DE102009016980A1

DE102009016980A1 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009016980A1
Application number: DE102009016980A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Enoki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-06-24
Also published as: JP2010138799A

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (101) beinhaltet einen Kraftstoffeinspritzteil (107), einen variablen Einlassventiltimingmechanismus (121), der ein verzögertes Einlassventilschließen durchführt, und einen Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteil (112), der eine Kraftstoffeinspritzmenge einstellt. Eine Kraftstoffeinspritzmenge wird basierend auf einem Direkteinspritzverhältnis α, das den Prozentsatz von in den Verbrennungsmotor (101) eingespritzten Kraftstoff, der zur Verbrennung beiträgt, anzeigt, einem Abtragverhältnis β, das den Prozentsatz von auf einer Zylinderinnenwandoberfläche des Verbrennungsmotors (101) abgeschiedenen Kraftstoff, der verdampft und zur Verbrennung beiträgt, anzeigt, und einem Spritzverhältnis γ, das den Prozentsatz von Kraftstoff innerhalb des Zylinders, der aufgrund des verzögerten Einlassventilschließens zur Einlassseite zurückspritzt, anzeigt, korrigiert. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann die Steuergenauigkeit einer Kraftstoffeinspritzmenge in einem Übergangs-Betrieb verbessern, selbst wenn das Einlassventilschließen verzögert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die ein verzögertes Einlassventilschließen unter Verwendung eines variablen Einlassventiltiming-Mechanismus steuert.
Bei einem Verbrennungsmotor, der eine Leistungsabgabe durch Adjustieren eines Einlassluftstromes unter Verwendung einer Drosselklappe steuert, wird ein Innendruck des Einlasstrakts negativ. Dies führt zu einem Pumpverlust und die Kraftstoffeffizienz wird beeinträchtigt. Um eine solche Unannehmlichkeit zu vermeiden, gibt es einen Verbrennungsmotor mit Miller-Zyklus von einem Typ mit variablem Einlassventiltiming, der konfiguriert ist, das Einlassventil offen zu lassen, selbst wenn sich der Kolben aufwärts bewegt, so dass ein Drosselverlust vermindert wird, indem in den Zylinder aufgenommene Luft zum Einlasstrakt rückgeführt wird, um den Innendruck des Einlasstrakts zu erhöhen.
Zusätzlich zu einer Verringerung beim Drosselverlust der Drosselklappe ist der Miller-Zyklus-Verbrennungsmotor in der Lage, eine bessere thermische Effizienz zu erzielen, aufgrund seiner Fähigkeit, ein Expansionsverhältnis sicherzustellen, indem ein effektives Kompressionsverhältnis vermindert wird. Die Ladungseffizienz wird durch eine variable Einlassventiltimingsteuerung sichergestellt, unter der ein Pumpverlust durch Steuern des Schließens des Einlassventils vermindert wird, so dass es bei niedriger Last verzögert ist, und durch Rückführen der Ventilschließzeit des Einlassventils vom verzögerten Schließen zum unteren Einlasstotpunkt, bei einer hohen Last.
Allgemein ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Ansaugkanal-Einspritztyp, der Kraftstoff in die Ansaugstutzen einspritzt, ausgedehnt verwendet worden. Jedoch steigt die Verwendung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Zylinder-Einspritztyp, die Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzt, jüngst an.
Weil die Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Zylinder-Einspritztyp die Innenseite der Zylinder mit Kraftstoff spülen kann, tritt kaum Klopfen auf. Es ist daher möglicht, die thermische Effizienz durch Steigern des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors zu verbessern. Es ist bekannt, dass ein Verbrennungsmotor mit besserer Kraftstoffeffizienz durch Kombinieren des Miller-Zyklus-Verbrennungsmotors vom variablen Einlassventiltimingtyp und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Zylinder-Einspritztyp erreicht werden kann.
Übrigens ist es im Fall des Miller-Zyklus-Verbrennungsmotors vom variablen Einlassventiltimingtyp unvermeidlich, dass in die Zylinder eingespritzter Kraftstoff im Kompressionshub, während welchem sich der Kolben aufwärts bewegt, wegen einer Verzögerung im Schließzeitverlauf des Einlassventils zurück in die Ansaugstutzen spritzt. Dementsprechend kann sich ein Luft-Kraftstoffverhältnis innerhalb der Zylinder möglicherweise vom Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis unterscheiden. Insbesondere in einem Übergangszustand, bei dem die Geschwindigkeit gesteigert oder gesenkt wird, tritt aufgrund des Niederschlagens von Kraftstoff eine Kraftstoffantwortverzögerung auf, während eine zurückgespritzte Kraftstoffmenge mit einer Änderung des Ventilschließtimings des Einlassventils von Zeit zu Zeit variiert. Der Miller-Zyklus-Verbrennungsmotor dieser Art hat daher das Problem, dass ein Luft-Kraftstoffverhältnis innerhalb der Zylinder sich oft vom Ziel-Kraftstoffluftverhältnis unterscheidet.
Um dieses Problem zu lösen, schlägt beispielsweise JP-A-2004-52551 einen Typ vor, der das Einspritztiming durch Erhöhen eines Kraftstoffeinspritzdrucks, wenn das Einlassventilschließen verzögert wird, vorstellt, und JP-A-2007-40212 offenbart einen Typ, der eine Menge von zu den Ansaugstutzen zurückgespritzten Kraftstoff abschätzt.
Die obige JP-A-2004-52551 erwägt jedoch nicht eine durch Niederschlagen von Kraftstoff verursachte Kraftstoffreaktionsverzögerung. Die obige JP-A-2007-40212 beschreibt hauptsächlich eine zurückgespritzte Kraftstoffmenge in Relation zum Zylindereinspritztiming und scheitert daran, irgendeine konkrete Lösung für das Spritzen zum Einlassventilschließtiming vorzustellen, was bei der verzögerten Einlassventilschließsteuerung zu einem Problem führt. Weiterhin ist es, weil das Spritzen mengenmäßig gemessen wird, schwierig, einen Parameter in einer tatsächlichen Vorrichtung anzupassen. Insbesondere ist es schwierig, die Steuergenauigkeit eines Luft-Kraftstoffverhältnisses während des Übergangsbetriebs zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist gemacht worden, um die oben diskutierten Probleme zu lösen und hat als Aufgabe die Bereitstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Verbrennungsmotors, die in der Lage ist, die Steuergenauigkeit einer Kraftstoffeinspritzmenge während eines Übergangs-Betriebs zu verbessern, selbst wenn das Einlassventilschließen in einem Verbrennungsmotor, der die verzögerte Einlassventilschließsteuerung unter Verwendung des variablen Einlassventiltimingmechanismus durchführt, verzögert wird.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet: einen Kraftstoffeinspritzteil, der einem Verbrennungsmotor Kraftstoff zuführt; einen variablen Einlassventiltimingmechanismus, der auf einer Einlassseite des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und ein verzögertes Einlassventilschließen durchführt, mit dem das Ventilschließtiming des Einlassventils gegenüber einem unteren Einlasstotpunkt zu einer Verzögerungsseite hin eingestellt wird, und einem Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteil, der eine Kraftstoffeinspritzmenge aus dem Kraftstoffeinspritzteil anhand einer Einlassluftstrommenge einstellt. Der Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteil korrigiert die Kraftstoffeinspritzmenge auf Basis eines direkten Einspritzverhältnisses α, das einen Prozentsatz von in den Verbrennungsmotor eingespritzten Kraftstoff anzeigt, der zur Verbrennung beiträgt, ein Übertragsverhältnis β, das einen Prozentsatz an Kraftstoff anzeigt, der auf einer Zylinderinnenwandoberfläche des Verbrennungsmotors abgelagert ist, der verdampft und zur Verbrennung beiträgt, und ein Spritzverhältnis γ, das einen Prozentsatz von Kraftstoff innerhalb des Zylinders des Verbrennungsmotors anzeigt, der aufgrund des verzögerten Einlassventilschließens zur Einlassseite zurückspritzt.
Gemäß der Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzmenge durch Berechnung korrigiert, indem ein durch Kraftstoffabscheidung verursachter Kraftstoffantwortverzug, und ebenso Kraftstoff, der aufgrund des verzögerten Einlassventilschließens zurückspritzt, berücksichtigt wird. Dementsprechend wird es selbst in einem transienten Betriebszustand, bei dem die Geschwindigkeit erhöht oder verringert wird, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor kalt ist, möglich, ein Luft-Kraftstoffverhältnis so zu steuern, dass es bei einem hohen Genauigkeitsgrad auf dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis liegt, anhand von Berechnungen eines einfachen Modells. Eine Verschlechterung von Abgasen und Fahrbarkeit können somit verhindert werden.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, welche schematisch die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die zum Beschreiben einer Beziehung von Einlassventilöffnungstiming und Kolbenposition des Verbrennungsmotors gemäß der Ausführungsform verwendet wird;
3 ist eine Ansicht, die verwendet wird, um das Kraftstoffverhalten in jedem Abschnitt von 2 zu beschreiben;
4 ist eine Ansicht, die verwendet wird, um ein Modell des Kraftstoffverhaltens zu beschreiben, wenn ein Spritzen berücksichtigt wird;
5 ist ein Flussdiagramm einer Ziel-Einspritzmengen-Berechnungsroutine gemäß der Ausführungsform;
6 ist ein Flussdiagramm einer Ablagerungs- und Spritzkorrektur-Berechnungsroutine gemäß der Ausführungsform;
7 ist ein Flussdiagramm einer Ziel-Einlassventilvorstellmengen-Berechnungsroutine gemäß der Ausführungsform;
8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines angepassten Wertes eines Direkteinspritzverhältnisses α gemäß der Ausführungsform zeigt;
9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines angepassten Wertes eines Abtragverhältnisses β gemäß der Ausführungsform zeigt;
10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines passenden Ventils eines Basis-Spritzverhältnisses γ0 gemäß der Ausführungsform zeigt;
11 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines angepassten Wertes eines Spritzverhältnisses und Drehzahlkorrektur γ_NE gemäß der Ausführungsform zeigt; und
12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verzugsgrenzwertes θ_RL zum Einlassventilschließtiming gemäß der Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Unter Bezugnahme auf 1 sind ein Einlasstrakt 105 und ein Auslasstrakt 108 mit einem Verbrennungsmotor 101 gekoppelt. Für die Verbrennung notwendige und durch den Luftfilter 102 gereinigte Luft wird in die entsprechenden Zylinder des Verbrennungsmotors 101 durch Passieren einer Drosselklappe 103 über den Einlasstrakt 105 aufgenommen. Hierbei wird ein Einlassluftstrom Qa unter Verwendung der Drosselklappe 103 und gemessen durch einen Luftstromsensor 106 eingestellt. Die Öffnung der Drosselklappe 103 wird durch einen Drosselöffnungssensor 117 detektiert.
Derweil wird Kraftstoff über ein entsprechendes Kraftstoffeinspritzventil 107 in jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 101 mittels einer Antriebsschaltung 122 in einer Verbrennungsmotorsteuereinheit 112 eingespritzt. Eine Zündspule 126 liefert eine Hochspannung an die Zündkerze 127, so dass das Luft-Kraftstoffgemisch funkengezündet wird.
Ein variabler Einlassventiltimingmechanismus 121 wird hydraulisch betätigt und ist in der Lage, das Öffnen- und Schließen-Timing jedes Einlassventils 121A durch Ändern der relativen Phase einer Einlasstimingscheibe und einer Einlassnockenwelle zu ändern. Das Einlassventil 121 wird daher mit einen Öffnen- und Schließen-Timing gesteuert, das zum Betriebszustand passt. In einem Fall, bei dem der Hydraulikdruck für einen Betrieb beim Starten oder bei einer niedrigen Geschwindigkeit unzureichend ist, wird es mittels einer Feder auf der maximalen Verzugsposition fixiert.
Eine Niederdruckpumpe 123 saugt innerhalb des Kraftstofftanks Kraftstoff ein und überträgt den Kraftstoff an eine Hochdruckpumpe 124. Die Hochdruckpumpe 124 wird durch einen Stößel unter Druck gesetzt, der mittels einer an einer Einlassnockenwelle angeordneten Nocke hin und her bewegt angetrieben wird und einen Hochdruckkraftstoff an die Injektoren 107 liefert. Ein Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffverteilers wird durch einen Kraftstoffdrucksensor 125 detektiert und eine Menge an Antrieb der Hochdruckpumpe 124 wird so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck auf dem Zielkraftstoffdruck bleibt.
In die entsprechenden Zylinder des Verbrennungsmotors 101 eingelassene Luft und Kraftstoff machen einen Verbrennungshub mit und werden als Abgas in den Abgasstrang 108 eingeführt. Der Abgasstrang 108 ist mit einem katalytischen Konverter 109 ausgestattet, der einen Dreiwege-Katalysator trägt, der Redox von HC, CO und NOx im Abgas gleichzeitig beschleunigt. Ein linearer Luft-Kraftstoffverhältnissensor 110 ist stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators vorgesehen. Dieser Sensor ist ein Sensor, der ein Luft-Kraftstoffverhältnis linear auf Basis einer Sauerstoffkonzentration des Abgases detektiert. Ein linearer Lambda-Sensor 111 ist stromab des Dreiwege-Katalysators vorgesehen. Dieser Sensor ist ein Sensor, der ein Luft-Kraftstoffverhältnis eines Abgases detektiert, nachdem es durch den Dreiwege-Katalysator gereinigt worden ist, aus der Grund, dass eine Ausgabe bei einem idealen Luft-Kraftstoffverhältnis abrupt variiert und bei einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis eine niedrige Spannung angezeigt wird, während eine hohe Spannung bei einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis angezeigt wird.
Die ECU (Verbrennungsmotor-Steuereinheit) 112 beinhaltet eine CPU (Zentraleinheit) 113, einen ROM (Lesespeicher) 114, einen RAM (wahlfreier Zugriffspeicher) 115, eine Eingabe- und Ausgabe-Schnittstelle 116 und die Antriebsschaltung 122.
Ein Kurbelwinkelsensor 120 gibt einen Impuls entsprechend einer Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors aus. Ein Wassertemperatursensor 119 detektiert die Temperatur von Kühlwasser des Verbrennungsmotors. Ein Drosselöffnungssensor 117 detektiert eine Drosselöffnung θ. Der lineare Luft- Kraftstoffverhältnissensor 110 detektiert ein Luft-Kraftstoffverhältnis stromaufwärts des Dreiwege-Katalysators. Der lineare Lambda-Sensor 111 detektiert ein Luft-Kraftstoffverhältnis auf der stromabwärtigen Seite des Dreiwege-Katalysators. Ausgaben dieser verschiedenen Sensoren werden aus einer analogen Form in eine Digitalform umgewandelt und über Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 116 der ECU 112 an die CPU 113 eingegeben. Die CPU 113 führt Berechnungen zur Steuerung des Verbrennungsmotors 111 durch.
Nunmehr wird ein Kraftstoffverhalten im Falle eines verzögerten Einlassventilschließens unter Verwendung von 2 und 3 beschrieben. 2 zeigt eine Beziehung des Einlassventilöffnungstimings und der Kolbenposition. 3 zeigt Kraftstoffverhalten in einem Fall, bei dem das Einlassventilschließen nicht verzögert ist und in einem Fall, bei dem das Einlassventilschließen in jedem der Abschnitte A, B und C von 2 verzögert ist. Für eine einfache Beschreibung wird der Zeitraum in den Abschnitt A, in welchem die Zylindereinspritzung durchgeführt wird, den Abschnitt B vom Ende der Zylindereinspritzung bis zum unteren Einlasstotpunkt und den Abschnitt C vom unteren Einlasstotpunkt zur ersten Hälfte des Kompressionshubs unterteilt.
Allgemein wird, um die Ladungseffizienz unter Verwendung eines dynamischen Effekts der Einlassluft zu steigern, das Einlassventilschließtiming etwas später als der untere Einlasstotpunkt eingestellt, ebenfalls beim Verbrennungsmotor im Stand der Technik, bei dem das Einlassventilschließen nicht verzögert ist. Währenddessen wird beim Verbrennungsmotor, der auf eine Reduktion eines Pumpverlustes und eines hohen Expansionsverhältnisses durch verzögertes Einlassventilschließen abzielt, das Einlassventil geschlossen, wenn der Kolben etwa den halben Hub passiert hat. Dies verursacht das Rückspritzen einer beachtlichen Kraftstoffmenge an die Einlassöffnungen (zum Einlasstrakt 105) im Abschnitt C. Der Einfluss des Spritzens auf ein Luft-Kraftstoffverhältnis, ist im Verbrennungsmotor vernachlässigbar klein gewesen. Jedoch ist dieser Einfluss bei einem Verbrennungsmotor nicht mehr vernachlässigbar, der dafür konfiguriert ist, aktiv den Vorteil eines verzögerten Einlassventilschließens mit sich zu bringen.
Ein Teil des im Abschnitt A injizierten Kraftstoffes verdampft und der Rest schlägt sich auf den Kolben und dergleichen nieder. Insbesondere wenn der Verbrennungsmotor kalt ist, verdampft der Kraftstoff schlecht und die Menge an Niederschlägen steigt. Ein Teil des abgelagerten Kraftstoffes verdampft aufgrund einer von den Kolben und Luft innerhalb der Zylinder aufgenommenen Wärme. Beim Verbrennungsmotor im Stand der Technik, bei dem das Einlassventilschließen nicht verzögert ist, spritzt von einer Einspritzmenge in ein Gas verwandelter Kraftstoff und aus dem niedergeschlagenen Kraftstoff verdampfter Kraftstoff nicht zurück zu den Einlassöffnungen. Daher kann ein solcher Kraftstoff im Stand der Technik durch eine Kraftstoffabscheidungskorrektur berücksichtigt werden. Die Kraftstoffabscheidungskorrektur im Stand der Technik, auf die hier Bezug genommen wird, bedeutet eine Korrektur, um einzustellen: Spritzverhältnis γ = 0 (siehe 3), wie unten beschrieben wird.
Im Gegensatz dazu ist bei einem Verbrennungsmotor, bei dem das Einlassventilschließen verzögert ist, eine Gesamtmenge von aus einer Einspritzmenge in Gas verwandeltem Kraftstoff, aus dem abgeschiedenen Kraftstoff verdampftem Kraftstoff, und beim letzten Mal zurückgespritztem und wieder in die Zylinder aufgenommenem Kraftstoff der Kraftstoff, bevor das Spritzen stattfindet. Ein Teil dieses Kraftstoffs spritzt zu den Ansaugstutzen zurück, wenn sich die Kolben aufwärts bewegen. Weil der meiste zurückgespritzte Kraftstoffs in den Ansaugstutzen der entsprechenden Zylinder akkumuliert, wird er im nachfolgenden Einlasshub wieder in die Zylinder aufgenommen (siehe 3).
Aufgrund der Anwesenheit der oben beschriebenen Dynamik ist es notwendig, eine dynamische Kompensation durch das Berechnen von Kraftstoffverhaltensmodellen zum Abscheiden und Spritzen sukzessive durchzuführen, um am Zielventil ein Luft-Kraftstoffverhältnis während des transienten Betriebs aufrecht zu erhalten.
4 zeigt ein Kraftstoffverhaltensmodell von abgeschiedenem Kraftstoff, bei dem das Spritzen berücksichtigt wird. Vom durch die Injektoren injizierten Kraftstoffbetrag Qf(k) sei α·Qf eine Menge an Kraftstoff, die sich innerhalb der Zylinder in Gas verwandelt hat. Dann scheidet sich die verbleibende Kraftstoffmenge (1 – α)·Qf(k) an den Kolben und dergleichen ab. Es sei Qw eine Kraftstoffmenge, die sich an den Kolben und dergleichen niedergeschlagen hat, so dass dann eine aus dem abgeschiedenen Kraftstoff verdampfte Kraftstoffmenge β·Qw(k – 1) ist. Es sei Qr die Menge an zurückgespritztem Kraftstoff, worauf dann die Gesamtmenge an Kraftstoff innerhalb der Zylinder, Qin, bevor das Spritzen stattfindet, eine Summe der Kraftstoffmenge, die innerhalb der Zylinder aus der Einspritzmenge in Gas verwandelt wird, eine von dem abgeschiedenen Kraftstoff verdampfte Kraftstoffmenge, und eine Menge an zurückgespritztem Kraftstoff ist.
Nachfolgend bezeichnen α, β, γ, k und k – 1 die folgenden numerischen Werte:

α: ist ein Direkteinspritzverhältnis (welches den Prozentsatz an Kraftstoffeinspritzmenge anzeigt, die sich innerhalb der Zylinder in Gas verwandelt hat);
β: ist ein Abtragverhältnis (welches den Prozentsatz einer abgeschiedenen Kraftstoffmenge anzeigt, welche in die Zylinder verdampft ist);
γ: ist ein Spritzverhältnis (welches den Prozentsatz einer Kraftstoffmenge innerhalb der Zylinder anzeigt, die zu den Ansaugstutzen zurückgespritzt ist);
k: ist ein derzeitiger Einlasshub; und
k – 1: ist ein voriger Einlasshub.

Wenn die oben beschriebene Relation durch ein mathematisches Modell ausgedrückt wird, werden die Gleichungen (1) bis (4) untenstehend erhalten. Dementsprechend wird für eine Kraftstoffmenge innerhalb der Zylinder, um eine erforderliche Einspritzmenge Qcy zu erzielen, die Kraftstoffeinspritzmenge Qf im Rückblick gemäß Gleichungen (1) und (2) unten berechnet und die Menge wird anhand der Gleichung (5) unten gefunden. Qin(k) = α·Qf(k) + β·Qw(k – 1) + Qr(k – 1) (1) Qcy(k) = (1 – γ)·Qin(k) (2) Qw(k) = (1 – α)·Qf(k) + (1 – β)·Qw(k – 1) (3) Qr(k) = γ(Qin(k) (4)
wobei:

Q_cy: eine erforderliche Einspritzmenge (mcc) ist;
Q_f: eine Zieleinspritzmenge (mcc) ist;
Q_in: eine Gesamtkraftstoffmenge innerhalb der Zylinder vor dem Spritzen ist (mcc);
Q_w: eine auf Wandungsoberflächen abgeschiedene Kraftstoffmenge ist (mcc);
Q_r: eine zurückgespritzte Kraftstoffmenge (mcc) ist;
α: ein Direkteinspritzverhältnis ist (welches den Prozentsatz einer Kraftstoffeinspritzmenge anzeigt, die sich innerhalb der Zylinder in Gas umgewandelt hat);
β: ein Abtragsverhältnis ist (welches den Prozentsatz einer abgeschiedene Kraftstoffmenge anzeigt, welche in die Zylinder verdampft ist);
γ: ein Spritzverhältnis ist (welches den Prozentsatz eine Kraftstoffmenge innerhalb der Zylinder anzeigt, welche zu den Ansaugstutzen zurückgespritzt ist);
k: ein derzeitiger Einlasshub ist; und
k – 1: ein vorheriger Einlasshub ist.

Nachfolgend werden Berechnungen einer Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung der Flussdiagramme von 5 bis 7 beschrieben, wenn das Einlassventilschließen gemäß der Erfindung verzögert wird. Diese Flussdiagramme sind in einen Teil einer Hauptroutine der ECU 112 als eine Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteils inkorporiert, und werden zu einem gewissen Zeitpunkt oder synchron zu einem vorgegebenen Kurbelwinkel ausgeführt.
Das Flussdiagramm von 5 zeigt eine Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge. Anfangs wird die Ladungseffizienz in Schritt S101 berechnet und eine Basiseinspritzmenge Qf0 wird in Schritt S102 berechnet. Die Basiseinspritzmenge Qf0 wird als Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, mit der ein ideales Luft-Kraftstoffverhältnis erhalten wird, indem die Last-Effizienz mit einer vorgegebenen Umwandlungsverstärkung multipliziert wird. Die Ladungseffizienz wird aus dem Einlassluftstrom Qa, der am Luftstromsensor 106 detektiert wird, und der Drehzahl des Verbrennungsmotors Ne berechnet. Sie gibt ein Verhältnis eines in die Zylinder geladenen Luftgewichts in Bezug auf ein Zylindervolumen (Bohrung mal Hub) an.
Danach werden in Schritt S103 verschiedene Korrekturen vorgenommen und es wird eine erforderliche Einspritzmenge Qcy, die benötigt wird, um ein Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis zu erreichen, berechnet. Beispiele verschiedener Korrekturen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf eine Wassertemperaturkorrektur zur Anreicherung, um Verbrennung bei einer niedrigen Wassertemperatur zu stabilisieren, eine Anreicherungskorrektur zur Anreicherung, um eine Abgabe zu verbessern oder einen Katalysator bei einer hohen Last zu schützen, eine F/B-Korrektur eines Luft-Kraftstoffverhältnisses mittels Rückkopplungssteuerung bezüglich eines Fehlers zwischen einer Ausgabe aus dem Luft-Kraftstoffverhältnissensor 110 und dem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis.
Nachfolgend wird in Schritt S104 die Ziel-Einspritzmenge Qf durch eine Abscheidungs- und Spritzkorrektur an einer Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, so dass eine Kraftstoffmenge innerhalb der Zylinder, wenn die Einlassventile geschlossen werden, gleich der erforderlichen Einspritzmenge Qcy wird, indem dynamische Vorgänge, wie etwa Abscheidung und Spritzen, berücksichtigt werden. Die Abscheidungs- und Spritzkorrektur wird unten detailliert beschrieben.
Schließlich wird in Schritt S107 die Ziel-Einspritzmenge Qf in eine Einspritzimpulsbreite Tw umgewandelt. Die Einspritzimpulsbreite Tw wird durch Teilen der Ziel-Einspritzmenge Qf durch eine Injektorverstärkung (Einheit: mcc/ms) und Addieren einer Totzeit zum Quotienten berechnet. Die ECU 112 betreibt die Injektoren anhand der so berechneten Einspritzimpulsbreite Tw. Damit kann Kraftstoff in der gewünschten Menge in die Zylinder eingespritzt werden.
Nachfolgend wird die Abscheidungs- und Spritzkorrekturberechnung detailliert anhand des Flussdiagramms von 6 beschrieben. Anfänglich werden in Schritt S201 Abbildungen des direkten Einspritzverhältnisses α und des Abtragsverhältnisses β aus vorab im Speicher der ECU 112 gespeicherten Kennfeldern auf Basis der Wassertemperatur und der Ladungseffizienz extrahiert. Beispielsweise, wie in 8 und 9 gezeigt, werden die Abbildungen des direkten Einspritzverhältnisses α und des Abtragsverhältnisses β so eingestellt, dass das Verhältnis bei Wassertemperaturabfall und Sinken der Ladungseffizienz kleiner wird.
Nachfolgend wird in Schritt S202 das Spritzverhältnis γ anhand Gleichung (6) berechnet: γ = γ0 × γNE (6)
Grundlegend tritt das Kraftstoffspritzen zu den Ansaugstutzen auf, weil die Einlassventile offen gelassen werden, wenn sich die Kolben aufwärts bewegen. Dementsprechend tritt ein Spritzen öfter auf, wenn das Einlassventilschließtiming zu einem späteren Zeitpunkt hin verzögert wird. Daher wird das Kennfeld des Basis-Spritzverhältnisses γ0 aus den vorab im Speicher der ECU 112 auf Basis des Einlassventilschließtimings gespeicherten Kennfeldern extrahiert. Das Basis-Spritzverhältnis γ0-Kennfeld wird, wie beispielsweise in 10 gezeigt, in einer solche Weise eingestellt, dass das Spritzen in der Umgebung des unteren Einlasstotpunkts kleiner wird und das Spritzen größer wird, wenn das Einlassventilschließtiming zu einem späteren Zeitpunkt hin verzögert wird. Auch wird, weil das Spritzen durch den von der Drehzahl abhängigen Einlassdynamikeffekt unterdrückt wird, das Basis-Spritzverhältnis γ0 mit einer Spritzverhältnis- und Drehzahlkorrektur γ_NE korrigiert, wie beispielsweise in 11 gezeigt.
Danach wird die sich auf Abscheidung und Spritzen beziehende Korrekturberechnung, wie unter Verwendung von 4 oben beschrieben, ausgeführt. In Schritt S203 wird die Ziel-Einspritzmenge Qf zuerst aus der erforderlichen Einspritzmenge Qcy anhand der unten stehenden Gleichung (7) berechnet. Es ist notwendig, die Gleichungen unten für jeden Zylinder zu berechnen und der vorhergehende Wert jeden Zylinders wird im Speicher gesichert.
wobei Q_w(k – 1) und Q_r(k – 1) zuvor abgeschiedene Kraftstoffmenge bzw. zuvor zurückgespritzte Kraftstoffmenge sind. Sie werden in den Schritten S204 bzw. S205 berechnet und im Speicher gesichert.
Nachfolgend wird in Schritt S204 die Wandoberflächenabscheidungsmenge Q_w anhand von Gleichung (8) berechnet: Qw(k) = (1 – α)·Qf(k) + (1 – β)·Qw(k – 1) (8)
Schließlich wird in Schritt S205 die Rückspritzkraftstoffmenge Q_r anhand der Gleichungen (9) und (10) unten berechnet. Der Fluss kehrt dann zur Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsroutine zurück. Qr(k) = γ·Qin(k) (9) Qin(k) = α·Qf(k) + β·Qw(k – 1) + Qr(k – 1) (10)
Wie beschrieben wurde, wird es durch Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge unter Berücksichtigung der Dynamik von Kraftstoffabscheidung und -Spritzen möglich, ein Luft-Kraftstoffverhältnis während des transienten Betriebs mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu steuern. Somit können die Abgaswerte und die Fahrbarkeit verbessert werden. Darüber hinaus kann, weil das verzögerte Einlassventilschließen bei jedem Vorgang gesteuert werden kann, die praktische Kraftstoffeffizienz verbessert werden.
Zwischenzeitlich wird ein Ziel-Einlassventilvorstellbetrag anhand des Flussdiagramms von 7 berechnet. Anfänglich wird in Schritt S301 der grundlegende Vorstellbetrag θ0 aus dem Basis-Vorstellbetragskennfeld auf Basis der Drehzahl und der Ladungseffizienz berechnet. Hierin kennzeichnet, wie in 2 gezeigt, ”Vorstellen”, dass die Ventilöffnungsperiode auf dem Kurbelwinkel nach links bewegt wird, und Verzögerung (Nachstellen) zeigt an, dass die Ventilöffnung nach rechts bewegt wird. Der Vorstellbetrag wird in einem Relativwinkel gegenüber der maximalen Verzögerungsposition umgewandelt und in der Form eines Kennfelds gezeigt.
Nachfolgend wird in Schritt S302 der Verzögerungsgrenzwert θ_RL aus dem Verzögerungsgrenzkennfeld auf Basis der Wassertemperatur berechnet. Das Verzögerungsgrenzkennfeld wird beispielsweise wie in 12 gezeigt in einer solchen Weise eingestellt, dass die Verzögerung begrenzt wird, wenn die Wassertemperatur niedrig ist. Wenn die Wassertemperatur niedrig ist, ist es auch die Temperatur innerhalb der Zylinder einschließlich der Kolben. Unter diesen Umständen verdampft Kraftstoff schlecht und eine Luft-Kraftstoffmischung innerhalb der Zylinder wird leicht inhomogen. Das aus dem verzögerten Einlassventilschließen resultierende Kraftstoffspritzverhältnis variiert daher leicht. Folglich variiert ein Luft-Kraftstoffverhältnis, was die Fahrbarkeit möglicherweise beeinträchtigt. Um solch eine Unbequemlichkeit zu eliminieren, wird das Einlassventilschließtiming so beschränkt, dass es die Genauigkeit der Luft-Kraftstoffsteuerung aufrechterhält, wenn die Wassertemperatur niedrig ist.
Schließlich wird der Zielvorstellbetrag θtgt in Schritt S303 auf Basis des grundlegenden Vorstellbetrags θ0 und des Verzögerungsgrenzwerts θ_RL berechnet.
Die obige Ausführungsform beschrieb den Verbrennungsmotor vom Zylindereinspritztyp beispielhaft. Es sollte jedoch gesehen werden, dass die obigen Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsgleichungen direkt auf den Verbrennungsmotor vom Ansaugstutzeneinspritztyp angewendet werden können, weil es nur einen einzigen Unterschied dahingehend gibt, ob sich Kraftstoff innerhalb der Zylinder oder an den Ansaugstutzen niederschlägt. Es ist daher möglich, eine zufriedenstellende Genauigkeit auch bei der Luft-Kraftstoffverhältnissteuerung bei diesem Typ zu erzielen.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden für Fachleute ersichtlich, ohne vom Schutzumfang und Geiste dieser Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass sie nicht auf die hier dargestellte illustrative Ausführungsform beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-52551 A [0007, 0008]
- JP 2007-40212 A [0007, 0008]

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen Kraftstoffeinspritzteil (107), der einen Verbrennungsmotor (101) mit Kraftstoff versorgt; einen variablen Einlassventiltimingmechanismus (121), der auf einer Einlassseite des Verbrennungsmotors (101) vorgesehen ist und ein verzögertes Schließen des Einlassventils (121A) durchführt, mit dem das Verschließtiming eines Einlassventils (121A) gegenüber einem unteren Einlasstotpunkt zu einer Verzögerungsseite verstellt wird; und einen Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteil (112), der eine Kraftstoffeinspritzmenge aus dem Kraftstoffeinspritzteil (107) gemäß einer Einlassluftstrommenge einstellt, wobei der Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteil (112) die Kraftstoffeinspritzmenge auf Basis des Nachfolgenden korrigiert: ein Direkteinspritzverhältnis α, das einen Prozentsatz von Kraftstoff anzeigt, der in den Verbrennungsmotor (101) eingespritzt wird, der zur Verbrennung beiträgt; ein Abtragverhältnis β, das einen Prozentsatz von auf einer Zylinderinnenwandoberfläche des Verbrennungsmotors (101) abgeschiedenen Kraftstoffs anzeigt, der verdampft und zur Verbrennung beiträgt; und ein Spritzverhältnis γ, das einen Prozentsatz von Kraftstoff innerhalb des Zylinders des Verbrennungsmotors (101) anzeigt, der aufgrund des verzögerten Einlassventilschließens zur Einlassseite zurückspritzt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei: das Spritzverhältnis γ gemäß dem Schließtiming des Einlassventils (121a) eingestellt wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: das Spritzverhältnis γ gemäß einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (101) korrigiert ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: ein Verzögerungsbetrag des Schließtimings des Einlassventils (121) anhand einer Wassertemperatur des Verbrennungsmotors (101) beschränkt ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Kraftstoffeinspritzmengeneinstellteil (112) eine Ziel-Einspritzmenge Q_f anhand der Gleichungen unten berechnet:
Qw(k) = (1 – α)·Qf(k) + (1 – β)·Qw(k – 1) Qr(k) = y·Qin(k) Qin(k) = α·Qf(k) + β·Qw(k – 1) + Qr(k – 1)wobei: Q_cy eine erforderliche Einspritzmenge (mcc) ist; Q_f eine Zieleinspritzmenge (mcc) ist; Q_in eine Gesamtkraftstoffmenge innerhalb der Zylinder vor dem Spritzen ist (mcc); Q_w eine auf Wandungsoberflächen abgeschiedene Kraftstoffmenge ist (mcc); Q_r eine zurückgespritzte Kraftstoffmenge (mcc) ist; α ein Direkteinspritzverhältnis ist (welches den Prozentsatz einer Kraftstoffeinspritzmenge anzeigt, die sich innerhalb der Zylinder in Gas umgewandelt hat); β ein Abtragsverhältnis ist (welches den Prozentsatz einer abgeschiedene Kraftstoffmenge anzeigt, welche in die Zylinder verdampft ist); γ ein Spritzverhältnis ist (welches den Prozentsatz eine Kraftstoffmenge innerhalb der Zylinder anzeigt, welche zu den Ansaugstutzen zurückgespritzt ist); k ein derzeitiger Einlasshub ist; und k – 1 ein vorheriger Einlasshub ist.