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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung zum Steuern einer Verbrennung in einem Zylinder einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennung einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine.
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Zum Beispiel offenbart die Druckschrift
US 2002 / 0 011 240 A1 (
JP H11 - 107 820 A ) eine Steuerung eines Verbrennungszustands in einem Zylinder einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine wie zum Beispiel einer Dieselmaschine durch das Manipulieren einer Menge eines rezirkulierten Abgases (EGR), die in den Zylinder zurückgeführt wird. Außerdem wurde eine Verbrennungssteuerung entwickelt, in der eine EGR erhöht wird, um die Abgabe von NOx zu reduzieren, um strengeren Abgasnormen zu entsprechen. Jedoch kann eine Verbrennung in einem Zylinder instabil werden, wenn die EGR erhöht wird, und folglich kann ein Verbrennungszeitpunkt relativ zu einem Sollwert variieren. Wenn zum Beispiel der Verbrennungszeitpunkt, der einen Verbrennungszustand bezeichnet, variiert, können Emissionen nicht auf einen gewünschten Abgaszustand gesteuert werden. Außerdem wird eine Anwendung einer Maschine mit einem geringen Verdichtungsverhältnis, die in der Lage ist, die Abgabe von NOx zu reduzieren, ebenfalls erforscht. Jedoch verbrennt ein Kraftstoff in einer Maschine mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu einer Maschine mit einem normalen Verdichtungsverhältnis in einem Zustand einer niedrigen Zylindertemperatur. Deswegen wird die Verbrennung in dem Zylinder instabil, und ein Verbrennungszeitpunkt variiert relativ zu dem Sollwert. In einer derartigen Maschine kann der Verbrennungszeitpunkt wegen einer Änderung von Umgebungsbedingungen wie zum Beispiel der Kraftstoffqualität, der Einlasslufttemperatur oder dem Umgebungsdruck variieren.
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Zum Beispiel offenbart die Druckschrift
JP H11 - 125 141 A die Erfassung eines Zylinderdrucks unter Verwendung eines Drucksensors, die Erfassung des Zündzeitpunkts als einen Index, der basierend auf dem Zylinderdruck einen Verbrennungszeitpunkt bezeichnet, und durch das Manipulieren der Kraftstoffeinspritzzeit basierend auf dem erfassten Zündzeitpunkt eine Steuerung eines Zündzeitpunkts auf einen Sollwert. Jedoch kann in einem bestimmten Maschinenbetriebszustand oder einem bestimmten Einspritzmuster der Zündzeitpunkt basierend auf dem Zylinderdruck nicht erfasst werden. Noch genauer ist der Zündzeitpunkt basierend auf dem Zylinderdruck nicht erfassbar, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge klein ist oder eine Steuereinspritzung in einer mehrstufigen Einspritzung nahe an einer Haupteinspritzung durchgeführt wird.
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Es wurde erdacht, einen zeitbezogenen, verbrannten Massenanteil 50 (MFB50-Zeitpunkt), zu dem ein Anteil einer verbrannten Masse in einem Zylinder 50% der gesamten Masse in einem Verbrennungszyklus ist, als einen Index zu erfassen, der einen Verbrennungszustand des Zündzeitpunkts basierend auf dem Zylinderdruck bezeichnet. In diesem Fall wird der MFB50 durch das Manipulieren der Kraftstoffeinspritzzeit auf einen Sollwert gesteuert. Der MFB50 wird durch das Berechnen einer Summe einer Verbrennungsmasse in einem Verbrennungszyklus basierend auf dem Zylinderdruck erfasst. Der MFB50 ist ein Verbrennungszeitpunkt, zu dem die Summe 50% der gesamten Verbrennungsmasse wird unabhängig von einem bestimmten Maschinenbetriebszustand oder einem Einspritzmuster und basierend auf dem Zylinderdruck erfassbar ist. Der MFB50 wird aus der Summe der Verbrennungsmasse erfasst. Deswegen besteht eine Gefahr, dass MFB50 durch einen Erfassungsfehler des Drucksensors beeinflusst wird, und somit im Vergleich zu dem Zündzeitpunkt von geringerer Erfassungsgenauigkeit ist. Somit wird der Verbrennungszustand kaum basierend auf einem Index wie zum Beispiel dem Zündzeitpunkt oder dem MFB50 gesteuert, dessen Erfassungscharakteristiken Vorteile und Nachteile aufweisen.
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Die Druckschrift
US 2005 / 0 229 903 A1 lehrt, ausgehend von einem Verbrennungsdruck einen Verbrennungsparameter aus zumindest einem aus Abgabemenge der Zylinderwärme, Startzeitpunkt der Verbrennung und Verbrennungszeitraum zu ermitteln.
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Unter Berücksichtigung der vorangehend geschilderten und anderer Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen Verbrennungszustand durch das beliebige Auswählen eines Index aus einer Vielzahl von Verbrennungszustandsindizes, die einen Verbrennungszustand bezeichnen, zu steuern, der eine geeignete Erfassungscharakteristik aufweist, und ein Verfahren zum Steuern des Verbrennungszustands zu erzeugen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 beziehungsweise durch ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennung in einem Zylinder einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung zum Steuern einer Verbrennung in einem Zylinder einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine bereitgestellt, und die Verbrennungssteuerungsvorrichtung zum Steuern einer Verbrennung in einem Zylinder einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine umfasst eine Indexerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vielzahl von Verbrennungszustandsindizes, die jeweils einen Verbrennungszustand in dem Zylinder bezeichnen. Die Verbrennungszustandsvorrichtung umfasst außerdem eine Bestimmungseinrichtung, um basierend auf einem Bestimmungszustand einen Verbrennungszustandsindex aus der Vielzahl der Verbrennungszustandsindizes auszuwählen. Die Verbrennungszustandssteuerungsvorrichtung umfasst außerdem eine Steuerungseinrichtung zum Manipulieren eines Parameters des Verbrennungszustands und zum Steuern des Verbrennungszustandsindex auf einen Sollwert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Zylinder einer mittels Verdichtung gezündeten Maschine das Erfassen einer Vielzahl von Verbrennungszustandsindizes, die jeweils einen Verbrennungszustand in dem Zylinder bezeichnen. Das Verfahren umfasst außerdem das Auswählen eines Verbrennungszustandsindex aus der Vielzahl der Verbrennungszustandsindizes basierend auf einem Bestimmungszustand. Das Verfahren umfasst außerdem das Manipulieren eines Parameters des Verbrennungszustands zum Steuern des ausgewählten Verbrennungszustandsindex auf einen Sollwert.
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Die voranstehend geschilderten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich werden, die mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen gemacht wurde. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ein Zeitdiagramm von Charakteristiken einer Wärmeabgaberate und eines MFB50;
- 3 ein Zeitdiagramm einer Charakteristik der Wärmeabgaberate;
- 4A bis 4C Zeitdiagramme von Charakteristiken, wenn eine Steigung der Wärmeabgaberate sich ändert;
- 5 ein Zeitdiagramm von erfassten Werten und Sollwerten eines Zündzeitpunkts und eines MFB50; und
- 6 ein Flussdiagramm einer Regelung des Zündzeitpunkts.
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Kraftstoffeinspritzsystem 20
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Wie aus 1 ersichtlich ist, hat ein Druckspeicherkraftstoffeinspritzsystem 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Hochdruckpumpe 32, eine Common Rail 34, ein Kraftstoffeinspritzventil 40, einen Verbrennungsdrucksensor (CPS) 42 und eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 50. Das Kraftstoffeinspritzsystem 20 liefert Kraftstoff zu einer Dieselmaschine 10, die eine Maschine mit mehreren Zylindern wie zum Beispiel eine Vierzylinderdieselmaschine ist. Ein Verdichter 2 verdichtet Einlassluft und liefert die verdichtete Luft durch einen Zwischenkühler 4. Ein Einlassdrosselventil 6 steuert ein Einlassvolumen der verdichteten Einlassluft. Jeder Zylinder der Maschine 10 zieht die Einlassluft, nachdem sie durch das Einlassdrosselventil 6 durchgetreten ist. Wenn die Last der Maschine 10 niedrig ist, ist das Einlassdrosselventil 6 gedrosselt, um weiter ein rezirkuliertes Abgas (EGR-Gas) in die Maschine 10 zu ziehen. Alternativ wird das Einlassdrosselventil 6 in einem im Wesentlichen voll geöffneten Zustand beibehalten, um eine Menge der Einlassluft zu erhöhen, die in die Maschine 10 gezogen wird, und um Pumpverluste zu reduzieren, wenn die Last der Maschine 10 hoch ist. Der Druck der Einlassluft, die in die Maschine 10 gezogen wird, wird durch einen Einlassluftdrucksensor 8 erfasst. Das EGR-Ventil 12 steuert die Strömung des aus der Maschine 10 abgegebenen und durch den EGR-Kühler 14 gekühlten Abgases. Das Abgas wird somit zu einer Einlassvorrichtung wie zum Beispiel einem Lufteinlassrohr zurückgeführt. Die Hochdruckpumpe 32 kann eine allgemein bekannte Pumpe sein, in der ein Kolben in Erwiderung auf eine Drehung eines Nockens einer Nockenwelle nach rückwärts und vorwärts beweglich ist, um einen Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen, der aus dem Kraftstofftank 30 in eine Verdichtungskammer gezogen wird. Die ECU 50 manipuliert einen elektrischen Strom, der zu einem Messventil (nicht dargestellt) der Hochdruckpumpe 32 zugeführt wird, und misst dabei die Menge des Kraftstoffs, der in einem Ansaugtakt in die Hochdruckpumpe 32 gezogen wird. Dabei wird eine von der Hochdruckpumpe 32 abgegebene Kraftstoffmenge durch das Messen der Menge des gezogenen Kraftstoffs gesteuert. Die Common Rail 34 speichert Kraftstoff, der von der Hochdruckpumpe 32 geliefert wird, und behält dabei den Kraftstoffdruck gemäß einem Betriebszustand der Maschine 10 an einem vorbestimmten hohen Druck bei. Ein Druck (Common Rail Druck) in der Common Rail 34 wird gemäß einer Kraftstoffmenge gesteuert, die von der Hochdruckpumpe 32 abgegeben wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 40 ist an jedem Zylinder der Maschine 10 zum Einspritzen von Kraftstoff, der in der Common Rail 34 gespeichert ist, in den Zylinder angeordnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 40 führt eine mehrstufige Einspritzung durch, die zum Beispiel eine Steuereinspritzung, eine Haupteinspritzung, eine Nacheinspritzung und Ähnliches innerhalb eines Verbrennungszyklus der Maschine 10 einschließt. Das Kraftstoffeinspritzventil 40 kann ein allgemein bekanntes elektromagnetisches Ventil sein, das die Kraftstoffeinspritzmenge durch das Manipulieren des Drucks in einer Steuerkammer steuert, der einen Kraftstoffdruck an in einer Schließrichtung eine Düsennadel aufbringt. Der CPS 42 ist ein Drucksensor, der den Druck in dem Zylinder der Maschine 10 erfasst. Wie mittels der durchgehenden und punktierten Linien in 1 dargestellt ist, kann der CPS 42 an jedem der vier Zylinder angeordnet sein. Wie alternativ durch die durchgehende Linie in 1 dargestellt ist, kann der CPS 42 nur an einem Zylinder angeordnet sein. Ein NE-Sensor 44 erfasst die Drehzahl der Maschine 10. Zusätzlich zu den voranstehend beschriebenen Sensoren sind verschiedene Sensoren wie zum Beispiel ein Beschleunigersensor zum Erfassen einer Beschleunigerposition, ein O2-Sensor zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration des Abgases, ein Wassertemperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers der Maschine 10 angeordnet.
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Die ECU 50 funktioniert als automatisches Verbrennungssteuerungssystem. Zum Beispiel ist die ECU 50 ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem RAM, einem ROM, einem Flash-Speicher und Ähnlichem (nicht dargestellt). Die ECU 50 manipuliert die Elektrizität, die dem Messventil der Hochdruckpumpe 32 und dem Kraftstoffeinspritzventil 40 basierend auf einem Maschinenbetriebszustand zugeführt wird, der von Sensorsignalen der verschiedenen Sensoren wie zum Beispiel dem Einlassluftdrucksensor 8, dem CPS 42, dem NE-Sensor 44 und Ähnlichen erhalten wird. Somit steuert die ECU 50 die Maschine 10 in einen optimalen Betriebszustand. Die ECU 50 steuert einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und eine Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 40 basierend auf dem Maschinenbetriebszustand, der von den verschiedenen Sensoren erfasst wurde. Die ECU 50 gibt ein Einspritzimpulssignal als Einspritzanweisungssignal zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 40 aus. Insbesondere, da eine Impulsbreite des Einspritzimpulssignals steigt, steigt ein Zeitraum, in dem die Steuerkammer des Kraftstoffeinspritzventils 40 mit einer Niederdruckseite wie zum Beispiel der Brennkammer der Maschine 10 in Verbindung ist, und dabei erhöht sich die Kraftstoffeinspritzmenge. Die ECU 50 speichert eine Kraftstoffeinspritzmengencharakteristik, die ein Verhältnis zwischen der Impulsbreite des Einspritzimpulssignals und der Kraftstoffeinspritzmenge bezeichnet, als Kennfeld für jeden Common Rail Druck (Einspritzdruck) in einer Speichervorrichtung wie zum Beispiel in einem ROM oder in einem Flash-Speicher.
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In einer mehrstufigen Einspritzung gibt die ECU 50 das Einspritzimpulssignal zu dem Kraftstoffeinspritzventil 40 aus, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge für sowohl die Steuereinspritzung wie auch die Haupteinspritzung anzuweisen. Die ECU 50 führt durch das Manipulieren der Kraftstoffeinspritzzeit basierend auf einem Unterschied zwischen einem tatsächlichen Zündzeitpunkt der Haupteinspritzung und einem Sollzündzeitpunkt oder einem Unterschied zwischen einem tatsächlichen Wert des MFB50 (tatsächlicher MFB50) und einem Sollwert des MFB50 (Soll-MFB50) eine Regelung durch. In der Regelung, die durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts durchgeführt wird, führt die ECU 50 einen Parallelschaltvorgang des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts in der mehrstufigen Einspritzung mit der Steuereinspritzung und der Haupteinspritzung zu einer Vorlaufseite oder einer Verzögerungsseite durch. Sowohl der Zündzeitpunkt wie auch der MFB50 sind ein Verbrennungszustandsindex, der den Verbrennungszeitpunkt als Verbrennungszustand anzeigt. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ist ein Parameter, der zur Steuerung des Verbrennungszustands verwendet wird. Die ECU 50 arbeitet als Folgeeinrichtung durch das Ausführen eines Steuerungsprogramms, das in einer Speichervorrichtung wie zum Beispiel in dem ROM oder in dem Flash-Speicher gespeichert ist.
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Indexerfassungseinrichtung
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2 zeigt eine Wärmeabgaberate 200, wenn die Haupteinspritzung durchgeführt wird, und die Steuereinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Die ECU 50 berechnet die Wärmeabgaberate 200 aus der folgenden Gleichung (1) unter Verwendung des Zylinderdrucks, den der CPS 42 erfasst. Die ECU 50 erfasst den MFB50 und den Zündzeitpunkt der Zündung, der durch die Haupteinspritzung verursacht wird, basierend auf der Wärmeabgaberate 200, die aus der Gleichung (1) berechnet wird.
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In der Gleichung (1) bezeichnen V, P, K ein Zylindervolumen, den Zylinderdruck, der durch den CPS 42 erfasst wird, und das spezifische Wärmeverhältnis.
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Die ECU 50 erfasst einen Kurbelwinkel 204, wenn die Wärmeabgaberate 200 durch die Zündung des Kraftstoffs, der durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, ansteigt, und größer wird als ein vorbestimmter Schwellwert 202, als Zündzeitpunkt der Zündung, der durch die Haupteinspritzung verursacht wird. Die Wärmeabgaberate 200 kann durch die Zündung durch den Kraftstoff der Steuereinspritzung, der zusätzlich zu dem der Haupteinspritzung zugeführt wird, ansteigen und größer als der Schwellwert 202 werden. In diesem Fall erfasst die ECU 50 einen Zeitpunkt, zu dem die Wärmeabgaberate 200 wieder ansteigt und größer als der Schwellwert 202 in einem Verbrennungszyklus wird, als den Zündzeitpunkt, der durch die Haupteinspritzung verursacht wird. Die ECU 50 berechnet eine Summe der Wärmeabgaberate bis zu dem vorbestimmten Kurbelwinkel, an dem die Verbrennung nachfolgend auf die Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungszyklus beendet ist. Der Übergang der Summe der Wärmeabgaberate 210 ist aus 2 ersichtlich. Die ECU 50 erfasst den Kurbelwinkel 212, der 50% der gesamten Summe der Wärmeabgaberate 210 entspricht, als den MFB50. Der MFB50 ist zeitbezogener, verbrannter Massenanteil 50 (MFB50-Zeitpunkt), der dem Kurbelwinkel entspricht, zu dem eine Rate der Verbrennungsmasse in dem Zylinder 50% der gesamten in einem Verbrennungszyklus wird.
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Bestimmungseinrichtung
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Der MFB50 ist der Verbrennungszeitpunkt, der 50% der gesamten Summe der Wärmeabgaberate in einem Verbrennungszyklus entspricht. Deswegen ist der MFB50 unabhängig von Erfassungszuständen wie zum Beispiel einer kleinen Wärmeabgaberate erfassbar. Die Summe der Wärmeabgaberate variiert stark, wenn das Ausgangssignal des CPS 42 in Abhängigkeit von zum Beispiel einer Temperaturcharakteristik des CPS 42 schwankt. Wenn die Summe der Wärmeabgaberate stark variiert, ist die Erfassungsgenauigkeit basierend auf der Summe bemerkenswert verschlechtert. Andererseits wird der Zündzeitpunkt basierend auf der Bestimmung erfasst, ob die Wärmeabgaberate sich schnell ändert und größer als der vorbestimmte Schwellwert 202 wird, wenn der Kraftstoff in dem Zylinder gezündet wird. Deswegen ist im Vergleich zu dem MFB50 der Zündzeitpunkt basierend auf der Bestimmung sogar dann mit hoher Genauigkeit erfassbar, wenn das Ausgangssignal des CPS 42 variiert.
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3 zeigt einen Zustand, in dem die Wärmeabgaberate 200 klein ist, und der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 geringer als der vorbestimmte Schwellwert 202 ist. In diesem Fall wird die Wärmeabgaberate nicht größer als der vorbestimmte Schwellwert 202, und somit kann der Zündzeitpunkt nicht erfasst werden. Deswegen wählt die ECU 50, wenn der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 geringer als der vorbestimmte Schwellwert 202 ist, nicht den Zündzeitpunkt sondern den MFB50 als Verbrennungszustandsindex. Wenn alternativ der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 größer als der vorbestimmte Schwellwert 202 ist, wählt die ECU 50 nicht den MFB50 sondern den Zündzeitpunkt als Verbrennungszustandsindex.
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Wie aus 4A ersichtlich ist, ändert sich die Wärmeabgaberate 200 langsam, wenn die Steigung der Wärmeabgaberate 200 schwach, das heißt klein ist. In diesem Fall ist die Erfassungsgenauigkeit des Zündzeitpunkts niedrig. Der Grund wird im Folgenden beschrieben werden. In 4B, 4C bezeichnet die durchgehende Linie 220 eine Charakteristik, wenn die Steigung der Wärmeabgaberate größer als der vorbestimmte Wert ist, und die durchgehende Linie 222 bezeichnet eine Charakteristik, wenn die Steigung der Wärmeabgaberate geringer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist. 4C ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts 224 in 4B. Es wird angenommen, dass die Wärmeabgaberaten, die durch die durchgehenden Linien 220, 222 bezeichnet sind, und durch die Formel (1) berechnet werden, den gleichen Grad eines Erfassungsfehlers 230 aufweisen. 4C bezeichnet einen Vergleich zwischen den Erfassungsfehlern 240, 242 des Kurbelwinkels (Zündzeitpunkt) mit Bezug auf den vorbestimmten Schwellwert 202 in dem Bereich des Erfassungsfehlers 230 der Wärmeabgaberate. Der Kurbelwinkel weist den Erfassungsfehler 242 auf, wenn die Steigung der Wärmeabgaberate, die durch die durchgehende Linie 222 dargestellt ist, geringer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist. Der Kurbelwinkel weist den Erfassungsfehler 240 auf, wenn die Steigung der Wärmeabgaberate, die durch die durchgehende Linie 220 dargestellt ist, größer als der vorbestimmte Wert ist. Gemäß dem vorliegenden Vergleich ist der Erfassungsfehler 242 des Kurbelwinkels größer als der Erfassungsfehler 240 des Kurbelwinkels. Deswegen kann, wie durch die durchgehende Linie 222 bezeichnet ist, wenn der Zündzeitpunkt von der Wärmeabgaberate in dem Fall erfasst wird, in dem die Steigung der Wärmeabgaberate geringer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist, die Erfassungsgenauigkeit des Zündzeitpunkts niedriger als die der Erfassung auf der Basis des MFB50 sein. Deswegen wählt die ECU 50 die Erfassung basierend auf dem MFB50 anstelle der Erfassung basierend auf dem Zündzeitpunkt, wenn die Steigung der Änderung der Wärmeabgaberate 200 geringer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist. Alternativ wählt die ECU 50 die Erfassung basierend auf dem Zündzeitpunkt anstelle der Erfassung basierend auf dem MFB50, wenn die Steigung der Änderung der Wärmeabgaberate 200 größer als der vorbestimmte Wert ist.
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Somit bestimmt die ECU 50 die folgenden Zustände (1), (2) und wählt beliebig den Zündzeitpunkt oder den MFB50 als Index des Sollverbrennungszeitpunkts, wenn die Regelung des Zündzeitpunkts durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts durchgeführt wird.
- (1) Der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 ist geringer als oder gleich wie der Schwellwert 202.
- (2) Die Steigung der Wärmeabgaberate 200 ist geringer als der vorbestimmte Wert.
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Im Folgenden werden Bedingungen für die Bestimmung, den MFB50 anstelle des Zündzeitpunkts als Index des Sollverbrennungszeitpunkts in der Regelung durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts zu wählen, ausführlich beschrieben werden. Wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen (1), (2) erfüllt ist, wählt die ECU 50 den MFB50 anstelle des Zündzeitpunkts als den Index. Wenn alle folgenden Bedingungen (1), (2) nicht erfüllt sind, wählt die ECU 50 alternativ den Zündzeitpunkt anstelle des MFB50 als den Index.
- (1) Der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 ist geringer als der Schwellwert 202. Insbesondere ist (a) der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200, der von der Gleichung (1) berechnet wird, tatsächlich geringer als der Schwellwert 202, oder (b) der Maschinenbetriebszustand der Maschine befindet sich innerhalb einer vorbestimmten Bedingung. Noch genauer, wenn eine Sollkraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 40, die basierend auf der Drehzahl der Maschine und der Beschleunigerposition berechnet wird, geringer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert ist, wird entsprechend der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 kleiner als der Schwellwert 202. Folglich bestimmt die ECU 50, dass der Zündzeitpunkt nicht erfassbar ist.
- (2) Die Steigung der Wärmeabgaberate 200 ist geringer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert. Insbesondere, wenn eine der folgenden Bedingungen (a) bis (f) erfüllt ist, wird Kraftstoff in dem Zylinder der Maschine kaum verbrannt, und dabei wird die Steigung der Wärmeabgaberate 200 klein. (a) Wie aus 5 ersichtlich ist, ist eine Abweichung 254 zwischen dem Zündzeitpunkt 250, der von der Wärmeabgaberate 200 erfasst wird, und dem Sollwert 252 des Zündzeitpunkts größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert. Zusätzlich ist eine Abweichung 264 zwischen dem MFB50, der durch die durchgehende Linie 260 bezeichnet ist und von der Wärmeabgaberate 200 erfasst wird, und einem Sollwert 262 des MFB50 größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert. Die vorliegende Bedingung wird unter der Basis einer Tendenz eingesetzt, dass der Zündzeitpunkt, der von der Wärmeabgaberate 200 erfasst wird, und der MFB50 relativ zu den Sollwerten entsprechend verzögert sind, und die Abweichungen 254, 265 werden groß, wenn die Steigung der Wärmeabgaberate 200 klein wird. Wenn nämlich jede der Abweichungen 254, 264 groß ist, ist die Steigung der Wärmeabgaberate 200 klein. Wenn zum Beispiel in 5 zumindest eine der Abweichungen 254, 264 größer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist, wählt die ECU 50 den MFB50 als den Index und führt die Regelung durch. Wenn alternativ die Abweichungen 254, 264 geringer als der vorbestimmte Wert sind, wählt die ECU 50 den Zündzeitpunkt als den Index und führt die Regelung durch. (b) Eine EGR-Rate ist größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert. (c) Eine Sauerstoffkonzentration des Abgases ist geringer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert. In den Bedingungen (b), (c) ist das Luft-KraftstoffVerhältnis niedrig und folglich verbrennt der Kraftstoff nicht leicht. (d) Der Umgebungsdruck ist gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Wert. Wenn die Bedingung (d) erfüllt ist, sinkt die Menge der Einlassluft, die in den Zylinder der Maschine gezogen wird, und der Kraftstoff verbrennt nicht leicht. (e) Die Temperatur der Einlassluft ist gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Wert. Wenn die Bedingung (e) erfüllt ist, sinkt die Temperatur der Einlassluft, die in dem Zylinder gezogen wird, und der Kraftstoff verbrennt nicht leicht. (f) Die Temperatur eines Kältemittels wie zum Beispiel des Kühlwassers der Maschine 10 ist gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Wert. Wenn die Bedingung (f) erfüllt ist, sinkt die Temperatur des Kältemittels und der Kraftstoff brennt nicht leicht.
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Steuerungseinrichtung
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Die ECU 50 berechnet den Sollzündzeitpunkt und den Soll-MFB50 (Soll-MFB50-Zeitpunkt) basierend auf dem Maschinenbetriebszustand. Wenn die Bestimmungseinrichtung den Zündzeitpunkt als den Index wählt, regelt die ECU 50 den Zündzeitpunkt basierend auf der Abweichung zwischen dem Zündzeitpunkt, die von der Wärmeabgaberate 200 erfasst wird, und dem Sollzündzeitpunkt auf den Sollzündzeitpunkt. Wenn die Bestimmungseinrichtung den MFB50 als den Index wählt, regelt die ECU 50 den MFB50 als den Soll-MFB50 basierend auf der Abweichung zwischen dem MFB50, der von der Wärmeabgaberate 200 erfasst wird, und dem Soll-MFB50. In den vorliegenden Betätigungen wird der Zündzeitpunkt oder der MFB50 durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts auf den Sollwert geregelt, und dabei können Abgaben von Schadstoffen wie zum Beispiel NOx auf einen gewünschten Zustand reduziert und gesteuert werden.
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Kraftstoffeinspritzzeitpunktsteuerung
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Im Folgenden wird die Regelung, die durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts des Kraftstoffeinspritzventils 40 durchgeführt wird, beschrieben werden. In der vorliegenden Regelung ist der Zündzeitpunkt oder der MFB50 als der Index des Verbrennungszeitpunkts ausgewählt, und der Zündzeitpunkt oder der MFB50, der basierend auf der Wärmeabgaberate 200 erfasst wird, wird durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts des Kraftstoffeinspritzventils 40 gesteuert. 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerverarbeitung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts zeigt. Die Steuerverarbeitung, die aus 6 ersichtlich ist, wird einmal in einem Verbrennungszyklus durchgeführt. In S300 erhält die ECU 50 den Zylinderdruck von dem Erfassungssignal des CPS 42. In S302 berechnet die ECU 50 die Wärmeabgaberate aus der Gleichung (1). In S304 erfasst die ECU 50 den Zündzeitpunkt und den MFB50 basierend auf der Wärmeabgaberate. In S306 berechnet die ECU 50 den Sollzündzeitpunkt und den Soll-MFB50 basierend auf dem Maschinenbetriebszustand. In S308 bestimmt die ECU 50 die folgenden Bedingungen (1), (2) und wählt beliebig den Zündzeitpunkt oder den MFB50 als Sollverbrennungszustandsindex, wenn die Regelung durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts durchgeführt wird. (1) Der Maximalwert der Wärmeabgaberate 200 ist geringer als der Schwellwert 202. (2) Die Steigung der Wärmeabgaberate 200 ist geringer als der vorbestimmte Wert. In S310 berechnet die ECU 50 eine Korrekturmenge des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts für die Regelung wie zum Beispiel eine PI-Regelung. Die ECU 50 berechnet die Korrekturmenge basierend auf einer Abweichung zwischen dem Zündzeitpunkt oder dem MFB50, der von der Wärmeabgaberate in S304 erfasst wird, und in S308 als Verbrennungszustandsindex ausgewählt ist, und dem Sollwert, der in S306 berechnet wird. In S312 korrigiert die ECU 50 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt unter Verwendung der berechneten Korrekturmenge. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird durch das Durchführen eines Parallelschaltvorgangs des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts von jeder der Einspritzungen in der mehrstufigen Einspritzung korrigiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Zündzeitpunkt oder der MFB50 basierend auf vorbestimmten Bestimmungsbedingungen beliebig als der Index des Verbrennungszeitpunkts ausgewählt, der den Verbrennungszustand bezeichnet. In dem vorliegenden Vorgang wird der Zündzeitpunkt gewählt, wenn der Zündzeitpunkt mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann, und dabei wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt manipuliert, um die Regelung durch das Einstellen des Zündzeitpunkts als dem Index durchzuführen, dessen Erfassungsgenauigkeit höher als die des MFB50 ist. Alternativ wird der MFB50 gewählt, wenn der Zündzeitpunkt nicht mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann, und dabei wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt manipuliert, um die Regelung durch das Einstellen des MFB50 als dem Index durchzuführen. Somit kann eine Bedingung, in der die Regelung nicht durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts durchgeführt werden kann, da der Zündzeitpunkt nicht erfasst werden kann, vermieden werden. Wenn zusätzlich der Zündzeitpunkt in der Erfassungsgenauigkeit niedriger als der MFB50 ist, kann die Regelung ebenfalls vermieden werden, die durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts unter Verwendung des Zündzeitpunkts als dem Index durchgeführt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Zündzeitpunkt oder der MFB50 basierend auf den vorbestimmten Bestimmungsbedingungen beliebig ausgewählt. Daher kann die Regelung durch das Manipulieren des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
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Andere Ausführungsform
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Gemäß der Ausführungsform ist der Zündzeitpunkt oder der MFB50 als der Index des Verbrennungszeitpunkts eingestellt, der den Verbrennungszustand in dem Zylinder der Maschine bezeichnet. Alternativ kann zum Beispiel der Maximalwert der Wärmeabgaberate oder ein Endzeitpunkt der Verbrennung, der durch die Wärmeabgaberate erfasst wird, anstelle des Zündzeitpunkts als der Index des Verbrennungszeitpunkts verwendet werden. Anstelle des MFB50 kann ein anderer Wert als der Verbrennungszustandsindex verwendet werden. In diesem Fall kann der tatsächliche Verbrennungszustand basierend auf einem geeigneten Verbrennungszustandsindex als Sollverbrennungszustand gesteuert werden, der beliebig aus mehreren Verbrennungszustandsindizes gewählt wird, indem eine Bestimmung der vorbestimmten Bedingung durchgeführt wird.
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Gemäß der Ausführungsform werden der Zündzeitpunkt und der MFB50 als Verbrennungszustandsindizes verwendet, die den Verbrennungszustand in dem Zylinder der Maschine bezeichnen. Alternativ können drei oder mehr Indizes, die den Verbrennungszustand bezeichnen, für die Regelung verwendet werden. In diesem Fall kann ein Index aus drei oder mehr Indizes basierend auf dem vorbestimmten Bestimmungszustand ausgewählt werden.
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Die voranstehend beschriebenen Verarbeitungen wie zum Beispiel Berechnungen und Bestimmungen sind nicht darauf beschränkt, dass sie durch die ECU 50 ausgeführt werden. Die Steuerungseinheit kann verschiedene Strukturen einschließlich der als Beispiel gezeigten ECU 50 haben. In der Ausführungsform weist die ECU 50 das Steuerungsprogramm und -Funktionen als Verbrennungszustandsindexerfassungseinrichtung, Bestimmungseinrichtung und Steuerungseinrichtung auf. Alternativ kann zumindest ein Teil der Funktion der Einrichtung mit einer Hardware erzeugt werden, die eine Schaltkreisstruktur aufweist.
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Die Funktionen der Einrichtungen können unter Verwendung einer Hardwareressource erzeugt werden, die Funktionen aufweist, die durch ihre Schaltkreisstruktur bestimmt sind, eine Hardwareressource, die Funktionen aufweist, die durch ein Programm bestimmt sind, oder Kombinationen der zwei Hardwareressourcen erzeugt werden. Die Funktionen der Einrichtungen sind nicht darauf beschränkt, dass sie unter Verwendung von Hardwareressourcen erzeugt werden, die physisch voneinander unterschiedlich sind. Die voranstehend beschriebenen Verarbeitungen wie zum Beispiel Berechnungen und Bestimmungen können durch eine beliebige oder durch beliebige Kombinationen von Software, einem elektrischen Schaltkreis, einer mechanischen Vorrichtung und Ähnlichem durchgeführt werden. Die Software kann in einem Speichermedium gespeichert werden und kann über eine Übertragungsvorrichtung wie zum Beispiel eine Netzwerkvorrichtung übertragen werden. Der elektrische Schaltkreis kann ein integrierter Schaltkreis sein, und kann ein diskreter Schaltkreis wie zum Beispiel eine Hardwarelogik, die mit elektrischen oder elektronischen Elementen konfiguriert ist oder Ähnliches sein. Die Elemente, die die voranstehend beschriebenen Verarbeitungen erzeugen, können diskrete Elemente sein und teilweise oder insgesamt integriert sein.
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Es sollte erkannt werden, dass, während die Verarbeitungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin als bestimmte Folge von Stufen beschrieben wurde, weitere alternative Ausführungsformen mit verschiedenen anderen Folgen dieser Stufen und/oder zusätzlichen Schritten, die hierin nicht offenbart sind, innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen können. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern auf verschiedene Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs anwendbar, der nicht von dem Bereich der anhängenden Ansprüche abweicht. Verschiedene Modifikationen und Änderungen können unterschiedlich zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.
