-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für eine Selbstzündungsbrennkraftmaschine.
-
Stand der Technik
-
Beispielsweise haben einige Selbstzündungsbrennkraftmaschinen, wie beispielsweise Dieselmaschinen, Kraftstoffdirekteinspritzventile, die einen Kraftstoff in entsprechende Zylinder einspritzen. Der Kraftstoff, der von jedem Kraftstoffeinspritzventil in den entsprechenden Zylinder eingespritzt wird, wird zusammen mit Ansaugluft verbrannt. Bei der Brennkraftmaschine der vorstehenden Art werden mehrere Verbrennungsbetriebsarten ausgeführt, die unterschiedliche Kraftstoffeinspritzzeiten aufweisen, die hinsichtlich der Maschinenausgabeeigenschaften und Abgaseigenschaften eingestellt werden. Eine der Verbrennungsbetriebsarten wird basierend auf der Drehzahl und der Last der Maschine ausgewählt. Die Kraftstoffeinspritzzeit, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Ansaugluftmenge und die Rückführmenge des Abgases durch ein Abgasrückführsystem werden für jede Verbrennungsbetriebsart gesteuert. Beispielsweise existieren bei der herkömmlichen Verbrennung eine Vormischungsverbrennungsdauer und eine Diffusionsverbrennungsdauer. Bei der Vormischungsverbrennungsdauer werden der Kraftstoff und die Luft während einer Zündverzögerungsdauer miteinander vermischt und die Vormischungsverbrennung dieses Luft-Kraftstoffgemischs findet statt. Bei der Diffusionsverbrennungsdauer wird der eingespritzte Kraftstoff unmittelbar nach einer Kraftstoffeinspritzung sofort verbrannt. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Verbrennung, wird bei einer spät entwickelten Vormischungsverbrennung die Steuerbetätigung derart durchgeführt, dass die Sauerstoffkonzentration aufgrund der Zufuhr einer großen Menge an EGR-Gas auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt ist und die Zündzeit tritt nicht bei der Kraftstoffeinspritzdauer auf. In der nachfolgenden Beschreibung wird diese weit bekannte Vormischungsverbrennung als Verbrennung einer vollständigen Vormischung bezeichnet. Neben der Verbrennung einer vollständigen Vormischung kann eine Teilvormischungsverbrennung bei einem Zwischenbereich eines Maschinenbetätigungsbereichs zwischen der Verbrennung einer vollständigen Vormischung und der herkömmlichen Verbrennung eingesetzt werden, wie es in 2 gezeigt ist, um eine sanfte Änderung zwischen der Verbrennung einer vollständigen Vormischung und der herkömmlichen Verbrennung zu erreichen. Bei der Teilvormischungsverbrennung werden die Sauerstoffkonzentration, die Kraftstoffeinspritzzeit und die Kraftstoffeinspritzmenge jeweils auf einen entsprechenden Zwischenwert zwischen dem entsprechenden Wert der Verbrennung einer vollständigen Vormischung und dem entsprechenden Wert bei der herkömmlichen Verbrennung eingestellt.
-
Während des Betriebs der Maschine zeigen eine Änderung bei dem Kraftstoffeinspritzsystem und eine Änderung bei dem Luftsystem relativ zu einer Änderung bei deren entsprechendem Sollzustand verschiedene Reaktionen. Dies liegt besonders an den nachfolgenden Unterschieden zwischen dem Kraftstoffeinspritzsystem und dem Luftsystem. Das heißt, bei dem Kraftstoffeinspritzsystem kann die Kraftstoffeinspritzzeit und die Kraftstoffeinspritzmenge unmittelbar durch Ändern der Kraftstoffeinspritzbetriebsart eingestellt werden. Im Gegensatz dazu können bei einem Luftsystem eine Betätigungsverzögerung eines Aktuators (von Aktuatoren) und eine Verzögerung bei einer Leitung einer Strömung auftreten. Aufgrund dessen ist der Abgleich zwischen dem Kraftstoffeinspritzsystem und dem Luftsystem zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsbetriebsart verschlechtert, so dass die Eigenschaften des Abgases verschlechtert sein können, und das Wellenmoment kann geändert werden. Dies kann eine Verschlechterung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs bewirken.
-
Die
JP 2005 -
048 724 A (die der
US 2005/0022517 A1 entspricht) offenbart ein Steuerverfahren, das sich mit dem vorstehenden Nachteil befasst. Gemäß diesem Steuerverfahren wird ein Verhältnis zwischen einem Änderungsbetrag bei dem Sollwert des Überschussluftverhältnisses und einem Unterschied zwischen dem Sollwert des Überschussluftverhältnisses und eines tatsächlichen Werts des Überschussverhältnisses erhalten, wenn sich ein Sollwert eines Überschussluftverhältnisses signifikant ändert. Basierend auf diesem Verhältnis wird die Kraftstoffeinspritzzeit korrigiert.
6A zeigt einen Weg eines Korrigierens der Kraftstoffeinspritzzeit, indem das vorstehende Steuerverfahren bei einem Fall angewandt wird, bei dem der Sollwert des Überschussluftverhältnisses bei der Zeit ta geändert wird. In
6A wird der Änderungsbetrag bei dem Sollwert des Überschussluftverhältnisses mit
A1 gekennzeichnet und der Änderungsbetrag bei dem Sollwert der Kraftstoffeinspritzzeit mit
B1 gekennzeichnet. Des Weiteren wird ein Unterschied zwischen dem Sollwert des Überschussluftverhältnisses und des tatsächlichen Werts des Überschussluftverhältnisses durch
A2 gekennzeichnet und ein Unterschied zwischen dem Sollwert der Kraftstoffeinspritzzeit und dem tatsächlichen Wert der Kraftstoffeinspritzzeit wird durch
B2 gekennzeichnet. Die Kraftstoffeinspritzzeit wird in einer Art und Weise korrigiert, die eine Beziehung A1:A2 = B1:B2 erfüllt.
-
Die Erfinder der Erfindung haben eine Beziehung zwischen dem Überschussluftverhältnis (entsprechend einer Sauerstoffinformation) und der Kraftstoffeinspritzzeit (entsprechend einer Zündzeit) gefunden, um das im Allgemeinen konstante Wellenmoment zu erreichen.
6B zeigt die Beziehung zwischen dem Überschussluftverhältnis und der Kraftstoffeinspritzzeit zum erreichen des im Allgemeinen konstanten Wellenmoments, wenn das Steuerverfahren angewandt wird, das in der
JP-A-2005-48724 offenbart ist.
-
In 6B gibt eine charakteristische Kurve L3 die Beziehung zwischen dem Überschussluftverhältnis und der Kraftstoffeinspritzzeit zum Erreichen des im Allgemeinen konstanten Wellenmoments vor einem Ändern der Verbrennungsart von der herkömmlichen Verbrennung zu der Verbrennung einer vollständigen Vormischung an, und eine charakteristische Kurve L4 gibt die Beziehung zwischen dem Überschussluftverhältnis und der Kraftstoffeinspritzzeit zum Erreichen des im Allgemeinen konstanten Wellenmoments nach dem Ändern der Verbrennungsart von der herkömmlichen Verbrennung zu der Verbrennung einer vollständigen Vormischung an. Wie es vorstehend diskutiert ist, ist die EGR-Menge bei der Verbrennung einer vollständigen Vormischung größer als die EGR-Menge bei der herkömmlichen Verbrennung, so dass sich die charakteristischen Kurven L3, L4 voneinander unterscheiden. Der Sollwert des Überschussluftverhältnisses und der Sollwert der Einspritzzeit liegen bei einem Punkt D der charakteristischen Kurve L3 vor der Zeit ta, bei der die Verbrennungsart von der herkömmlichen Verbrennung auf die Verbrennung einer vollständigen Vormischung geändert wird. Jedoch liegen nach der Zeit ta der Sollwert des Überschussluftverhältnisses und der Sollwert der Einspritzzeit bei einem Punkt E der charakteristischen Kurve L4. Wie es vorstehend diskutiert ist, wird die Änderung bei dem Luftsystem von der Änderung in dem Kraftstoffeinspritzsystem so verzögert, dass die Kraftstoffeinspritzzeit korrigiert wird, um die Beziehung A1:A2 = B1:B2 zu erfüllen. Deshalb liegen das Überschussluftverhältnis und die Kraftstoffeinspritzzeit bei der frei wählbaren Zeit tb bei einem Punkt F, der bei der Verbrennungsart nach dem Ändern von der herkömmlichen Verbrennung auf die Verbrennung einer vollständigen Vormischung von der charakteristischen Kurve L4 abweicht. Deshalb wird die Verbrennung geändert, um das unterschiedliche Wellenmoment zu haben, das von dem Wellenmoment vor dem Ändern der Verbrennungsart unterschiedlich ist. Infolgedessen wird das Fahrverhalten des Fahrzeugs verschlechtert.
-
DE 103 35 399 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit (
1) mit einem Verbrennungsmotor (
5), die eine Ermittlung eines Frischluftmassensignals unabhängig von einem Luftmassenmesser ermöglichen. Dabei wird eine für den Sauerstoffanteil in der aus dem Verbrennungsmotor (
5) strömenden Luft charakteristische Größe geschätzt. Die für den Sauerstoffanteil geschätzte charakteristische Größe wird mit einer gemessenen charakteristischen Größe für den Sauerstoffanteil verglichen. In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses wird ein Wert für eine charakteristische Größe einer von dem Verbrennungsmotor (
5) angesaugten Frischluftmenge korrigiert.
-
EP 1 496 236 A2 offenbart ebenfalls ein Steuergerät zur Steuerung der Verbrennung von Verbrennungsmotoren.
-
Darstellung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Die Erfindung befasst sich mit dem vorstehenden Nachteil. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Steuersystem für eine Selbstzündungsbrennkraftmaschine vorzusehen, das dazu im Stande ist, eine Verschlechterung bei einem Kraftstoffverbrennungszustand einzuschränken, die durch eine verzögerte Änderung bei einem Luftsystem hervorgerufen werden würde, um ein gutes Fahrverhalten eines Fahrzeugs beizubehalten.
-
Technische Lösung
-
Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, ist ein Steuersystem für eine Selbstzündungsbrennkraftmaschine vorgesehen, die ein Kraftstoffeinspritzventil aufweist, das einen Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder der Maschine einspritzt. Das Steuersystem hat eine Steuereinrichtung, eine Sauerstoffinformationsgewinnungseinrichtung und eine Korrektureinrichtung. Die Steuereinrichtung dient dem Bestimmen einer Sollzündungszeit basierend auf Betriebsinformationen der Maschine und dient dem Einstellen einer Kraftstoffeinspritzart bei dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Sollzündzeit. Die Sauerstoffinformationsgewinnungseinrichtung dient dem Gewinnen einer Sauerstoffinformation eines Abgases, das von dem Zylinder der Maschine ausgelassen wird. Die Korrektureinrichtung dient dem Korrigieren der Sollzündzeit basierend auf der Sauerstoffinformation, die von der Sauerstoffinformationsgewinnungseinrichtung erhalten wird, in Bezug auf vordefinierte konstante Momenteigenschaftsdaten, die eine Beziehung zwischen der Sauerstoffinformation und einer Zündzeit angeben, um ein im Allgemeinen konstantes Moment zu erhalten.
-
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Figurenliste
-
Die Erfindung, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Eigenschaften und Vorteilen dieser, wird am Besten durch die nachfolgende Beschreibung, die angehängten Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen verstanden, in denen:
- 1 ist eine Darstellung, die einen Gesamtaufbau eines Maschinensteuersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
- 2 ist eine Darstellung, die Verbrennungsarten in Bezug auf einen Maschinenbetriebsbereich zeigt;
- 3 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Abgassauerstoffkonzentration und einer Zündzeit zeigt, um gemäß dem Ausführungsbeispiel ein im Allgemeinen konstantes Wellenmoment zu erreichen;
- 4A ist ein Flussdiagramm, das eine Betätigungsprozedur einer Kraftstoffeinspritzsteuerungsbetätigung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 4B ist ein Flussdiagramm, das eine Betätigungsprozedur einer Luftsystemsteuerbetätigung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 5A ist eine Darstellung, die Änderungen bei einer Kraftstoffeinspritzzeit, einer Zündzeit, einer Abgassauerstoffkonzentration, einem Wellenmoment und einer Einspritzmenge mit der Zeit bei einem Beispielfall zeigt, bei dem die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A nicht angewandt wird;
- 5B ist eine zu 5A ähnliche Darstellung, die jedoch einen Fall zeigt, bei dem die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A angewandt wird;
- die 6A und 6B sind Darstellungen, die einen Weg eines Korrigierens einer Kraftstoffeinspritzzeit gemäß einer früher vorgeschlagenen Technik zeigen.
-
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
-
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Maschinensteuersystem für eine Vierzylinderdieselmaschine aufgebaut, die als eine Fahrzeugmaschine dient. Bei dem Steuersystem spielt eine elektronische Steuereinheit (ECU) eine zentrale Rolle bei einer Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung. Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1 ein Gesamtaufbau eines Maschinensteuersystems schematisch beschrieben.
-
Bei der in 1 gezeigten Maschine 10 ist ein Drosselventil 12 in einem Ansaugluftrohr 11 vorgesehen. Das Drosselventil 12 wird durch einen Drosselaktuator 13 angetrieben, der einen DC-Motor aufweist, so dass ein Öffnungsgrad des Drosselventils 12 eingestellt wird. Das Ansaugluftrohr 11 ist an einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils 12 verzweigt und ist mit jeweiligen Ansaugöffnungen von Zylindern der Maschine 10 verbunden.
-
Bei der Maschine 10 haben die Zylinder jeweils Einspritzeinrichtungen (Kraftstoffeinspritzventile) 15. Die Einspritzeinrichtungen 15 sind mit einem Common Rail 16 verbunden, das wiederum mit einer Hochdruckpumpe 17 verbunden ist. Wenn die Hochdruckpumpe 17 angetrieben wird, nimmt die Hochdruckpumpe 17 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) und pumpt den Kraftstoff zu dem Common Rail 16. Somit speichert das Common Rail 16 fortlaufend den Hochdruckkraftstoff. Das Common Rail 16 hat einen Common Rail Drucksensor 18, der einen Kraftstoffdruck (einen Common Rail Druck) innerhalb des Common Rails 16 abtastet.
-
Ein Einlassventil 21 und ein Auslassventil 22 sind an einem Einlassdurchgang und an einem Auslassdurchgang jedes Zylinders der Maschine 10 vorgesehen. Luft wird beim Öffnen des entsprechenden Einlassventils 21 in eine Brennkammer 23 jedes Zylinders zugeführt und zusammen mit dem Kraftstoff verbrannt, der von der entsprechenden Einspritzeinrichtung 15 in die Brennkammer 23 eingespritzt wird. Ein Abgas, das zu der Zeit der Verbrennung erzeugt wird, wird beim Öffnen des Auslassventils 22 durch ein Auslassrohr 31 ausgelassen. Ein Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 32 und ein Dieselpartikelfilter (nachstehend bezeichnet als DPF) 33 sind bei einem stromabwärtigen Teil des Abgasrohrs 31 vorgesehen.
-
Die Maschine 10 hat ein Abgasrückführsystem (EGR-System), das einen Teil des Abgases als EGR-Gas in das Einlasssystem rückführt. Ein EGR-Rohr 35 ist zwischen einem Abschnitt des Einlassluftrohrs 11, das an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 12 liegt, und dem Abgasrohr 31 vorgesehen. Eine EGR-Kühleinrichtung 36 ist in dem EGR-Rohr 35 vorgesehen, um das EGR-Gas zu kühlen, das in das EGR-Rohr 35 rückgeführt wird. Des Weiteren ist ein EGR-Ventil 37 bei einer Verbindungsstelle zwischen dem EGR-Rohr 35 und dem Ansaugluftrohr 11 vorgesehen, um eine Rückführmenge des EGR-Gases einzustellen. Das EGR-Ventil 37 wird durch einen EGR-Aktuator 38 geöffnet und geschlossen. Wenn EGR-Gas in das Einlasssystem rückgeführt wird, wird die Verbrennungstemperatur verringert, um eine Erzeugung von NOx zu begrenzen.
-
Des Weiteren ist ein Turbolader 40 zwischen dem Ansaugluftrohr 11 und dem Abgasrohr 31 vorgesehen. Der Turbolader 40 hat ein Verdichterlaufrad 41 und ein Turbinenrad 42, die durch eine Drehwelle 43 verbunden sind. Das Verdichterlaufrad 41 ist in dem Einlassluftrohr 11 vorgesehen. Das Turbinenrad 42 ist in dem Abgasrohr 31 vorgesehen. Bei dem Turbolader 40 wird das Turbinenrad 42 durch das Abgas gedreht, das in dem Abgasrohr 31 strömt, und die Drehkraft des Turbinenrads 42 wird durch die Drehwelle 43 zu dem Verdichterlaufrad 41 geleitet. Das Verdichterlaufrad 41 wird durch die übertragene Drehkraft gedreht, um die Einlassluft, die in dem Einlassluftrohr 11 strömt, zu verdichten, und dabei die Luft vorzuverdichten. Die vorverdichtete Luft, die von dem Turbolader 40 zugeführt wird, wird durch einen Zwischenkühler 45 gekühlt und wird zu dem stromabwärtigen Teil des Einlassluftrohrs 11 zugeführt. Die Einlassluft wird durch den Turbolader 40 so komprimiert, dass die Ladeeffizienz der Einlassluft erhöht wird.
-
Ein Verbrennungsdrucksensor 51, der einen Zylinderdruck abtastet, ist in der Maschine 10 vorgesehen. Des Weiteren sind ein Kurbelwinkelsensor 52 und ein Beschleunigeröffnungsgradsensor 53 in dem Maschinensteuersystem vorgesehen. Der Kurbelwinkelsensor 52 gibt ein Kurbelwinkelsignal in einer Form einer rechteckigen Welle bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (beispielsweise 30°CA Takt) aus. Der Beschleunigeröffnungsgradsensor 53 tastet einen Beschleunigerbetätigungsbetrag (einen Beschleunigeröffnungsgrad) ab, der ein Betätigungsbetrag einer Beschleunigseinrichtung durch einen Fahrer ist.
-
Die ECU 60 hat als ihre Hauptkomponente einen herkömmlichen Mikrocomputer. Der Mikrocomputer hat eine CPU, ein ROM und ein RAM. Wenn Steuerprogramme, die in dem ROM gespeichert sind, ausgeführt werden, werden verschiedene Steuerbetätigungen der Maschine 10, wie beispielsweise die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung, entsprechend dem Maschinenbetriebszustand durchgeführt. Die ECU 60 empfängt die Messsignale von beispielsweise dem Common Rail Drucksensor 18, dem Verbrennungsdrucksensor 51, dem Kurbelwinkelsensor 52 und dem Beschleunigeröffnungsgradsensor 53 als die Betriebsinformationen, die den gegenwärtigen Maschinenbetriebszustand angeben.
-
Die ECU 60 gewinnt eine Zündzeit basierend auf dem Messsignal von dem Verbrennungsdrucksensor 51. Genauer gesagt gewinnt die ECU 60 ein Zylindervolumen, dass sich gemäß der Gleitbewegung des Kolbens mit der Zeit ändert, basierend auf dem Messsignal von dem Kurbelwinkelsensor 52. Dann berechnet die ECU 60 eine Wärmeerzeugungsrate basierend auf dem erhaltenen Zylindervolumen und den Zylinderdruck, der von dem Verbrennungsdrucksensor 51 erhalten wird. Dann setzt die ECU 60 eine Zeit, bei der die Wärmeerzeugungsrate einen vorbestimmten Bezugswert übersteigt, als die Zündzeit.
-
Bei der Maschine 10, die durch das Steuersystem gesteuert wird, existieren drei Verbrennungsarten, dass heißt, „die herkömmliche Verbrennung“, „die Verbrennung einer vollständigen Vormischung“ und „die Teilvormischungsverbrennung“. Neben der Zündungssteuerungsbetätigung durch Steuern der EGR-Menge wird bei der herkömmlichen Verbrennung, die eine erste Verbrennungsart ist, Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 15 in den Zylinder eingespritzt, der sich in dem hoch verdichteten Zustand befindet. Zu dieser Zeit, aufgrund des hoch verdichteten Zustands, wird der Kraftstoff unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung gezündet und verbrannt. Bei der Verbrennung einer vollständigen Vormischung, die eine zweite Verbrennungsbetriebsart darstellt, wird der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 15 zu einer früheren Zeit in den Zylinder eingespritzt, die früher ist, als diejenige der herkömmlichen Verbrennung, d.h., bei dem Einlasstakt oder dem Beginn des Verdichtungstakts. Zu dieser Zeit ist der Zylinderdruck relativ niedrig, so dass der Kraftstoff, der von der Einspritzeinrichtung 15 eingespritzt wird, nicht unmittelbar gezündet wird. Das heißt, der Kraftstoff, der von der Einspritzeinrichtung 15 wird, wird mit der Einlassluft in dem Zylinder gut vermischt, bis der Zylinder in dem hoch komprimierten Zustand platziert wird. Dann, wenn der Zylinder in dem hoch komprimierten Zustand platziert ist, wird der Kraftstoff gezündet und verbrannt. Bei der Teilvormischungsverbrennung, die eine dritte Verbrennungsart darstellt, wird der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 15 bei der Zwischenzeit eingespritzt, die vor derjenigen der herkömmlichen Verbrennung (der ersten Verbrennungsart) und nach derjenigen der Verbrennung einer vollständigen Vormischung (der zweiten Verbrennungsart) liegt. Zu dieser Zeit ist der Zylinderdruck relativ niedrig, so dass der Kraftstoff, der von der Einspritzeinrichtung 15 eingespritzt wird, nicht sofort gezündet wird. Das heißt, der Kraftstoff, der von der Einspritzeinrichtung 15 eingespritzt wird, wird bis zu einem bestimmten Grad mit der Einlassluft in dem Zylinder vermischt, bis der Zylinder in dem hoch komprimierten Zustand platziert ist. Dann, wenn der Zylinder in dem Hochkompressionszustand platziert ist, wird der Kraftstoff gezündet und verbrannt.
-
Die Vormischungsverbrennung ist nicht auf diese Art beschränkt. Beispielsweise, wie es vorstehend beschrieben ist, kann der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 15 zu der entsprechenden Zeit eingespritzt werden, die angrenzend an den oberen Totpunkt liegt, und die Zündzeit kann verzögert werden, um das Vermischen des Kraftstoffs und der Luft zu fördern, indem die große Menge des EGR-Gases durch die Öffnungs-/Verschließbetätigung des EGR-Ventils 37 zugeführt wird. Insbesondere wird bei der Verbrennung einer vollständigen Vormischung die Menge des EGR-Gases (die EGR-Gasmenge) in solch einer Art und Weise gesteuert, dass in der Mitte der Kraftstoffeinspritzung keine Zündung des Kraftstoffs hervorgerufen wird. Bei der Teilvormischungsverbrennung liegt die Verbrennung zwischen der Verbrennung einer vollständigen Vormischung und der normalen Vormischungsverbrennung. Das heißt, bei der Teilvormischungsverbrennung wird die EGR-Gasmenge in solch einer Art und Weise gesteuert, dass die Zündung bei der späten Phase der Kraftstoffeinspritzung auftritt.
-
2 ist das Diagramm, das die vorstehenden Verbrennungsarten der Maschine 10 hinsichtlich des Betätigungsbereichs der Maschine 10 zeigt. Die ECU 60 ändert die Verbrennungsart der Maschine 10 entsprechend dem Maschinenbetätigungsbereich, der durch die Maschinendrehzahl und die Maschinenlast definiert ist. Im niedrigen Drehzahlbereich oder dem Niederlastbereich der Maschine 10 wird die Verbrennung einer vollständigen Vormischung (die zweite Verbrennungsart) durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird im Hochdrehzahlbereich oder dem Hochlastbereich der Maschine 10 die herkömmliche Verbrennung (die erste Verbrennungsart) durchgeführt. Des Weiteren wird bei dem mittleren Drehzahlbereich der Maschine 10, der zwischen dem niedrigen Drehzahlbereich und dem Hochdrehzahlbereich liegt, oder bei dem mittleren Lastbereich, der zwischen dem unteren Lastbereich und dem Hochlastbereich liegt, die Teilvormischungsverbrennung (die dritte Verbrennungsart) durchgeführt.
-
Zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart ändern sich der Sollwert der Zündzeit, der Sollwert der Einlassluftmenge und der Sollwert der EGR-Gasmenge. Die Zündzeit kann unmittelbar eingestellt werden, indem die Einspritzparameter, wie beispielsweise die Kraftstoffeinspritzstartzeit und die Kraftstoffeinspritzmenge bei der Einspritzeinrichtung 15 geändert werden. Jedoch können aufgrund von beispielsweise der Betätigungsverzögerung des Drosselaktuators 13, der Betätigungsverzögerung des EGR-Aktuators 38 und der Verzögerung bei der Leitung der Gasströmung die Einlassluftmenge und die EGR-Gasmenge nicht unmittelbar eingestellt werden. Dadurch wird das Gleichgewicht zwischen der Zündzeit und der Einlassluftmenge, ebenso wie die EGR-Gasmenge, verschlechtert, um den Verbrennungszustand zu verschlechtern, so dass das Wellenmoment nachteilhafterweise geändert wird.
-
Die Erfinder der Erfindung haben herausgefunden, dass die bestmögliche Zündzeit existiert, die der Abgassauerstoffkonzentration entspricht, um den Verbrennungszustand zu verwirklichen, bei dem das Wellenmoment bei dem im Allgemeinen konstanten Wert platziert ist. Insbesondere wenn die Abgassauerstoffkonzentration relativ niedrig ist, ist die Zündzeit relativ nach vorne versetzt. Wenn die Abgassauerstoffkonzentration erhöht wird, wird die Zündzeit verzögert. Obwohl die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas keinen direkten Einfluss auf die Verbrennung hat, existiert der Zusammenhang zwischen der Sauerstoffkonzentration des Einlassgases und der Sauerstoffkonzentration des Abgases. Deshalb kann die Abgassauerstoffkonzentration verwendet werden, um die Sauerstoffkonzentration des Einlassgases zu überwachen. Des Weiteren variiert die Beziehung zwischen der Abgassauerstoffkonzentration und der Zündzeit abhängig von der Verbrennungsart und dem Maschinenbetriebszustand. Daher wird gemäß dem Ausführungsbeispiel, zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart von einer zu einer anderen, die Sollzündzeit basierend auf der gemessenen Abgassauerstoffkonzentration korrigiert, die mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 32 gemessen wird.
-
3 ist die Darstellung, die die Beziehung zwischen der Abgassauerstoffkonzentration (O2-Konzentration) und der Zündzeit zum Erreichen des im Allgemeinen konstanten Wellenmoments zeigt. In 3 wird die Beziehung zwischen der Abgassauerstoffkonzentration und der Zündzeit zum Erreichen des im Allgemeinen konstanten Wellenmoments bei dem gleichen Maschinenbetriebszustand durch eine charakteristische Kurve L1 und eine charakteristische Kurve L2 angedeutet. Die charakteristischen Kurven L1, L2 entsprechen konstanten Momenteigenschaftsdaten der Erfindung. Hier ist die charakteristische Kurve vor dem Ändern der Verbrennungsart die charakteristische Kurve L1 und die charakteristische Kurve nach dem Ändern der Verbrennungsart ist die charakteristische Kurve L2. Wie es vorstehend diskutiert ist, sollten die charakteristischen Kurven L1, L2 in solch einer Art und Weise eingestellt sein, dass die Zündzeit verzögert wird, wenn die Abgassauerstoffkonzentration erhöht wird, um das im Allgemeinen gleichmäßige (gleiche) Moment vor und nach dem Ändern der Verbrennungsart zu verwirklichen.
-
Nun wird ein Korrekturverfahren zum Korrigieren der Sollzündzeit beschrieben, um den Verbrennungszustand bei der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart von einem Punkt A zu einem Punkt B zu verlegen. Die Abgassauerstoffkonzentration wird unmittelbar nach dem Ändern der Verbrennungsart aufgrund der verzögerten Änderung bei dem Luftsystem nicht wesentlich geändert. In dieser Hinsicht wird die Zündzeit von dem Punkt A auf einen Punkt C geändert, um den Verbrennungszustand auf den Punkt C der charakteristischen Kurve L2 zu verlegen. Anschließend, wenn sich die Abgassauerstoffkonzentration aufgrund der Änderung bei dem Luftsystem ändert, wird die Sollzündzeit von dem Punkt C zu dem Punkt B auf der charakteristischen Kurve L2 korrigiert, um den Verbrennungszustand auf den Punkt B zu verlegen.
-
Die 4A und 4B zeigen eine Steuerbetätigungsprozedur des Kraftstoffeinspritzsystems und eine Steuerbetätigungsprozedur des Luftsystems. Insbesondere ist 4A ein Flussdiagramm, das die Betätigungsprozedur der Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung zeigt, die als die Steuerbetätigung des Einspritzsystems dient, und 4B ist ein Flussdiagramm, das die Betätigungsprozedur der Luftsystemsteuerbetätigung zum Durchführen der Öffnungs-/Verschließsteuerbetätigung des Drosselventils 12 und des EGR-Ventils 37 zeigt. Die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung und die Luftsystemsteuerbetätigung werden durch die ECU 60 bei vorbestimmten Intervallen ausgeführt.
-
Zuerst wird bei der Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A die Kraftstoffeinspritzart basierend auf den Maschinenbetriebsinformationen eingestellt. Des Weiteren wird zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart die Sollzündzeit basierend auf der Abgassauerstoffkonzentration korrigiert.
-
Bei Schritt S101 werden die Maschinendrehzahl und der Beschleunigerbetätigungsbetrag (Maschinenlast) als die Maschinenbetriebsinformationen erhalten. Bei Schritt S102 werden die Sollabgassauerstoffkonzentration und die Sollzündzeit basierend auf den vorstehenden Maschinenbetriebsinformationen berechnet. Bei Schritt S103 wird der Einspritzparameter, wie beispielsweise die Kraftstoffeinspritzstartzeit, berechnet. Insbesondere wird bei der Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung des Ausführungsbeispiels die Kraftstoffeinspritzstartzeit in einer Art und Weise berechnet, die bei der Zeit einer Verbrennung den Unterschied zwischen der Sollzündzeit und der tatsächlichen Zündzeit wiedergibt. In diesem besonderen Fall wird die Kraftstoffeinspritzstartzeit basierend auf dem vorherigen Wert des Unterschieds zwischen der Sollzündzeit und der tatsächlichen Zündzeit berechnet. Des Weiteren werden bei Schritt S103 die Kraftstoffeinspritzmenge und die Kraftstoffeinspritzdauer auch als Einspritzparameter berechnet.
-
Bei Schritt S104 wird bestimmt, ob die Korrekturbedingung erfüllt ist, d. h., ob die Verbrennungsbetriebsart geändert wird. Wenn bestimmt ist, dass die Korrekturbedingung bei Schritt S104 erfüllt ist, geht die ECU 60 zu Schritt S105 weiter, um die Sollzündzeit zu korrigieren. Wenn im Gegensatz dazu bestimmt ist, dass die Korrekturbedingung bei Schritt S104 nicht erfüllt ist, geht die ECU 60 zu Schritt S110 weiter.
-
Besonders wenn bestimmt ist, dass die Korrekturbedingung bei Schritt S104 erfüllt ist, geht die ECU 60 zu Schritt S105 weiter, wo die Abgassauerstoffkonzentration mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor (dem Sauerstoffkonzentrationssenor) 32 abgetastet wird. Bei Schritt S106 wird ein Unterschied zwischen der Sollabgassauerstoffkonzentration und der abgetasteten Abgassauerstoffkonzentration berechnet. Bei Schritt S107 wird in Antwort auf den Unterschied zwischen der Sollabgassauerstoffkonzentration und der abgetasteten Abgassauerstoffkonzentration basierend auf den charakteristischen Daten eines konstanten Moments, die für die Abgassauerstoffkonzentration und die Zündzeit eingestellt sind, ein Korrekturbetrag zum Korrigieren der Sollzündzeit berechnet. Dann wird bei Schritt S108 die Sollzündzeit basierend auf dem Korrekturbetrag korrigiert. Bei Schritt S109 wird die Kraftstoffeinspritzstartzeit basierend auf der korrigierten Sollzündzeit korrigiert. Anschließend geht die ECU 60 zu Schritt S110 weiter.
-
Bei Schritt S110 wird eine Einspritzanweisung, die basierend auf Einspritzparametern bestimmt wird, die basierend auf der Maschinenbetriebsinformation berechnet werden, zu der Einspritzeinrichtung 15 ausgegeben, wenn bestimmt ist, dass die Korrekturbedingung bei Schritt S104 nicht erfüllt ist. Alternativ wird die Einspritzanweisung, die basierend auf Einspritzparametern bestimmt wird, die basierend auf der Abgassauerstoffkonzentration korrigiert werden, bei dem Fall zu der Einspritzeinrichtung 15 ausgegeben, bei dem bestimmt wird, dass die Korrekturbedingung bei Schritt S104 erfüllt ist. Danach wird die gegenwärtige Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung beendet.
-
Als nächstes werden bei der in 4B gezeigten Luftsystemsteuerbetätigung das Drosselventil 12 und das EGR-Ventil 37 basierend auf den Maschinenbetriebsinformationen geöffnet und geschlossen.
-
Bei Schritt S201 werden die Maschinendrehzahl und der Beschleunigerbetätigungsbetrag als die Maschinenbetriebsinformationen erhalten. Bei Schritt S202 werden eine Solleinlassluftmenge und ein Soll-EGR-Verhältnis basierend auf den vorstehenden Maschinenbetriebsinformationen berechnet. Bei Schritt S203 werden ein Solldrosselöffnungsgrad und ein Soll-EGR-Ventilöffnungsgrad basierend auf der Solleinlassluftmenge und dem Soll-EGR-Verhältnis berechnet. Dann wird bei Schritt S204 eine Öffnungs-/Verschließanweisung, die dem Solldrosselöffnungsgrad entspricht, zu dem Drosselaktuator 13 ausgegeben und eine Öffnungs-/Verschließanweisung, die dem Soll-EGR-Ventilöffnungsgrad entspricht, wird zu dem EGR-Aktuator 38 ausgegeben. Danach wird die gegenwärtige Luftsystemsteuerbetätigung beendet.
-
Die 5A und 5B zeigen Änderungen bei der Zündzeit, der Abgassauerstoffkonzentration und anderem zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart. Insbesondere zeigt 5A die Änderungen bei dem Fall, bei dem die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A nicht angewandt wird, und 5B zeigt die Änderungen bei dem Fall bei dem die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A angewandt wird. Bei dem Fall von 5A wird die Verbrennungsart von der normalen (herkömmlichen) Verbrennung zu der Teilvormischungsverbrennung bei dem Zeitpunkt T1 geändert. Auch wird in 5B bei der Zeit t2 die Verbrennungsart von der normalen (herkömmlichen) Verbrennung auf die Teilvormischungsverbrennung geändert.
-
Bei dem Fall von 5A, bei dem die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A nicht angewandt wird, wenn die Verbrennungsart bei der Zeit t1 geändert wird, wird die Kraftstoffeinspritzstartzeit unmittelbar in Antwort auf die Änderung bei der Sollzündzeit geändert und die Abgassauerstoffkonzentration nähert sich schrittweise dem geänderten Sollwert, der für diese nach der Änderung eingestellt ist. Die Zündzeit wird unmittelbar nach der Zeit t1 rasch geändert, so dass sich das Wellenmoment in großem Maße ändert.
-
Im Gegensatz dazu wird in 5B, bei der die Kraftstoffeinspritzsteuerbetätigung von 4A angewandt wird, wenn die Verbrennungsart bei der Zeit t2 geändert wird, die Sollzündzeit entsprechend dem tatsächlichen Wert der Abgassauerstoffkonzentration korrigiert und die Kraftstoffeinspritzstartzeit wird entsprechend der korrigierten Sollzündzeit eingestellt. Auf diese Weise kann die Änderung bei dem Wellenmoment relativ klein gemacht werden.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel können die folgenden Vorteile erreicht werden.
-
Die Beziehung zwischen der Abgassauerstoffkonzentration und der Zündzeit zum Erreichen des im Allgemeinen konstanten Wellenmoments ist als die charakteristische Kurve (beispielsweise L1, L2 in 3) vordefiniert. Die Sollzündzeit wird entsprechend der gemessenen Abgassauerstoffkonzentration in Hinblick auf die charakteristische Kurve korrigiert, so dass die verzögerte Änderung bei dem Luftsystem, das die Einlassluft und das EGR-Gas leitet, in das Kraftstoffeinspritzsystem reflektiert wird. Deshalb wird das Gleichgewicht zwischen dem Luftsystem und dem Kraftstoffeinspritzsystem beibehalten und es ist möglich, ein Auftreten des unbeabsichtigten Verbrennungszustands zu vermeiden. Auf diese Weise kann die Änderung bei dem Wellenmoment eingeschränkt werden und das gute Fahrverhalten des Fahrzeugs kann beibehalten werden.
-
Des Weiteren ist die charakteristische Kurve für jede Verbrennungsart eingestellt. Wenn die Verbrennungsart geändert wird, wird die Sollzündzeit basierend auf der entsprechenden charakteristischen Kurve korrigiert, die für die gegenwärtige Verbrennungsart nach der Änderung eingestellt ist. Daher ist es zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart, bei der das Luftsystem, ebenso wie die Sollwerte der Einstellparameter des Luftsystems dazu neigen, sich zu ändern, möglich, ein Auftreten des unbeabsichtigten Verbrennungszustands zu vermeiden.
-
Des Weiteren ist der Verbrennungsdrucksensor 51 an der Maschine 10 vorgesehen und die Einspritzparameter werden in solch einer Art und Weise eingestellt, dass die abgetastete Zündzeit mit der Sollzündzeit zusammenfällt. Auf diese Weise wird beibehalten, dass die tatsächliche Zündzeit mit der Sollzündzeit zusammenfällt und die Verschlechterung des Verbrennungszustands wird vermieden.
-
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann das vorstehende Ausführungsbeispiel in der folgenden Art und Weise abgewandelt werden.
-
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Sollzündzeit entsprechend der abgetasteten Abgassauerstoffkonzentration korrigiert, die mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 32 abgetastet wird. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Drucksensor 100 mit der ECU 60 verbunden sein, wie es in 1 gezeigt ist. Der Drucksensor 100 kann in dem Ansaugluftrohr 11 oder dem Abgasrohr 31 vorgesehen sein.
-
Die Sollzündzeit kann basierend auf dem Messwert dieses Drucksensors 100 und der Abgassauerstoffkonzentration korrigiert werden, die mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 32 abgetastet wird. Die Zündzeit zum Erreichen des im Allgemeinen konstanten Moments wird auch durch die Druckinformation (beispielsweise den Ansaugluftdruck und den Abgasdruck) neben der Sauerstoffinformation des Abgases beeinflusst. Somit kann die Sollzündzeit neben der Abgassauerstoffkonzentration basierend auf dem Ansaugluftdruck oder dem Abgasdruck korrigiert werden, um die Verschlechterung des Verbrennungszustands effektiver zu vermeiden und dabei das gute Fahrverhalten des Fahrzeugs beizubehalten.
-
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Sollzündzeit entsprechend der Abgassauerstoffkonzentration zu der Zeit eines Änderns der Verbrennungsart korrigiert. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Sollzündzeit basierend auf der Abgassauerstoffkonzentration korrigiert werden, wenn der Maschinenbetriebszustand in der gleichen Verbrennungsart geändert wird, um eine Änderung bei dem Sollwert der Einlassluftmenge und eine Änderung bei dem Sollwert der Rückführmenge des EGR-Gases hervorzurufen. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten des unbeabsichtigten Verbrennungszustands zu vermeiden, der durch die verzögerte Änderung bei dem Luftsystem bewirkt wird.
-
Des Weiteren, obwohl die Teilvormischungsverbrennung und die Vormischungsverbrennung als die Verbrennungsarten verwendet werden, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist die Erfindung gleichermaßen bei jedem anderen geeigneten Fall anwendbar, bei dem sich die charakteristischen Kurven, die in 3 gezeigt sind, vor und nach einer Änderung bei der Verbrennung ändern, wie beispielsweise einem Fall, bei dem die Verbrennung zu der Zeit eines Desoxidierens eines NOx-Katalysators von einer mageren Verbrennung zu einer fetten Verbrennung geändert wird.
-
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Abgassauerstoffkonzentration direkt mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor (dem Sauerstoffkonzentrationssensor) 32 abgetastet. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können zumindest ein Luftmengenmesser, der eine Ansaugluftmenge abtastet, und ein Ansaugluftdrucksensor, der einen Ansaugluftdruck abtastet, in dem Einlassluftrohr 11 vorgesehen sein. Eine eingefüllte Luftmenge in den Zylinder kann basierend auf der abgetasteten Ansaugluftmenge oder dem abgetasteten Ansaugluftdruck berechnet werden. Dann kann die Abgassauerstoffkonzentration basierend auf der eingefüllten Luftmenge in dem Zylinder und der eingespritzten Kraftstoffmenge geschätzt werden, die von der Einspritzeinrichtung 15 eingespritzt wird. Danach kann die Sollzündzeit basierend auf der geschätzten Abgassauerstoffkonzentration korrigiert werden, um das Auftreten des unbeabsichtigten Verbrennungszustands zu vermeiden.
-
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Einspritzstartzeit korrigiert, um die Zündzeit einzustellen. Außerdem oder alternativ dazu können die Kraftstoffeinspritzdauer und/oder eine Einspritzrate als Einspritzparameter korrigiert werden. Die Einspritzzeit kann durch Korrigieren dieser Parameter eingestellt werden.
-
Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen werden Fachleuten leicht ersichtlich werden. Die Erfindung in ihren breiteren Ausdrücken ist deshalb nicht auf die bestimmten Details, das repräsentative Gerät und darstellende Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
-
Eine Selbstzündungsbrennkraftmaschine (10) hat Einspritzeinrichtungen (15), von denen eine jede Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder einspritzt. Eine ECU (60) bestimmt basierend auf Maschinenbetriebsinformationen eine Sollzündzeit und stellt eine Kraftstoffeinspritzstartzeit und eine Kraftstoffeinspritzmenge jeder Einspritzeinrichtung (15) basierend auf der Sollzündzeit ein. Die Maschine (10) hat ferner einen Luft-/Kraftstoffverhältnissensor (32), der eine Sauerstoffkonzentration eines Abgases abtastet. Die ECU (60) korrigiert die Sollzündzeit basierend auf der Sauerstoffkonzentration, die mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor (32) abgetastet wird, unter Bezugnahme auf eine vordefinierte Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und einer Zündzeit zum Erreichen eines im Allgemeinen konstanten Moments der Maschine (10).
