DE102004047755B4

DE102004047755B4 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004047755B4
Application number: DE102004047755A
Authority: DE
Inventors: Koichi Ueda; Rentaro Kuroki; Shozo Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: US7031820B2; US20050071073A1; DE102004047755A1; JP2005127304A; JP3991992B2

Abstract

Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, die eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung nur dann durchführt, wenn der Verbrennungsstatus sich stark verändert, umfassend:
ein Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel (6) zum Erfassen des Verbrennungsstatus im Stetigbetrieb; und
ein Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) zum Anpassen eines Steuerparameters, der den Verbrennungsstatus betrifft;
wobei, wenn der erfaßte Verbrennungsstatus ein Teilverbrennungsstatus ist, in dem ein Drehmoment des Verbrennungsmotors klein ist, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß im nächsten Zyklus ein Schnellverbrennungsstatus, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors groß wird, begrenzt wird, und
wobei, wenn der erfaßte Verbrennungsstatus ein Schnellverbrennungsstatus ist, in dem ein Drehmoment des Verbrennungsmotors groß ist, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß im nächsten Zyklus ein Teilverbrennungsstatus, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors klein ist, begrenzt wird,
ferner umfassend:
ein Momentunterschieds-Kompensierungsmittel zum Anpassen des Moments für jeden Zylinder, so daß Unterschiede...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für Verbrennungsmotoren, und genauer ein Verbrennungsmotor-Steuerverfahren, das sich dafür eignet, den Grad der Verbrennungsstatusveränderung während des Leerlaufs zu minimieren.
Stand der Technik
Aus der EP 0 896 142 A2 ist ein Brennstoff-Verbrennungs-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem Schwankungen der Motordrehzahl für jeden Zyklus erkannt werden, auf deren Basis die Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und die Verbrennungssteuerung für jeden Zylinder durchgeführt wird. Dabei werden die Grenzen der Verbrennungsstabilität von demjenigen Zylinder bestimmt, der die geringste Brennbarkeit aufweist, und ein Zeitzündpunkt wird verzögert, wodurch mehr Verzögerung für alle übrigen Zylinder ermöglicht wird. Bei diesem bekannten System wird zur Steuerung der Verbrennung ein Zündzeitpunkt für jeden Zylinder unabhängig auf der Grundlage von Schwankungen der Motordrehzahl geregelt, die für jeden Zylinder unabhängig überwacht wird, wodurch der Zündzeitpunkt auf eine Grenze der Verbrennungsstabilität verzögert wird, die jedem Zylinder eigen ist. Tritt bei diesem bekannten System eine instabile Verbrennung in einem Zylinder auf, wenn zum Beispiel eine halbe Fehlzündung auftritt und das resultierende Drehmoment übermäßig abfällt, fallt auch die Kurbelwinkelgeschwindigkeit von der Mitte eines Expansionshubs an erheblich ab und eine Differenz der Kurbelwinkelgeschwindigkeit von der während des Normalbetriebs wird während der instabilen Verbrennung erweitert.
Technischer Hintergrund
Während ein Verbrennungsmotor leer läuft, variiert der Verbrennungsstatus von Zylinder zu Zylinder. Daher kann es in dem Verbrennungsmotor leicht zu Momentveränderungen kommen. Momentveränderungen verursachen nicht nur eine instabile Leerlaufdrehzahl, sondern führen auch zu Vibrationen. Ein bekanntes Verfahren, das beispielsweise im japanischen Patent JP 2 505 304 B2 offenbart ist (im Folgenden als ”Patentdokument 1” bezeichnet), wird angewandt, um den Grad der Momentveränderung während des Leerlaufs zu minimieren.
Das im Patentdokument 1 offenbarte Verfahren erfasst während des Leerlaufs die Umdrehungsveränderung für jeden Zylinder. Falls das Ausmaß der Umdrehungsveränderung für einen bestimmten Zylinder einen oberen Grenzwert überschreitet, senkt dieses Verfahren die Einspritzmenge für diesen Zylinder und erhöht die Einspritzmenge für die anderen Zylinder. Wenn andererseits das Ausmaß der Umdrehungsveränderung für einen bestimmten Zylinder unter einem unteren Grenzwert liegt, erhöht das Verfahren die Einspritzmenge für diesen Zylinder und senkt die Einspritzmengen für die anderen Zylinder. Falls die erhöhte Einspritzmenge einen Grenzwert überschreitet, während die Einspritzmenge erhöht wird, verfrüht das Verfahren den Zündzeitpunkt. Falls die gesenkte Einspritzmenge einen Grenzwert unterschreitet, während die Einspritzmenge gesenkt wird, verzögert das Verfahren den Zündzeitpunkt.
Es liegt nahe, daß die obige herkömmliche Technik ihre Wirkung entfaltet, wenn ein bestimmter Grad an Verbrennungsschwankung bewirkt wird, beispielsweise durch Ansaugverteilungsunterschiede unter den Zylindern während eines Leerlaufs nach dem Aufwärmen.
Während des Leerlaufs, insbesondere während eines schnellen Leerlaufs im kalten Zustand unmittelbar nach einem Kaltstart, ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus Gründen der Kraftstoffausnutzung mager. Ferner ist der Zündzeitpunkt aus Gründen der Kraftstoffausnutzung und der Katalysatoraufwärmung für die Abgasemissionssteuerung verzögert. Die Folge ist eine extrem instabile Verbrennung. Versuche, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß es während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand zu dem vom obigen herkömmlichen Verfahren nicht vorausgesagten Phänomen einer extrem instabilen Verbrennung kommt.
1 ist ein Graph, der die Momentänderungen eines bestimmten Zylinders darstellt, welche stattfinden, wenn während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand keine spezielle Steuerung durchgeführt wird. In 1 stellt die Momentregion zwischen zwei Schwellenwerten (oberer und unterer Schwellenwert) eine normale Momentregion für eine Leerlaufperiode dar. Die Region über der normalen Momentregion ist eine Schnellverbrennungsregion, während die Region unter der normalen Momentregion eine Teilverbrennungsregion ist. Teilverbrennung bezieht sich auf eine Verbrennung, bei der kein hohes Moment erzeugt wird. Schnellverbrennung bezieht sich auf eine Verbrennung, bei der ein hohes Moment erzeugt wird. In 1 sind Zyklen in der normalen Momentregion durch einen weißen Kreis bezeichnet, während Zyklen außerhalb der normalen Momentregion durch einen schwarzen Kreis bezeichnet sind. Wenn das Moment aufgrund einer Teilverbrennung sinkt, kommt es in dem betreffenden Zylinder im nächsten Zyklus zu einer Schnellverbrennung, so daß das Moment plötzlich ansteigt, wie in der Figur dargestellt. Wenn dagegen das Moment aufgrund der Schnellverbrennung steigt, kommt es in dem betreffenden Zylinder im nächsten Zyklus zu einer Teilverbrennung, so daß das Moment plötzlich sinkt.
Bei der Teilverbrennung steigt die Abgastemperatur abhängig von der Menge der Kraftstoffenergie, die nicht für die Momenterzeugung verwendet wird. Daher kommt es in dem Zyklus nach einem Teilverbrennungszyklus wahrscheinlich deswegen zu einer Schnellverbrennung, weil der Anteil des Restgases im nächsten Zyklus sinkt oder die Temperatur des unverbrannten Gases im nächsten Zyklus steigt. Es ist auch denkbar, daß es im nächsten Zyklus zu einer Schnellverbrennung kommt, weil die Äquivalentverhältniszahl im nächsten Zyklus aufgrund der umfangreichen Erzeugung von zurückbleibendem Kohlenwasserstoff steigt. Eine Teilverbrennung findet in dem Zyklus nach einem Schnellverbrennungszyklus aus Gründen statt, die den oben genannten entgegengesetzt sind. Auf jeden Fall wechseln sich während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand Teilverbrennung und Schnellverbrennung ab, wodurch es zu Momentveränderungen kommt.
Wenn das obige herkömmliche Verfahren angewendet wird, werden die Kraftstoff-Einspritzmenge, der Zündzeitpunkt und andere Steuerparameter so angepaßt, daß das Moment eines Zylinders sinkt, falls er ein hohes Moment hat, oder das Moment eines Zylinders steigt, falls er ein niedriges Moment hat. Wenn daher eine Steuerung gemäß dem obigen herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird, während sich Teilverbrennungen und Schnellverbrennungen abwechseln, wie in 1 dargestellt, und falls das Moment aufgrund der Schnellverbrennung steigt, wird die Einstellung der Steuerparameter für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß das Moment sinkt Daher wird im nächsten Zyklus die Teilverbrennung gefördert. Falls dagegen das Moment aufgrund einer Teilverbrennung sinkt, wird die Einstellung der Steuerparameter für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß das Moment steigt. Daher wird im nächsten Zyklus die Schnellverbrennung gefördert. Anders ausgedrückt, selbst wenn während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand eine Steuerung gemäß dem obigen herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird, können die Veränderungen des Verbrennungsstatus nicht wirksam verringert werden, sondern der Grad der Verbrennungsstatusveränderungen wird erhöht. Veränderungen des Verbrennungsstatus können nicht nur zu Momentveränderungen führen, wodurch das Laufverhalten schlechter wird, sondern können auch die Abgaswerte verschlechtern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche in der Lage ist, den Grad der Verbrennungsstatusveränderungen zu verringern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Verbrennungsstatus eines Verbrennungsmotors im stetigen Betrieb erfaßt. Ein spezieller Steuerparameter betrifft den Verbrennungsstatus. Wenn der erfaßte Verbrennungsstatus der Teilverbrennungsstatus ist, wird die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß ein erhöhter Teilverbrennungsgrad bereitgestellt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Verbrennungsstatus eines Verbrennungsmotors im stabilen Betrieb erfaßt. Ein spezieller Steuerparameter betrifft den Verbrennungsstatus. Wenn der erfaßte Verbrennungsstatus der Schnellverbrennungsstatus ist, werden die Einstellungen des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß ein erhöhter Schnellverbrennungsgrad bereitgestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Graph, der Momentänderungen eines bestimmten Zylinders darstellt, die während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand auftreten;
2 stellt den Aufbau einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
3 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerungsdurchführungs-Beurteilungsroutine darstellt, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
4 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine darstellt, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
5 ist ein Ablaufschema, das eine Steuerroutine für die Rückhaltung des Katalysatoraufwärmeffekts zeigt, die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
6 ist ein Graph, der darstellt, wie die Momente in den in 1 dargestellten Zyklen miteinander korrelieren;
7 ist ein Graph, der Momentänderungen eines bestimmten Zylinders darstellt, die auftreten, wenn eine Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung während eines schnellen Leerlaufs im kalten Zustand durchgeführt wird;
8 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem Nennmoment, dem Moment aufgrund des Gasdrucks im Zylinder, dem Trägheitsmoment aufgrund der Hub-Trägheitsmasse und dem Kurbelwinkel darstellt;
9 ist ein Schema, das Kurbelwinkelsignal- und Momentberechnungszeiten darstellt;
10 ist ein Diagramm, das ein Kennfeld darstellt, welches die Beziehung zwischen Reibmoment, Motordrehzahl und Kühlwassertemperatur zeigt;
11 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine Momentunterschieds-Kompensationssteuerung darstellt, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
12 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung darstellt, die gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
13 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung darstellt, die gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird;
14 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung darstellt, die gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
15 ist ein Kennfeld zum Berechnen des Zündzeitpunkt-Korrekturbetrags aus der Abweichung des gegenwärtigen Moments vom durchschnittlichen Moment;
16 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung zeigt, die gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
17 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine zylinderspezifische Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung darstellt, die gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; und
18 ist ein Ablaufschema, das eine Routine für eine zylinderspezifische VVT-Verfrühungssteuerung darstellt, die gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Nun wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Die 2 bis 10 stellen die erste Ausführungsform einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dient als ECU (elektronische Steuereinheit). Gemäß den Ausgangssignalen von einer Vielzahl von Sensoren führt die ECU 2 die Gesamtsteuerung verschiedener Einrichtungen durch, welche den Betriebsstatus eines Verbrennungsmotors betreffen. Wie in 2 dargestellt, ist die Eingangsseite der ECU 2 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Kurbelwinkelsensor 6 verbunden. Die Ausgangsseite der ECU 2 ist mit einer Zündkerze 8 und einem Kraftstoff-Einspritzventil 10 verbunden. Der Kurbelwinkelsensor 6 ist in der Nähe der Kurbelwelle angeordnet, um bei einer vorgegebenen Kurbelwinkelstellung ein Signal an die ECU 2 auszugeben. Die ECU 2 empfängt das Ausgangssignal vom Kurbelwinkelsensor 6 und schickt Ansteuersignale an die Zündkerze 8 und das Kraftstoff-Einspritzventil 10. Die ECU 2 ist außer mit dem Kurbelwinkelsensor 6 und den genannten Einrichtungen 8, 10 noch mit einer Vielzahl von Sensoren (z. B. einem Sensor für den Zylinderinnendruck) und Einrichtungen verbunden. Die Sensoren und Einrichtungen abgesehen von 6, 8 und 10 werden hierin jedoch nicht beschrieben. Für jeden Zylinder sind eine Zündkerze 8 und ein Kraftstoff Einspritzventil 10 bereitgestellt. Für die Zwecke der Erläuterung werden jedoch nur eine Zündkerze und ein Kraftstoff-Einspritzventil stellvertretend für die anderen beschrieben.
Die 3 bis 5 sind Ablaufschemata, die darstellen, wie die Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der ECU 2 durchgeführt wird. In einer Situation, wo sich die Teilverbrennung und die Schnellverbrennung abwechseln, beispielsweise während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, führt die ECU 2 eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durch, bei der die Veränderung des Verbrennungsstatus durch Gewährleistung einer stabilen Verbrennung auf Einzelzylinderbasis begrenzt wird. Die zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung wird so durchgeführt, daß bei Vorliegen einer Teilverbrennung die Einstellung eines Steuerparameters für den nächsten Zyklus so angepaßt wird, daß ein erhöhter Teilverbrennungsgrad bereitgestellt wird, und bei Vorliegen einer Schnellverbrennung die Einstellung eines Steuerparameters für den nächsten Zyklus so angepaßt wird, daß der Schnellverbrennungsgrad erhöht wird. Wie bereits beschrieben, ist das Auftreten einer schnellen Verbrennung in einem Zyklus, der auf einen Teilverbrennungszyklus folgt, wahrscheinlich, und es wird erwartet, daß eine Teilverbrennung in dem Zyklus im Anschluß an einen Schnellverbrennungszyklus stattfindet. Es wird daher angenommen, daß die Veränderungen des Verbrennungsstatus durch Anpassen der Steuerparameter für die Verbrennungsstabilisierung beschränkt werden können.
Genauer wird zuerst eine Beurteilung formuliert, um zu bestimmen, ob eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durchgeführt werden soll oder nicht. Falls in einer Situation, wo der Verbrennungsstatus sich nicht nennenswert verändert, die Steuerparametereinstellung wie oben beschrieben angepaßt wird, kann der Verbrennungsstatus sich verschlechtern. Beispielsweise kann sich das Gesamtmoment aufgrund des Alters des Verbrennungsmotors verringern, wodurch das Moment in eine Teilverbrennungsregion kommt. Falls in einem solchen Fall die Steuerparametereinstellung für den nächsten Zyklus so angepaßt wird, daß ein erhöhter Grad an Teilverbrennung bereitgestellt wird, kann die Teilverbrennung gefördert werden, was eine beträchtliche Abnahme des Moments bewirkt. Daher führt die ECU 2 die im Ablaufschema von 3 dargestellte Routine durch, um eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung nur dann durchzuführen, wenn der Verbrennungsstatus sich stark verändert.
3 zeigt eine Routine (Steuerungsdurchführungs-Beurteilungsroutine) zum Bestimmen, ob eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durchgeführt werden soll. Die in 3 dargestellte Routine berechnet zunächst einen Moment-Korrelationskoeffizienten für die letzten m Zyklen (z. B. 10 Zyklen) jedes Zylinders (Schritt 100). Die in 3 dargestellte Routine wird mit einer vorgegebenen Zeitsteuerung für jeden Zyklus jedes Zylinders mittels eines Signals vom Kurbelwinkelsensor 6 als Auslöser durchgeführt. Die Korrelationskoeffizient-Berechnungsoperation in Schritt 100 wird nacheinander für alle Zyklen durchgeführt. Das Moment kann ausgehend von einem Ausgangssignal (Kurbelwinkelsignal) berechnet werden, das vom Kurbelwinkelsensor 6 geliefert wird. Diese Berechnung wird gemäß der Bewegungsgleichung durchgeführt.
Die nachstehenden Gleichungen (1) und (2) werden verwendet, um das Moment anhand eines Ausgangssignals zu berechnen, das vom Kurbelwinkelsensor 6 geliefert wird: Ti = J × (dω/dt) + Tf + Tl (1) Ti = T_Gas + T_Trägheit (2)
Das Symbol Ti in den Gleichungen (1) und (2) stellt das Nennmoment dar, das auf einer Kurbelwelle aufgrund der Motorverbrennung erzeugt wird. Die rechte Seite der Gleichung (2) zeigt das Moment, welches das Nennmoment Ti erzeugt. Die rechte Seite von Gleichung (1) zeigt das Moment, welches das Nennmoment Ti aufbraucht.
Auf der rechten Seite von Gleichung (1) stellt das Symbol J das Trägheitsmoment eines Antriebselements dar, das von der Verbrennung der Luft/Kraftstoff-Mischung angetrieben wird; dω/dt, Kurbelwinkelbeschleunigung; Tf, Antriebsabschnitts-Reibmoment; und Tl, Lastmoment, das während des Fahrens von der Fahrbahnoberfläche aufgenommen wird. J × (dω/dt) ist das dynamische Verlustmoment (= Tac), das aus der Kurbelwinkelbeschleunigung resultiert. Das Reibmoment Tf ist das Moment der mechanischen Reibung zwischen zueinander passenden Teilen, wie die Reibung zwischen einem Kolben und der Innenwand eines Zylinders. Dieses Moment schließt das Moment ein, das aus der mechanischen Reibung zwischen Hilfsmaschinen resultiert. Das Lastmoment Tl ist das Moment, das infolge einer Störgröße erzeugt wird, beispielsweise von der Fahrbahnoberfläche, auf der das Fahrzeug führt. Da die Gangstellung während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand neutral ist, wird in der folgenden Erläuterung davon ausgegangen, daß Tl = 0.
Auf der rechten Seite von Gleichung (2) stellt das Symbol T_Gas das Moment dar, das aufgrund des Gasdrucks im Zylinder erzeugt wird, und das Symbol T_Trägheit stellt das Trägheitsmoment dar, das aufgrund einer Hub-Trägheitsmasse, wie der eines Kolbens, erzeugt wird. Das Moment T_Gas, das aufgrund des Drucks im Zylinder entsteht, wird aufgrund der Verbrennung der Luft/Kraftstoff-Mischung im Zylinder erzeugt. Für die genaue Schätzung des Verbrennungsstatus ist es erforderlich, das Moment T_Gas zu bestimmen, das aufgrund des Drucks im Zylinder erzeugt wird.
Wie in Gleichung (1) dargestellt, kann das Nennmoment Ti durch Bestimmen der Summe des dynamischen Verlustmoments, das sich aus der Winkelbeschleunigung J × (dω/dt) ergibt, des Reibmoments Tf und des Lastmoments Tl bestimmt werden. Das Nennmoment Ti stimmt jedoch nicht mit dem Moment T_Gas überein, das aufgrund des Gasdrucks im Zylinder erzeugt wird, wie in Gleichung (2) dargestellt. Daher kann der Verbrennungsstatus anhand des Nennmoments Ti nicht exakt bestimmt werden.
8 stellt Kennlinien dar, die die Beziehung zwischen verschiedenen Momenten in der Gleichung (2) und dem Kurbelwinkel darstellen. In 8 zeigt die vertikale Achse die Größe jedes Moments an, während die horizontale Achse den Kurbelwinkel anzeigt. Die Punktelinie in 8 stellt das Nennmoment Ti dar; die durchgezogene Linie das Moment T_Gas, das aufgrund des Gasdrucks im Zylinder erzeugt wird, die unterbrochene Link das Trägheitsmoment T_Trägheit, das aufgrund einer Hub-Trägheitsmasse erzeugt wird. 8 stellt Kennlinien dar, die sich ergeben, wenn ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor verwendet wird. Die Symbole OT und UT in 8 werden verwendet, um den Kurbelwinkel (0°, 180°) anzuzeigen, der vorliegt, wenn ein Kolben eines der vier Zylinder sich am oberen Totpunkt (OT) oder am unteren Totpunkt (UT) befindet. Wenn ein Verbrennungsmotor 10 vier Zylinder aufweist, kommt es jeweils in einem Zylinder zu einer Explosion, wenn sich die Kurbelwelle um 180° dreht. Die Moment-Kennwerte zwischen OT und UT, die in 8 dargestellt sind, ergeben sich jedes Mal wenn eine Explosion stattfindet.
Wie von der durchgezogenen Linie in 8 dargestellt, steigt und fällt das Moment T_Gas, das aufgrund des Gasdrucks im Zylinder erzeugt wird, zwischen OT und UT schnell. Das Moment T_Gas steigt schnell an, weil die Luft/Kraftstoff-Mischung in der Brennkammer während eines Explosionshubs explodiert. Nach der Explosion sinkt das Moment T_Gas durch den Einfluß der anderen Zylinder, die sich im Kompressionshub oder im Auslaßhub befinden, auf einen negativen Wert. Wenn der Kurbelwinkel später den UT erreicht, wird die Änderung des Zylinderhubs Null, so daß der Wert T_Gas 0 ist.
Das Trägheitsmoment T_Trägheit, das auf der Hub-Trägheitsmasse beruht, wird aufgrund der Trägheitsmasse eines Kolbens oder anderen Hubelements unabhängig vom Moment T_Gas erzeigt, das aufgrund des Gasdrucks im Zylinder erzeugt wird. Die Hubelemente werden wiederholt schneller und langsamer. Während die Kurbelwelle sich dreht, wird daher immer ein Trägheitsmoment T_Trägheit erzeugt auch wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich bleibt. Wie von der durchbrochenen Linie in 8 dargestellt, werden die Hubelemente angehalten, wenn der Kurbelwinkel am OT angekommen ist, so daß T_Trägheit = 0. Wenn der Kurbelwinkel sich von OT zu UT ändert, beginnen die Hubelemente, die angehalten wurden, sich zu bewegen. In diesem Fall steigt das Trägheitsmoment T_Trägheit aufgrund der Trägheit dieser Elemente in negativer Richtung. Da das Hubelement sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt, wenn der Kurbelwinkel 90° nahe kommt, dreht sich die Kurbelwelle aufgrund der Trägheit dieser Elemente. Daher ändert sich das Trägheitsmoment T_Trägheit zwischen OT und UT von einem negativen Wert in einen positiven Wert. Wenn der Kurbelwinkel später den UT erreicht, kommen die Hubelemente zum Halten, so daß T_Trägheit = 0.
Wie von der Gleichung (2) angezeigt, ist das Nennmoment Ti die Summe des Moments T_Gas, das auf dem Gasdruck im Zylinder beruht, und des Trägheitsmoments T_Trägheit, das auf der Hubträgheitsmasse beruht. Daher zeigt das Nennmoment Ti ein komplexes Verhalten, wie von der Einzelpunkt-Linie in 8 dargestellt. Genauer steigt das Nennmoment Ti zwischen OT und UT aufgrund des Anstiegs von T_Gas, das von einer Explosion der Luft/Kraftstoff-Mischung bewirkt wird, fallt dann vorübergehend ab, und steigt erneut aufgrund von T_Trägheit.
Innerhalb eines 180°-Kurbelwinkelbereichs zwischen dem OT und dem UT liegt der durchschnittliche Wert des Trägheitsmoments T_Trägheit, das auf der Hubträgheitsmasse beruht, bei 0. Der Grund dafür ist, daß die Bewegung eines Elements mit einer Hubträgheitsmasse bei Kurbelwinkeln von 0° bis 90° dem Kehrwert der Bewegung des Elements bei Kurbelwinkeln von 90° bis 180° entspricht. Wenn daher die Momente der Gleichungen (1) und (2) zwischen OT und UT als Durchschnittswerte berechnet werden, kann die Berechnung so durchgeführt werden, daß das Trägheitsmoment T_Trägheit, das auf der Hubträgheitsmasse beruht, gleich Null ist. Dies stellt sicher, daß der Einfluß des Nennmoments T_Trägheit, das auf der Hubträgheitsmasse beruht, auf das Nennmoment Ti eliminiert werden kann. Infolgedessen kann der exakte Verbrennungsstatus ohne Weiteres geschätzt werden.
Wenn der Durchschnittswert jedes Moments zwischen OT und UT bestimmt wird, liegt der Durchschnittswert von T_Trägheit bei 0. Dann folgt aus Gleichung (2), daß der Durchschnittswert des Nennmoments Ti gleich dem Durchschnittswert des Moments T_Gas ist, das auf dem Gasdruck im Zylinder beruht. Daher ist es möglich, den Verbrennungsstatus gemäß dem Nennmoment Ti exakt zu schätzen.
Wenn die durchschnittliche Winkelbeschleunigung der Kurbelwelle zwischen OT und UT bestimmt wird, ist der Durchschnittswert von T_Trägheit, zwischen OT und UT gleich 0. Daher ist es möglich, die Winkelbeschleunigung zu bestimmen, wobei der Einfluß der Hubträgheitsmasse auf die Winkelbeschleunigung eliminiert ist. Infolgedessen ist es möglich, den Verbrennungsstatus gemäß der Winkelbeschleunigung exakt zu schätzen.
Nun wird das Verfahren zum Berechnen der Momente auf der rechten Seite der Gleichung (1) beschrieben. Zunächst wird das dynamische Verlustmoment (Tac = 1 × (dω/dt)), das sich aus der Winkelbeschleunigung ergibt, beschrieben. 9 ist eine schematische Ansicht, die das Verfahren zum Bestimmen der Kurbelwinkelbeschleunigung darstellt. Diese Figur beschreibt Kurbelwinkelsignal- und Momentberechnungszeiten. In der vorliegenden Erfindung liefert der Kurbelwinkelsensor 6 jedesmal, wenn sich die Kurbelwelle um 10° dreht, ein Kurbelwinkelsignal, wie in 9 dargestellt.
Die ECU 2 berechnet das Verlustmoment Tac, das sich aus der Winkelbeschleunigung ergibt, als Durchschnittswert zwischen dem OT und dem UT. Daher bestimmt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Winkelgeschwindigkeiten ω₀(k) bzw. ω₀(k + 1) an zwei Kurbelwinkelpositionen (OT und UT) und bestimmt gleichzeitig die Zeit Δt(k), während der sich die Kurbelwelle vom OT zum UT dreht.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit ω₀(k) bestimmt werden soll, erfaßt der Kurbelwinkelsensor 6 die Zeit Δt₀(k) und die Zeit Δt₁₀(k), während der sich der Kurbelwinkel vom OT um ±10° dreht, wie beispielsweise in 9 dargestellt. Die Kurbelwelle dreht sich im Zeitraum Δt₀(k) + Δt₁₀(k) um 20°. Daher kann ω₀(k) [rad/s] durch Rechnen von ω₀(k) = (20/(Δt₀(k) + Δt₁₀(k)) × (π/180) bestimmt werden. Ebenso werden, wenn ω₀(k + 1) berechnet werden soll, die Zeit Δt₀(k + 1) und die Zeit Δt₁₀(k + 1), während der sich der Kurbelwinkel vom UT um ±10° dreht, erfaßt. Dann kann ω₀(k + 1) [rad/s] durch Rechnen von ω₀(k + 1) = (20/(Δt₀(k + 1) + Δt₁₀(k + 1)) × (π/180) bestimmt werden. Nachdem die Winkelgeschwindigkeiten ω₀(k + 1) und ω₀(k + 1) berechnet wurden, wird (ω₀(k + 1) – ω₀(k))/Δt(k) gerechnet, um die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit während des Zeitraums zu bestimmen, in dem die Kurbelwelle sich vom OT zum UT dreht.
Nachdem die durchschnittliche Winkelbeschleunigung bestimmt wurde, wird die durchschnittliche Winkelbeschleunigung gemäß der rechten Seite der Gleichung (1) mit dem Trägheitsmoment J multipliziert. Dann kann der Durchschnittswert des dynamischen Verlustmoments J × (dω/dt) während des Zeitraums, in dem sich die Kurbelwelle vom OT zum UT dreht, berechnet werden. Das Trägheitsmoment J des Antriebsabschnitts sollte anhand der Trägheitsmasse der Antriebsteile vorab bestimmt werden.
Nun wird das Verfahren zum Berechnen des Reibmoments Tf beschrieben. 10 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem Reibmoment Tf, der Verbrennungsmotor-Drehzahl Ne und der Kühlwassertemperatur thw darstellt. In 10 stellen das dargestellte Reibmoment Tf, die Motordrehzahl Ne und die Kühlwassertemperatur thw Durchschnittswerte dar, die erhalten werden, wenn sich die Kurbelwelle vom OT zum UT dreht. Was die Kühlwassertemperatur betrifft, so ist thw1 höher als thw2, und thw2 ist höher als thw3. Wie in 10 angezeigt, steigt das Reibmoment Tf mit einem Anstieg der Motordrehzahl (Ne) und sinkt mit einer Abnahme der Kühlwassertemperatur thw. Das in 10 dargestellte Kennfeld wird durch Variieren der Motordrehzahl Ne und der Kühlwassertemperatur thw als Parameter, Messen des Reibmoments Tf, das erzeugt wird, wenn die Kurbelwelle sich vom OT zum UT dreht, und Berechnen der Durchschnittswerte der durchgeführten Messungen vorab erzeugt. Wenn der Verbrennungsstatus geschätzt werden soll, wird der Durchschnittswert des Reibmoments Tf durch Eintragen der durchschnittlichen Kühlwassertemperatur und der durchschnittlichen Motordrehzahl während eines Zeitraums zwischen OT und UT in das in 10 dargestellte Kennfeld bestimmt. Die Kühlwassertemperatur wird durch einen (nicht dargestellten) Wassertemperatursensor erfaßt, während die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors vom Kurbelwinkelsensor 6 erfaßt wird.
Das Verhalten des Reibmoments Tf, das durch die Änderung des Kurbelwinkels verursacht wird, ist sehr kompliziert. Das Reibmoment Tf variiert stark. Das Verhalten des Reibmoments Tf hängt jedoch hauptsächlich von der Kolbengeschwindigkeit ab. Daher bleibt der Durchschnittswert des Reibmoments Tf in allen Blöcken, in denen der Durchschnittswert des Trägheitsmoments T_Trägheit, das auf der Hubträgheitsmasse beruht, 0 ist, fast unverändert. Infolgedessen kann das Reibmoment Tf, das kurzfristig ein kompliziertes Verhalten zeigt, durch Bestimmen des Durchschnittswerts des Reibmoments Tf in jedem Block (OT → UT), in dem der Durchschnittswert des Trägheitsmoments T_Trägheit, das auf der Hubträgheitsmasse beruht, 0 ist, exakt bestimmt werden. Wenn das Reibmoment Tf als Durchschnittswert für jeden Block verwendet wird, kann ferner das in 10 dargestellte Kennfeld exakt erstellt werden.
Wie bereits beschrieben, enthält das Reibmoment Tf Momente, die sich aus der Reibung von Hilfsmaschinen ergeben. Der Wert des Moments, das sich aus der Reibung von Hilfsmaschinen ergibt, variiert abhängig davon, ob die Hilfsmaschinen in Betrieb sind. Beispielsweise wird die Drehung des Verbrennungsmotors über eine Riemen oder dergleichen auf einen Klimaanlagenkompressor übertragen, bei dem es sich um eine Hilfsmaschine handelt. Daher wird ein reibungsinduziertes Moment für den Klimaanlagenkompressor auch dann erzeugt, wenn die Klimaanlage gerade nicht arbeitet.
Falls andererseits eine Hilfsmaschine betrieben wird, d. h. wenn der Schalter der Klimaanlage eingeschaltet wird, wird vom Kompressor ein größeres Moment aufgebraucht als wenn die Klimaanlage nicht arbeitet. Daher wird durch die Reibung der Hilfsmaschine ein größeres Moment erzeugt, so daß der Wert des Reibmoments Tf steigt. Um das Reibmoment Tf exakt zu bestimmen, ist es daher bevorzugt, den Wert des Reibmoments Tf das anhand des in 10 dargestellten Kennfelds 10 bestimmt wird, zu korrigieren, wenn der Betriebsstatus der Hilfsmaschine bei eingeschaltetem Hilfsmaschinenschalter bestimmt wird.
Während eines extrem kalten Startens wird das Reibmoment Tf vorzugsweise unter Berücksichtigung der Differenz zwischen der Temperatur eines Abschnitts, in dem das Reibmoment Tf erzeugt wird, und der Kühlwassertemperatur korrigiert. In diesem Fall wird die Korrektur vorzugsweise unter Berücksichtigung der Motorstartdauer nach dem Kaltstart, der Kraftstoffmenge, die in den Zylinder strömt, und dergleichen durchgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das obige Nennmoment Ti (auch als das Schätzmoment bezeichnet) als stellvertretender Wert für das Motormoment verwendet. Die ECU 2 berechnet das Moment für jeden Zylinder (Nennmoment Ti). Die ECU 2 weist einen internen Speicher auf, der die Momentwerte der letzten m Zyklen speichert. Der Inhalt des Speichers wird mit jedem Zyklus aktualisiert, so daß die Momentwerte der m letzten Zyklen gespeichert werden.
Die Veränderung des Verbrennungsstatus kann mit 6 bewertet werden. 6 ist ein Graph, in dem die Momentwerte des letzten Zyklus auf der vertikalen Achse eingetragen sind, während die Momentwerte des gegenwärtigen Zyklus auf der horizontalen Achse eingetragen sind. Dieser Graph zeigt die Korrelation zwischen den Momentwerten verschiedener Zyklen. In einer Situation, wo eine Teilverbrennung und eine Schnellverbrennung sich abwechseln, werden durch eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung bemerkenswerte Wirkungen erzeugt, während der Verbrennungsstatus sich verändert. Wenn das Moment sich vertikal von einem Zyklus zum anderen ändert, wie in 1 dargestellt, zeigt sich eine Tendenz zur Anordnung der eingetragenen Punkte von oben links nach unten rechts. Wenn die eingetragenen Punkte von oben links nach unten rechts angeordnet werden, zeigt der Korrelatianskoeffizient einen Minuswert an. Wenn die vertikale Momentveränderung jedes Zyklus klarer wird, zeigen die eingetragenen Punkte die Tendenz, eine Linie zu bilden und demgemäß sinkt der Korrelationskoeffizient. Der minimale Korrelationskoeffizient ergibt sich, wenn alle eingetragenen Punkte in einer einzigen geraden Linie angeordnet sind, die von oben links nach unten rechts gezeichnet wird. Der resultierende minimale Korrelationskoeffizient ist –1.
In Schritt 102 wird der in Schritt 100 errechnete Korrelationskoeffizient mit einem vorgegebenen Schwellenwert (z. B. –0,6) verglichen. Falls der Korrelationskoeffizient kleiner ist als der Schwellenwert, wird gefolgert, daß eine negative Korrelation zwischen den Momentwerten der letzten m Zyklen besteht. Wenn eine negative Korrelation besteht, wird ein Steuerungsdurchführungs-Flag auf EIN gesetzt (Schritt 104), um eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durchzuführen. Falls andererseits keine negative Korrelation besteht, wird das Steuerungsdurchführungs-Flag auf AUS gesetzt (Schritt 106), so daß keine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durchgeführt wird.
Die zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung wird durch eine Routine (zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine) durchgeführt, die im Ablaufdiagramm von 4 dargestellt ist. Die in 4 dargestellte Routine wird durch ein Signal vom Kurbelwinkelsensor 6 ausgelöst und durchgeführt, wenn eine vorgegebene Zeit nach der Durchführung der in 3 dargestellten Routine vergangen ist. In der in 4 dargestellten Routine wird zuerst Schritt 200 durchgeführt, um zu überprüfen, ob das Steuerungsdurchführungs-Flag auf EIN gesetzt ist. Die Verarbeitungsschritte 202 und folgende werden nur durchgeführt, wenn das Steuerungsdurchführungs-Flag auf EIN gesetzt ist.
In Schritt 202 wird das Moment des Verbrennungsmotors berechnet. Als dieses Moment kann das Nennmoment verwendet werden, das gemäß der Bewegungsgleichung für jeden Zylinder anhand eines Ausgangssignals berechnet wird, das vom Kurbelwinkelsensor 6 geliefert wird, wie oben beschrieben. Falls jeder Zylinder des verwendeten Verbrennungsmotors einen Zylinderinnendruck-Sensor zum Erfassen des Drucks in der Brennkammer aufweist, kann das Nennmoment verwendet werden, das anhand eines Ausgangssignals vom Zylinderinnendruck-Sensor und eines Ausgangssignals vom Kurbelwinkelsensor 6 berechnet werden kann. Als weitere Alternative kann das Moment aus den Änderungen des Ausgangssignals vom Kurbelwinkelsensor 6 anhand eines bekannte Verfahrens berechnet werden, d. h. es kann aus der Kurbelwinkelgeschwindigkeit berechnet werden.
Im nächsten Schritt 204 wird das in Schritt 202 errechnete Moment überprüft, um zu bestimmen, ob der Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors eine Schnellverbrennung oder eine Teilverbrennung ist. Genauer wird das errechnete Moment mit einem vorgegebenen Beurteilungswert Tl verglichen. Falls das Moment kleiner ist als der Beurteilungswert Tl, wird gefolgert, daß der Verbrennungsstatus im gegenwärtigen Zyklus eine Teilverbrennung ist. Der Beurteilungswert Tl ist ein unterer Grenzwert für die normale Momentregion. Falls in Schritt 204 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus eine Teilverbrennung ist, wird die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus um einen vorgegebenen Verzögerungs-Kompensationsbetrag verzögert, um die schnelle Verbrennung, die im nächsten Zyklus zu erwarten ist, zu begrenzen (Schritt 206).
Falls in Schritt 204 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus keine Teilverbrennung ist, wird Schritt 208 durchgeführt. In Schritt 208 wird der Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors überprüft, um zu bestimmen, ob eine Schnellverbrennung vorliegt oder nicht. Genauer wird das in Schritt 202 errechnete Moment mit einem vorgegebenen Beurteilungswert T2 verglichen. Falls das Moment gröber ist als der Beurteilungswert T2, wird gefolgert, daß der Verbrennungsstatus des gegenwärtigen Zyklus eine Schnellverbrennung ist. Der Beurteilungswert T2 ist ein oberer Grenzwert für die normale Momentregion und natürlich größer als der Beurteilungswert T1. Wenn in Schritt 208 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus eine Schnellverbrennung ist wird die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus um einen vorgegebenen Verfrühungskompensationsbetrag verfrüht, um die Teilverbrennung, die im nächsten Zyklus erwartet wird, zu begrenzen (Schritt 210).
Falls andererseits in Schritt 208 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus keine Schnellverbrennung ist, wird gefolgert, daß der gegenwärtige Verbrennungsstatus angemessen ist. in diesem Fall wird die gegenwärtige Zündzeitpunkteinstellung für den nächsten Zyklus weiter verwendet, oder es wird eine Einstellung, die von einem anderen Faktor als der gegenwärtig durchgeführten Steuerung bestimmt wird, für den nächsten Zyklus verwendet.
Die Zündzeitpunkteinstellung, die in Schritt 206 oder 210 korrigiert wird, wird für einen Aktor gesetzt, um die Zündkerze 8 im nächsten Zyklus anzusteuern. Jedoch wird die Zündzeitpunkteinstellung, die in Schritt 210 verfrüht wurde, für den Aktor der Zündkerze 8 nur dann unverändert gesetzt, wenn vorgegebene Bedingungen erfüllt sind. Die Bedingungen werden durch eine in 5 dargestellte Routine definiert.
5 zeigt eine Steuerroutine (Katalysatoraufwärmeffekt-Begrenzungssteuerroutine) zum Zurückhalten des Katalysatoraufwärmeffekts durch Verzögerung des Zündzeitpunkts. Ein Katalysator ist im Abgasweg des Verbrennungsmotors angeordnet. Wenn der Katalysator seine Aktivierungstemperatur erreicht hat, reinigt er das Abgas. Wenn der Verbrennungsmotor jedoch kaltgestartet wird, ist die Katalysatortemperatur deutlich niedriger als die Aktivierungstemperatur. Daher muß der Katalysator nach einem Starten des Verbrennungsmotors schnell auf die Aktivierungstemperatur erwärmt werden. Um die Katalysatortemperatur anzuheben, wird die Abgastemperatur durch Verzögern des Zündzeitpunkts erhöht. in dieser Lage ist die Zündzeitpunktanpassung zur Verfrühungsseite in Schritt 210 begrenzt. Falls der Zündzeitpunkt zu stark zur Verfrühungsseite hin angepaßt wird, wird die Abgastemperatur-erhöhende Wirkung, die durch Verzögern des Zündzeitpunkts erzielt wird, beeinträchtigt, so daß der Katalysator nicht schnell aufgewärmt werden kann. Wenn der Zündzeitpunkt um einen vorgegebenen Betrag vorgezogen wird, paßt daher die in 5 dargestellte Routine einen anderen Steuerparameter als den Zündzeitpunkt-Steuerparameter an, d. h. sie paßt die Menge des eingespritzten Kraftstoffs an, um eine Teilverbrennung, die auf eine Schnellverbrennung folgt, zu begrenzen.
Genauer wird zuerst Schritt 300 durchgeführt, um zu prüfen, ob der Zündzeitpunkt zum Zweck der Katalysatorerwärmung verzögert ist. Eine andere Steuerroutine verzögert den Zündzeitpunkt beispielsweise gemäß dem Ausgangssignal, das von einem Abgastemperatursensor erzeugt wird. Die Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung ist hierin nicht beschrieben, da sie allgemein bekannt ist. Falls beispielsweise das Durchführungs-Flag für die Verzögerung des Zündzeitpunkts während einer Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerroutine auf EIN gesetzt ist, wird gefolgert, daß der Zündzeitpunkt verzögert ist.
Falls in Schritt 300 gefunden wird, daß der Zündzeitpunkt verzögert ist, wird Schritt 302 durchgeführt, um zu überprüfen, ob der Zündzeitpunkt aus Korrekturgründen verfrüht wird. Falls der Verarbeitungsschritt 210 in der in 4 dargestellten Routine durchgeführt wird, wird gefolgert, daß der Zündzeitpunkt aus Korrekturgründen verfrüht wird.
Falls der Zündzeitpunkt aus Korrekturgründen verfrüht wird, wird Schritt 304 durchgeführt, um den Wert SAS gemäß der nachstehenden Gleichung (3) zu aktualisieren: SAS = SAS + AS (3)
Die linke Seite (SAS) der obigen Gleichung (3) ist ein aktualisierter Wert, während der Wert SAS auf der rechten Seite ein nicht aktualisierter Wert ist. Der kumulative Wert SAS bezeichnet den Korrekturbetrag vom Basis-Zündzeitpunkt (Zündzeitpunkteinstellung während der oben genannten Verzögerungssteuerung) zur Verfrühungsseite hin und wird jedes Mal aktualisiert, wenn der Verarbeitungsschritt 210 durchgeführt wird. Der Verfrühungskorrekturbetrag AS, der zum kumulativen Wert SAS addiert werden muß, ist gleich dem Verfrühungskorrekturbetrag, der in Schritt 210 verwendet wird. Falls in Schritt 300 gefunden wird, daß der Zündzeitpunkt nicht verfrüht ist, oder falls die Zündzeitpunktsteuerung abgebrochen wird, wenn der Katalysator die Aktivierungstemperatur erreicht hat, wird Schritt 310 durchgeführt, um den kumulativen Wert SAS auf Null zurückzusetzen.
Als nächstens wird Schritt 306 durchgeführt, um zu prüfen, ob der kumulative Wert SAS größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Die Katalysator-Aufwärmwirkung nimmt ab, wenn der Zündzeitpunkt aus Korrekturgründen vorgezogen wird. Daher wird der obigen Schwellenwert verwendet, um die Grenze für einen kumulativen Wert SAS zu definieren, bei dem ein angemessener Katalysatoraufwärmeffekt erzielt wird. Wenn der kumulative Wert SAS größer ist als der Schwellenwert, wird die Verführung des Zündzeitpunkts für eine Korrektur angehalten. Statt dessen wird die Einstellung für die Menge des eingespritzten Kraftstoffs für den nächsten Zyklus um einen vorgegebenen Betrag erhöht, um eine Korrektur durchzuführen (Schritt 308).
Die Durchführung des Verarbeitungsschritts 308 hebt die Verfrühungskorrektur der Einstellung für die Zündzeitpunkteinstellung auf, die in Schritt 210 bereitgestellt wird. Im nächsten Schritt wird die Zündzeitpunkteinstellung für den gegenwärtigen Zyklus unverändert für den Aktor der Zündkerze 8 gesetzt. Außerdem wird die Einstellung der Kraftstoff-Einspritzmenge, die für die Korrektur in Schritt 208 erhöht wird, unverändert für den Aktor des Kraftstoff-Einspritzventils 10 im nächsten Zyklus gesetzt.
Falls der Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors sich als Teilverbrennung herausstellt, wenn die obige Steuerung durchgeführt wird, wird die Zündzeitpunkteinstellung für den nächsten Zyklus aus Korrekturgründen verzögert. Im nächsten Zyklus kann daher das Auftreten einer Schnellverbrennung begrenzt werden. Falls sich dagegen der Verbrennungsstatus als Schnellverbrennung herausstellt, wird die Zündzeitpunktsteuerung für den nächsten Zyklus aus Korrekturgründen verfrüht. Im nächsten Zyklus kann daher das Auftreten einer Teilverbrennung begrenzt werden. Anders ausgedrückt, die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Veränderung des Verbrennungsstatus begrenzen, innerhalb derer eine Teilverbrennung auf eine Schnellverbrennung folgt und eine Schnellverbrennung auf eine Teilverbrennung folgt. Infolgedessen kann die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine verbessertes Laufverhalten und eine bessere Abgasreinigungsleistung bereitstellen.
7 ist ein Graph, welcher die Momentveränderungen in einem bestimmten Zylinder darstellt, welche auftreten, wenn die obige Steuerung während eines schnellen Leerlaufs im kalten Zustand durchgeführt wird. In 7 liegt die normale Momentregion zwischen zwei Schwellenwerten (dem oberen und dem unteren Schwellenwert). Die Region über der normalen Momentregion ist eine Schnellverbrennungsregion. Die Region unter der normalen Momentregion ist eine Teilverbrennungsregion. In 7 sind Zyklen innerhalb der normalen Momentregion durch weiße Kreise markiert, während Zyklen außerhalb der normalen Momentregion durch schwarze Kreise markiert sind. In Zyklen, die mit Doppelkreisen markiert sind, wird die Momentveränderung durch eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung begrenzt. Die Figur zeigt, daß hin und wieder eine Teilverbrennung stattfindet. Jedoch wird eine Schnellverbrennung, die auf eine Teilverbrennung folgt, angemessen begrenzt, wie von der Figur dargestellt. Wie im Vergleich mit der in 1 dargestellten Kurve offensichtlich wird, wird die Gesamtveränderung des Moments auf ein äußerst niedriges Niveau gesenkt.
Falls der Zündzeitpunkt in einer Situation, wo die obige Steuerung durchgeführt wird, mit Rücksicht auf die Katalysatoraufwärmung nicht weiter verfrüht werden kann, wird als Alternative aus Korrekturgründen die Einstellung der Kraftstoff-Einspritzmenge für den nächsten Zyklus erhöht. Daher ist es möglich, das Ablaufen einer Schnellverbrennung zu begrenzen, ohne den Zündzeitpunkt noch weiter zu verfrühen. Anders ausgedrückt kann die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Verbrennungsstatusveränderung, bei der eine Teilverbrennung auf eine Schnellverbrennung folgt, begrenzen, während die Wirkung des Katalysatoraufwärmens durch Verzögern des Zündzeitpunkts beibehalten wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Verbrennungsstatus gemäß dem Moment beurteilt. Alternativ kann der Verbrennungsstatus jedoch auch gemäß einem anderen Ausgangsparameter als dem Moment beurteilt werden. Beispielsweise können das Verbrennungsverhältnis, die erzeugte Wärmemenge, die Verbrennungsgeschwindigkeit oder andere ähnliche Ausgangsparameter verwendet werden, um den Verbrennungsstatus zu beurteilen. Sofern der verwendete Verbrennungsmotor mit einem Zylinder-Innendrucksensor ausgestattet ist, können Berechnungen gemäß einem Ausgangssignal durchgeführt werden, das vom Sensor erzeugt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Zündzeitpunkt durch einen Haupt-Steuerparameter dargestellt, und der Verbrennungsstatus wird hauptsächlich durch Anpassen des Zündzeitpunkts gesteuert. Alternativ kann jedoch der Verbrennungsstatus gesteuert werden, während die eingespritzte Kraftstoffmenge vom Haupt-Steuerparameter gesteuert wird. Es kann jeder Verbrennungsstatus-Steuerparameter abgesehen von denen, welche den Zündzeitpunkt oder die eingespritzte Kraftstoffmenge betreffen, verwendet werden, um eine Verbrennungsstatussteuerung durchzuführen. Beispielsweise kann der Verbrennungsstatus durch Anpassen des Kraftstoff Einspritzzeitpunkts gesteuert werden. Es gibt zwei Modi der Kraftstoffeinspritzung: die synchrone Einspritzung und die asynchrone Einspritzung. Im synchronen Einspritzmodus wird Kraftstoff eingespritzt, während das Ansaugventil offen ist. Im asynchronen Einspritzmodus wird Kraftstoff eingespritzt, während das Einlaßventil geschlossen ist. Im synchronen Einspritzmodus kann die Menge des eingespritzten Kraftstoffs, die im Kanal zurückbleibt, reduziert werden, um den Kraftstoff auf angemessene Weise in die Brennkammer zu liefern. Dies resultiert in einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Daher kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert werden, um durch Wechseln zwischen synchroner Einspritzung und asynchroner Einspritzung den Verbrennungsstatus zu ändern. Ferner kann die eingespritzte Kraftstoffmenge für Korrekturzwecke von einem Kraftstoff-Einspritzvorgang zum nächsten variiert werden, indem man eine Kraftstoffeinspritzung zweimal durchführt: zuerst im synchronen Einspritzmodus und dann im asynchronen Einspritzmodus. Falls ein Magnetventil oder ein anderes Mittel zum Anpassen der Einspritzmenge auf Einzelzylinderbasis bereitgestellt wird, kann der Verbrennungsstatus durch Einstellen der Einspritzmenge gesteuert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die in 3 dargestellte Steuerungsdurchführungs-Beurteilungsroutine für jeden Zyklus jedes Zylinders durchgeführt. Anstelle einer solch häufigen Durchführung kann die Steuerungsdurchführungs-Beurteilungsroutine jedoch alternativ für jeden Vorgang (oder bei jedem Kaltstart) durchgeführt werden. Genauer kann eine negative Korrelation für jeden Vorgang überprüft werden, um das Vorhandensein einer solchen negativen Korrelation zu speichern, und das Steuerungsdurchführungs-Flag für den gegenwärtigen Vorgang kann auf EIN oder AUS gesetzt werden, abhängig davon, ob die Informationen, die während des letzten Vorgangs gespeichert wurden, das Vorhandensein einer negativen Korrelation anzeigen.
Bei der Steuerroutine zum Aufhalten des Katalysatoraufwärmeffekts, die in 5 dargestellt ist, wird der kumulative Wert der Verfrühungskorrektur als Bedingung zum Wechseln des Steuerparameters vom Zündzeitpunkt zur Kraftstoff-Einspritzmenge verwendet. Als Alternative kann jedoch auch ein anderer Parameter verwendet werden, solange er den Grad der Verringerung des Katalysatoraufwärmeffekts, der von einer Verzögerung des Zündzeitpunkts verursacht wird, darstellt. Beispielsweise kann ein Wechsel abhängig von der Korrekturverfrühungszählung durchgeführt werden. In der in 5 dargestellten Routine wird der Steuerparameter vom Zündzeitpunkt zur Kraftstoff-Einspritzmenge gewechselt. Alternativ dazu kann der Wechsel jedoch so durchgeführt werden, daß ein anderer Parameter als der Kraftstoff-Einspitzmengenparameter verwendet wird, solange eine Teilverbrennung durch eine Anpassung begrenzt werden kann. Beispielsweise kann ein Wechsel von einem asynchronen Kraftstoff-Einspritzvorgang zu zwei Kraftstoff-Einspritzvorgängen, die einen asynchronen Einspritzvorgang und ein synchronen Einspritzvorgang umfassen, durchgeführt werden, ohne die eingespritzte Kraftstoffmenge zu ändern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden zwei Steueroperationen durchgeführt: eine Steuerung zum Begrenzen einer Schnellverbrennung im Anschluß an eine Teilverbrennung (Schritte 204 und 206 der in 4 dargestellten Routine) und eine Steuerung zum Begrenzen einer Teilverbrennung im Anschluß an eine Schnellverbrennung (Schritte 208 und 210 der in 4 dargestellten Routine). Alternativ kann jedoch auch nur eine dieser beiden Steueroperationen durchgeführt werden. Wenn man die Korrelation zwischen der Teilverbrennung und der Schnellverbrennung betrachtet, liegt es nahe, daß bei Begrenzung einer der beiden auch die andere begrenzt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die in 3 bis 5 dargestellten Routinen während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand durchgeführt. Die Steuerung, die von diesen Routinen durchgeführt wird, funktioniert jedoch nicht nur während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, sondern auch während eines Zeitraums, in dem der Verbrennungsstatus sich verändert. Anders ausgedrückt, die Veränderung des Verbrennungsstatus kann begrenzt werden, falls die genannten Routinen während einer Veränderung des Verbrennungsstatus durchgeführt werden. Wenn jedoch die Last variiert, beispielsweise während der Beschleunigung oder des Bergauffahrens, wird der Verbrennungsstatus gemäß den Laständerungen gesteuert. In diesem Fall ändert sich der Verbrennungsstatus als Ergebnis einer Zwangssteuerung. In dieser Situation muß keine Steuerung durch die obigen Routinen durchgeführt werden. Die Steuerung, die durch die obigen Routinen durchgeführt wird, erzeugt erwünschte Wirkungen, wenn sich der Verbrennungsstatus sich im Stetigbetrieb, in dem die Last unverändert bleibt, verändert. Im Stetigbetrieb kann daher die in 3 dargestellte Routine durchgeführt werden, und falls das Steuerungsdurchführungs-Flag auf EIN gesetzt ist, kann die in 4 dargestellte Routine durchgeführt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind verschiedene Mittel für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert. Genauer wird ein „Steuerparameter-Anpassungsmittel” implementiert, wenn die ECU 2 die Verarbeitungsschritte 204 und 206 durchführt; ein „Steuerparameter-Anpassungsmittel” wird implementiert, wenn die ECU die Verarbeitungsschritte 208 und 210 durchführt; ein „Steuerparameter-Anpassungsmittel” wird implementiert, wenn die ECU 2 die Verarbeitungsschritte 204, 206, 208 und 210 durchführt; ein „Veränderungsbeurteilungsmittel” wird implementiert, wenn die ECU 2 die in 3 dargestellte Routine durchführt; ein „Steuerparameter-Anpassungsmittel” wird implementiert, wenn die ECU 2 die Verarbeitungsschritte 304, 306 und 308 durchführt; ein „Steuerparameter-Anpassungsmittel” wird implementiert, wenn die ECU die Verarbeitungsschritte 302, 304, 306 und 308 durchführt, und ein „Betriebsstatus-Beurteilungsmittel” wird implementiert, wenn die ECU 2 den Verarbeitungsschritt 300 durchführt.
Zweite Ausführungsform
Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 11 beschrieben.
Die Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform wird dadurch implementiert, daß man die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt, zusätzlich eine in 11 dargestellte Routine durchzuführen.
Als Brennkraftmaschine für die Verwendung in einem Automobil oder anderem Fahrzeug wird im allgemeinen ein Mehrzylindermotor verwendet, der eine Vielzahl von Zylindern aufweist. In einem Mehrzylindermotor weisen alle verwendeten Zylinder üblicherweise den gleichen Aufbau auf und werden auf die gleiche Weise gesteuert. Alle Zylinder sind so ausgelegt, daß sie das gleichen Moment erzeugen. in der Realität und in vielen Fällen bestehen jedoch Unterschiede im stationären Moment zwischen den Zylindern, die beispielsweise auf unterschiedliche Kraftstoff-Einspritzungseigenschaften der Einspritzdüsen, ungleichmäßige Ansaugmengen aufgrund von unterschiedlichen Ventilspielbeträgen und Ansaugwechselwirkungen zwischen Zylindern, unterschiedliche Zylinderhubräume und herstellungsbedingte Unterschiede der Kolbenform zwischen den Zylindern zurückzuführen sind. Die hierin genannten Unterschiede des stationären Moments beziehen sich auf Momentunterschiede (z. B. Unterschiede des durchschnittlichen Moments), die auftreten, wenn die Momentänderung von einem Zyklus zum anderen geglättet wird.
Die genannten Unterschiede des stationären Moments zwischen Zylindern können zu einer falschen Beurteilung des Verbrennungsstatus führen (Beurteilung in Schritt 204 oder 208 der ersten Ausführungsform). Falls beispielsweise ein bestimmter Zylinder ständig ein höheres Moment aufweist als die anderen Zylinder, kann gefolgert werden, daß der Verbrennungsstatus des Zylinders die Schnellverbrennung ist, da der Vergleich mit einem Schwellenwert anzeigt, daß der Verbrennungsstatus außerhalb der normalen Momentregion und in der Schnellverbrennungsregion liegt, auch wenn der Verbrennungsstatus eigentlich normal ist. Dagegen kann gefolgert werden, daß der Verbrennungsstatus des Zylinders normal ist, weil der Vergleich mit einem Schwellenwert anzeigt, daß der Verbrennungsstatus im normalen Bereich liegt, auch wenn der Verbrennungsstatus die Schnellverbrennung ist. Um Verbrennungsstatusveränderungen, bei denen eine Teilverbrennung auf eine Schnellverbrennung folgt und eine Schnellverbrennung auf eine Teilverbrennung folgt, zu begrenzen, ist es erforderlich den Zündzeitpunkt und andere Parameter exakt anzupassen. Für solche exakten Parameteranpassungen ist es wichtig, daß ein Mittel verwendet wird, um die genannte falsche Beurteilung des Verbrennungsstatus zu vermeiden.
11 ist ein Ablaufschema, das eine Momentdifferenz-Kompensationssteuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die in 11 dargestellte Routine (Momentdifferenz-Kompensationssteuerroutine) vor der Ausführung der in 3 dargestellten Routine durchgeführt. In der in 11 dargestellten Routine wir zuerst der Schritt 400 durchgeführt, um zu überprüfen, ob vorgegebene Betriebsbedingungen eingerichtet sind. Die Betriebsbedingungen sind als angemessene Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen zur Durchführung einer Reihe von Verbrennungsstabilisierungs-Steueroperationen (in 3 bis 5 dargestellte Steueroperationen) definiert, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. Die hierin angewendeten Betriebsbedingungen geben vor, daß gerade ein schneller Leerlauf im kalten Zustand abläuft, der sofort auf einen Kaltstart gefolgt ist.
Wenn die Betriebsbedingungen erfüllt sind, geht der Programmablauf zu Schritt 402 über und überprüft, ob das Flag für die Durchführung einer Verbrennungsstabilisierungssteuerung gesetzt oder abgesetzt wurde. Das Flag ist gesetzt, wenn die Bedingungen zur Durchführung einer Verbrennungsstabilisierungssteuerung durch Durchführung der Verarbeitungsschritte 404 bis 408, die später beschrieben werden, erfüllt sind. Das Flag ist durch Voreinstellung abgesetzt. Nachdem das Flag gesetzt wurde, wird es wieder abgesetzt, wenn in Schritt 400 gefunden wird, daß die Betriebsbedingungen nicht erfüllt sind (z. B. wenn der schnelle Leerlauf im kalten Zustand beendet wird) (Schritt 412).
Falls in Schritt 402 gefunden wird, daß das Flag abgesetzt ist, wird zunächst Schritt 404 durchgeführt, um das durchschnittliche Moment der letzten N Zyklen für jeden Zylinder zu berechnen. Dann wird Schritt 406 durchgeführt, um zu prüfen, ob zwischen den Zylindern Unterschiede im durchschnittlichen Moment bestehen. Die Momentunterschiede zwischen den Zylindern werden dann durch Überprüfen jedes Zylinders auf Abweichungen des durchschnittlichen Moments vom Standardmoment (z. B. vom Durchschnittsmoment aller Zylinder) bestimmt. Falls in Schritt 406 gefunden wird, daß zwischen den Zylindern tatsächlich Momentunterschiede bestehen, wird Schritt 408 durchgeführt, um die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Zündzeitpunkt für jeden Zylinder so anzupassen, daß das Moment aller Zylinder mit dem Standardmoment übereinstimmt.
Die Verarbeitungsschritte 400 bis 408 werden durchgeführt, bis die Momentunterschiede zwischen den Zylindern im Verarbeitungsschritt 408 eliminiert wurden. Wenn die Momentunterschiede zwischen den Zylindern eliminiert wurden, folgt das Programm der „Nein”-Route von Schritt 406 und setzt das Flag für die Durchführung einer Verbrennungsstabilisierungssteuerung (Schritt 410). Wenn das Flag gesetzt ist, wird die in 3 dargestellte Steuerungsdurchführungs-Beurteilungsroutine durchgeführt wie im Fall der ersten Ausführungsform.
Wenn die oben beschriebene Momentunterschieds-Kompensationssteuerroutine vor der Steuerungsdurchführungs-Beurteilungsroutine durchgeführt wird, kommt es nicht zu einer falschen Beurteilung des Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors aufgrund von Unterschieden im stationären Moment zwischen den Zylindern. Wenn daher falsche Beurteilungen aufgrund von Momentunterschieden zwischen den Zylindern vermieden werden, kann die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit erhöhter Zuverlässigkeit durch exaktes Anpassen des Zündzeitpunkts, der eingespritzten Kraftstoffmenge und anderer Steuerparameter Verbrennungsstatusveränderungen begrenzen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein „Momentunterschieds-Kompensationsmittel” implementiert, wenn die ECU 2 die Verarbeitungsschritte 404, 406 und 408 durchführt.
Dritte Ausführungsform
Nun wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 12 beschrieben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird dadurch implementiert, daß man die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt, eine in 12 dargestellte Routine anstelle der in 4 dargestellten Routine durchzuführen.
In der ersten Ausführungsform wird das Nennmoment anhand eines Ausgangssignals, das vom Kurbelwinkelsensor 6 geliefert wird, geschätzt und mit vorgegebenen Beurteilungswerten T1 und T2 verglichen, um zu überprüfen, ob der Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors die Teilverbrennung ist oder nicht, oder ob er die Schnellverbrennung ist oder nicht. Die Zuverlässigkeit eines Momentwerts kann jedoch, beispielsweise aufgrund von Reibmomentschwankungen, Alterung und der Genauigkeit des Signals vom Kurbelwinkelsensor, nicht ohne weiteres garantiert werden. Wenn es sich bei den verwendeten Schwellenwerten (Beurteilungswerte T1 und T2) um die Größe der Momentwerte handelt, wie oben erwähnt, kann abhängig von der Verläßlichkeit eines Momentwerts eine falsche Beurteilung getroffen werden. In der dritten Ausführungsform wird daher die folgende zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine durchgeführt, um zu verhindern, daß aufgrund der Verläßlichkeit eines Momentwerts falsche Beurteilungen getroffen werden.
12 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient. Die in 12 dargestellt Routine wird durch ein Signal vom Kurbelwinkelsensor 6 ausgelöst und durchgeführt, wenn eine vorgegebene Zeit seit der Durchführung der in 3 dargestellten Routine vergangen ist. Die in 12 dargestellte Routine überprüft ebenfalls, ob das Flag für die Durchführung der Steuerung, das in der in 3 dargestellten Routine gesetzt wurde, EIN ist, obwohl diese Überprüfung in der Figur nicht dargestellt ist. Die Schritte 500 und folgende werden nur dann durchgeführt, wenn das Flag für die Durchführung der Steuerung EIN ist.
In Schritt 500 wird das durchschnittliche Moment mti_n(k) der letzten N Zyklen für jeden Zylinder berechnet. Die ECU 2 weist einen internen Speicher auf, der die letzen N Zyklen der Momentwerte Ti_n(k – N) bis Ti_n(k – 1) jedes Zylinders speichert. Das durchschnittliche Moment mti_n(k) wird als Durchschnitt der gespeicherten Momentwerte Ti_n(ki – N) bis Ti_n(k – 1) gespeichert. Das Symbol k, das in Klammern steht, stellt die Zahl der Zyklen dar.
In Schritt 502 wird das Moment Ti_n(k) jedes Zylinders im gegenwärtigen Zyklus berechnet. Als Moment Ti_n(k) kann das Nennmoment, das anhand eines Kurbelwinkel-Zeitsignals gemäß der Bewegungsgleichung für jeden Zylinder berechnet wird, verwendet werden, wie im Fall der ersten Ausführungsform. Alternativ dazu kann das Nennmoment verwendet werden, das anhand des Zylinderinnendrucks und des Kurbelwinkels berechnet wird. Eine weitere Alternative it die Berechnung des Moments anhand der Umdrehungsänderungen der Motordrehzahl, die durch ein allgemein bekanntes Verfahren festgestellt werden.
Im nächsten Schritt 504 wird das Verhältnis des gegenwärtigen Moments Ti_n(k) zum durchschnittlichen Moment mti_n(k), d. h. das Momentverhältnis R(k) {R(k) = Ti_n(k)/mti_n(k)} berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Momentverhältnis R(k) als Kennzahl zur Beurteilung verwendet, ob der Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors eine Teilverbrennung ist oder nicht, oder ob er eine Schnellverbrennung ist oder nicht.
In Schritt 506 wird das Momentverhältnis, das in Schritt 504 errechnet wurde, mit einem vorgegebenen Beurteilungswert R1 verglichen. Der Beurteilungswert R1 entspricht dem unteren Grenzwert der normalen Momentregion und wird auf einen Wert unter 1 gesetzt. Falls die Momentverhältniszahl R(k) kleiner ist als der Beurteilungswert R1, wird gefolgert, daß der Verbrennungsstatus des gegenwärtigen Zyklus eine Teilverbrennung ist. Daher wird Schritt 508 durchgeführt, um die Zündzeitpunkteinstellung für den nächsten Zyklus zu verzögern, um die Schnellverbrennung, die im nächsten Zyklus zu erwarten ist, zu begrenzen. Der Korrekturbetrag für die Verzögerung des Zündzeitpunkts kann unverändert bleiben oder auf einen Wert gesetzt werden, der der Größe der Momentverhältniszahl R(k) entspricht oder der Differenz zwischen der Momentverhältniszahl R(k) und dem Beurteilungswert R1 entspricht.
Falls in Schritt 506 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus nicht die Teilverbrennung ist, wird als nächstes der Abfrageschritt 510 durchgeführt. Im Schritt 510 wird die Momentverhältniszahl R(k), die in Schritt 504 errechnet wurde, mit einem vorgegebenen Beurteilungswert R2 verglichen. Der Beurteilungswert R2 entspricht dem oberen Grenzwert der normalen Momentregion und ist auf einen Wert über 1 gesetzt.
Falls die Momentverhältniszahl R(k) über dem Beurteilungswert R2 liegt, wird gefolgert, daß der Verbrennungsstatus des gegenwärtigen Zyklus die Schnellverbrennung ist. Daher wird Schritt 512 durchgeführt, um die Zündzeitpunkteinstellung für den nächsten Zyklus zu verfrühen, um die Teilverbrennung, die im nächsten Zyklus zu erwarten ist, zu begrenzen. Der Korrekturbetrag zum Verfrühen des Zündzeitpunkts kann unverändert bleiben oder auf einen Wert gesetzt werden, der der Größe der Momentverhältniszahl R(k) entspricht oder der Differenz zwischen der Momentverhältniszahl R(k) und dem Beurteilungswert R2 entspricht.
Falls in Schritt 510 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus nicht die Schnellverbrennung ist, wird gefolgert, daß der Verbrennungsstatus angemessen ist. In diesem Fall wird die Einstellung des Zündzeitpunkts weiter für den nächsten Zyklus verwendet, oder für den nächsten Zyklus wird eine Einstellung anhand eines anderen Faktors als der gegenwärtig durchgeführten Steuerung verwendet.
Nach der Festsetzung des Zündzeitpunkts geht der Programmablauf zu Schritt 514 über. In Schritt 514 wird die Zyklusanzahl k um eins aktualisiert. Ferner wird der Inhalt des Speichers aktualisiert, so daß der Speicher die Momentwerte der nächsten N Zyklen speichert.
Wenn die oben beschriebene zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine durchgeführt wird, wird das Verhältnis des gegenwärtigen Moments Ti_n(k) zum durchschnittlichen Moment mti_n(k) bestimmt. Daher wird das gegenwärtige Moment Ti_n(k) von den vorangegangenen Momentwerten Ti_n(k – N) bis Ti_n(k – 1) relativiert. Infolgedessen wird der Fehler, der im gegenwärtigen Moment Ti_n(k) enthalten ist, durch die vorangegangenen Momentwerte Ti_n(k – N) bis Ti_n(k – 1) ausgeglichen. Da die Momentverhältniszahl R(k), bei der es sich um einen relativen Wert handelt, als Kennzahl für die Beurteilung verwendet wird, ob der Verbrennungsstaus des Verbrennungsmotors eine Teilverbrennung ist oder nicht, oder ob er eine Schnellverbrennung ist oder nicht, verhindert die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, daß aufgrund der Verläßlichkeit des Momentwerts Tin(k) eine falsche Beurteilung getroffen wird. Infolgedessen kann die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Veränderung des Verbrennungsstatus mit erhöhter Zuverlässigkeit begrenzen, indem sie den Zündzeitpunkt, die eingespritzte Kraftstoffmenge und andere Steuerparameter exakt anpaßt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Durchschnittswert der Momentwerte Ti_n(k – N) bis Ti_n(k – 1) in den letzten N Zyklen als Durchschnittsmoment mti_n(k) berechnet. Alternativ dazu können jedoch die Momentwerte der Zyklen, von denen gefunden wird, daß sie zur Schnellverbrennungskategorie oder zur Teilverbrennungskategorie gehören, von der Bewertung des Durchschnittswerts ausgeschlossen werden. Wenn dieses alternative Verfahren verwendet wird, ist es möglich, die Veränderung des Werts für das durchschnittliche Moment mti_n(k) von einem Zyklus zum anderen zu begrenzen. Eine andere Alternative ist die Durchführung eines Filterprozesses mit dem Zweck, die Veränderung des durchschnittlichen Moments mti_n(k) von einem Zyklus zum anderen zu begrenzen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Momentverhältniszahl R(k) für die Bestimmung des Verbrennungsstatus verwendet. Alternativ dazu kann jedoch auch die Differenz zwischen dem gegenwärtigen Moment Ti_n(k) und dem letzten Moment Ti_n(k – 1) verwendet werden, um den Verbrennungsstatus zu bestimmen. Wenn das gegenwärtige Moment Ti_n(k) von einem vorangegangenen Momentwert relativiert wird, wird der Fehler, der im gegenwärtigen Moment Ti_n(k) enthalten ist, durch den vorangegangenen Momentwert ausgeglichen. Daher kann verhindert werden, daß aufgrund der Verläßlichkeit des Momentwerts Ti_n(k) eine falsche Beurteilung getroffen wird. Der Verbrennungsstatus kann auch gemäß einem anderen Ausgangsparameter als dem Moment bestimmt werden, beispielsweise anhand des Verbrennungsverhältnisses, der erzeugten Wärmemenge oder der Verbrennungsgeschwindigkeit. In diesem Fall sollte der erfaßte Wert des Ausgangsparameters ebenfalls von einem vorangegangen erfaßten Wert relativiert werden, um den Verbrennungsstaus anhand des relativierten erfaßten Werts zu bestimmen.
Eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß der vorangegangenen Ausführungsform kann mit einer Steuerung zur Verzögerung des Katalysatoraufwärmeffekts kombiniert werden, die im Ablaufschema von 5 dargestellt ist, wie im Fall der ersten Ausführungsform, jedoch wird diese Kombination hier nicht beschrieben. Die zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß der vorangegangenen Ausführungsform kann auch mit einer Momentdifferenz-Kompensationssteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform kombiniert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein „Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel” implementiert, wenn die ECU 2 die Verarbeitungsschritte 500, 502, 504, 506 und 510 durchführt. Ferner wird ein „Steuerparameter-Einstellmittel” implementiert, wen die ECU 2 die in 12 dargestellt Routine durchführt.
Vierte Ausführungsform
Nun wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 13 beschrieben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform wird dadurch implementiert, daß die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt wird, eine in 13 dargestellte Routine anstelle der in 3 bis 5 dargestellten Routinen durchzuführen.
In einigen Fällen kann Schweröl als Verbrennungsmotor-Kraftstoff verwendet werden. Schweröl ist weniger flüchtig als der üblicherweise verwendete Kraftstoff (Leichtöl). Wenn Schweröl verwendet wird, bleibt eine größere Menge an Kraftstoff an den Innenwandflächen eines Einlaßkanals oder der Oberfläche des Einlaßventils haften. Daher neigt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Abmagerung. Das Luft/Kraftstoff Verhältnis ist besonders während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, bei dem die Temperatur der Wandoberfläche niedrig ist, beträchtlich mager, weil der Kraftstoff, der an der Wandoberfläche haftet, nicht schnell verdampft. Während eines schnellen Leerlaufs im kalten Zustand wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im allgemeinen aus Gründen der Kraftstoffausbeute mager gehalten, und der Zündzeitpunkt wird wegen des Katalysatoraufwärmens mit Rücksicht auf die Kraftstoffausbeute und die Abgasemissionssteuerung verzögert. Falls diese Steuerung jedoch während des Gebrauchs von Schweröl durchgeführt wird, fällt das Moment plötzlich ab, so daß eine Verschlechterung des Laufverhaltens resultiert. Um eine Verschlechterung des Laufverhaltens zu vermeiden, muß sich daher die Steuerung, die wahrend der Verwendung von Schweröl durchgeführt wird, von der Steuerung, die während der Verwendung herkömmlichen Kraftstoffs durchgeführt wird, unterscheiden. Da eine instabile Verbrennung während der Verwendung von schwerem Öl einen erhöhten Grad an Momentveränderung bewirkt, wendet die vorliegende Erfindung das folgende Mittel an, um die Kraftstoffeigenschaften zu bestimmen und um eine Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß den bestimmten Kraftstoffeigenschaften durchzuführen.
13 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische Verbrennungs-Stabilisierungssteuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dient. Wie im Fall der ersten Ausführungsform wird während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, während dem es leicht zu einer instabilen Verbrennung kommen kann, ebenfalls eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt.
Zunächst wird Schritt 600 durchgeführt, um eine Momenterfassung für jeden Zyklus für jeden Zylinder zu erreichen. Die Momenterfassung wird mit einer vorgegebenen Zahl von Zyklen (z. B. 10 Zyklen) durchgeführt. Das angewendete Momenterfassungsverfahren (Berechnungsverfahren) kann das gleiche sein das im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Ein interner Speicher der ECU 2 speichert die erfaßten Momentwerte.
Als nächstes wird Schritt 602 durchgeführt, um den Korrelationskoeffizienten der Momentwerte in einer vorgegebenen Zahl von vorausgegangenen Zyklen zu berechnen.
Wenn die Momentwerte sich in einer Situation, wo ein Graph erzeugt wird, um die Momentwerte, die aus einem vorangegangenen Zyklus erhalten wurden entlang der vertikalen Achse aufgezeichnet werden, und die Momentwerte, die vom gegenwärtigen Zyklus erhalten werden, entlang der horizontalen Achse aufgezeichnet werden, vertikal ändern, zeigen die aufgezeichneten Punkte die Tendenz einer Anordnung von oben links nach unten rechts, wie in 6 dargestellt. Falls der negative Gradient groß ist, bedeutet das, daß die Verbrennung instabil ist und daß Schweröl verwendet wird. Wenn der Korrelationskoeffizient einen Minuswert anzeigt und die vertikale Momentveränderung jedes Zyklus deutlicher wird, tendieren die aufgezeichneten Punkte zur Linienbildung und der Korrelationskoeffizient sinkt demgemäß.
In Schritt 604 wird der in Schritt 602 errechnete Korrelationskoeffizient mit einem vorgegebenen Schwellenwert (Minuswert) verglichen. Falls der Korrelationskoeffizient kleiner ist als der Schwellenwert, wird gefolgert, daß Schweröl verwendet wird (Schritt 606). In diesem Fall werden die Einstellungen für den Zündzeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge, bei denen es sich um das Moment betreffende Steuerparameter handelt, so geändert, wie es für die Verwendung von Schweröl passend ist (Schritt 608). Genauer wird Schritt 608 durchgeführt, um den Zündzeitpunkt zu verfrühen und um die eingespritzte Kraftstoffmenge zu erhöhen, um ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis bereitzustellen. Während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand verdampft Schweröl nicht ohne weiteres, so daß es leicht zu einem Flammenaustritt (Flameout) kommen kann. Wenn daher die Einstellungen für den Zündzeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge wie oben erwähnt geändert werden, stabilisiert sich die Verbrennung, wodurch verhindert wird, daß das Laufverhalten bei einem plötzlichen Momentabfall verschlechtert wird.
Wenn die zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine wie oben beschrieben durchgeführt wird, um die Kraftstoffeigenschaften anhand der Momentkorrelation zwischen einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen zu bestimmen, ist es möglich, die Kraftstoffeigenschaften zu bestimmen, ohne einen speziellen Sensor zu verwenden. Falls Schweröl verwendet wird, werden die Einstellungen für den Zündzeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge von normal zu für Schweröl passend geändert. Infolgedessen kann die Verbrennung stabilisiert werden, um eine Verschlechterung des Laufverhaltens zu verhindern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein „Kraftstoffeigenschafts-Bestimmungsmittel” implementiert, wenn die ECU 2 die Verarbeitungsschritte 600, 602 und 604 durchführt.
Fünfte Ausführungsform
Nun wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 14 und 15 beschrieben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird dadurch implementiert, daß die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt wird, eine in 14 dargestellte Routine anstelle der in den 3 bis 5 dargestellten Routinen durchzuführen.
Die zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Kombination aus zylinderspezifischer Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform, bei der die Einstellung der Steuerparameter abhängig davon angepaßt wird, ob der Verbrennungsstatus die Schnellverbrennung oder die Teilverbrennung ist, und der zylinderspezifischen Verbrennungsstabilisierungssteuerung gemäß der vierten Ausführungsform, bei der die Einstellung der Steuerparameter gemäß den Kraftstoffeigenschaften geändert wird. In der vierten Ausführungsform wird die Kraftstoffqualität anhand der Momentkorrelation zwischen einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen bestimmt. In der gegenwärtigen Ausführungsform werden die Kraftstoffeigenschaften dagegen anhand des Anpassungsbetrags bestimmt, der auf eine Steuerparametereinstellung angewendet wird.
14 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient. Wie im Fall der ersten Ausführungsform wird während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, während dem eine Verbrennung leicht instabil werden kann, ebenfalls eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durchgeführt.
Zunächst wird Schritt 700 durchgeführt, um eine Momenterfassung für jeden Zyklus für jeden Zylinder zu erhalten. Die Momenterfassung wird mit einer vorgegebenen Zahl von Zyklen durchgeführt. Ein interner Speicher der ECU 2 speichert die erfaßten Momentwerte. Als nächstes wird Schritt 702 durchgeführt, um den Korrelationskoeffizienten der Momentwerte einer vorgegebenen Zahl von vorangegangenen Zyklen zu berechnen. Der Korrelationskoeffizient wird später beschrieben. In Schritt 704 wird der in Schritt 702 errechnete Korrelationskoeffizient mit einem vorgegebenen Schwellenwert (Minuswert) verglichen. Falls der Korrelationskoeffizient kleiner ist als der Schwellenwert, wird gefolgert, daß eine negative Korrelation zwischen den Momentwerten einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen besteht.
Falls in Schritt 704 gefolgert wird, daß eine negative Korrelation besteht, wird der Verarbeitungsschritt 706 durchgeführt. In Schritt 706 wird zunächst der Durchschnitt der Momentwerte einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen berechnet, um die Abweichungsrate des gegenwärtigen Moments vom Durchschnittsmoment zu bestimmen (durch Subtrahieren des Durchschnittsmoments vom gegenwärtigen Moment und Teilen des erhaltenen Werts durch das Durchschnittsmoment). Das in 15 dargestellte Kennfeld wird dann verwendet, um den Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt zu berechnen, welcher der Abweichungsrate angemessen ist. In 15 zeigt die horizontale Achse die Abweichungsrate, während die vertikale Achse den Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt zeigt. Die Abweichungsrate ist 0, wenn das gegenwärtige Moment gleich dem Durchschnittsmoment ist. In dem Kennfeld ist die Region, in der die Abweichungsrate zwischen R_L (R_L < 0) und R_H (R_H > 0) liegt, eine Totzone. In der Totzone ist der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt Null. Diese Totzone entspricht der normalen Momentregion. Die Werte R_L bzw. R_H entsprechen den unteren und oberen Grenzwerten der normalen Momentregion. Wenn die Abweichungsrate größer als R_H ist, wird der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt proportional zur Zunahme der Abweichungsrate zur Vorrückungsseite hin vergrößert. Wenn die Abweichungsrate kleiner als R₁ ist, wird der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt proportional zur Abnahme der Abweichungsrate zur Verzögerungsseite hin vergrößert.
In Schritt 708 wird der in Schritt 706 errechnete Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt mit einem vorgegebenen Schwellenwert (Pluswert) verglichen. Dieser Schwellenwert wird verwendet, um anhand des Zündzeitpunkt-Korrekturbetrags zu bestimmen, ob die Kraftstoffeigenschaften auf Schweröl hinweisen. Falls die Kraftstoffeigenschaften auf Schweröl hinweisen, kommt es zu großen Momentänderungen. Somit wird das in 15 dargestellte Kennfeld verwendet, um einen hohen Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt einzustellen. Falls der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt den Schwellenwert überschreitet, kann daher geschlossen werden, daß die Kraftstoffeigenschaften auf Schweröl hinweisen.
Falls in Schritt 708 gefunden wird, daß der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt nicht über dem Schwellenwert liegt, wird der Zündzeitpunkt im nächsten Zyklus korrigiert (Schritt 710). Wenn der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt dagegen über dem Schwellenwert liegt, wird gefolgert, daß Schweröl verwendet wird (Schritt 712). In diesem Fall wird Schritt 714 durchgeführt, um die Einstellungen für den Zündzeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge, bei denen es sich um momentbezogene Steuerparameter handelt, so zu ändern, daß sie für Schweröl passen. Genauer wird der Zündzeitpunkt zur Verfrühungsseite hin verändert, und die eingespritzte Kraftstoffmenge wird erhöht, um ein fettes Fett/Kraftstoff-Verhältnis bereitzustellen. Beim Kaltstart verdampft Schweröl nicht ohne weiteres, so daß es leicht zu einem Flammenaustritt kommen kann. Wenn daher der Zündzeitpunkt und die Menge der eingespritzten Kraftstoffmenge wie oben beschrieben verändert werden, stabilisiert sich die Verbrennung, wodurch verhindert wird, daß das Laufverhalten durch einen plötzlichen Momentabfall leidet.
Wenn die oben beschriebene zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine während der Verwendung eines üblichen Leichtöls durchgeführt wird, wird die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus in Übereinstimmung mit der Abweichungsrate des gegenwärtigen Moments vom Durchschnittsmoment angepaßt. Daher kann eine Momentveränderung sofort begrenzt werden. Falls Schweröl verwendet wird, werden dagegen die Einstellungen für den Zündzeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge normal zu für Schweröl passend geändert. Die Verbrennung kann daher stabilisiert werden, um zu verhindern, daß das Laufverhalten leidet. Wenn die Einstellungen für den Zündzeitpunkt für den nächsten Zyklus gemäß der Abweichungsrate angepaßt werden, werden ferner die Kraftstoffeigenschaften anhand des Anpassungsbetrags bestimmt. Daher bietet die vorliegende Ausführungsform den Vorteil, daß die Kraftstoffeigenschaften ohne Verwendung eines speziellen Sensors exakt bestimmt werden können.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein „Steuerparameter-Anpassungsmittel” implementiert, wenn die ECU 2 den Verarbeitungsschritt 706 durchführt. Ferner wird ein „Kraftstoffeigenschafts-Bestimmungsmittel” implementiert, wenn die ECU 2 den Verarbeitungsschritt 708 durchführt.
Sechste Ausführungsform
Nun wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 16 beschrieben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform wird dadurch implementiert, daß die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt wird, eine in 16 dargestellte Routine anstelle der in 3 bis 5 dargestellten Routinen durchzuführen.
Wenn das Kennfeld verwendet wird, um den Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt gemäß der Abweichungsrate des gegenwärtigen Drehmoments zu bestimmen, wie im Zusammenhang mit der fünften Ausführungsform beschrieben, kann die Momentveränderung sofort begrenzt werden. Jedoch variiert der optimale Zündzeitpunkt-Korrekturbetrag für eine bestimmte Abweichungsrate beispielsweise aufgrund der Variationen von einer Verbrennungsmotoreinheit zur anderen wegen nicht korrekten Anpassungen, Alterung und unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Selbst wenn der Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt gemäß dem Kennfeld bestimmt wird, um die Zündzeitpunkteinstellungen für den nächsten Zyklus anzupassen, liegt die Momentveränderung daher möglicherweise nicht immer im zulässigen Bereich. Unter diesen Bedingungen führt die vorliegende Ausführungsform die folgende zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung durch, um die Momentabweichung unabhängig von beispielsweise internen Abweichungen zwischen einer Verbrennungsmotoreinheit zur nächsten zu begrenzen.
16 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient. Wie im Fall der ersten Ausführungsform wird während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, während dem die Verbrennung leicht instabil werden kann, ebenfalls eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung dürchgeführt Die Verarbeitungsschritte 800 bis 804 werden hier nicht beschrieben, da sie mit den Verarbeitungsschritten 700 bis 704 gemäß der vierten Ausführungsform identisch sind.
Schritt 806 wird durchgeführt, um den Durchschnitt der Momentwerte in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen und dann die Abweichungsrate des gegenwärtigen Moments vom Durchschnittsmoment zu berechnen. Das Kennfeld (Kennfeld von 15) wird dann verwendet, um den Korrekturbetrag für den Zündzeitpunkt gemäß der Abweichungsrate zu berechnen. Als nächstes wird Schritt 808 im nächsten Zyklus durchgeführt, um den Zündzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem Zündzeitpunkt-Korrekturbetrag, der anhand des Kennfelds berechnet wird, zu korrigieren.
In der zylinderspezifischen Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Durchschnitt der Momentwerte in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen nach einer Korrektur des Zündzeitpunkts erneut berechnet. Dann wird die Abweichungsrate des gegenwärtigen Moments vom Durchschnittsmoment berechnet (Schritt 810). Im nächsten Schritt 812 wird die in Schritt 810 errechnete Abweichungsrate mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Falls gefunden wird, daß die Abweichungsrate größer ist als der Schwellenwert, d. h. daß die Momentabweichung nicht im zulässigen Bereich liegt, wird erneut das Kennfeld verwendet, um die Abweichungsrate zu berechnen. Der Zündzeitpunkt wird dann im nächsten Zyklus gemäß dem errechneten Zündzeitpunkt-Korrekturbetrag korrigiert (Schritt 814). Die maximalen und minimalen Werte werden für den Zündzeitpunkt-Korrekturbetrag im Voraus definiert, obwohl sie in der Figur nicht dargestellt sind. Diese maximalen und minimalen Werte verhindern, daß der Zündzeitpunkt zu stark korrigiert wird.
Falls die Momentabweichung nicht im zulässigen Bereich liegt, nachdem die oben beschriebene zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungs-Steuerroutine durchgeführt wurde, um den Zündzeitpunkt zu korrigieren, wird der Zündzeitpunkt abhängig von der aufgetretenen Momentabweichung erneut korrigiert. Daher kann die Momentabweichung unabhängig beispielsweise vom Altern des Verbrennungsmotors oder von inneren Variationen von einer Verbrennungsmotoreinheit zu nächsten angemessen begrenzt werden. Die Zahl der Wiederholungskorrekturen des Zündzeitpunkts ist nicht auf eins beschränkt. Der Zündzeitpunkt kann wiederholt korrigiert werden, bis die festgestellte Momentabweichung im zulässigen Bereich liegt.
Falls die Kraftstoffeigenschaften, die anhand des in Schritt 806 errechneten Zündzeitpunkt-Korrekturbetrags bestimmt werden, darauf hinweisen, daß gegenwärtig Schweröl verwendet wird, kann die vorliegende Ausführungsform die Einstellungen für den Zündzeitpunkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge so ändern, daß sie für die Verwendung von Schweröl passen, wie im Fall der fünften Ausführungsform.
Siebte Ausführungsform
Nun wird die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 17 beschrieben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform wird dadurch implementiert, daß man die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt, eine in 17 dargestellte Routine anstelle der in 3 bis 5 dargestellten Routinen durchzuführen.
Während der schnelle Leerlauf im kalten Zustand fortschreitet, beginnt sofort nach dem Starten eine Zündzeitpunkt-Verzögerungsoperation, um die Abgastemperatur zu erhöhen und die Katalysatortemperatur sofort auf die Aktivierungstemperatur zu erhöhen. Jedoch wird die Verbrennung, wie bereits beschrieben, instabil, wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird. Falls der Zündzeitpunkt zu sehr verzögert wird, kommt es zu einer Momentveränderung, die eine Verschlechterung des Laufverhaltens bewirkt. Daher ist es erforderlich, den Betrag der Zündzeitpunktverzögerung solchermaßen zu bestimmen, daß sowohl die Voraussetzungen für ein gutes Laufverhalten als auch die Voraussetzungen für die Abgassteuerung erfüllt werden. Es ist jedoch schwierig, den optimalen Verzögerungsbetrag zu bestimmen, da der kritische Verzögerungsbetrag, der keine Momentveränderung bewirkt, mit den Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs variiert. Wie nachstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, durch Bestimmen einer Verzögerungsbetragsspanne anhand der Häufigkeiten einer Teilverbrennung und einer Schnellverbrennung einen optimalen Verzögerungsbetrag einzustellen.
17 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische Zündzeitpunktverzögerungs-Steuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient. Die zylinderspezifische Zündzeitpunktverzögerungs-Steuerroutine, die in 17 dargestellt ist, wird für jeden Zylinder auf Einzelexpansionshub-Basis (z. B. in 180 Grad-Intervallen für einen 4-Zylindermotor oder in 120 Grad-Intervallen bei einem 6-Zylindermotor) während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, bei dem die Verbrennung leicht instabil wird, durchgeführt.
Zunächst wird Schritt 900 durchgeführt, um zu überprüfen, ob der Verbrennungsmotor gestartet wird. Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, werden Momentberechnungen gemäß einem Verfahren durchgeführt, das im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde (Schritt 902). Es wird das Nennmoment (das Schätzmoment) verwendet, das anhand eines Ausgangssignals, das vom Kurbelwinkelsensor 6 für jeden Zylinder ausgegeben wird, gemäß der Bewegungsgleichung errechnet wird.
Als nächstes wird Schritt 904 durchgeführt, um den Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors anhand der Momentberechungsergebnisse zu bestimmen, d. h. um zu bestimmen, ob der Verbrennungsstatus die Schnellverbrennung, die Teilverbrennung oder eine normale Verbrennung (ordnungsgemäße Verbrennung) ist. Es kann jedes der Verfahren, die im Zusammenhang mit den vorangegangenen Ausführungsformen beschrieben wurden, angewendet werden, um den Verbrennungsstatus des Verbrennungsmotors anhand des Moments zu bestimmen. Falls in Schritt 904 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus die normale Verbrennung ist, wird die Zählung N1 um eins vorgerückt (Schritt 906). Falls andererseits in Schritt 904 gefunden wird, daß der Verbrennungsstatus die Schnellverbrennung oder die Teilverbrennung ist, wird die Zählung N2 um eins vorgerückt (Schritt 908). Die Anfangswerte für die Zählungen N1 und N2 sind beide 0. Diese Zählungen werden auf 0 zurückgesetzt, wenn der schnelle Leerlauf im kalten Zustand beendet wird.
In Schritt 910 wird die Summe der Zählungen N1 und N2 mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Die Summe der Zahlungen N1 und N2 bezeichnet die Zykluszahl, die nach dem Start eines bestimmten Zylinders erreicht wird. Der Schwellenwert stellt eine Zykluszahl dar, die sich für das Sammeln ausreichender Daten für eine Verzögerungsbetragsberechnung in den Verarbeitungsschritten 912 und folgende eignet.
Falls in Schritt 910 gefunden wild, daß die Summe der Zählungen N1 und N2 größer ist als der Schwellenwert, wird Schritt 912 durchgeführt, um das Verhältnis R (R = N2/N1) von Schnellverbrennung/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung zu berechnen. In Schritt 914 wird das Schnell/Teilverbrennungs-Verhältnis R mit einem vorgegebenen Schwellenwert R₀ verglichen. Der Schwellenwert R₀ wird experimentell erhalten. Er stellt das Verhältnis von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung dar, das vorliegt, wenn die Voraussetzungen sowohl für ein gutes Laufverhalten als auch die Abgassteuerung erfüllt sind.
Falls das Ergebnis des Vergleichs in Schritt 914 anzeigt, daß die Schnell/Teilverbrennungsverhältniszahl R größer ist als der Schwellenwert R₀, wird Schritt 916 durchgeführt, um den Verzögerungsbetrag SA für die Katalysatoraufwärmung zu senken. Genauer wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines vorgegebenen Werts α vom gegenwärtigen Verzögerungsbetrag SA erhalten wird, als Verzögerungsbetragseinstellung für den nächsten Zyklus gesetzt. Dies stellt sicher, daß der Zündzeitpunkt für den nächsten Zyklus verfrüht wird, um die Verbrennung zu stabilisieren. Wenn die Verbrennung sich stabilisiert, sinkt ferner die Verhältniszahl R von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung.
Falls andererseits das Ergebnis des Vergleichs von Schritt 914 anzeigt, daß die Schnell/Teilverbrennungs-Verhältniszahl R nicht größer ist als der Schwellenwert R₀, wird Schritt 918 durchgeführt, um den Verzögerungsbetrag SA für die Katalysatoraufwärmung zu erhöhen. Genauer wird ein Wert, der durch Addieren eines vorgegebenen Werts α zum gegenwärtigen Verzögerungsbetrag SA erhalten wird, als Verzögerungsbetrag für den nächsten Zyklus gesetzt. Dies stellt sicher, daß der Zündzeitpunkt für den nächsten Zyklus zum Zwecke der Abgasverbesserung weiter verzögert wird. Da die Verbrennung aufgrund einer Zündzeitpunktverzögerung instabil wird, steigt ferner die Verhältniszahl R von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung.
Wenn die oben beschriebene zylinderspezifische Zündzeitpunktverzögerungs-Steuerroutine durchgeführt wird, nähert sich die Verhältniszahl R von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung dem Schwellenwert R₀ an. Daher erleichtert es die Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, den Zündzeitpunkt-Verzögerungsbetrag solchermaßen zu optimieren, daß die Voraussetzungen sowohl für ein gutes Laufverhalten als auch für die Abgassteuerung erfüllt sind.
Der Zündzeitpunkt-Verzögerungsbetrag kann so berechnet werden, daß der Durchschnittswert für alle Zylinder erhalten wird. Jedoch variieren die Luftmenge, die Kraftstoffmenge, das Kompressionsverhältnis, die Temperatur und andere Faktoren von einem Zylinder zum anderen. Daher variiert auch der Verbrennungsstatus von einem Zylinder zum anderen. Dies bedeutet natürlich, daß der optimale kritische Verzögerungsbetrag sich von Zylinder zu Zylinder unterscheidet. Wenn die Häufigkeit einer Schnell/Teilverbrennung für jeden Zylinder berechnet wird, wie im Zusammenhang mit der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, um den Zündzeitpunkt-Verzögerungsbetrag auf Einzelzylinderbasis zu berechnen, kann daher für jeden Zylinder der optimale Verzögerungsbetrag bereitgestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein „Zündzeitpunkt-Steuermittel” implementiert, wenn die ECU 2 die in 17 dargestellte Routine durchführt.
Achte Ausführungsform
Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nur mit Bezug auf 18 beschrieben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird implementiert, in dem man die ECU 2 gemäß der ersten Ausführungsform veranlaßt, eine in 18 dargestellte Routine anstelle der in den 3 bis 5 dargestellten Routinen durchzuführen.
Ein variabler Ventilsteuerungs-Mechanismus (im folgenden als VVT bezeichnet) ist als Steuermechanismus bekannt, der die Öffnungs-/Schließzeiten des Einlaßventil durch Ändern des Kurbelphasenwinkels relativ zur Kurbelwelle steuert. Ein Verbrennungsmotor, der mit dem VVT ausgestattet ist, verwendet den VVT, um den Zeitpunkt zum Öffnen des Einlaßventils zu verfrühen. Die Öffnungszeitüberschneidung zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil kann erhöht werden, um die interne EGR-Menge zu erhöhen. Infolgedessen kann die Menge an NOx im Abgas gesenkt werden. Falls die interne EGR-Menge während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, bei dem die Verbrennung instabil ist, jedoch zu stark erhöht wird, wird die Verbrennung noch instabiler, so daß die Momentveränderung eine Verschlechterung des Laufverhaltens bewirkt. Daher ist es erforderlich, daß der Verfrühungsbetrag für den Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt (im folgenden als VVT-Verfrühungsbetrag bezeichnet) so bestimmt wird, daß eine interne EGR-Menge bereitgestellt wird, während die Voraussetzungen sowohl für ein gutes Laufverhalten als auch für die NOx-Steuerung erfüllt werden. Der kritische Verfrühungsbetrag, bei dem keine Momentveränderung bewirkt wird, ändert sich jedoch mit den Eigenschaften des verwendeten Kraftstoffs. Daher ist es schwierig, den optimalen VVT-Verfrühungsbetrag zu bestimmen. Wie nachstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, den optimalen VVT-Verfrühungsbetrag durch Bestimmen der Spanne des VVT-Verfrühungsbetrags anhand der Häufigkeiten der Teilverbrennung der Schnellverbrennung einzustellen.
18 ist ein Ablaufschema, das eine zylinderspezifische VVT-Verfrühungssteuerroutine darstellt, die von der ECU 2 durchgeführt wird, die als Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient. Die in 18 dargestellte zylinderspezifische VVT-Verfrühungssteuerroutine wird für jeden Zylinder auf Einzelexpansionshub-Basis (z. B. in 180 Grad-Intervallen für einen 4-Zylindermotor oder in 120 Grad-Intervallen bei einem 6-Zylindermotor) während des schnellen Leerlaufs im kalten Zustand, bei dem die Verbrennung leicht instabil wird, durchgeführt. Die Verarbeitungsschritte 1000 bis 1012 werden hier nicht beschrieben, da sie mit den Verarbeitungsschritten 900 bis 912 gemäß der sieben Ausführungsform identisch sind.
In Schritt 1014 wird die Schnell/Teilverbrennungs-Verhältniszahl R mit einem Schwellenwert R₀ verglichen. Der Schwellenwert R₀ wird experimentell erhalten. Er stellt das Verhältnis von Schnellverbrennung/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung dar, das vorliegt, wenn die Voraussetzungen sowohl für ein gutes Laufverhalten als auch für die NOx-Steuerung erfüllt sind.
Falls das Ergebnis des Vergleichs in Schritt 1014 anzeigt, daß die Schnell/Teilverbrennungs-Verhältniszahl R größer ist als der Schwellenwert R₀, wird Schritt 1016 durchgeführt, um den VVT-Verfrühungsbetrag SA zu senken. Genauer wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines vorgegebenen Werts α vom gegenwärtigen VVT-Verfrühungsbetrag SA erhalten wird, als VVT-Verfrühungsbetragseinstellung für den nächsten Zyklus eingestellt. Dies stellt sicher, daß der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils für den nächsten Zyklus verzögert wird, um für die Stabilisierung der Verbrennung die interne EGR-Menge zu senken. Ferner wird, wenn sich die Verbrennung stabilisiert, die Verhältniszahl R von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung kleiner.
Falls andererseits das Ergebnis des Vergleichs in Schritt 1014 anzeigt, daß die Schnell/Teilverbrennungs-Verhältniszahl R nicht über dem Schwellenwert R_A liegt, wird Schritt 1018 durchgeführt, um den VVT-Verfrühungsbetrag SA zu erhöhen. Genauer wird ein Wert, der durch Addieren eines vorgegebenen Werts α zum gegenwärtigen VVT-Verfühungsbetrag SA erhalten wird, als VVT-Verfrühungsbetragseinstellung für den nächsten Zyklus eingestellt. Dies stellt sicher, daß der Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils für den nächsten Zyklus noch weiter verfrüht wird, um für die NOx-Reduzierung die interne EGR-Menge zu erhöhen. Da die Verbrennung aufgrund eines Anstiegs der internen EGR-Menge instabil wird, steigt ferner die Verhältniszahl R von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung.
Wenn die oben beschriebene zylinderspezifische VVT-Verfrühungssteuerroutine durchgeführt wird, nähert sich die Verhältniszahl R von Schnell/Teilverbrennung zu normaler Verbrennung dem Schwellenwert R₀ an. Daher erleichtert es die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, den VVT-Verfrühungsbetrag solchermaßen zu optimieren, daß er die Voraussetzungen sowohl für ein gutes Laufverhalten als auch für die NOx-Steuerung erfüllt.
Der VVT-Verfrühungsbetrag kann so berechnet werden, daß man den Durchschnittswert für alle Zylinder berechnet. Die Luftmenge, die Kraftstoffmenge, das Kompressionsverhältnis, die Temperatur und andere Faktoren variieren jedoch von Zylinder zu Zylinder. Daher variiert auch der Verbrennungsstatus von Zylinder zu Zylinder. Dies bedeutet natürlich, daß der optimale kritische Verfrühungsbetrag sich von Zylinder zu Zylinder ändert. Wenn die Häufigkeit der Schnell/Teilverbrennung für jeden Zylinder berechnet wird, um den VVT-Verfrühungsbetrag auf Einzelzylinderbasis zu korrigieren wie in der obigen Ausführungsform, kann daher der optimale VVT-Verfrühungsbetrag für jeden Zylinder bereitgestellt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein „Steuermittel für die interne EGR-Menge” implementiert, wenn die ECU 2 die in 18 dargestellte Routine durchführt. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die interne EGR-Menge dadurch gesteuert, daß man den VVT den Öffnungszeitpunkt für das Einlaßventil steuern läßt. Alternativ kann die interne EGR-Menge jedoch auch dadurch gesteuert werden, daß man dem VVT erlaubt, den Schließzeitpunkt für das Abgasventil zu steuern.
Die Hauptvorteile der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn es zu einer Teilverbrennung kommt, die Einstellung eines Verbrennungsstatus-Steuerparameters für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß ein erhöhter Teilverbrennungsgrad bereitgestellt wird. Daher kann die Schnellverbrennung im nächsten Zyklus begrenzt werden. Anders ausgedrückt ist es möglich, eine Verbrennungsstatusänderung, bei der eine Schnellverbrennung auf eine Teilverbrennung folgt, zu begrenzen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn es zu einer Schnellverbrennung kommt, die Einstellung eines Verbrennungsstatus-Steuerparameters für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß ein erhöhter Schnellverbrennungsgrad bereitgestellt wird. Daher kann die Teilverbrennung im nächsten Zyklus begrenzt werden. Anders ausgedrückt ist es möglich, eine Verbrennungsstatusveränderung, bei der eine Teilverbrennung auf eine Schnellverbrennung folgt, zu begrenzen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verbrennungsstatuserfassung gemäß einem Ausgangsparameter zu erreichen, der mit dem Motormoment korreliert, um exakt zu bestimmen, ob der Motorverbrennungsstatus die Schnellverbrennung oder die Teilverbrennung ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine falsche Bestimmung des Motorverbrennungsstatus (Schnellverbrennung oder Teilverbrennung) gemäß den Unterschieden im stationären Moment zwischen den Zylindern zu bestimmen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Verbrennungsstatus gemäß dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem gegenwärtig erfaßten Wert eines Ausgangsparameters und dem zuvor erfaßten Wert des Ausgangsparameters bestimmt. Daher ist es möglich, mit erhöhter Genauigkeit und unabhängig von der absoluten Wertgenauigkeit der erfaßten Werte zu bestimmen, ob der Motorverbrennungsstatus die Schnellverbrennung oder die Teilverbrennung ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn der erfaßte Wert eines Ausgangsparameters, der mit dem Motormoment korreliert, unter einem vorgegebenen Bereich liegt, die Einstellung für den Ausgangsparametergrößen-Steuerparameter für den nächsten Zyklus so eingestellt, das der Ausgangsparameter verkleinert wird. Daher ist es möglich, eine plötzliche Veränderung des Moments im nächsten Zyklus zu verhindern, so daß der Ausgangsparameter steigt. Wenn der erfaßte Wert für den Ausgangsparameter über dem vorgegebenen Bereich liegt, wird die Einstellung für den Steuerparameter für den nächsten Zyklus so angepaßt, daß der Ausgangsparameter erhöht wird. Daher ist es möglich zu verhindern, daß das Moment sich im nächsten Zyklus so ändert, daß der Ausgangsparameter gesenkt wird. Anders ausgedrückt, eine Änderung des Verbrennungsstatus, bei der die Teilverbrennung auf die Schnellverbrennung folgt oder die Schnellverbrennung auf die Teilverbrennung folgt, kann begrenzt werden.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Einstellung eines Steuerparameters für den nächsten Zyklus nur dann angepaßt, wenn der Grad der Veränderung der erfaßten Werte von einem Ausgangsparameter in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen größer ist als vorgegeben. Daher ist es möglich, unnötige Steuerparameter-Anpassungen in Situationen durchzuführen, wo die Verbrennungsstatusveränderung keinerlei Probleme bereitet.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Einstellung eines Steuerparameters für den nächsten Zyklus angepaßt, wenn eine negative Korrelation zwischen den erfaßten Werten eines Ausgangsparameters besteht. Daher ist es möglich, Steuerparameteranpassungen nur in einer Situation durchzuführen, wo sich Schnellverbrennung und Teilverbrennung abwechseln.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, falls ein Haupt-Steuerparameter über dem vorgegebenen Anpassungsbereich liegt, die Einstellung eines anderen Steuerparameters für den nächsten Zyklus angepaßt. Daher verbleibt eine angemessene Anpassungsspanne, wodurch es möglich ist, die Verbrennungsstatusänderung angemessen zu begrenzen.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, falls die Zündzeitpunktverfrühung in einer Situation, wo eine Zündzeitpunkt-Verfrühungssteuerung durchgeführt wird, um den Katalysator aufzuwärmen, einen vorgegebenen Grad übersteigt, die Einstellung für die Kraftstoff-Einspritzmenge für den nächsten Zyklus erhöht, und nicht der Zündzeitpunkt noch weiter verfrüht. Daher ist es möglich, die Verbrennungsstatusänderung zu begrenzen, während weiterhin eine Zündzeitpunkt-Verfrühungssteuerung durchgeführt wird, um den Katalysator aufzuwärmen.
Falls zwischen den Zylindern Unterschiede im stationären Moment bestehen, ergeben sich stationäre Zwischenzylinder-Unterschiede im erfaßten Wert eines Ausgangsparameters. Gemäß einem elften Aspekt der Erfindung werden jedoch die stationären Zwischenzylinder-Unterschiede im erfaßten Wert eines Ausgangsparameters durch Kompensierung der Momentunterschiede zwischen den Zylindern verringert. Dies stellt sicher, daß bei einem Vergleich des erfaßten Werts eines Ausgangsparameters mit einem vorgegebenen Bereich eine falsche Beurteilung, die sich aus Zwischenzylinder-Momentunterschieden ergibt, vermieden werden kann. Infolgedessen ist es möglich, die Veränderung des Verbrennungsstatus durch Vornehmen von exakten Steuerparameteranpassungen zu begrenzen.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der erfaßte Wert eines Ausgangsparameters durch einen vorangegangenen erfaßten Wert des Ausgangsparameters relativiert. Ein etwaiger Fehler, der in dem erfaßten Wert enthalten ist, wird ausgeglichen, wenn der erfaßte Wert relativiert wird. Wenn der erfaßte Wert des Ausgangsparameters mit einem vorgegebenen Bereich verglichen wird, kann daher eine falsche Beurteilung, die sich aus der Zuverlässigkeit des Ausgangsparameterwerts ergibt, vermieden werden. Infolgedessen ist es möglich, die Änderung des Verbrennungsstatus durch Vornehmen exakter Steuerparameteranpassungen zu begrenzen.
Die Kraftstoffeigenschaften beeinflussen den Verbrennungsstatus. Falls Schweröl verwendet wird, kommt es leicht zu einer instabilen Verbrennung, wodurch bewirkt wird, daß der Verbrennungsstatus sich verändert. In diesem Fall besteht eine negative Korrelation zwischen den Momentwerten in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen. Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kraftstoffeigenschaften durch Betrachten der Korrelation zwischen den erfaßten Werten eines Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen zu bestimmen.
Wenn sich die Kraftstoffeigenschaften ändern, verändert sich der Verbrennungsstatus. Der Verbrennungsstatus kann als Abweichung des gegenwärtig erfaßten Werts eines Ausgangsparameters vom Durchschnitt der zuvor erfaßten Werte des Ausgangsparameters ausgedrückt werden. Gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung können, wenn die Zündzeitpunkteinstellung für den nächsten Zyklus gemäß einer solchen Abweichung angepaßt wird, die Kraftstoffeigenschaften gemäß dem Betrag dieser Anpassung bestimmt werden.
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Katalysatoraufwärmsteuerung gemäß dem Verbrennungsstatus durchzuführen. Wenn beispielsweise keine negative Korrelation besteht, so daß der Verbrennungsstatus stabil ist, kann der Katalysator frühzeitig aufgewärmt werden, indem man den Verzögerungsbetrag für den Zündzeitpunkt erhöht.
Gemäß dem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die interne EGR-Menge gemäß dem Verbrennungsstatus zu steuern. Wenn beispielsweise keine negative Korrelation besteht, so daß der Verbrennungszustand stabil ist, kann die NOx-Menge durch Erhöhen der internen EGR-Menge gesenkt werden.

Claims

Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, die eine zylinderspezifische Verbrennungsstabilisierungssteuerung nur dann durchführt, wenn der Verbrennungsstatus sich stark verändert, umfassend: ein Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel (6) zum Erfassen des Verbrennungsstatus im Stetigbetrieb; und ein Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) zum Anpassen eines Steuerparameters, der den Verbrennungsstatus betrifft; wobei, wenn der erfaßte Verbrennungsstatus ein Teilverbrennungsstatus ist, in dem ein Drehmoment des Verbrennungsmotors klein ist, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß im nächsten Zyklus ein Schnellverbrennungsstatus, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors groß wird, begrenzt wird, und wobei, wenn der erfaßte Verbrennungsstatus ein Schnellverbrennungsstatus ist, in dem ein Drehmoment des Verbrennungsmotors groß ist, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß im nächsten Zyklus ein Teilverbrennungsstatus, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors klein ist, begrenzt wird, ferner umfassend: ein Momentunterschieds-Kompensierungsmittel zum Anpassen des Moments für jeden Zylinder, so daß Unterschiede im stationären Moment zwischen den Zylindern reduziert werden; wobei das Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel den Verbrennungsstatus gemäß einem Ausgangsparameter erfaßt, nachdem die Momentunterschiede zwischen den Zylindern durch das Momentunterschieds-Kompensierungsmittel ausgeglichen wurden.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel den Verbrennungsstatus gemäß einem Ausgangsparameter erfaßt, der mit der Motordrehzahl korreliert.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel den Verbrennungsstatus gemäß dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem gegenwärtigen erfaßten Wert des Ausgangsparameters und dem vorherigen erfaßten Wert des Ausgangsparameters erfaßt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn der erfaßte Wert des Ausgangsparameters unter einem vorgegebenen Bereich liegt, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß der Wert des Ausgangsparameters gesenkt wird; und wobei, wenn der erfaßte Wert des Ausgangsparameters über dem vorgegebenen Bereich liegt, das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß der Wert des Ausgangsparameters erhöht wird.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein Veränderungsbeurteilungsmittel zum Beurteilung des Grads der erfassten Veränderung des Ausgangsparameterwerts in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen; wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn geurteilt wird, daß die Veränderung des Ausgangsparameters größer ist als vorgegeben.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Veränderungsbeurteilungsmittel den Grad der Veränderung gemäß einer Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen beurteilt; und wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn eine negative Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters besteht.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel mindestens zwei Steuerparameter einschließlich eines Haupt-Steuerparameters anpassen kann, die Einstellung des Haupt-Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn der Haupt-Steuerparameter in einem vorgegebenen Bereich liegt, und die Einstellung eines anderen Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn der Haupt-Steuerparameter außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend: ein Betriebsstatus-Beurteilungsmittel zum Beurteilen, ob gerade eine Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, um den Katalysator aufzuwärmen; wobei, wenn gerade eine Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, das Steuerparameter-Einstellungsmittel die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus ändert, um den Zündzeitpunkt zu verzögern, falls der erfaßte Wert des Ausgangsparameters außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, um dadurch das Drehmoment zu senken, die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus ändert, um den Zündzeitpunkt zu verfrühen, bis die Verfrühung des Zündzeitpunkts einen bestimmten Wert überschreitet, falls der erfaßte Wert des Ausgangsparameters außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, um dadurch das Moment zu erhöhen, und die Einstellung für die Kraftstoff-Einspritzmenge für den nächsten Zyklus erhöht, falls die Verfrühung des Zündzeitpunkts den vorgegebenen Grad überschreitet.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, ferner umfassend: wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus gemäß dem erfaßten Wert des Ausgangsparameters anpaßt, nachdem die Momentunterschiede zwischen den Zylindern durch das Momentunterschieds-Kompensierungsmittel kompensiert wurden.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel den erfaßten Wert des Ausgangsparameters unter Verwendung eines zuvor erfaßten Werts relativiert und die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus gemäß dem resultierenden relativierten Erfassungswert anpaßt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 6, ferner ein Kraftstoffeigenschafts-Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Kraftstoffeigenschaften anhand der Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen umfassend.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Steuerparameter der Zündzeitpunkt ist, und das Steuerparameter-Anpassungsmittel so ausgelegt ist, daß es die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus gemäß der Abweichung des gegenwärtigen erfaßten Werts des Ausgangsparameters vom Durchschnitt der zuvor erfaßten Werte des Ausgangsparameters anpaßt; und wobei die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung ferner ein Kraftstoffeigenschafts-Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Kraftstoffeigenschaften anhand des Betrags der Zündzeitpunktanpassung, die vom Steuerparameter-Anpassungsmittel vorgenommen wird, umfaßt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 6, ferner ein Zündzeitpunkt-Steuermittel zum Bestimmen eines Verzögerungsbetrags für die Auf wärmung des Katalysators aus der Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorausgegangenen Zyklen umfassend.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 6, ferner ein Steuermittel für die interne EGR-Menge zum Bestimmen der internen EGR-Menge eines Motors anhand der Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von Zyklen umfassend.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches nur dann durgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsstatus stark verändert, umfassend: Erfassen des Verbrennungsstatus im Stetigbetrieb durch ein ein Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel (6); und Anpassen eines Steuerparameters, der den Verbrennungsstatus betrifft, durch ein Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2); wobei, wenn der erfaßte Verbrennungsstatus ein Teilverbrennungsstatus ist, in dem ein Drehmoment des Verbrennungsmotors klein ist, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß im nächsten Zyklus ein Schnellverbrennungsstatus, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors groß ist, begrenzt wird, und wobei, wenn der erfaßte Verbrennungsstatus ein Schnellverbrennungsstatus ist, in dem ein Drehmoment des Verbrennungsmotors groß ist, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß im nächsten Zyklus ein Teilverbrennungsstatus, in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors klein ist, begrenzt wird, das Verfahren umfasst ferner: Anpassen des Moments für jeden Zylinder durch ein Momentunterschieds-Kompensierungsmittel, so daß Unterschiede im stationären Moment zwischen den Zylindern reduziert werden; wobei das Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel den Verbrennungsstatus gemäß einem Ausgangsparameter erfaßt, nachdem die Momentunterschiede zwischen den Zylindern durch das Momentunterschieds-Kompensierungsmittel ausgeglichen wurden.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, wobei das Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel den Verbrennungsstatus gemäß einem Ausgangsparameter erfaßt, der mit der Motordrehzahl korreliert.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Verbrennungsstatus-Erfassungsmittel den Verbrennungsstatus gemäß dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem gegenwärtigen erfaßten Wert des Ausgangsparameters und dem vorherigen erfaßten Wert des Ausgangsparameters erfaßt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, umfassend: Erfassen eines Ausgangsparameters, der mit dem Motormoment korreliert, im Stetigbetrieb durch ein Ausgangsparameter-Erfassungsmittel (6); und Anpassen eines Steuerparameters, der die Größe des Ausgangsparameters betrifft, durch ein Steuerparameter-Einstellungsmittel (ECU 2); wobei, wenn der erfaßte Wert des Ausgangsparameters unter einem vorgegebenen Bereich liegt, das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß der Wert des Ausgangsparameters gesenkt wird; und wobei, wenn der erfaßte Wert des Ausgangsparameters über dem vorgegebenen Bereich liegt, das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus so anpaßt, daß der Wert des Ausgangsparameters erhöht wird.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, ferner umfassend: Beurteilung des Grads der erfaßten Veränderung des Ausgangsparameterwerts in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen durch ein Veränderungsbeurteilungsmittel; wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn geurteilt wird, daß die Veränderung des Ausgangsparameters größer ist als vorgegeben.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 19, wobei das Veränderungsbeurteilungsmittel den Grad der Veränderung gemäß einer Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen beurteilt; und wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn eine negative Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters besteht.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 15, wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) mindestens zwei Steuerparameter einschließlich eines Haupt-Steuerparameters anpassen kann, die Einstellung des Haupt-Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn der Haupt-Steuerparameter in einem vorgegebenen Bereich liegt, und die Einstellung eines anderen Steuerparameters für den nächsten Zyklus anpaßt, wenn der Haupt-Steuerparameter außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, ferner umfassend: Beurteilen, ob gerade eine Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, um den Katalysator aufzuwärmen, durch ein Betriebsstatus-Beurteilungsmittel; wobei, wenn gerade eine Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, das Steuerparameter-Einstellungsmittel die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus ändert, um den Zündzeitpunkt zu verzögern, falls der erfaßte Wert des Ausgangsparameters außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, um dadurch das Drehmoment zu senken, die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus ändert, um den Zündzeitpunkt zu verfrühen, bis die Verfrühung des Zündzeitpunkts einen bestimmten Wert überschreitet, falls der erfaßte Wert des Ausgangsparameters außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, um dadurch das Moment zu erhöhen, und die Einstellung für die Kraftstoff-Einspritzmenge für den nächsten Zyklus erhöht, falls die Verfrühung des Zündzeitpunkts den vorgegebenen Grad überschreitet.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 15 bis 22, ferner umfassend: wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus gemäß dem erfaßten Wert des Ausgangsparameters anpaßt, nachdem die Momentunterschiede zwischen den Zylindern durch das Momentunterschieds-Kompensierungsmittel kompensiert wurden.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei das Steuerparameter-Anpassungsmittel den erfaßten Wert des Ausgangsparameters unter Verwendung eines zuvor erfaßten Werts relativiert und die Einstellung des Steuerparameters für den nächsten Zyklus gemäß dem resultierenden relativierten Erfassungswert anpaßt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, ferner Bestimmen der Kraftstoffeigenschaften anhand der Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorangegangenen Zyklen durch ein Kraftstoffeigenschafts-Bestimmungsmittel umfassend.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, wobei der Steuerparameter der Zündzeitpunkt ist, und das Steuerparameter-Anpassungsmittel (ECU 2) so ausgelegt ist, daß es die Einstellung des Zündzeitpunkts für den nächsten Zyklus gemäß der Abweichung des gegenwärtigen erfaßten Werts des Ausgangsparameters vom Durchschnitt der zuvor erfaßten Werte des Ausgangsparameters anpaßt; und wobei das Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors ferner das Bestimmen der Kraftstoffeigenschaften anhand des Betrags der Zündzeitpunktanpassung, die vom Steuerparameter-Anpassungsmittel vorgenommen wird, durch ein Kraftstoffeigenschafts-Bestimmungsmittel umfaßt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, ferner das Bestimmen eines Verzögerungsbetrags für die Aufwärmung des Katalysators aus der Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von vorausgegangenen Zyklen durch ein Zündzeitpunkt-Steuermittel umfassend.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 15, ferner das Bestimmen der internen EGR-Menge eines Motors anhand der Korrelation zwischen den erfaßten Werten des Ausgangsparameters in einer Vielzahl von Zyklen durch ein Steuermittel für die interne EGR-Menge umfassend.