DE102008002128B4

DE102008002128B4 - Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008002128B4
Application number: DE102008002128.8A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kojima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2028-05-31
Also published as: JP2008297968A; US20080300770A1; DE102008002128A1; US7899605B2

Abstract

Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) mit:
einem Luft-Kraftstoff- (A/F-)Verhältnissensor (30), der gestaltet ist, um ein Verhältnis zwischen einem Luftvolumen und einer Kraftstoffmenge während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung der Brennkraftmaschine zu erfassen, zwischen denen umgeschaltet wird, wobei die magere Verbrennung ein überschüssiges Luftvolumen im Vergleich zu einem Luftvolumen in einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis für eine Katalysatorsteuerung vorsieht und wobei die fette Verbrennung eine überschüssige Kraftstoffmenge im Vergleich zu einer Kraftstoffmenge in dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis vorsieht;
einer Luftvolumenreguliereinrichtung (12, 31), die gestaltet ist, um ein Luftvolumen zu regulieren, das ein zu Zylindern (20) der Brennkraftmaschine zuzuführendes Luftvolumen ist; und
einer Einstelleinrichtung (50), die gestaltet ist, um ein Zielluftvolumen und eine Zielkraftstoffeinspritzmenge einzustellen, die Zielwerte des Luftvolumens und der Kraftstoffeinspritzmenge sind, die in die Zylinder zuzuführen sind;
gekennzeichnet durch
eine Berechnungseinrichtung (S70, S80, S90), die gestaltet ist, um einen Kompensationsverstärkungswert zu berechnen, der ein Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert, der durch den A/F-Verhältnissensor erfasst wird, ist und der durch Teilen des Ziel-A/F-Werts durch den erfassten A/F-Wert erhalten wird, wobei der Ziel-A/F-Wert, der durch die Einstelleinrichtung eingestellt ist, ein Verhältnis zwischen dem Zielluftvolumen und der Zielkraftstoffeinspritzmenge ist; und
einer Anweisungseinrichtung (S110, S120), die gestaltet ist, um die Luftvolumenreguliereinrichtung anzuweisen, das Luftvolumen gemäß dem durch die Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsverstärkungswert zu regulieren, um einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung JP 2008 - 297 968 A die am 31. März 2007 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wie eine Dieselkraftmaschine, und betrifft insbesondere eine Steuerungsvorrichtung, die einen Drehmomentunterschied zwischen einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung in einer Brennkraftmaschine verringern kann, um eine Katalysatorsteuerung aufzuführen.
Es gibt Techniken aus dem Stand der Technik, die eine magere Verbrennung und eine fette Verbrennung einer Brennkraftmaschine umschalten, um ein Reduktionsmittel zu einem NOx (Stickoxid)-Okklusions-Reduktionskatalysator zuzuführen. Die magere Verbrennung sieht eine Überschussmenge von Luft im Vergleich zu der eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses vor. Die fette Verbrennung sieht eine Überschussmenge eines Kraftstoffs im Vergleich zu der des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses vor. Solch ein NOx (Stickoxid)-Okklusions-Reduktionskatalysator absorbiert NOx während der mageren Verbrennung, und andererseits wird während der fetten Verbrennung NOx reduziert und Stickstoff wird erzeugt.
Um die weltweiten Umweltprobleme zu lösen, ist die Forderung stärker geworden, ein von Kraftfahrzeugen ausgestoßenes Abgas zu reinigen. Diese Forderung kann auch auf das Technologiegebiet der NOX-Reinigung übertragen werden und diesbezüglich ist eine schnelle Lösung erforderlich.
Es gibt Fälle, in denen Drei-Wege-Katalysatorsysteme in Dieselkraftmaschinen nicht verwendet werden, beispielsweise in Fall des NOx (Stickoxid)-Okklusions-Reduktionskatalysator. Dies ist so, weil die Verwendung des NOx (Stickoxid)-Okklusions-Reduktionskatalysators eine der wirksamsten Techniken ist, und es ist notwendig, die Technologie weiter zu entwickeln, die den NOx (Stickoxid)-Okklusions-Reduktionskatalysator verwendet.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift JP 2006 - 336 518 A ein einen NOx-Katalysator verwendendes System zum Beurteilen des Zustands einer Verschlechterung des NOx-Katalysators auf der Basis eines durch einen Sauerstoffkonzentrationssensor erfassten Werts und zum Festlegen und Einstellen einer Zeitdauer für die magere Verbrennung.
Im Vergleich einem Nacheinspritzsystem (zum Einspritzen von Kraftstoff einige Zeit nachdem die Kraftstoffverbrennung abgeschlossen ist) und einem Abgasrohrkraftstoffzusetzsystem (zum Zuführen einer vorbestimmten Menge von Kraftstoff in das Abgasrohr) hat das vorstehende System zum Erhalten eines kraftstoffreichen Zustands unter Verwendung der fetten Verbrennung die Vorteile, dass es ein hochwirksames Reduktionsmittel zuführen kann und eine niedrigere Menge von Kraftstoff oder weniger Kraftstoff verwenden kann. Jedoch hat das vorstehend beschriebene System einen Nachteil, dass es einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung erzeugt.
3A zeigt die Änderung eines Luftvolumens „G“ während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in einer Dieselkraftmaschine als dem herkömmlichen Beispiel. 3B zeigt die Änderung einer Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als dem herkömmlichen Beispiel. 3C zeigt die Änderung eines Drehmoments „T“ während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als dem herkömmlichen Beispiel. 3D zeigt die Änderung eines Luftkraftstoff „AfF“-Verhältnisses während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als dem herkömmlichen Beispiel.
Die horizontale Linie in 3A bis 3D zeigt das Verstreichen der Zeit „Zeit“ an. Jede der 3A bis 3D zeigt die Zeitzone für die magere Verbrennung, die fette Verbrennung, und die magere Verbrennung in dieser Reihenfolge, von der linken zu der rechten Seite gesehen. Die durchgehende Linie in jeder Figur zeigt einen Zielwert oder einen theoretischen Wert. Die gepunktete Linie in jeder Figur kennzeichnet einen erfassten Wert oder einen wirklichen Wert.
In 3A kennzeichnet die gepunktete Linie einen Erfassungswert, der durch einen Luftmengenmesser erfasst wird und der von einem theoretischen Luftvolumen verschoben ist. Diese Verschiebung, und zwar der Unterschied zwischen dem erfassten Wert und dem theoretischen Wert, wird durch eine Toleranz oder eine zeitliche Verschlechterung des Luftmengenmessers verursacht, der das Luftvolumen erfassen kann.
In 3B zeigt die gepunktete Linie die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge, die von der Zieleinspritzmenge durch die Toleranz oder die zeitliche Verschlechterung des Luftmengenmessers verschoben ist.
Es wird nun erklärt, was die durchgehende Linie in jeder der 3A bis 3D kennzeichnet, ohne den Wert zu berücksichtigen, der durch die vertikale Linie angezeigt wird.
3D zeigt die Änderung des A/F-Verhältniswerts. Der A/F-Verhältniswert übersteigt den Wert „14,5“ während der mageren Verbrennung, und wird andererseits während der fetten Verbrennung niedriger als der Wert „14,5“.
3C zeigt die Änderung des Drehmomentwerts während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung. Weil das Umschalten der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung den Drehmomentwert nicht beeinflusst (solch ein Drehmoment wird durch das Gaspedal des Fahrzeugs durch den Fahrer angefordert), hat der Zielwert oder das Drehmoment, das anzufordern ist und das durch die durchgehende Linie gekennzeichnet ist, einen konstanten Wert, der nicht änderbar ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es in dem Umschaltprozess zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung notwendig, sowohl den A/F-Wert zu ändern als auch den konstanten Drehmomentwert zu halten.
Das Luftvolumen G und die Einspritzmenge Q, die durch die durchgehenden Linien in 3A und 3B angezeigt sind, sind das Zielluftvolumen beziehungsweise die Zieleinspritzmenge, die durch eine elektrische Steuerungseinheit (ECU) berechnet werden, um den A/F-Wert in jeder von der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu haben und um den konstanten Drehmomentwert zu halten, wie in 3C gezeigt ist. Die ECU steuert eine Einlassdrosselklappe und ein AGR-Ventil so, dass das Zielluftvolumen gleich zu dem wirklichen Luftvolumen wird, das durch die Luftvolumenerfassungseinrichtung erfasst wird. Darüber hinaus berechnet die ECU die Einspritzzeitdauer gemäß dem Kraftstoffdruck und befehligt die Injektoren der Brennkraftmaschine, so dass die gegenwärtige Einspritzmenge gleich zu der Zieleinspritzmenge wird. Theoretisch sollte diese Steuerung das konstante Moment, das in 3C gezeigt ist, und den änderbaren A/F-Wert, der in 3D gezeigt ist, durch das Luftvolumen „G“, das in 3A gezeigt ist, und die Einspritzmenge „Q“ erreichen, die in 3B gezeigt ist.
Jedoch ist es in tatsächlichen Fällen schwierig, den vorstehenden theoretischen Betrieb präzise durchzuführen. Die gepunktete Linie in 3A kennzeichnet das erfasste Luftvolumen, das von dem theoretischen Luftvolumen oder Zielluftvolumen verschoben ist, das durch die durchgehende Linie gekennzeichnet ist.
Die gepunktete Linie, die in 3B gezeigt ist, kennzeichnet die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge, die von der Zieleinspritzmenge verschoben ist, die durch die durchgehende Linie gekennzeichnet ist.
Das Ausgabemoment, das durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird, ist während der mageren Verbrennung durch die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt, und ist während der fetten Verbrennung auch durch das Luftvolumen bestimmt. Wenn die Injektoren die praktische Kraftstoffmenge einspritzen, die durch die in 3A gezeigte gepunktete Linie gekennzeichnet ist, und der Luftmengenmesser das praktische Luftvolumen erfasst, das durch die in 3B gezeigte gepunktete Linie gekennzeichnet ist, wird der Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung erzeugt, weil das tatsächliche Drehmoment schwankt, das durch die in 3C gezeigte gepunktete Linie gekennzeichnet ist, und zwar wird es schwierig, den konstanten Drehmomentwert über die magere Verbrennung und die fette Verbrennung zu halten. Daher gibt es eine Möglichkeit, dass sich das Fahrverhalten des Fahrzeugs verschlechtert, wenn dieser Drehmomentunterschied groß wird, und es ist wünschenswert, diesen Unterschied so niedrig wie möglich zu machen. Keine Technik des Stands der Technik, die einen NOx (Stickoxid)-Okklusions-Reduktionskatalysator verwendet, und auch nicht JP 2006 - 336 518 A berücksichtigt ein derartiges Problem hinsichtlich des Drehmomentunterschieds zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung.
Die DE 102 34 849 A1 offenbart eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine weitere Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine ist aus der DE 102 41 458 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die einen Ausgabedrehmomentunterschied zwischen einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung der Brennkraftmaschine verringern kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um die vorstehend beschriebenen Zwecke zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vor, die einen Luft-Kraftstoff (A/F)-Verhältnissensor, eine Luftvolumenreguliereinrichtung, eine Einstelleinrichtung, eine Berechnungseinrichtung und eine Anweisungseinrichtung hat. Der A/F-Verhältnissensor ist aufgebaut, um ein Verhältnis zwischen einem Luftvolumen und einer Kraftstoffmenge während einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung der Brennkraftmaschine zu erfassen. Die magere Verbrennung und die fette Verbrennung werden gemäß verschiedenen Bedingungen umgeschaltet. Die magere Verbrennung sieht ein Überschussluftvolumen im Vergleich zu einem Luftvolumen in einem stöchiometrischen Luft-kraftstoffverhältnis für eine Katalysatorsteuerung vor. Die fette Verbrennung sieht eine Überschusskraftstoffmenge im Vergleich zu einer Kraftstoffmenge in dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis vor. Die Luftvolumenreguliereinrichtung ist gestaltet, um ein Luftvolumen zu regulieren, das ein Luftvolumen ist, das zu Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt werden soll. Die Einstelleinrichtung ist gestaltet, um ein Zielluftvolumen und eine Zielkraftstoffeinspritzmenge einzustellen, die Zielwerte des Luftvolumens und der Kraftstoffeinspritzmenge sind, die in die Zylinder zugeführt werden sollen. Die Berechnungseinrichtung ist gestaltet, um einen Kompensationsverstärkungswert zu berechnen, der ein Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert (oder Verhältnis), das durch den A/F-Verhältnissensor erfasst wird, und der der durch Teilen des Ziel-A/F-Werts durch den erfassten A/F-Wert erhalten wird, wobei der Ziel-A/F-Wert, der durch die Einstelleinrichtung eingestellt ist, ein Verhältnis zwischen dem Zielluftvolumen und der Zielkraftstoffeinspritzmenge ist. Die Anweisungseinrichtung ist gestaltet, um die Luftvolumenreguliereinrichtung anzuweisen, das Luftvolumen gemäß dem durch die Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsverstärkungswert zu regulieren, um einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern.
In der Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die Berechnungseinrichtung das Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert als den Kompensationsverstärkungswert, wobei der durch die Einstelleinrichtung eingestellte Ziel-A/F-Wert das Verhältnis zwischen dem Zielluftvolumen und der Zielkraftstoffeinspritzmenge während der mageren Verbrennung ist. Während der fetten Verbrennung weist die Einstelleinrichtung die Luftvolumenreguliereinrichtung an, das Luftvolumen gemäß dem Kompensationsverstärkungswert zu regulieren, um einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern. Diese Steuerung kann den Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung präzise verringern. Des Weiteren kann die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl den Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung als auch die für die Brennkraftmaschine notwendige Katalysatorsteuerung verringern.
Die Steuerungsvorrichtung als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung hat des Weiteren eine Luftvolumenerfassungseinrichtung, die gestaltet ist, um ein zu den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführendes Luftvolumen zu erfassen. In der Steuerungsvorrichtung hat die Anweisungseinrichtung eine Zielluftvolumenkompensationseinrichtung. Die Zielluftvolumenkompensationseinrichtung ist aufgebaut, um die Luftvolumenreguliereinrichtung so anzuweisen, dass das durch die Luftvolumenerfassungseinrichtung erfasste Luftvolumen gleich zu dem Luftvolumen nach einer Kompensation wird, das durch Multiplizieren des von der Einstelleinrichtung erhaltenen Zielluftvolumens mit dem durch die Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsverstärkungswert erhalten wird.
Die Zielluftvolumenkompensationseinrichtung weist die Luftvolumenreguliereinrichtung so an, dass das durch die Luftvolumenerfassungseinrichtung erfasste Luftvolumen sich dem Zielluftvolumen nach einer Kompensation annähert und diesem schließlich gleicht, wobei das Zielluftvolumen nach einer Kompensation durch Multiplizieren des durch die Einstelleinrichtung eingestellten Zielluftvolumens mit der durch die Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsverstärkung erhalten wird. Diese einfache Berechnung kann den Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung verringern, selbst falls der Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine für die Katalysatorsteuerung von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird.
In der Steuerungsvorrichtung als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Berechnungseinrichtung ein Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert, wenn die Verbrennung von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird, und sieht das berechnete Verhältnis als den Kompensationsverstärkungswert vor. Es ist dadurch möglich, den Drehmomentunterschied unter Verwendung der letzten Kompensationsverstärkung zu verringern, wenn der Verbrennungszustand von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird. Dieser Prozess kann wirksam auf den Fall angewendet werden, in dem die Kompensationsverstärkung gemäß dem Verstreichen einer Zeit geändert wird.
In der Steuerungsvorrichtung als ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Berechnungseinrichtung einen Mittelwert der Verhältnisse, von denen jedes ein Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert während einer vergangenen Zeitspanne ist, bevor die Verbrennung gegenwärtig von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird, und sieht den Mittelwert als den Kompensationsverstärkungswert vor.
Weil die Berechnungseinrichtung den Mittelwert während der Zeitspanne berechnet, bevor der Verbrennungszustand von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird, ist es möglich, den Fehlereinfluss während der Kompensationsverstärkungswertberechnung zu unterdrücken und die Kompensationsverstärkung mit hoher Zuverlässigkeit zu erhalten.
Des Weiteren kann die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten von Brennkraftmaschinen angewendet werden, wie Benzinkraftmaschinen und Dieselkraftmaschinen. Insbesondere wird, obwohl die Dieselkraftmaschine gewöhnlich in der mageren Verbrennung arbeitet, der Verbrennungszustand der Dieselkraftmaschine von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet, um die Katalysatorsteuerung durchzuführen. Dies ist eine wichtige Technik, um die Verringerung eines Drehmomentunterschieds zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung mit der Katalysatorsteuerung in Einklang zu bringen.
Eine bevorzugte nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer Steuerungsvorrichtung, die aus einer ECU für eine Dieselkraftmaschine als eine Brennkraftmaschine besteht, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Flussdiagramm eines gesamten Steuerungsprozesses ist, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, die in 1 gezeigt ist;
3A die Änderung eines Luftvolumens G während einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als ein herkömmliches Beispiel zeigt;
3B die Änderung einer Einspritzmenge Q während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als das herkömmliche Beispiel zeigt;
3C die Änderung eines Ausgabedrehmoments T während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als das herkömmliche Beispiel zeigt;
3D die Änderung eines A/F-Verhältnisses während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als das herkömmliche Beispiel zeigt;
4A die Änderung eines Luftvolumens G während einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung in einer Dieselkraftmaschine als eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4B die Änderung einer Einspritzmenge Q während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4C die Änderung eines Ausgabedrehmoments T während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4D die Änderung eines A/F-Verhältnisses während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein Flussdiagramm eines Kompensationsprozesses ist, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
6 ein Flussdiagramm eines weiteren Kompensationsprozesses ist, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
7 ein Flussdiagramm eines Kompensationsverstärkungsberechnungsprozesses ist, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; und
8 ein Flussdiagramm eines weiteren Kompensationsverstärkungsberechnungsprozesses ist, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen in den mehreren Diagrammen gleiche Buchstaben oder Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Komponententeile.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Steuerungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, wie Dieselkraftmaschinen, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1, 2, 4A bis 4D, 5 und 7 beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht der Steuerungsvorrichtung für eine Dieselkraftmaschine als eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Steuerungsvorrichtung weist eine elektrische Steuerungseinheit (ECU) 50 auf. 1 zeigt hauptsächlich die Dieselkraftmaschine 1, das Lufteinlasssystem, das Abgassystem, das Abgasrückflusssystem bzw. -rückführungssystem und die ECU 50. Die ECU 50 ist eine Komponente, die die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform bildet, die eine Verbrennungssteuerung der Dieselkraftmaschine 1 durchführen kann.
In dem Einlasssystem wird Luft durch eine Lufteinlasspassage 10 in die Zylinder 20 der Dieselkraftmaschine 1 gefördert. Ein Luftmengenmesser 11 und eine Lufteinlassdrosselklappe 12 (nachstehend als die „Einlassdrosselklappe 12“ bezeichnet) sind in dieser Lufteinlasspassage 10 montiert. Der Luftmengenmesser 11 erfasst das Luftvolumen und überträgt dann das Erfassungssignal durch eine elektrische Leitung zu der ECU 50.
Das Luftvolumen, das in die Zylinder gefördert oder zugeführt werden soll, wird gemäß dem Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 12 erhöht und verringert, die an der stromabwärtigen Seite des Luftmengenmessers 11 angeordnet ist.
Ein Injektor 21 ist an dem entsprechenden Zylinder 20 der Dieselkraftmaschine 1 montiert. Der Injektor 21 spritzt eine bestimmte Menge von Kraftstoff, der in der Common Rail (nicht gezeigt) gespeichert wird, in die entsprechenden Zylinder 20 gemäß einem Anweisungssignal ein, das von der ECU 50 übertragen wird. Die ECU 50 bestimmt die Einspritzzeitabstimmung und die Einspritzkraftstoffmenge auf der Basis der Drehzahl der Dieselkraftmaschine 11 und anderen Bedingungen.
Ein NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator) 41 ist an der Abgasabgabepassage 40 in dem Abgassystem montiert.
Dieser NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator) 41 okkludiert NOx, das in dem von der Dieselkraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgas enthalten ist, in einer mageren Verbrennung in einem kraftstoffarmen Zustand (bei dem ein A/F-Wert in gewöhnlichen Dieselkraftmaschinen nicht geringer als 17 ist)in den Zylindern 20.
Das in dem NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator (NOx-Katalysator) 41 okkludierte NOx wird während der fetten Verbrennung in einem kraftstoffreichen Zustand (bei dem ein A/F-Wert in gewöhnlichen Dieselkraftmaschinen nicht mehr als 14,5 ist) in den Zylindern 20 reduziert, und nach der Reduktion wird Stickstoff zu der Außenseite des Abgasabgabesystems abgegeben.
Der A/F (Luft und Kraftstoff)-Verhältnissensor 42 ist in der Abgasabgabepassage 40 montiert. Der A/F (Luft und Kraftstoff)-Verhältnissensor 42 erfasst ein Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases und überträgt das Erfassungssignal zu der ECU 50.
Das Abgasrückführungssystem hat eine AGR-Passage (Abgasrezirkulations-Passage) 30 von der Abgasabgabepassage 40 zu der Lufteinlasspassage 10. Durch die AGR-Passage 30 wird das Abgas in die Lufteinlasspassage 10 rezirkuliert oder zurückgeführt.
Ein AGR-Ventil 31 ist in der AGR-Passage 30 montiert. Die ECU 50 steuert den Öffnungs- und Schließbetrieb des AGR-Ventils 31, um die Abgasrezirkulationsmenge bzw. die Abgasrückführungsmenge zu regulieren.
2 ist das Flussdiagramm, das den gesamten Steuerungsbetrieb der ECU zeigt, die die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform bildet, die in 1 gezeigt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, berechnet die ECU 50 einen Kompensationsverstärkungswert, der ein Verhältnis zwischen einem Ziel-A/F-Wert und einem erfassten A/F-Wert während der mageren Verbrennung ist, und kompensiert das Luftvolumen dann unter Verwendung des Kompensationsverstärkungswerts während der fetten Verbrennung. Dieser Prozess kann einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung verringern. Dieser Prozess wird nun im Detail beschrieben.
Zuerst gibt die ECU 50 bei Schritt S10 ein Anfragedrehmoment und eine Kraftmaschinendrehzahl ein. Die ECU 50 bestimmt sowohl das Anfragedrehmoment als auch eine Kraftmaschinendrehzahl auf der Basis eines Öffnungsverhältnisses bzw. eines Betätigungsverhältnisses eines Gaspedals eines Fahrers.
Bei Schritt S20 wählt die ECU 50 entweder die fette Verbrennung oder die magere Verbrennung. Im Allgemeinen führt die magere Verbrennung in Dieselkraftmaschinen ein Überschussvolumen der Luft in die Zylinder 20 zu, und die fette Verbrennung führt in Dieselkraftmaschinen eine Katalysatorsteuerung durch.
Die magere Verbrennung verwendet gewöhnlich den A/F-Wert, der nicht geringer als 17 ist. In der mageren Verbrennung wird in dem Abgas enthaltenes NOx in dem NOx-Katalysator 41 okkludiert. Die ECU 50 schaltet den Verbrennungszustand periodisch und zeitweise von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung um. Die fette Verbrennung sieht eine Überschusskraftstoffmenge in die Zylinder vor. Der Zyklus eines derartigen Schaltbetriebs ist änderbar, und zwar ist er nicht konstant.
In der fetten Verbrennung ist der A/F-Wert gewöhnlich nicht mehr als 14,5 und in dem NOx-Katalysator 41 okkludiertes NOx wird durch eine chemische Reaktion zwischen HC (Kohlenwasserstoff) und CO und dergleichen, die in dem Abgas enthalten sind, zu Stickstoff reduziert und wird dann zu der Außenseite der Abgaspassage abgegeben.
Die ECU 50 schätzt das Verhältnis des in dem NOx-Katalysator 41 okkludierten NOx auf Basis einer vergangenen Verbrennungshistorie, die durch eine Katalysatorverwaltungseinrichtung (nicht gezeigt) erhalten wird, und schaltet dann den Verbrennungszustand von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung um, wenn auf der Basis des Schätzergebnisses beurteilt wird, dass eine adäquate Menge von NOx in dem NOx-Katalysator 41 okkludiert ist.
In der mageren Verbrennung gibt es eine Charakteristik des Bestimmens des Drehmomentwertes auf der Basis einer Kraftstoffeinspritzmenge. Andererseits gibt es in der fetten Verbrennung eine Charakteristik des Bestimmens des Drehmomentwerts auf der Basis eines Luftvolumens.
Wie nachstehend beschrieben ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge (oder Einspritzmenge) des Injektors 21 zuerst während der mageren Verbrennung gemäß einem vorbestimmten Kennfeld bestimmt, das eine Beziehung zwischen dem Anfragedrehmoment und der Kraftstoffeinspritzmenge anzeigt. Das Luftvolumen wird so bestimmt, dass die in einem Abgas enthaltenen Komponenten gemäß der bestimmten Einspritzmenge gesteuert werden.
Andererseits wird in der fetten Verbrennung das Luftvolumen unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds bestimmt. Dieses Kennfeld ist im Voraus angefertigt und zeigt eine Beziehung zwischen dem Anfragedrehmoment und dem Luftvolumen an. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird dann bestimmt, um die fette Verbrennung gemäß dem Anfragedrehmoment durchzuführen.
Der vorstehende Prozess kann denselben Drehmomentbetrag bzw. dieselbe Drehmomentgröße zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung erzeugen.
Bezugnehmend auf das in 2 gezeigte Flussdiagramm geht, wenn in Schritt S20 die fette Verbrennung ausgewählt wird („JA“), der Betriebsablauf zu Schritt S100.
Wenn andererseits in Schritt S20 die magere Verbrennung ausgewählt wird („NEIN“), schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S30 fort. Nach Auswählen der mageren Verbrennung („NEIN“) in Schritt S20, wird die Zieleinspritzmenge in der mageren Verbrennung in Schritt S30 auf der Basis des Anfragedrehmoments bestimmt, das durch das Öffnungsverhältnis bzw. den Betätigungsumfang eines Gaspedals eines Fahrers bestimmt wird, wie vorstehend beschrieben ist.
Die ECU 50 überträgt das Anweisungssignal, das die Zieleinspritzmenge kennzeichnet, zu den Injektoren 21 (Schritt S40). Die Injektoren 21 empfangen das Anweisungssignal, das die Zieleinspritzmenge kennzeichnet, und spritzen dann die bestimmte Kraftstoffmenge in die entsprechenden Zylinder der Dieselkraftmaschine gemäß dem empfangenen Anweisungssignal ein. Nachstehend wird die Zieleinspritzmenge in der mageren Verbrennung mit „Qlean“ bezeichnet.
Der Betriebsablauf geht weiter zu Schritt S50. In Schritt S50 wird das Zielluftvolumen während der mageren Verbrennung so bestimmt, dass der Zustand des Abgases gemäß der Zieleinspritzmenge Qlean bestimmt wird, die in Schritt S30 bestimmt wird. Nachstehend wird das Zielluftvolumen in der mageren Verbrennung mit „Glean“ bezeichnet.
Weil die Steuerungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine, die in 1 gezeigt ist, die Lufteinlasspassage 10 und die AGR-Passage 30 aufweist, wird das Luftvolumen, das das in die Zylinder 20 zuzuführende Luftvolumen ist, durch das Öffnungsverhältnis zwischen der Einlassdrosselklappe, die in der Einlasspassage 10 angeordnet ist, und dem AGR-Ventil 31 bestimmt, das in der AGR-Passage 30 angeordnet ist, wobei die Außenluft durch die Lufteinlasspassage 10 in die Dieselkraftmaschine zugeführt wird, und das Abgas durch die AGR-Passage 30 in die Dieselkraftmaschine 1 zurückgeführt wird.
Die ECU 50 bestimmt den Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 31 so, dass der Wert des Luftmengenmessers 11 gleich zu dem Zielluftvolumen Glean wird. Die ECU 50 überträgt die bestimmten Werte bezüglich des Öffnungsgrads zu der Einlassdrosselklappe 12 und dem AGR-Ventils 31. Es ist möglich, den Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 12 und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 31 unter Verwendung eines Kennfelds zu bestimmen, das beispielsweise im Voraus angefertigt und in dem Speicher (der in den Zeichnungen weggelassen ist) in der ECU 50 gespeichert ist.
In Schritt S60 bestimmt die ECU 50 den Öffnungsgrad der Lufteinlassdrosselklappe 12 und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 31, so dass der erfasste Wert des Luftmengenmessers 11 gleich zu dem Zielluftvolumen Glean wird, und weist die Lufteinlassdrosselklappe 12 und das AGR-Ventil 31 an, um gemäß den bestimmten Öffnungsgraden zu öffnen. Es ist bevorzugt, den Öffnungsgrad von jeder von der Lufteinlassdrosselklappe 12 und dem AGR-Ventil 31 auf der Basis des Kennfelds zu bestimmen, das im Voraus in dem Speicher gespeichert ist.
In dem gewöhnlichen Prozess in Schritt S60 bestimmt die ECU 50 zuerst einen Referenzöffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 12 und einen Referenzöffnungsgrad des AGR-Ventils 31 auf der Basis des Kennfelds und überträgt Anweisungen bezüglich dieser Referenzöffnungsgrade zu der Lufteinlassdrosselklappe 12 und dem AGR-Ventil 31. In Schritt S60 erfasst der Luftmengenmesser 11 des Weiteren das tatsächliche Luftvolumen (auch als das „erfasste Luftvolumen“ bezeichnet), und die ECU 50 weist dann einen oder beide von der Einlassluftdrosselklappe 12 und dem AGR-Ventil 31 an, seinen/ihren Öffnungsgrad(e) so zu regulieren, dass sich das erfasste tatsächliche Luftvolumen an das Zielluftvolumen Glean annähert und dieses schließlich erreicht.
Der Betriebsablauf schreitet dann zu Schritt S70 fort. Bei Schritt S70 wird der Ziel-A/F-Wert AFI bestimmt. Der Ziel-A/F-Wert wird durch die folgende Gleichung (1) berechnet, die die Zieleinspritzmenge Qlean, die in Schritt S30 erhalten wird, und das in Schritt S50 erhaltene Zielluftvolumen Glean verwendet: $AFI = Glean / Qlean$
Der Betriebsablauf schreitet dann zu Schritt S80 fort. In Schritt S80 erfasst der A/F-Sensor 42, der in der Abgaspassage 40 angeordnet ist, ein erfasstes A/F-Verhältnis und überträgt das erfasste A/F-Verhältnis AFItrue zu der ECU 50.
In Schritt S90 berechnet die ECU 50 eine Kompensationsverstärkung. 7 ist ein Flussdiagramm eines derartigen Kompensationsverstärkungsberechnungsprozesses, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. 7 zeigt den tatsächlichen Berechnungsprozess zum Erhalten des Kompensationsverstärkungswerts. Nachstehend wird der Kompensationsverstärkungswert als die „Kompensationsverstärkung Kaf“ bezeichnet. Der Kompensationsverstärkungsberechnungsprozess in Schritt S90, der in 2 gezeigt ist, wird durch Schritt S91 durchgeführt, der in 7 gezeigt ist.
Wie in 7 gezeigt ist, berechnet die ECU 50 in Schritt S91 ein Verhältnis zwischen dem in Schritt S70 erhaltenen Ziel-A/F-Wert und dem in Schritt S80 erhaltenen erfassten A/F-Verhältnis AFItrue, und verwendet den berechneten Wert als die Kompensationsverstärkung Kaf. Das heißt die Kompensationsverstärkung Kaf kann durch die folgende Gleichung (2) berechnet werden: $KAF = AFI / AFItrue$
Der Grund, warum die Kompensationsverstärkung Kaf als das Verhältnis zwischen AFI und AFItrue (AFI/AFItrue) berechnet wird, ist wie folgt.
Im Allgemeinen gleicht der Ziel-A/F-Wert AFI nicht dem erfassten A/F-Verhältnis AFItrue. Das Auftreten eines Erfassungsfehlers des Luftmengenmessers 11 und eines Fehlers von jedem Injektor 21 bewirkt solch einen Unterschied zwischen dem AFI und dem AFItrue.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat eine Ansicht, dass es eine lineare Beziehung zwischen dem erfassten Luftvolumen, das durch den Luftmengenmesser erfasst wird, und dem wirklichen Luftvolumen gibt. In anderen Worten gesagt, wenn das erfasste Luftvolumen, das durch den Luftmengensensor erfasst wird, Glean ist, wird das wirkliche Luftvolumen im Allgemeinen KgGlean, wobei Kg ein konstanter Wert ist. Im Allgemeinen hat jeder Luftmengenmesser einen unterschiedlichen konstanten Wert Kg.
Des Weiteren hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung die weitere Ansicht, dass es eine lineare Beziehung zwischen der Zielkraftstoffeinspritzmenge, die an die Injektoren als Anweisung ausgegeben wird, und der wirklichen Kraftstoffeinspritzmenge als die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge gibt. Das heißt, wenn der Anweisungswert der Kraftstoffeinspritzmenge für jeden Injektor Glean ist, wird die wirkliche Kraftstoffeinspritzmenge KqQlean, wobei Kq ein konstanter Wert des Injektors ist. Im Allgemeinen hat jeder Injektor einen unterschiedlichen konstanten Wert Kq. Nachstehend werden Kg und Kq als die „Fehlerverstärkung“ bezeichnet.
Das erfasste A/F-Verhältnis AFItrue kann unter Verwendung des wirklichen Luftvolumens und der wirklichen Kraftstoffeinspritzmenge durch die folgende Gleichung (3) berechnet werden: $AFItrue = KgGlean / KqQlean$
Die folgende Gleichung (4) kann unter Verwendung der Gleichung (1) und der Gleichung (2) erhalten werden: $AFI / AFItrue = Kq / Kg$
Die Gleichung (4) zeigt, dass das Verhältnis zwischen dem Ziel A/F-Verhältnis AFI und dem erfassten A/F-Verhältnis AFItrue gleich zu dem Verhältnis zwischen den Fehlerverstärkungen Kq und Kg ist. Die folgende Gleichung (5) wird unter Verwendung der Gleichungen (2) und (4) erhalten: $KAF = Kq / Kg$
Der Wert Kaf kann durch die Gleichung (2) unter Verwendung des erfassten A/F-Werts AFItrue und des Ziel-A/F-Werts AFI erhalten werden. Die Gleichung (5) zeigt auch an, dass das Kaf das Verhältnis zwischen Kq und Kg ist. Das heißt, es ist möglich das Verhältnis Kaf = Kg/Kq zu bestimmen, selbst wenn die Fehlerverstärkungen Kg und Kq unbekannt sind.
Die Kompensationsverstärkung Kaf wird in dem in 2 gezeigten Schritt S90 durch die vorstehenden Berechnungsschritte berechnet. In der ersten Ausführungsform wird während der fetten Verbrennung das Zielluftvolumen unter Verwendung der Kompensationsverstärkung Kaf kompensiert.
Bezugnehmend auf das in 2 gezeigte Flussdiagramm, wenn die fette Verbrennung in Schritt S20 („JA“) ausgewählt ist, geht der Betriebsablauf zu Schritt S100.
Im Schritt S100 wird ein Zielluftvolumen Grich für die fette Verbrennung berechnet. Das Zielluftvolumen Grich in der fetten Verbrennung wird unter Verwendung des Anfragedrehmoments und der Kraftmaschinendrehzahl bestimmt.
Als nächstes wird die Kompensation in Schritt S110 durchgeführt, um den Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern.
5 zeigt den Kompensationsprozess, der durch die Steuerungsvorrichtung, die die ECU 50 hat, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Der Kompensationsprozess in Schritt S110, der in 2 gezeigt ist, wird durch Schritt S111 durchgeführt, der in 5 gezeigt ist. Das heißt, der in 5 gezeigt Prozess entspricht dem Kompensationsprozess in Schritt S110, der in 2 gezeigt ist.
In Schritt S111 in 5 wird das Zielluftvolumen Grich durch den folgenden Ablauf kompensiert.
Wenn das Zielluftvolumen nach einer Kompensation mit Gmod ausgedrückt wird, wird das Zielluftvolumen Gmod nach einer Kompensation durch die folgende Gleichung (6) unter Verwendung des Werts Kaf bestimmt, der vorstehend beschrieben ist: $Gmod = KafGrich$
Das heißt, das Zielluftvolumen Grich vor einer Kompensation wird mit Kaf multipliziert.
Der Grund, warum der Kompensationswert Gmod den Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung verringern kann, wird später erklärt.
Der Betriebsablauf geht von Schritt S110 zu Schritt S120, wie in 2 gezeigt ist. In Schritt S120 weist die ECU 50 die Einlassdrosselklappe 12 und das AGR-Ventil 31 an, um ihre Öffnungsgrade so zu regulieren, dass das Zielluftvolumen Gmod nach einer Kompensation, das in dem in 2 gezeigten Schritt S110 bestimmt wird (und zwar in Schritt S111, der in 5 gezeigt ist), sich dem durch den Luftmengenmesser 11 erfassten Wert annähert. Der Prozess in Schritt S120 kann durch folgende mehrere Schritte durchgeführt werden.

(a) Gleich zu dem Prozess in Schritt S60 wird der Referenzwert unter Verwendung des Kennfelds bestimmt; und
(b) die Feinsteuerung wird nach Schritt (a) durchgeführt.

Der Betriebsablauf schreitet dann fort zu Schritt S130. In Schritt S130 berechnet die ECU 50 die Zieleinspritzmenge Qrich, um die fette Verbrennung durchzuführen. Es ist akzeptabel, die Zieleinspritzmenge Qrich gemäß dem Zielluftvolumen Gmod nach einer Kompensation zu bestimmen, das in Schritt S110 bestimmt worden ist.
Der Betriebsablauf geht dann weiter zu Schritt S140. In Schritt S140 überträgt die ECU die Anweisung bezüglich der Zieleinspritzmenge Qrich, die in Schritt S130 bestimmt wird, zu den Injektoren 21. Die Injektoren 21 spritzen die bestimmte Kraftstoffmenge in die entsprechenden Zylinder auf der Basis der vorstehend beschriebenen Anweisung ein. In dem tatsächlichen Fall in Schritt S140 weist die ECU 50 die Injektoren an, um die bestimmte Kraftstoffmenge gemäß dem Anweisungswert einzuspritzen, und der A/F-Sensor 42 erfasst den tatsächlichen A/F-Wert. Wenn das Erfassungsergebnis anzeigt, dass der Verbrennungszustand nicht in die fette Verbrennung fällt, ist es akzeptabel, dass die Injektoren 21 mit dem Kraftstoffeinspritzen in die entsprechenden Zylinder fortfahren.
Nach Beendigung von Schritt S90 oder Schritt S140 wird der Betrieb des in 2 gezeigten Flussdiagramms beendet.
Der Betrieb des in 2 gezeigten Flussdiagramms wird wiederholt zu einem regelmäßigen Zeitintervall ausgeführt.
Nun wird der Effekt des Kompensationsschritts S110 unter Verwendung der Gleichung (6) beschrieben, um den Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern.
Zuerst wird ein herkömmliches Steuerungsverfahren des Luftvolumens G, der Einspritzmenge Q, des Drehmoments T und des A/F-Verhältnisses mit Bezug auf 3A bis 3D erklärt.
3A zeigt die Änderung des Luftvolumens G während einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als ein herkömmliches Beispiel. 3B zeigt die Änderung der Einspritzmenge Q während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als das herkömmliche Beispiel. 3C zeigt die Änderung des Ausgabemoments T während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als das herkömmliche Beispiel. 3D zeigt die Änderung des A/F-Verhältnisses während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine als das herkömmliche Beispiel.
In dem in 3A gezeigten Luftvolumen wird während der mageren Verbrennung, wie vorstehend beschrieben ist, das Zielluftvolumen oder dessen theoretischer Wert Glean. Andererseits wird der wirkliche Wert KgGlean, der durch Multiplizieren von Glean mit dem konstanten Wert Kg erhalten wird.
Das Zielluftvolumen während der fetten Verbrennung ist Grich. Weil der Luftmengenmesser 11 in der fetten Verbrennung und der mageren Verbrennung annähernd dieselbe Fehlercharakteristik hat, wird der wirkliche Wert des Luftvolumens während der fetten Verbrennung KgGrich, der durch Multiplizieren von Grich mit dem konstanten Wert Kg erhalten wird, wie bei der mageren Verbrennung. Obwohl in dem herkömmlichen Fall, der in den 3A bis 3D gezeigt ist, der konstante Wert „Kg“ mehr als 1 ist und der konstante Wert „Kq“ kleiner als 1 ist, ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, dass Kg kleiner als 1 oder Kq größer als 1 ist.
Als nächstes wird in der in 3B gezeigten Einspritzmenge die Zieleinspritzmenge oder die theoretische Einspritzmenge während der mageren Verbrennung Qlean. Andererseits wird der wirkliche Wert der Kraftstoffeinspritzmenge während der mageren Verbrennung KqQlean.
Die Zieleinspritzmenge während der fetten Verbrennung wird Qrich. Weil der Injektor 21 während der fetten Verbrennung und der mageren Verbrennung annähernd dieselbe Fehlercharakteristik hat, wird der wirkliche Wert der Einspritzmenge während der fetten Verbrennung KqQrich. Obwohl die erste Ausführungsform die Bedingung von Kg>1 und Kq<1 zeigt, ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch diese Bedingung begrenzt, und es ist auch akzeptabel die Bedingung von Kg<1 oder Kq>1 zu haben.
Nun wird der in 3C gezeigte Drehmomentwert beschrieben.
Der theoretische Drehmomentwert ist durch T1 ausgedrückt. Während der mageren Verbrennung gibt es, wie vorstehend beschrieben ist, eine Charakteristik, in der der Drehmomentwert proportional zu der Kraftstoffeinspritzmenge ist. Wie in 3B gezeigt ist, wird die wirkliche Einspritzmenge KqQlean, die durch Multiplizieren des theoretischen Werts Qlean mit dem konstanten Wert Kq erhalten wird. Demzufolge wird der reale Drehmomentwert KqT1, der durch Multiplizieren des theoretischen Werts T1 mit dem konstanten Wert Kq erhalten wird.
In der fetten Verbrennung gibt es, wie vorstehend beschrieben ist, eine Charakteristik, in der der Drehmomentwert proportional zu dem Luftvolumen ist.
Wie in 3A gezeigt ist, ist der wirkliche Wert des Luftvolumens Kg-mal der theoretische Wert. Der wirkliche Drehmomentwert wird während der fetten Verbrennung KgT1. In einem gewöhnlichen Fall, in dem sich Kg von Kq unterscheidet, wie in 3C gezeigt ist, tritt der Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung auf.
Als nächstes wird der A/F-Wert beschrieben, der in 3D gezeigt ist. In der mageren Verbrennung ist der Ziel-A/F-Wert AFI. Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Zielwert AFI gleich zu Glean/Qlean, wie durch Gleichung (1) ausgedrückt ist. Das erfasste A/F-Verhältnis ist AFItrue.
Andererseits werden während der fetten Verbrennung der Ziel-A/F-Wert und der erfasste A/F-Wert durch AFr und AFrtrue ausgedrückt.
Aus dem gleichen Grund wie bei der mageren Verbrennung ist AFr gleich zu Grich/Qrich. 3D zeigt diese Beziehung.
Als nächstes wird der Kompensationseffekt des Zielluftvolumens mit Bezug auf 4A bis 4D beschrieben.
4A zeigt die Änderung des Luftvolumens während einer mageren Verbrennung und einer fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4B zeigt die Änderung der Einspritzmenge während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform. 4C zeigt die Änderung des Ausgabedrehmoments während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform. 4D zeigt die Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses (A/F-Verhältnis) während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung in der Dieselkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform.
Während der fetten Verbrennung wird das Luftvolumen gemäß der Gleichung (6) kompensiert. In 4A zeigen die durchgehende Linie und die gepunktete Linie das Zielluftvolumen beziehungsweise das wirkliche Luftvolumen nach einer Kompensation an. Wie an der vertikalen Linie gezeigt ist, wird das Zielluftvolumen nach einer Kompensation Gmod. Dieses Gmod kann durch die Gleichung (6) erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, weil das wirkliche Luftvolumen während der Verbrennung Kg-mal sein Zielluftvolumen oder das erfasste Luftvolumen ist, das durch den Luftmengenmesser erfasst wird, wird das wirkliche Luftvolumen nach einer Kompensation KgGmod, das an der vertikalen Linie von 4A gekennzeichnet ist.
Die folgende Gleichung (7) kann durch Verwendung der Gleichungen (5) und (6) erhalten werden: $KgGmod = KqGrich$
Die Gleichung (7) zeigt klar an, dass das wirkliche Luftvolumen nach einer Kompensation gleich zu KqGrich ist.
Des Weiteren zeigt 4B die Kraftstoffeinspritzmenge. 3B und 4B zeigen dieselbe Kraftstoffeinspritzmenge.
4C zeigt den Drehmomentwert. Wie vorstehend beschrieben ist, gibt es eine merkliche Regularität, in der der wirkliche Drehmomentwert proportional zu dem Luftvolumen ist. Wie in 3A bis 3D gezeigt ist, ist das wirkliche Luftvolumen vor einer Kompensation KgGrich und der wirkliche Drehmomentwert vor einer Kompensation in der fetten Verbrennung ist KgT1. Nach einer Kompensation wird das wirkliche Luftvolumen KqGrich. Gemäß den vorstehenden Tatsachen wird der wirkliche Drehmomentwert nach einer Kompensation KqT1. Die in 4D gezeigte gepunktete Linie zeigt diesen wirklichen Drehmomentwert KqT1 nach einer Kompensation.
Der wirkliche Drehmomentwert während der mageren Verbrennung wird KqT1, wie in 3C gezeigt ist. Wie klar durch die gepunktete Linie in 4C gezeigt ist, wird der wirkliche Drehmomentwert während sowohl der mageren Verbrennung als auch der fetten Verbrennung derselbe Wert KqT1, und als eine Folge gibt es keinen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung. Dies ist der Effekt der Zielluftvolumenkompensation unter Verwendung der Gleichung (6).
Wie in 4D gezeigt ist, wird das A/F-Verhältnis während der fetten Verbrennung durch die vorstehend beschriebene Kompensation geändert. In 4A bis 4D sind das Ziel-A/F-Verhältnis und das wirkliche A/F-Verhältnis mit AFm beziehungsweise AFmtrue bezeichnet. Das Ziel-A/F-Verhältnis AFm ist gleich zu dem Wert von Gmod/Qrich.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Beschrieben wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6.
6 ist ein Flussdiagramm eines Kompensationsprozesses, der durch die Steuerungsvorrichtung für die Dieselkraftmaschine als die Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.
Die zweite Ausführungsform verwendet den in 6 gezeigten Kompensationsprozess an Stelle des in 5 gezeigten Kompensationsprozesses. Der in Schritt S110, der in 2 gezeigt ist, wird durch Schritt S115 und Schritt S116 durchgeführt, die in 6 gezeigt sind, statt durch Schritt 111, der in 5 gezeigt ist.
Weil die Prozesse, die anders als der in 6 gezeigte Kompensationsprozess sind, in der zweiten Ausführungsform gleich zu denjenigen der ersten Ausführungsform sind, wird die Erklärung von anderen Prozessen demzufolge an dieser Stelle weggelassen.
In dem in 6 gezeigten Kompensationsprozess wird der Erfassungswert, der durch den Luftmengenmesser 11 erfasst wird, in Schritt S115 kompensiert.
Das heißt, in Schritt S115 wird der Erfassungswert des Luftmengenmessers 11 mit 1/Kaf multipliziert, wobei Kaf die vorstehend beschriebene Kompensationsverstärkung ist.
In Schritt S116 wird das Ventilöffnungsverhältnis kompensiert. Wie vorstehend beschrieben ist, steuert die ECU 50 das Öffnungsverhältnis zwischen der Einlassdrosselklappe 12 und dem AGR-Ventil 31 so, dass das erfasste Luftvolumen, das geändert ist, gleich zu dem Zielluftvolumen wird.
Die Ausführung dieser Prozesse in Schritt S115 und S116 hat denselben Effekt wie das Multiplizieren des Zielluftvolumens mit der Kompensationsverstärkung Kaf. Deshalb kann die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Drehmomentunterschied zwischen der mageren und der fetten Verbrennung verringern, so wie der Effekt der ersten Ausführungsform.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm eines Kompensationsverstärkungsberechnungsprozesses, der durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
In der dritten Ausführungsform wird der Kompensationsverstärkungsberechnungsprozess in Schritt S90, der in 2 gezeigt ist, durch Schritt S92 und S93 durchgeführt, die in 8 gezeigt sind, statt durch den Schritt S91, der in 7 gezeigt ist.
In Schritt S92, der in 8 gezeigt ist, berechnet die ECU 50 das Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert AFI und dem erfassten A/F-Wert AFItrue. Der Betriebsablauf schreitet vor zu Schritt S93.
In Schritt S93 speichert die ECU 50 zuerst das Verhältnis, das in Schritt S92 berechnet wird, in der Speichereinrichtung (nicht gezeigt). In Schritt S93 liest die ECU 50 dann die vergangenen bzw. früheren Verhältnisse (jedes ist das Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert AFI und dem erfassten A/F-Wert AFItrue in der vergangenen bzw. früheren Zeitspanne), die in der Speichereinrichtung gespeichert sind. Die ECU 50 berechnet dann einen Mittelwert dieser vergangenen bzw. früheren Verhältnisse.
Die ECU 50 verwendet diesen Mittelwert als den Kompensationsverstärkungswert Kaf. Es ist möglich, dass die Magerverbrennungszeitspanne einschließlich des Prozesses in Schritt S92 als die vorstehende Berechnungszeitspanne verwendet wird. Es ist auch möglich eine optionale Zeitspanne zum Berechnen solch eines Verhältnisses zu verwenden.
Es ist auch möglich, dass die optionale Zeitspanne zum Berechnen eines derartigen Verhältnisses die Zeitspanne für eine fette Verbrennung einschließt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kompensationsverstärkungswert Kaf das Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert AFI und dem erfassten A/F-Wert AFItrue bei einer optionalen Zeit in Schritt S91 in der ersten Ausführungsform.
Andererseits ist in den in 8 gezeigten Schritten S92 und S93 in der dritten Ausführungsform der Kompensationsverstärkungswert Kaf der Mittelwert der vergangenen Verhältnisse des A/F-Werts AFI und des erfassten A/F-Werts AFItrue.
Die erste Ausführungsform verwendet als den Kompensationsverstärkungswert das Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert AFI und dem erfassten A/F-Wert AFItrue zu der Zeit des Schaltens zu der fetten Verbrennung. Dies hat den Vorteil, dass die Kompensationsverstärkung Kaf unter Verwendung der jüngsten Information erhalten wird. Dieser Vorteil kann so angepasst werden, dass die Fehlerverstärkung gemäß der Zeitspanne geändert werden kann.
Andererseits, weil die dritte Ausführungsform den Mittelwert der vergangenen Verhältnisse verwendet, kann die Verwendung des Mittelwerts, wenn der Fehler des Verhältnisses zwischen dem Ziel-A/F-Wert AFI und dem erfassten A/F-Wert AFItrue groß wird und der Fehler einen großen Nachteil verursachen würde, den Nachteil beseitigen und den Einfluss des Nachteils verringern.
(MODIFIKATIONEN)
In einer weiteren Modifikation gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sowohl den in 6 gezeigten Kompensationsprozess als auch den in 8 gezeigten Kompensationsverstärkungsberechnungsprozess durchzuführen.
Es ist möglich, einen Dieselpartikelfilter an Stelle des in 1 gezeigten NOx-Katalysators 41 zu verwenden. In diesem Fall, weil die fette Verbrennung einen Sauerstoffdefizitzustand herstellen kann, hat die fette Verbrennung einen Vorteil, dass eine abnormale Erhöhung der Temperatur des Dieselpartikelfilters, die durch Verbrennen von Ruß in dem Dieselpartikelfilter verursacht wird, durch Herstellen des Sauerstoffdefizitzustands unterdrückt wird.
Die Prozesse in Schritt S70, S80 und S90 dienen als Berechnungseinrichtung. Die Prozesse in Schritt S110 und S120 dienen als eine Anweisungseinrichtung und eine Zielluftvolumenkompensationsanweisungseinrichtung. Die Einlassdrosselklappe 12 und das AGR-Ventil 31 bilden die Luftvolumenreguliereinrichtung. Die ECU 50 bildet eine Einstelleinrichtung.
Als eine weitere Modifikation gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Ziel-A/F-Wert auf der Basis des erfassten Luftvolumens und der Zieleinspritzmenge zu berechnen, statt diesen unter Verwendung des Zielluftvolumens und der Zieleinspritzmenge zu berechnen. Dies ist der Grund warum, obwohl die Einlassdrosselklappe und das AGR-Ventil so gesteuert werden, dass das erfasste Luftvolumen sich dem Zielluftvolumen annähert und diesem schließlich gleicht, es eine Möglichkeit gibt, dass eine Antwortverzögerung einen Unterschied zwischen diesen Volumina verursacht und das erfasste Luftvolumen dadurch nicht gleich zu dem Zielluftvolumen sein kann. Dies kann durch Verwenden des Ziel-A/F-Werts vermieden werden, der auf der Basis des erfassten Luftvolumens und der Zieleinspritzmenge berechnet wird.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, ist es für einen Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen an diesen Details im Licht der Gesamtlehre der Offenbarung gemacht werden könnten. Demzufolge sind die besonderen offenbarten Anordnungen nur als Veranschaulichung zu verstehen und begrenzen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht, dessen volle Breite durch die folgenden Ansprüche und all deren Äquivalente gegeben ist.
Während einer mageren Verbrennung berechnet eine ECU als eine Steuerungsvorrichtung für eine Dieselkraftmaschine ein Verhältnis zwischen einem Ziel-A/F-Wert und einem erfassten A/F-Wert, der durch einen A/F-Sensor erfasst wird, wobei der Ziel-A/F-Wert ein Verhältnis zwischen einem Zielluftvolumen und einer Zieleinspritzmenge ist, um ein Anfragedrehmoment zu erhalten. Die ECU berechnet das Luftvolumen nach einer Kompensation während einer fetten Verbrennung durch Multiplizieren des Zielluftvolumens mit dem Kompensationsverstärkungswert. Die ECU weist eine Einlassdrosselklappe und ein EGR-Ventil an, um ihre Öffnungsgrade gemäß dem Berechnungsergebnis zu regulieren, um einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern.

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) mit: einem Luft-Kraftstoff- (A/F-)Verhältnissensor (30), der gestaltet ist, um ein Verhältnis zwischen einem Luftvolumen und einer Kraftstoffmenge während der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung der Brennkraftmaschine zu erfassen, zwischen denen umgeschaltet wird, wobei die magere Verbrennung ein überschüssiges Luftvolumen im Vergleich zu einem Luftvolumen in einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis für eine Katalysatorsteuerung vorsieht und wobei die fette Verbrennung eine überschüssige Kraftstoffmenge im Vergleich zu einer Kraftstoffmenge in dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis vorsieht; einer Luftvolumenreguliereinrichtung (12, 31), die gestaltet ist, um ein Luftvolumen zu regulieren, das ein zu Zylindern (20) der Brennkraftmaschine zuzuführendes Luftvolumen ist; und einer Einstelleinrichtung (50), die gestaltet ist, um ein Zielluftvolumen und eine Zielkraftstoffeinspritzmenge einzustellen, die Zielwerte des Luftvolumens und der Kraftstoffeinspritzmenge sind, die in die Zylinder zuzuführen sind; gekennzeichnet durch eine Berechnungseinrichtung (S70, S80, S90), die gestaltet ist, um einen Kompensationsverstärkungswert zu berechnen, der ein Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert, der durch den A/F-Verhältnissensor erfasst wird, ist und der durch Teilen des Ziel-A/F-Werts durch den erfassten A/F-Wert erhalten wird, wobei der Ziel-A/F-Wert, der durch die Einstelleinrichtung eingestellt ist, ein Verhältnis zwischen dem Zielluftvolumen und der Zielkraftstoffeinspritzmenge ist; und einer Anweisungseinrichtung (S110, S120), die gestaltet ist, um die Luftvolumenreguliereinrichtung anzuweisen, das Luftvolumen gemäß dem durch die Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsverstärkungswert zu regulieren, um einen Drehmomentunterschied zwischen der mageren Verbrennung und der fetten Verbrennung zu verringern.
Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, die des Weiteren eine Luftvolumenerfassungseinrichtung (11) aufweist, die gestaltet ist, um ein zu den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführendes Luftvolumen zu erfassen, wobei die Anweisungseinrichtung eine Zielluftvolumenkompensationseinrichtung aufweist, die gestaltet ist, um die Luftvolumenreguliereinrichtung so anzuweisen, dass das erfasste Luftvolumen, das durch die Luftvolumenerfassungseinrichtung erfasst wird, gleich zu dem Luftvolumen nach einer Kompensation wird, das durch Multiplizieren des von der Einstelleinrichtung übertragenen Zielluftvolumens mit dem durch die Berechnungseinrichtung berechneten Kompensationsverstärkungswert erhalten wird.
Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinrichtung ein Verhältnis zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert berechnet, wenn die Verbrennung von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird, und dieses Verhältnis als den Kompensationsverstärkungswert vorsieht.
Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Berechnungseinrichtung einen Mittelwert der Verhältnisse zwischen dem Ziel-A/F-Wert und dem erfassten A/F-Wert während vorherigen Zeitspannen berechnet, bevor die Verbrennung von der mageren Verbrennung zu der fetten Verbrennung umgeschaltet wird, und den Mittelwert als den Kompensationsverstärkungswert vorsieht.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die vorherigen Zeitspannen eine oder beide Zeitspannen für die magere Verbrennung und die fette Verbrennung beinhalten.
Steuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkraftmaschine eine Dieselkraftmaschine ist.
Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Luftvolumeneinstelleinrichtung eine Einlassdrosselklappe (12) und ein AGR-Ventil (31) aufweist.