B. JP 11-324881 A ).
Jedoch erfasst das in der JP 11-324881 A vorgeschlagene Verbrennungsgrenzen-Erfassungsverfahren nur einen Grenzpunkt, bis zu welchem eine Verbrennung möglich ist. Das Verfahren berücksichtigt nicht den Grenzpunkt, bei welchem der wirksamste Ausgang erhalten werden kann, noch eine Erfassung der Verbrennungsstabilität, die erforderlich ist, um eine Produktqualität des Motors sicherzustellen. Somit waren diese Arten einer Erfassung mit der in der JP-11-324881-A vorgeschlagenen Technik schwer zu erreichen.
Um eine Arbeitseffizienz des Motors zu steuern, ist es notwendig, den IMEP zu erfassen, der wiederum die tatsächliche Verbrennungsarbeit ist. Überdies ist es, um die Stabilität des Motors zu diskutieren, der dazu beiträgt, die Produktqualität des Motors sicherzustellen, notwendig, den Betrag einer Variation zu behandeln, der in der Verbrennungsarbeit auftritt, um dadurch eine Erfassung zu erreichen, bevor eine Variation in dem Motor selbst auftritt.
Die vorliegende Erfindung ist ausgeführt worden, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, und es ist deswegen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor zu erhalten, die den Betriebszustand des Motors effizient und präzise steuern. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor: eine Ionenstromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ionenstroms, der zwischen Elektroden fließt, über Ionen, die in einer Verbrennungskammer auf eine Verbrennung hin erzeugt werden, zu einer Zeit, wenn eine Spannung an die Elektroden, die in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors angeordnet sind, angelegt wird; eine Parameterextraktionseinrichtung zum Extrahieren eines Ionenstromcharakteristikparameters, der mit einem angezeigten mittleren wirksamen Druck, IMEP, eines Zylinders des Verbrennungsmotors korreliert, aus dem Ionenstrom, der von der Ionenstromerfassungseinrichtung erfasst wird; eine Berechnungseinrichtung für eine IMEP-bezogene Information zum Verwenden des Ionenstromcharakteristikparameters, der aus der Parameterextraktionseinrichtung ausgegeben wird, um eine Information zu berechnen, die den IMEP des Verbrennungsmotors betrifft; und eine Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der Ausgabe von der Berechnungseinrichtung für eine IMEP-bezogene Information, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung für eine IMEP-bezogene Information ausgebildet ist zum Berechnen einer IMEP-Variationsrate; und die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung ausgebildet ist zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate, wobei die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate beurteilt, dass die Verbrennung stabil ist, wenn die IMEP-Variationsrate einen Schwellenwert nicht überschreitet, wodurch ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils für den Verbrennungsmotor erhöht werden kann.
Folglich wird eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor erhalten, der einen kostengünstig verfügbaren Ionenstromdetektor einsetzt, um einen IMEP- oder einen IMEP-Variations-Betrag zu berechnen, und der diese Werte verwendet, um dadurch den Betriebszustand des Verbrennungsmotors effizient und präzise zu steuern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer EGR-Grenzsteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Flussdiagramm, das einen Fluss einer Prozedur zum Ableiten einer Größe eines IMEP und einer IMEP-Variationsrate in der EGR-Grenzsteuervorrichtung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Flussdiagramm, das einen Fluss einer EGR-Grenzbestimmungsprozedur in der EGR-Grenzsteuervorrichtung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel von Werten zeigt, die als die Größe des IMEP in der EGR-Grenzsteuervorrichtung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung abgeleitet werden;
5 ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel von Werten zeigt, die als die IMEP-Variationsrate der EGR-Grenzsteuervorrichtung des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung abgeleitet werden; und
6 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Grenzsteuervorrichtung für magere Verbrennung eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Eine Beschreibung wird nun bezüglich eines Beispiels einer EGR-Grenzsteuerung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gegeben werden.
Eine EGR wird gesteuert, um so eine Verbrennungstemperatur abzusenken und Mengen an NOx, das in dem Kraftstoffabgas erzeugt wird, zu unterdrücken, wie auch einen Verlust einer Energie in einem Verbrennungsmotor zu verringern, indem eine Emissionsenergie in eine Einlassenergie konvertiert wird. Mit anderen Worten verbessert ein Erhöhen des EGR-Betrags die Energieeffizienz. Eine Kraftstoffreichweite verbessert sich auch. Jedoch verschlechtert sich, wenn die EGR übertrieben wird, eine Verbrennungscharakteristik, um eine Verschlechterung einer Energieeffizienz herbeizuführen.
Weiter werden, wenn ein unbeabsichtigtes Feuer durch eine Übertreibung von der EGR herbeigeführt wird, Reinigungskatalysatoren, die das Auspuffgas reinigen, beschädigt, und sie können zerstört werden. Deswegen ist es üblich, eine große Spanne bereitzustellen, um eine Fluktuation in gefertigten Motorteilen und eine Fluktuation in Umgebungsfaktoren zu berücksichtigen. Ein Grad einer Öffnung eines EGR-Ventils wird als Bereich von Kennfeldwerten eingestellt, die einzeln für jeden Betriebszustand an einem Punkt bestimmt werden, der die EGR-Grenze nicht kreuzt.
Folglich besteht beträchtlicher Spielraum zum Verbessern einer Energieeffizienz bezüglich jedes gefertigten Motorteils. In letzter Zeit sind große Hoffnungen bezüglich einer EGR-Grenzsteuerung als ein Weg, die Kraftstoffreichweite zu verbessern, aufgekommen.
Ein Punkt, der als der EGR-Grenzpunkt zu erfassen ist, ist der erstere der folgenden beiden Punkte: 1) ein Punkt, an welchem die Ausgabe von dem Verbrennungsmotor, die bei einer Anfangs-EGR-Betragszeitgebung ausgegeben wird, um einen vorgegebenen Betrag abnimmt, wenn der EGR-Betrag erhöht wird, oder 2) ein Punkt, an welchem ein Betrag einer Variation in der Ausgabe einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Um den EGR-Grenzpunkt zu erfassen, kann entweder ein IMEP oder eine IMEP-Variationsrate erfasst werden. Ein Ionenstromsignal wird verwendet, um den IMEP oder die IMEP-Variationsrate zu erfassen.
Die Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist untenstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
1 ist ein Aufbaudiagramm einer EGR-Grenzsteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1. In dem Diagramm bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Zündkerze. Indem die Zündkerze 1 als eine Sonde dient, werden die erfassten Ionen als das Ionenstromsignal von einem Ionenstromdetektor 3 über eine Zündspule 2 ausgegeben. Spezifisch legt der Ionenstromdetektor 3 eine Spannung an Elektroden an, die in einer Verbrennungskammer in dem Motor angeordnet sind. Wenn die Verbrennung auftritt, erfasst der Ionenstromdetektor 3 einen Ionenstrom, der zwischen den Elektroden über die Ionen fließt, die innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt werden.
Das Ionenstromsignal läuft durch ein analoges Tiefpassfilterfilter (LPF) 4, so dass Rauschen (wie etwa Impulsrauschen), das nicht auf die Verbrennung bezogen ist, beseitigt wird. Danach wird das Ionenstromsignal in einen Mikroprozessor 5 eingegeben, und dann konvertiert ein A/D-Konverter 6 das Ionenstromsignal in ein Spannungssignal, und dies wird innerhalb des Mikroprozessors berechnet. Innerhalb des Mikroprozessors 5 extrahiert ein Parameterextraktor 7 die Charakteristik der Ionenstromwellenform als Ionenstromparameter, die mit dem IMEP korrelieren.
Die Parameter, die von dem Parameterextraktor 7 extrahiert werden, werden in eine IMEP-Berechnungseinheit 8 bzw. eine IMEP-Variationsraten-Berechnungseinheit 9 eingegeben. Dann werden der IMEP und die IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) jeweils auf der Grundlage dieser Eingaben berechnet und werden von dem Mikroprozessor 5 ausgegeben.
Wie oben beschrieben, sind der A/D-Konverter 6, der Parameterextraktor 7, die IMEP-Berechnungseinheit 8 und die IMEP-Variationsraten-Berechnungseinheit 9 innerhalb des Mikroprozessors 5 bereitgestellt.
Der IMEP und die IMEP-Variationsrate (COV_IMEP), die aus dem Mikroprozessor 5 ausgegeben werden, werden in die ECU 10 eingegeben, und sie werden zum Steuern eines Schrittmotors 11 verwendet. Der Schrittmotor 11 steuert den Öffnungsgrad des EGR-Ventils. Wenn die ECU 10 beurteilt, dass sie nicht den EGR-Grenzpunkt erreichen, setzt die ECU 10 den Schrittmotor 11 um einen Schritt hoch, wodurch das EGR-Ventil 12 geöffnet wird und der EGR-Betrag erhöht wird.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Betriebsschritte des Mikroprozessors 5 unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in 2 gegeben werden.
Zuerst wird eine Ionenstromwellenform in einem Schritt S1 nacheinander erhalten. Eine vorbestimmte Anzahl von Ionenstromwellenformen, wobei jede in dem Schritt S1 erhalten wird, werden in dem Schritt S2 gespeichert, und eine mittlere Wellenform von ihnen wird darauf extrahiert. Viele Elemente anders als das Impulsrauschen verbinden sich miteinander, um eine Welligkeit in der Ionenstromwellenform herzustellen, die erzeugt wird, wenn eine Verbrennung auftritt. Deswegen ist es, um die Parameter genau zu erfassen, die in hohem Maße mit dem IMEP korrelieren, notwendig, häufig auftretende Charakteristika zu kennen. In dieser Hinsicht ist ein Erhalten der mittleren Wellenform wichtig. Wie hier beschrieben, ist die Ausführungsform 1 so konfiguriert, die mittlere Wellenform zu benutzen, womit die Zuverlässigkeit der erfassten Parameter, die für eine Verbrennung relevant sind, verbessert wird.
Die mittlere Wellenform wird von den Wellenformen einer vorbestimmten Anzahl vorangehender Zündungen vor dieser Zeit extrahiert. Die mittlere Wellenform wird auf jede Zündung hin aktualisiert. Deswegen können die Messungen in Echtzeit durchgeführt werden, was eine Präzision verbessert.
Bei einem Schritt S3 werden die Charakteristikparameter aus der Wellenform extrahiert, die in dem Schritt S2 gemittelt wurde. Gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung sind die Charakteristikparameter des Ionenstroms, der mit dem IMEP korreliert, wie folgt: Ein Spitzenwert (B) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, ein Quadratmaß (S) (d. h. eine Fläche) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs und eine Breite (W). die durch einen Betrag einer Zeit angezeigt wird, für welche der Ionenstrom eine vorgegebene Schwelle innerhalb eines vorgegebenen Bereichs überschreitet. Es sei darauf hingewiesen, dass der vorgegebene Bereich ein vorgegebenes Erfassungsfenster zum Platzieren des Fokus auf den Abschnitt ist, der durch die Charakteristikparameter gekennzeichnet ist. Deswegen wird bei dem Schritt S3 eine Verarbeitung bezüglich des Signals durchgeführt, das in dem vorgegebenen Bereich ist und durch das analoge Tiefpassfilter 4 in 1 und das Erfassungsfenster gelaufen ist, und von welchem das Impulsrauschen, das nicht auf die Verbrennung bezogen ist, eliminiert worden ist. Folglich wird es möglich, die Zuverlässigkeit der Charakteristikparameter zu verbessern, um die beabsichtigten Parameter effizient zu erhalten, und um nur die Parameter zu extrahieren, die mit dem IMEP stark korreliert sind.
Bei einem Schritt S4 werden P, S und W aus den Charakteristikparametern ausgewählt, die in dem Schritt S3 extrahiert wurden. Sie können mit einer gegebenen Potenz multipliziert werden, falls nötig. Jeder dieser wird mit bestimmten Koeffizienten α1, α2 α3, ..., multipliziert, und diese werden einer Konstante α0 hinzugefügt, um den IMEP zu erhalten. In der Ausführungsform 1 wird die Größe des IMEP als das Ergebnis der linearen Gleichung in Formel (1) berechnet. Somit kann die Größe des IMEP effizient und präzise abgeleitet werden. IMEP = α₀ + α₁·P + α₂·S + α₃·W + α₄·P² (1)
4 zeigt ein Beispiel der Erfassungen, die zu dieser Zeit ausgeführt werden. Die durchgezogene Linie in 4 zeigt den IMEP-Wert an, der unter Verwendung der oben erwähnten Formel (1) berechnet ist. Die gestrichelte Linie in 4 zeigt die IMEP-Werte an, die auf der Grundlage einer Ausgabe von einem Zylinderdrucksensor berechnet sind. Da die durchgezogene Linie fast identisch zu der gestrichelten Linie ist, ist es offensichtlich, dass die Ausgabe in der Ausführungsform 1 sehr präzise ist. Eine Einrichtung kann bereitgestellt werden, um die Potenz und den Koeffizienten zu modifizieren, um sie zu modifizieren, falls nötig.
Bei einem Schritt S5 werden P und W aus der Gruppe der Parameter ausgewählt, die in dem Schritt S3 extrahiert wurden. Falls nötig, können diese Parameter mit einer vorgegebenen Potenz multipliziert werden. Auf diese Weise wird eine feste Anzahl optimal neu angeordneter Parameter ausgewählt, und dann wird eine Formel (2) verwendet, um ihre Variationsrate (COV) zu berechnen. CP = COV(P) CW = COV(W^–1) (2)
In einem Schritt S6 wird die Variationsrate, die wie oben beschrieben erhalten wird, dann mit gegebenen Koeffizienten β2, β2 ähnlich zu einem Erhalten der Größe des IMEP unter Verwendung der oben erwähnten Formel (1) multipliziert. Dann wird ein Ergebnis eines Hinzufügens der Koeffizienten zu einer gegebenen Konstante β0 hinzugefügt, wodurch die IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) erhalten wird. Eine Formel (3) zeigt die in der Ausführungsform 1 verwendete Formel. Die IMEP-Variationsrate wird als das Ergebnis der linearen Gleichung in der Formel (3) berechnet. Somit kann die IMEP-Variationsrate effizient und präzise abgeleitet werden. COV_IMEP = β₀ + β₁·CP + β₂·CW (3)
5 zeigt ein Beispiel von Erfassungen, die zu dieser Zeit ausgeführt werden. Die durchgezogene Kurve in 5 zeigt den IMEP-Wert an, der unter Verwendung der oben erwähnten Formel (3) berechnet ist. Die gestrichelte Linie in 5 zeigt die IMEP-Variationsrate an, die auf der Grundlage der Ausgaben von dem Zylinderdrucksensor berechnet ist. Da die durchgezogene Linie fast identisch zu der gestrichelten Linie ist, ist zu verstehen, dass die Ausgabe in der Ausführungsform 1 präzise ist. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Einrichtung zum Modifizieren des Koeffizienten auch bereitgestellt werden kann, und der Koeffizient kann bereitgestellt werden, falls notwendig. Es sei auch darauf hingewiesen, dass nur der Koeffizient in dem Beispiel multipliziert wurde, aber es ist auch möglich, mit einer vorgegebenen Potenz zu multiplizieren, falls nötig.
Als nächstes wird eine Beschreibung einer EGR-Grenzerfassung, die in der ECU 10 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Zuerst wird COV_IMEP in einem Schritt S7 erhalten. Der COV_IMEP wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert Th in einem Schritt S8 verglichen. Wenn der COV_FMEP den Schwellenwert Th überschreitet, dann wird beurteilt, dass die Verbrennung instabil ist. In diesem Fall schreitet der Prozess zu einem Schritt S12 fort, und der EGR-Ventilschritt wird einmal oder mehr zurückgesetzt. Die Anzahl von Schritten, die das Ventil zurückgesetzt wird, hängt von dem Überschreitungsmaß von dem Stellenwert Th bei dem Schritt S8 ab. Wenn COV_IMEP den Schwellenwert Th in dem Schritt S8 nicht überschreitet, dann wird beurteilt, dass die Verbrennung stabil ist, und der Prozess schreitet zu dem nächsten Prozessschritt S9 fort.
Der IMEP, der in dem Schritt 9 erhalten wird, wird mit dem Kennfeldwert bzw. Kartenwert (MAP-Wert) verglichen, der der Anfangs-IMEP-Wert ist, der für jeden Betriebszustand in einem Schritt S10 eingestellt wird. Wenn der IMEP gleich oder geringer als der Kennfeldwert ist, wird beurteilt, dass die Energieeffizienz verringert ist. In diesem Fall schreitet der Prozess zu einem Schritt S12 fort, und der EGR-Ventilschritt wird um 1 oder mehr zurückgesetzt. Die Anzahl von Schritten, um die das Ventil zurückgesetzt wird, hängt von dem Ergebnis des Vergleichs ab, der in dem Schritt S10 ausgeführt wird. Wenn der IMEP größer als der Kennfeldwert (MAP-Wert) in dem Schritt S10 ist, dann wird beurteilt, dass die Energieeffizienz weiter erhöht werden kann. In diesem Fall schreitet der Prozess zu einem Schritt S11 fort, das EGR-Ventil wird um einen Schritt erhöht, und eine Steuerung wird durchgeführt, um die EGR-Rate zu erhöhen.
Die oben erwähnte Reihe von Betriebsschritten ermöglicht ein Verfolgen des EGR-Grenzpunkts in Echtzeit und ermöglicht es, dass die Betriebseffizienz des Motors auf das Maximum erhöht wird, und der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Somit kann die IMEP-bezogene Information, die unter Verwendung des Ionenstromsensors erfasst wird, in dieser Ausführungsform verwendet werden, um den Motor effizienter zu steuern. Weiter wird, da die IMEP-bezogene Information, die erhalten wird, den IMEP und die IMEP-Variationsrate einschließt, die Korrelation zwischen den extrahierten Parametern und dem IMEP weiter hervorgehoben werden. Dies erhöht eine Präzision bei einem Erfassen der IMEP-bezogenen Information.
Ausführungsform 2
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform 1 wird bei einem Schritt S2 der 2, um eine Präzision zu erreichen, die mittlere Wellenform zuerst aus den eingegebenen Wellenformen selbst berechnet, und diese mittlere Wellenform wird zum Extrahieren der Parameter verwendet. Jedoch ist in der Ausführungsform 2 der Wellenformmittelungsprozess des Schritts S2 weggelassen, die Charakteristikparameter werden aus den Ionenwellenformen, die mit jeder Zündung auftreten, und der Charakteristikparametermittelwert, der von einer vorbestimmten Anzahl vorangehender Zündungen genommen wird, wird auf jede Zündung hin aktualisiert, oder eine laufende Mittelwertableitung wird in dem Schritt S3 verwendet. In diesem Fall werden die extrahierten Charakteristikparameter gemittelt und dann verwendet, wodurch die Präzision der Parametererfassungspräzision verbessert wird, und im wesentlichen die gleiche Wirkung wie in der Ausführungsform 1 erhalten wird. Überdies wird die Berechnungslast abgemildert, da der Wellenformmittelungsprozess des Schritts S2 beseitigt ist, was effizient Kosten verringert, die mit dem Mikroprozessor 5-Abschnitt einhergehen.
Ausführungsform 3
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform 1 wird bei dem Schritt S2, der in 2 gezeigt ist, um eine Präzision zu erreichen, die mittlere Wellenform zuerst aus den eingegebenen Wellenformen selbst berechnet, und diese mittlere Wellenform wird zum Extrahieren der Parameter verwendet. Jedoch ist in der Ausführungsform 3 der Wellenformmittelungsprozess des Schritts S2 weggelassen, und der IMEP und der COV_IMEP werden direkt aus den Charakteristikparametern aus den Ionenwellenformen, die mit jeder Zündung erzeugt werden, in dem Schritt S3 berechnet. Auch in dieser Konfiguration wird, während eine Erfassungspräzision etwas leidet, eine Berechnungslast abgemildert, was effizient Kosten, die mit dem Mikroprozessor 5-Abschnitt einhergehen, verringert.
Ausführungsform 4
In der oben erwähnten Ausführungsform 1 wird bei dem Schritt S2 in 2 die mittlere Wellenform durch ein Mitteln und Aktualisieren der Wellenformen von einer vorbestimmten Anzahl von vorangehenden Zündungen hergestellt, wodurch eine Präzision verbessert wird, während eine Echtzeitverfolgung aufrechterhalten wird. Jedoch wird in der Ausführungsform 4 der Wellenformmittelungsprozess angehalten, bis sämtliche der Wellenformen von einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen erhalten werden, und ein weiterer Prozess wird in der Zwischenzeit durchgeführt. In dieser Konfiguration wird eine Echtzeitverfolgung aufgegeben; jedoch wird die Berechnungslast verteilt, was effizient Kosten verringert, die mit dem Mikroprozessor 5-Abschnitt einhergehen. Alternativ können die Typen der Charakteristikparameter, die extrahiert werden, erhöht werden. Diese Konfiguration verbessert die IMEP- und die COV_IMEP-Erfassungspräzision. Alternativ kann ein ausgefeilteres Berechnungsverfahren auf die IMEP- und COV_IMEP-Erfassung angewandet werden.
Ausführungsform 5
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform 1 wird die Größe des IMEP unter Verwendung der Formel (1) berechnet. Jedoch werden in der Ausführungsform 5 P und S aus den Charakteristikparametern gewählt, die in dem Schritt S3 extrahiert werden, und diese werden auf eine gegebene Potenz erhöht oder mit einem Koeffizienten multipliziert, falls nötig. In der Ausführungsform 5 wird die Größe des IMEP unter Verwendung der folgenden Formel (4) in dem Schritt S4 berechnet. IMEP = α₀ + α₁·P + α₂·S (4)
Wenn diese Konfiguration verwendet wird, leidet das Niveau einer Präzision geringfügig, aber es werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie in der Ausführungsform 1 erhalten. Außerdem wird die Berechnungslast in dem Mikroprozessor 5 abgemildert, was die Kosten, die mit dem Mikroprozessor 5-Abschnitt einhergehen, effizient verringert.
Ausführungsform 6
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform 1 wird die IMEP-Variationsrate unter Verwendung der Formel (3) berechnet. Jedoch wird in der Ausführungsform 6 nur W aus den Charakteristikparametern gewählt, die in dem Schritt S3 extrahiert werden, und dieses wird auf eine gegebene Potenz erhöht oder wird mit einem Koeffizienten multipliziert, falls nötig. Spezifischer wird die IMEP-Variationsrate unter Verwendung der folgenden Formel (5) in dem Schritt S6 berechnet. In dieser Konfiguration werden ebenso Ergebnisse erhalten, die im wesentlichen ähnlichen zu jenen der Ausführungsform 1 sind. COV_IMEP = β₀ + β₁·cov(W) + β₂·cov(W^–1) (5)
Die Formel (5) wird angewandt, wenn die Größe des IMEP nicht verwendet wird, wie etwa bei einer Grenzsteuerung im mageren Betrieb, die in einer Ausführungsform 10 gezeigt ist und untenstehend beschrieben ist. Eine Verwendung der Formel (5) ermöglicht es, dass nur W als der extrahierte Parameter verwendet wird. Dies mildert die Berechnungslast ab, was zum Verringern von Kosten, die mit dem Mikroprozessorabschnitt 5 einhergehen, effizient ist.
Ausführungsform 7
In der oben erwähnten Ausführungsform 1 führt die EGR-Ventilsteuerung, die in 3 gezeigt ist, einen Echtzeitvergleich der Ausgabe, die in 2 erhalten wird, mit dem vorbestimmten Wert durch, wodurch die EGR-Grenzpunkterfassung durchgeführt wird. Jedoch schließt die ECU 10 in der Ausführungsform 7 eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mittelwerts des Ausgangs von der IMEP-Berechnungseinheit 8 und zum Berechnen eines Mittelwerts des Ausgangs von der IMEP-Variationsraten-Berechnungseinheit 9 ein. Deswegen steuert die ECU 10 Betriebsschritte des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Ausgabe von der Mittelwert-Berechnungseinrichtung.
In der Ausführungsform 7 wird nämlich der Wert, der in dem Schritt S7 oder dem Schritt S9 (d. h. COV_IMEP oder IMEP) in dem Schritt S8 oder dem Schritt S10 durch ein Vergleichen des Mittelwerts, der von der vorbestimmten Anzahl von vorangehenden Zündungen genommen wird und auf jede Zündung hin aktualisiert wird, oder der laufenden Mittelwertableitung, mit einem vorbestimmten Schwellenwert beurteilt. Ein Durchführen dieses Vergleichs verhindert eine fehlerhafte Steuerung, die durch eine fehlerhafte Erfassung und dergleichen herbeigeführt wird. Die Betriebseffizienz des Motors wird wiederum auf das Maximum erhöht, wodurch ein Kraftstoffverbrauch und dergleichen verringert wird.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Ionenstromerfassungseinrichtung (3) zum Erfassen eines Ionenstroms, der zwischen Elektroden fließt, über Ionen, die in einer Verbrennungskammer auf eine Verbrennung hin erzeugt werden, zu einer Zeit, wenn eine Spannung an die Elektroden, die in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors angeordnet sind, angelegt wird; eine Parameterextraktionseinrichtung (7) zum Extrahieren eines Ionenstromcharakteristikparameters, der mit einem angezeigten mittleren wirksamen Druck, IMEP, eines Zylinders des Verbrennungsmotors korreliert, aus dem Ionenstrom, der von der Ionenstromerfassungseinrichtung (3) erfasst wird; eine Berechnungseinrichtung (8, 9) für eine IMEP-bezogene Information zum Verwenden des Ionenstromcharakteristikparameters, der aus der Parameterextraktionseinrichtung (7) ausgegeben wird, um eine Information zu berechnen, die den IMEP des Verbrennungsmotors betrifft; und eine Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der Ausgabe von der Berechnungseinrichtung für eine IMEP-bezogene Information (8, 9), dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (8, 9) für eine IMEP-bezogene Information ausgebildet ist zum Berechnen (S5, S6) einer IMEP-Variationsrate (COV_IMEP); und die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate (COV_IMEP), wobei die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) beurteilt, dass die Verbrennung stabil ist, wenn die IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) einen Schwellenwert (Th) nicht überschreitet, wodurch ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils für den Verbrennungsmotor erhöht werden kann.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Parameterextraktionseinrichtung umfasst: eine Wellenformmittelungseinrichtung (5, S2) zum Ableiten einer mittleren Wellenform, die aus Ionenstromwellenformen bezüglich einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen gemittelt ist, die von der Ionenstromerfassungseinrichtung (3) erfasst werden; und eine erste Charakteristikextraktionseinrichtung (5, S3) zum Extrahieren einer Charakteristik der mittleren Wellenform, die von der Wellenformmittelungseinrichtung ausgegeben wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Parameterextraktionseinrichtung (7) umfasst: eine zweite Charakteristikextraktionseinrichtung (5, S3) zum Extrahieren einer Charakteristik von Ionenstromwellenformen bezüglich einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen, die aus der Ionenstromerfassungseinrichtung erfasst werden; und eine Charakteristikmittelungseinrichtung zum Mitteln eines Werts für die Charakteristik der Ionenstromwellenformen, die von der zweiten Charakteristikextraktionseinrichtung extrahiert werden.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei die erste Charakteristikextraktionseinrichtung umfasst: eine Filterungseinrichtung (4) zum Beseitigen von Rauschen, das nicht auf eine Verbrennung bezogen ist; und eine Bereichseinstelleinrichtung (5, S3) zum Einstellen eines vorbestimmten Bereichs, um auf jede Charakteristik zu fokussieren, die von der ersten Charakteristikextraktionseinrichtung extrahiert ist, wobei eine Information, die zumindest eine der folgenden betrifft, von der ersten Charakteristikextraktionseinrichtung als die Charakteristik von Signalkomponenten, die durch die Filterungseinrichtung (4) laufen, extrahiert wird: ein Spitzenwert (P) innerhalb des Bereichs, eine Bereichsfläche (S) innerhalb des Bereichs und ein Betrag (W) einer Zeit, für welche der Ionenstrom einen vorbestimmten Schwellenwert innerhalb des Bereichs überschreitet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die zweite Charakteristikextraktionseinrichtung umfasst: eine Filterungseinrichtung (4) zum Eliminieren von Rauschen, das sich nicht auf die Verbrennung bezieht; und eine Bereichseinstelleinrichtung (5, S3) zum Einstellen eines vorbestimmten Bereichs, um auf jede Charakteristik zu fokussieren, die von der Charakteristikextraktionseinrichtung extrahiert wird, wobei eine Information, die zumindest eine der folgenden betrifft, von der zweiten Charakteristikextraktionseinrichtung als die Charakteristik von Signalkomponenten, die durch die Filterungseinrichtung laufen, extrahiert wird: ein Spitzenwert (P) innerhalb des Bereichs, eine Bereichsfläche (S) innerhalb des Bereichs und ein Betrag (W) einer Zeit, für welche der Ionenstrom einen vorbestimmten Schwellenwert innerhalb des Bereichs überschreitet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Berechnungseinrichtung (8, 9) für eine IMEP-bezogene Information umfasst: eine IMEP-Berechnungseinrichtung (8) zum Berechnen des IMEP unter Verwendung des Ionenstromcharakteristikparameters, der aus der Charakteristikextraktionseinrichtung ausgegeben wird; und eine IMEP-Variationsraten-Berechnungseinrichtung (9) zum Berechnen der IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) unter Verwendung zumindest einer der Ausgaben von der Charakteristikextraktionseinrichtung und der IMEP-Berechnungseinrichtung.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei die IMEP-Berechnungseinrichtung (8) eine erste Potenz/Koeffizienten-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Potenz und eines Koeffizienten umfasst, zum Multiplizieren mit dem Ionenstromcharakteristikparameter, der aus der ersten Parameterextraktionseinrichtung ausgegeben wird, um den IMEP zu berechnen, wobei der Ionenstromcharakteristikparameter, der aus der Parameterextraktionseinrichtung (7) ausgegeben wird, eine Variable ist, und der IMEP als ein Ergebnis einer vorbestimmten linearen Gleichung berechnet wird, die unter Verwendung der ersten Potenz/Koeffizienten-Einstelleinrichtung eingestellt ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei die IMEP-Variationsraten-Berechnungseinrichtung (9) umfasst: eine Parametervariationsraten-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Variationsrate des Ionenstromcharakteristikparameters, der aus der Parameterextraktionseinrichtung ausgegeben wird; und eine zweite Potenz/Koeffizienten-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Potenz und eines Koeffizienten zum Multiplizieren mit der Ionenstromcharakteristik-Parametervariationsrate, die aus der Parametervariationsraten-Berechnungseinrichtung ausgegeben wird, um den IMEP-Variationsratenwert zu berechnen, wobei die Ausgabe aus der Parametervariationsraten-Berechnungseinrichtung eine Variable ist, und die IMEP-Variationsrate als ein Ergebnis einer vorbestimmten linearen Gleichung berechnet wird, die unter Verwendung der zweiten Potenz/Koeffizienten-Einstelleinrichtung eingestellt ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung (10) eine Mittelwert-Berechnungseinrichtung (S10) zum Berechnen eines Mittelwerts der Ausgabe aus der IMEP-Berechnungseinrichtung (8) umfasst, und die Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung Betriebsschritte des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Ausgabe von der Mittelwert-Berechnungseinrichtung steuert.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, mit den Schritten zum: Erfassen eines Ionenstroms, der zwischen Elektroden fließt, über Ionen, die in einer Verbrennungskammer auf eine Verbrennung hin erzeugt werden, zu einer Zeit, wenn eine Spannung an die Elektroden, die in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors angeordnet sind, angelegt wird; Extrahieren eines Ionenstromcharakteristikparameters, der mit einem angezeigten mittleren wirksamen Druck, IMEP, eines Zylinders des Verbrennungsmotors korreliert, aus dem erfassten Ionenstrom; Verwenden des extrahierten Ionenstromcharakteristikparameters, um eine Information zu berechnen, die den IMEP des Verbrennungsmotors betrifft; und Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der berechneten Information, die durch Verwenden des extrahierten Ionenstromcharakteristikparameters berechnet worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Verwenden des extrahierten Ionenstromcharakteristikparameters einen Schritt zum Berechnen (S5, S6) einer IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) umfasst, und die berechnete IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) zum Steuern von Betriebsschritten des Verbrennungsmotors verwendet wird, wobei basierend auf der berechneten IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) beurteilt wird, dass die Verbrennung stabil ist, wenn die IMEP-Variationsrate (COV_IMEP) einen Schwellenwert (Th) nicht überschreitet, wodurch ein Öffnungsgrad eines EGR-Ventils für den Verbrennungsmotor erhöht werden kann.