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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung bzw. eine Steuervorrichtung
zur Kraftstoffeinspritzung, welche einen Einspritzzeitpunkt einer
Einspritzdüse in der Weise steuert, dass ein Verbrennungszeitpunkt
einer internen Verbrennung mit einem Zielverbrennungszeitpunkt übereinstimmt.
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Es
ist eine Technologie entwickelt worden, bei welcher EGR(Abgasrückführung)-Gas
in einem Zylinder eingebracht wird, um NOx zu reduzieren. Wenn diese
Technologie bei einem Diesel-Verbrennungsmotor mit einem niedrigen
Verdichtungsverhältnis angewendet wird, ist eine Zylindertemperatur niedrig
und ein Kraftstoff wird in einem Zustand verbrannt, in dem eine
große Menge EGR-Gas in den Zylinder eingebracht wird. Daher
wird ein Verbrennungszeitpunkt des Kraftstoffs aufgrund einer Veränderung
der Umgebungsbedingungen, wie z. B. einer Einlass-Lufttemperatur
und dem Umgebungsdruck oder einer Veränderung der Kraftstoffeigenschaft, leicht
verändert. Wenn der Verbrennungszeitpunkt so verändert
wird, dass er vom Zielverbrennungszeitpunkt abweicht, erhöhen
sich Verbrennungsgeräusch und Emission.
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Zum
Beispiel stellen die
JP-11-125141
A und die
JP-2000-100559
A bezüglich eines Diesel-Verbrennungsmotors dar,
dass ein Verbrennungszustand in einem Zylinder von Ausgangssignalen
eines Verbrennungsdrucksensors erfasst wird und ein Verbrennungszeitpunkt
derart gesteuert wird, dass der erfasste Verbrennungszeitpunkt mit
einem Zielverbrennungszeitpunkt übereinstimmt. Falls eine
Verbrennungszeitpunkt-Steuerung so durchgeführt wird, dass
der Verbrennungszeitpunkt mit dem Zielverbrennungszeitpunkt übereinstimmt,
ist es wünschenswert, dass ein Steuerparameter erstellt
wird, um die Steuergröße so zu berechnen, dass
eine Ansprechempfindlichkeit des Verbrennungszeitpunkts verbessert
wird, d. h., der Verbrennungszeitpunkt mit dem Zielverbrennungszeitpunkt
so schnell wie möglich übereinstimmt.
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Die
Verbrennung wird jedoch aufgrund von Störungen unregelmäßig
bzw. instabil, wodurch sich eine Turboauflandung verzögert
oder die Einlass-Lufttemperatur vermindert wird. In solch einem Motor-Fahrzustand
bzw. -Betriebszustand, in dem die Verbrennung instabil wird, kann
ein Verbrennungszeitpunkt-Steuersystem instabil werden, selbst wenn
ein Steuerparameter erstellt wird, um zur Stabilitätsverbesserung
der Ansprechempfindlichkeit der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung
durch Steuern des Einspritzzeitpunkts beizutragen. Wenn das Verbrennungszeitpunkt-Steuersystem
instabil wird, nähert sich der Verbrennungszeitpunkt nicht
dem Zielverbrennungszeitpunkt an. Die Verbrennungszeitpunkte können
voneinander abweichen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obenstehenden Probleme
erstellt, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
eine Steuerung zur Kraftstoffeinspritzung vorzusehen, welche einen
Betriebsstabilitätszustand eines Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
aufrechterhalten kann und eine Ansprechempfindlichkeit einer Verbrennungszeitpunktsteuerung
verbessern kann.
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Wenn
eine physikalische Größe mit einer Korrelation
zu einer Betriebsstabilitätstoleranz (engl. internal stability
allowance) eines Krafstoff- bzw. Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
verändert wird, wird eine Betriebsstabilitätstoleranz
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems klein oder groß.
Die Betriebsstabilität ist dabei ein Fachausdruck der Steuerungstechnik,
wobei die Betriebsstabilitätstoleranz für eine
Verstärkungs- bzw. Anstiegsstoleranz (gain allowance) oder
eine Phasentoleranz steht. Wenn die Anstiegstoleranz oder die Phasentoleranz negativ
werden, kehrt sich die Phase der Eingabe-Ausgabe um, so dass die
Ausgabe divergieren kann. Wenn die Betriebsstabilitätstoleranz
klein ist, wird eine Vibration groß, bis ein Steuersubjektwert konvergiert.
Wenn die Betriebsstabilitätstoleranz groß ist,
wird die Vibration klein, bis das Steuersubjekt konvergiert.
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Die
physikalische Größe mit einer Korrelation zur
Betriebsstabilitätstoleranz des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
repräsentiert eine physikalische Größe,
welche einen Verbrennungszustand in einem Zylinder verändert.
Wenn die Betriebsstabilität des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
verändert wird, wird ein Einstellbereich einer Steuergröße bezüglich
eines Einspritzzeitpunkts verändert. Zum Einspritzzeitpunkt
kann der Betriebsstabilitätszustand aufrechterhalten werden.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung stellt eine Parametereinstelleinrichtung
einen Steuerparameter in einem Verbrennungszeitpunkt-Steuersystem
ein, in welchem der Verbrennungszeitpunkt, der durch die Verbrennungszeitpunkterfassungseinrichtung
erfasst wird, mit dem Zielverbrennungszeitpunkt durch Steuerung
des Einspritzzeitpunkts der Einspritzdüse übereinstimmt,
so dass die Einspritzzeitpunkt-Steuereinrichtung die Steuergröße
gemäß zumindest einer der physikalischen Größen
berechnet, welche eine Korrelation mit der Betriebsstabilitätstoleranz
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems haben.
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Selbst
wenn die Beeinträchtigung dabei eine Instabilität
des Verbrennungszustandes verursacht, stellt die Parametereinstelleinrichtung
den Steuerparameter zum Berechnen der Steuergröße,
welche den Einspritzzeitpunkt steuert, gemäß zumindest
einer physikalischen Größen mit einer Korrelation
mit der Betriebsstabilitätstoleranz ein, so dass der Betriebsstabilitätszustand
aufrechterhalten wird und das Ansprechverhalten der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung
verbessert wird.
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Wenn
die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit hoch wird, in welcher
der Verbrennungszeitpunkt bezüglich der Einspritzzeitpunkt-Veränderung verändert
wird, wird die Veränderung des Verbrennungszeitpunkts hoch,
selbst wenn der Einspritzzeitpunkt durch dieselbe Steuergröße
gesteuert wird. Das heißt, wenn die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
hoch wird, wird die Betriebsstabilitätstoleranz bezüglich
der Steuergröße klein. Wenn die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
niedrig wird, wird die Veränderung des Verbrennungszeitpunkts klein,
selbst wenn der Einspritzzeitpunkt durch dieselbe Steuergröße
gesteuert wird. Das heißt, wenn die Verbrennungszeitpunkt-Sensibilität
niedrig wird, wird die Betriebsstabilitätstoleranz hinsichtlich
der Steuergröße des Einspritzzeitpunkts groß.
Es gibt eine hohe Korrelation zwischen der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
und der Betriebsstabilitätstoleranz. Somit besteht auch
eine hohe Korrelation zwischen der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
und dem Einstellbereich des Steuerparameters, welche den Betriebsstabilitätszustand des
Steuersystems aufrechterhalten kann. Zudem gibt es eine hohe Korrelation
zwischen der physikalischen Größe, welche einen
Verbrennungszustand verändert, und der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit.
Somit kann durch Einfügen der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
eine hohe Korrelation zwischen der physikalischen Größe
mit der Korrelation mit der Betriebsstabilitätstoleranz,
und dem Steuerparameter-Einstellbereich, welcher bezüglich
der physikalischen Größe eingestellt werden kann,
erreicht werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung stellt eine Parametereinstelleinrichtung
den Steuerparameter gemäß der physikalischen Größe
basierend auf einer Korrelation zwischen einer physikalischen Größe
und der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit und einer Korrelation
zwischen einem Grenzwert des Steuerparameters, welcher die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
aufrechterhält, und einem Betriebsstabilitätszustand
eines Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems, ein.
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Somit
wird durch Einfügen der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
der Betriebsstabilitätszustand gemäß der
physikalischen Größe, welche eine Korrelation
mit der Betriebstoleranz hat, aufrechterhalten, und der Steuerparameter,
welcher die Ansprechempfindlichkeit des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
verbessert, kann genau eingestellt werden.
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Gemäß eines
anderen Aspekts der Erfindung kann eine Korrelation zwischen der
physikalischen Größe und dem Steuerparameter in
einer Speichereinrichtung gespeichert werden. Die Korrelation zwischen
der physikalischen Größe und dem Steuerparameter
wird basierend auf einer Korrelation zwischen der physikalischen
Größe und der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit,
und einer Korrelation zwischen der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
und einem Grenzwert des Steuerparameter-Einstellbereichs, welcher
den Verbrennungszeitpunkt-Zustand des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
aufrechterhält, eingestellt. Die Parametereinstelleinrichtung
stellt den Steuerparameter gemäß des physikalischen
Parameters basierend auf der Korrelation zwischen der physikalischen
Größe und des Steuerparameters, welche in der
Speichereinrichtung gespeichert sind, ein.
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Dabei
wird der Steuerparameter einfach von der Speichereinrichtung, die
eine Korrelation zwischen der physikalischen Größe
und dem Steuerparameter speichert, erhalten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist die physikalische Größe
eine Sauerstoffkonzentration im Abgas. Die Sauerstoffkonzentration
im Abgas steht in einem engen Zusammenhang mit dem Verbindungszustand
im Zylinder. Wenn sich die Sauerstoffkonzentration verändert,
verändert sich auch der Verbrennungszustand stark. Das
heißt, wenn sich die Sauerstoffkonzentration verändert,
verändert sich eine Betriebsstabilitätstoleranz
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems stark. In der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung
wird der Einspritzzeitpunkt so gesteuert, dass der Verbrennungszeitpunkt durch
Steuern des Einspritzzeitpunkts der Zielverbrennungszeitpunkt wird.
Somit wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas als die physikalische
Größe bereitgestellt, und der Steuerparameter
wird gemäß der Sauerstoffkonzentration eingestellt,
so dass der Betriebsstabilitätszustand aufrechterhalten
wird und der Steuerparameter, welcher die Ansprechempfindlichkeit
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems verbessert, mit einer höheren
Genauigkeit eingestellt wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekts der Erfindung wird das EGR-Verhältnis als
die physikalische Größe bereitgestellt. Das EGR-Verhältnis
steht in einem starken Zusammenhang mit dem Verbrennungszustand
im Zylinder. Wenn das EGR-Verhältnis verändert
wird, verändert sich auch der Verbrennungszustand stark.
Das heißt, wenn das EGR-Verhältnis verändert
wird, wird die Betriebsstabilitätstoleranz stark verändert.
Daher ist das EGR-Verhältnis als die physikalische Größe
bereitgestellt, und der Steuerparameter basierend auf dem EGR-Verhältnis eingestellt,
so dass der Betriebsstabilitätszustand aufrechterhalten
wird und der Steuerparameter, der die Ansprechempfindlichkeit des
Steuersystems verbessert, kann mit hoher Genauigkeit eingestellt
werden.
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Jede
Funktion der mehreren Einrichtungen der vorliegenden Erfindung kann
durch Hardware realisiert werden, deren Funktion konstruktiv erkannt wird,
durch eine Hardware, deren Funktion durch ein Programm umgesetzt
wird, oder eine Kombination davon. Jede Funktion der mehreren Einrichtungen
ist nicht auf Hardware begrenzt, in welcher jede Funktion physikalisch
unabhängig voneinander ist.
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Andere
Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht, welche mit
Bezug auf die entsprechenden Figuren ausgeführt wird, in welchen
gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In
den Figuren zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der
vorliegenden Ausführungsform darstellt;
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2 ein
Kennwertdiagramm, das eine Korrelation zwischen einer Verminderung
einer Sauerstoffkonzentration im Abgas und einer Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
darstellt;
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3A ein
Kennwertdiagramm, das eine Korrelation zwischen einer physikalischen
Größe und einer Verbrennungszeitpunktempfindlichkeit
darstellt;
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3B ein
Kennwertdiagramm, das eine Korrelation zwischen der Verbrennungszeitpunktempfindlichkeit
und einem Rückführanstieg bzw. einer Regelverstärkung
darstellt; und
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4 ein
Flussdiagramm, das einen Verbrennungszeitpunkt-Steuerablauf darstellt.
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird basierend
auf den Figuren beschrieben.
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(Kraftstoffeinspritzsystem)
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1 stellt
ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 dar. Ein Speichertyp-Kraftstoffeinspritzsystem 10 besteht
aus einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. einem Common-Rail (nicht
dargestellt), einer Einspritzdüse 12, einer Einspritzdüsenansteuerschal tung 14,
und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20. Der Kraftstoff
wird in jeden Zylinder eines Vierzylinderdieselverbrennungsmotors
mit einem Turbolader eingespritzt.
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Die
Einspritzdüse 12 ist in jedem Zylinder des Vierzylinder-Diesel-Verbrennungsmotors 2 vorgesehen
und spritzt den im Common-Rail angesammelten Kraftstoff ein. Gemäß eines
Betriebszustands des Verbrennungsmotors 2, führt
die Einspritzdüse 12 eine Mehrfacheinspritzung
einschließlich einer Haupteinspritzung, einer Voreinspritzung
und einer Nacheinspritzung durch. Die Einspritzdüse 12 ist eine
bekanntes elektromagnetisches Ventil, welches die Kraftstoffeinspritzmenge
durch Steuern eines Drucks in einer Steuerkammer steuert, und die
Düsennadel in einer nahen Richtung vorspannt bzw. vormagnetisiert.
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Die
Einspritzdüsenansteuerschaltung 14 ist konfiguriert,
um einen Betriebsstrom oder eine Betriebsspannung basierend auf
dem Steuersignal, das von der ECU 20 ausgegeben wird, an
der Einspritzdüse 12 anzulegen. Die ECU 20 enthält
einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, und einem
wiederbeschreibbaren Flash-Speicher. Die ECU 20 enthält
weiter einen Verbrennungszeitpunkt-Erfassungsabschnitt 30,
eine PID-Steuerung 40, und einen Rückführungs-(F/B)-Anstiegsberechnungsabschnitt
bzw. Regelkreisverstärkungsabschnitt 50.
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Die
ECU 20 erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 20 basierend
auf Ausgangssignalen verschiedener Sensoren, wie z. B. einem Beschleunigungssensor,
der eine Beschleunigungsposition erfasst, einen Common-Rail-Drucksensor,
der einen Druck im Common-Rail erfasst, einen Drehzahlsensor, der
eine Motorendrehzahl (NE) erfasst, einen Einlassmengensensor, einen
Einlasstemperatursensor, einen O2-Sensor,
einen Einlassdrucksensor, einen Verbrennungsdrucksensor, und einen
Kühlmitteltemperatursensor. Die ECU 20 steuert
den Verbrennungsmotorbetriebszustand basierend auf dem erfassten
Verbrennungsmotorbetriebszustand. Zum Beispiel steuert die ECU 20 die
Kraftstoffeinspritzmenge, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt der Einspritzdüse 12,
und einen Mehrfacheinspritzverlauf, in welchen die Voreinspritzung
vor der Haupteinspritzung, und die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung
durchgeführt werden. Die ECU 20 gibt Impulssignale
an die Einspritzdüsenansteuerschaltung 14 als
ein Kraftstoffsteuersignal aus, das den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt
und die Kraftstoffeinspritzmenge steuert.
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Die
ECU 20 führt ein Steuerprogramm aus, das in dem
ROM oder dem Flash-Speicher gespeichert ist. Jede Funktion der ECU 20 als
Kraftstoffeinspritzsteuerung wird beschrieben.
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(Verbrennungszeitpunkt-Erfassungseinrichtung)
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Ein
Verbrennungszeitpunkt-Erfassungsabschnitt 30 als eine Verbrennungszeitpunkt-Erfassungseinrichtung
der ECU 20, berechnet eine Wärmefreisetzungsrate
basierend auf dem Ausgangssignal des Verbrennungsdrucksensors gemäß der
folgenden Formel. Wärmefreisetzungsrate
= (V·dp + κ·P·dV)/(κ – 1) (1)
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In
der obenstehenden Formel (1) steht ”V” für ein
Innenvolumen des Zylinders, ”P” für den
Verbrennungsdruck, der durch den Verbrennungsdrucksensor erfasst
wird, und ”κ” für ein spezifisches
Wärmeverhältnis. Der Verbrennungszeitpunkt-Erfassungsabschnitt 30 erfasst
einen Kurbelwinkel als Zündzeitpunkt der Haupteinspritzung,
wenn die Wärmefreisetzungsrate ansteigt und einen vorbestimmten Grenzwert
aufgrund der Zündung des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung überschreitet.
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Alternativ
kann der Verbrennungserfassungsabschnitt 30 basierend auf
dem Verbrennungsdruck einen Zeitpunkt eines verbrannten Massenanteils 50 (MFB 50)
wie ein Barometer erfassen, das den Verbrennungszeitpunkt anstelle
des Zündzeitpunkts anzeigt. Im MFB 50 ist ein
Verbrennungsmengenverhältnis im Zylinder in einem Verbrennungszyklus
50%. Die Verbrennungsmenge in einem Verbrennungszyklus wird basierend
auf dem Verbrennungsdruck integriert, und der MFG 50 wird
als der Verbrennungszeitpunkt erfasst, in welchem die verbrannte
Menge 50% wird.
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(Zielverbrennungszeitpunktberechnungseinrichtung)
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Die
ECU 20 berechnet den Zielverbrennungszeitpunkt der Haupteinspritzung
basierend auf der Motorendrehzahl und der Beschleunigungsposition.
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(Einspritzzeitpunkt-Steuereinrichtung)
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In
dem Verdichtung-Selbstzündungstyp-Dieselverbrennungsmotor 2 wird
der Verbrennungszeitpunkt basierend auf dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bestimmt.
Somit berechnet die PID-Steuerung 40 als die Einspritzzeitpunkt-Steuereinrichtung
den Einspritzzeitpunkt auf solch eine Weise, dass der erfasste Verbrennungszeitpunkt
mit dem Zielverbrennungszeitpunkt übereinstimmt, basierend
auf der Abweichung zwischen dem Verbrennungszeitpunkt, der durch
den Verbrennungserfassungsabschnitt 30 erfasst wird und
dem Zielverbrennungszeitpunkt, der durch die Zielverbrennungszeitpunkt-Berechnungseinrichtung
berechnet wird. Die PID-Steuerung 40 befiehlt der Einspritzansteuerschaltung 14 eine
Anstiegszeit des Impulssignals anzuzeigen, das zur Einspritzansteuerschaltung 14 als
Einspritzzeitpunkt ausgegeben wird.
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Die
PID-Steuerung 40 steuert den Befehlseinspritzzeitpunkt,
d. h., einen Anstiegszeitpunkt des Impulssignals durch entsprechendes
Vervielfachen eines proportionalen Terms, eines Integralterms und
eines Differentialterms der Abweichung zwischen dem Verbrennungszeitpunkt
und dem Zielverbrennungszeitpunkt durch einen proportionalen Zuwachs
Kp, einen integralen Zuwachs Ki, und einen differentialen Zuwachs
Kd.
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(Parametereinstelleinrichtung)
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Der
F/B-Anstiegsberechnungsabschnitt 50 berechnet als eine
Parametereinstelleinrichtung eine Sauerstoffkonzentration im Abgas
basierend auf dem Ausgangssignal eines O2-Sensors,
der sich in der Abgasleitung befindet. Die Sauerstoffkonzentration im
Abgas wird nachstehend als eine O2-Konzentration
bezeichnet. Weiter berechnet der F/B-Anstiegsberechnungsabschnitt 50 ein
EGR-Verhältnis, welches ein Verhältnis zwi schen
einer Frischluftmenge, welche in den Zylinder gesaugt wird, und
der EGR-Gasmenge ist.
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Wenn
der Verbrennungszeitpunkt im Zylinder verändert wird, wird
auch die O2-Konzentration im Abgas verändert. Somit haben
die O2-Konzentration im Abgas und der Verbrennungszeitpunkt im Zylinder
eine Korrelation. Außerdem wird der Verbrennungszeitpunkt
im Zylinder durch das EGR-Verhältnis verändert.
Somit haben das EGR-Verhältnis und der Verbrennungszeitpunkt
in dem Zylinder zwischen einander eine Korrelation.
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Wenn
sich ein Einspritzzeitpunkt der Einspritzdüse 12 verändert
und eine Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit, welche zu einer
Veränderung eines Verhältnisses des Verbrennungszeitpunkts
korrespondiert, hoch wird, wird eine Veränderung des Verbrennungszeitpunkts
bezüglich einer Veränderung des Einspritzzeitpunkts
groß, selbst wenn der Einspritzzeitpunkt durch die Steuergröße,
die mit der selben Rückführungsverstärkungberechnet
wird, PID-gesteuert wird. Außerdem wird die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
durch ein Verhältnis dargestellt, bei welchem der Verbrennungszeitpunkt als
der Kurbelwinkel verändert wird, wenn der Einspritzzeitpunkt
als der Kurbelwinkel um ein Grad verändert wird.
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Wenn
die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit hoch wird, bzw. ansteigt,
wird eine Betriebsstabilitätstoleranz des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
bzgl. der Steuergröße des Einspritzzeitpunkts
andererseits, wenn die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit niedrig
wird, wird die Veränderung des Verbrennungszeitpunkts bezüglich
der Veränderung des Einspritzzeitpunkts klein, selbst wenn der
Einspritzzeitpunkt durch die gleiche Steuergröße PID-gesteuert
wird. Das heißt, wenn die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
klein wird, wird eine Betriebsstabilitätstoleranz des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
bezüglich der Steuergröße des Einspritzzeitpunkts
groß.
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Wie
obenstehend beschrieben, haben die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
und die Betriebsstabilitätstoleranz des Verbrennungssteuersystems
eine hohe Korrela tion. Ein Bereich der Regelkreisverstärkung
als der Steuerparameter, welcher eingestellt ist, um die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
aufrechtzuerhalten, und ein Betriebsstabilitätszustand,
d. h., der proportionale Anstieg bzw. die proportionale Verstärkung
Kp, die Integralverstärkung Ki und den Differentialverstärkung
Kd, haben untereinander eine hohe Korrelation.
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Die
O2-Konzentration und das EGR-Verhältnis
als eine physikalische Größe, welche mit der Betriebsstabilitätstoleranz
korreliert und den Verbrennungszeitpunkt verändern, haben
eine hohe Korrelation mit der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit.
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Nachstehend
wird die Korrelation zwischen der O2-Konzentration
im Abgas und der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit mit Bezug
auf 2 beschrieben. In 2 stellt
eine Verminderung der O2-Konzentration eine Verminderung bezüglich
der O2-Konzentration bei einem Referenzpunkt
dar. Bei dem Referenzpunkt ist die Verminderung der O2-Konzentration
0%, wenn die gewöhnliche Einspritzzeitpunkt-Steuerung durchgeführt
wird. Wenn die Verminderung der O2-Konzentration
groß wird bzw. ansteigt, steigt auch die O2-Konzentration
an.
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2 stellt
eine Korrelation zwischen der Verminderung der O2-Konzentration
und der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit in einem Zustand dar,
in dem Regelkreisverstärkung bei dem Referenzpunkt festgelegt
wird. Wenn die Verminderung der O2-Konzentration groß wird
bzw. ansteigt, wird die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit verbessert.
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In 2 stellt
die Grenze, die durch die Zahl ”200” angezeigt
wird, einen Grenzwert des Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeitsbereichs
dar, bei welchem der Betriebsstabilitätszustand des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
aufrechterhalten wird. Da die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit niedriger
als die Grenze 200 ist, wird die Betriebsstabilitätstoleranz
größer. Das heißt, wenn die Verminderung
der O2-Konzentration 0% ist, hat die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
die Toleranz, bis die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit die
Grenze 200 erreicht, im Vergleich zu einem Fall, in dem
die Verminderung der O2-Konzentration negativ
ist. Wenn die Tole ranz für den Unterschied zwischen der Grenze 200 und
der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit größer
ist, wird die Regelkreisverstärkung größer,
um die Ansprechempfindlichkeit zu verbessern. Das heißt,
wenn die O2-Konzentration höher wird
bzw. ansteigt, wir auch der Wert der Regelkreisverstärkung
in einem Bereich größer, in dem der Betriebsstabilitätszustand
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems aufrechterhalten wird.
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Andererseits,
wenn das EGR-Verhältnis erhöht wird (d. h. einen
höheren Wert erhält), wird die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
verbessert. Somit, da das EGR-Verhältnis erhöht
wird, wird der Wert der Regelkreisverstärkung in einem
Bereich klein, in dem der Betriebsstabilitätszustand des
Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems aufrechterhalten werden kann.
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Das
heißt, wie durch eine durchgezogene Linie 210 in 3A dargestellt,
in einem Fall, in dem die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
mit einer Erhöhung der physikalischen Größe
(O2-Konzentration) vermindert wird, wird
der Wert der Regelkreisverstärkung mit einem Anstieg der
physikalischen Größe groß, wie durch
eine durchgezogene Linie 212 in 3B dargestellt.
Der Wert der Regelkreisverstärkung kann in einem Bereich
eingestellt werden, in dem der Betriebsstabilitätszustand
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems aufrechterhalten wird.
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Falls
hingegen, wie durch eine gestrichelte Linie 220 in 3A dargestellt,
der Verbrennungszeitpunkt mit einem Anstieg der physikalischen Größe
(EGR-Verhältnis) hoch wird, wird der Wert der Regelkreisverstärkung
mit einem Anstieg der physikalischen Größe groß,
wie durch eine gestrichelte Linie 222 in 3B dargestellt.
Der Wert der Regelkreisverstärkung kann in einem Bereich
eingestellt sein, in dem der Betriebsstabilitätszustand
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems aufrechterhalten wird.
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Ein
Regelkreisverstärkung-Berechnungsabschnitt 50 speichert
die Korrelation zwischen einer physikalischen Größe
und der Regelkreisverstärkung mit Bezug auf den proportionalen
Anstieg Kp, den Integralanstieg Ki, und den Differentialanstieg
Kd in einem Speicher, wie z. B. dem ROM und/oder dem Flash-Speicher
als ein Korrelations kennfeld. Der Regelkreisverstärkungsberechnungsabschnitt 50 erhält
die Regelkreisverstärkung gemäß der physikalischen
Größe vom Korrelationskennfeld und stellt eine
Regelkreisverstärkung der PID-Steuerung 40 ein.
In diesem Fall wird der Betriebsstabilitätszustand des
Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems durch Auswählen eine
große Regelkreisverstärkung im Einstellbereich
des Korrelationskennfelds aufrechterhalten, wobei die Ansprechempfindlichkeit
der Verbrennungszeitpunktsteuerung verbessert werden kann. Außerdem
stellt das Korrelationskennfeld in einem Fall, in dem die O2-Konzentration und das EGR-Verhältnis
als physikalische Größen bereitgestellt werden,
die Korrelation zwischen einer Mehrzahl von physikalischen Werten
und der Regelkreisverstärkung dar.
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Zudem,
wenn eine Steuerschaltung der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung, d.
h., eine Periode eines Zyklus des Verbrennungszyklus, verändert wird,
wird auch die Betriebsstabilität des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
verändert. Die Periode von einem Zyklus des Verbrennungszyklus
wird gemäß der Verbrennungsmotorendrehzahl verändert.
Wenn die Verbrennungsmotorendrehzahl herabgesetzt wird und die Steuerperiode
bzw. Steuerdauer der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung verlängert
wird, wird die Betriebsstabilitätstoleranz des Verbrennungszeitpunktsteuersystems
klein. Somit wird der Wert der Regelkreisverstärkung in
einem Bereich klein, in dem der Betriebsstabilitätszustand
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems aufrechterhalten wird. Zudem,
wenn die Steuerdauer der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung verkürzt
wird, d. h., wenn die Verbrennungsmotordrehzahl erhöht
wird, wird die Betriebsstabilitätstoleranz des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems
groß. Somit wird der Wert der Regelkreisverstärkung
in einem Bereich groß, in dem der Betriebsstabilitätszustand
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems aufrechterhalten wird.
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Wie
obenstehend beschrieben, gibt es eine Korrelation zwischen einer
Zyklusperiode bzw. einer Zyklusdauer des Verbrennungszyklus entsprechend dem
Steuerzyklus der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung und dem Einstellbereich
der Regelkreisverstärkung, in welchem der Betriebsstabilitätszustand
aufrechterhalten wird. Somit kann die Korrelation zwischen der physikalischen
Größe und der Regelkreisverstärkung im
Spei cher als ein Korrelationskennfeld bei jedem Steuerzyklus der
Verbrennungszeitpunkt-Steuerung durch die Verbrennungsmotorendrehzahl
definiert gespeichert werden.
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(Verbrennungszeitpunkt-Steuerung)
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen Verbrennungszeitpunkt-Steuerablauf
darstellt. Der Verbrennungszeitpunkt-Steuerablauf wird für
jeden Verbrennungszyklus ausgeführt.
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Im
Schritt S300 berechnet die ECU 20 eine Wärmefreisetzungsrate
basierend auf der Formel (1). Wenn die Wärmefreisetzungsrate
einen spezifischen Wert überschreitet, wird der Verbrennungszeitpunkt als
der Zündzeitpunkt erfasst. Wie obenstehend beschrieben,
kann MFB 50 als der Verbrennungszeitpunkt anstelle des
Zündzeitpunkts erfasst werden.
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In
Schritt S302 berechnet die ECU 20 den Zielverbrennungszeitpunkt.
Im Schritt S304 erfasst die ECU 20 die O2-Konzentration,
das EGR-Verhältnis und dergleichen von verschiedenen Sensoren
als die physikalischen Größen, die mit der Betriebsstabilitätstoleranz
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems korrelieren. Im Schritt 306 erhält
die ECU 20 jede Regelkreisverstärkung in der PID-Steuerung
bezüglich dem Einspritzzeitpunkt, welcher in einem Bereich
eingestellt werden kann, indem der Betriebsstabilitätszustand
des Verbrennungszeitpunkt-Steuersystems bei der derzeitigen physikalischen
Größe basierend auf dem Korrelationskennfeld zwischen der
physikalischen Größe und der Regelkreisverstärkung
aufrechterhalten werden kann. Wie obenstehend beschrieben, kann
das Korrelationskennfeld zwischen der physikalischen Größe
und der Regelkreisverstärkung bei jedem Steuerzyklus der
Verbrennungszeitpunkt-Steuerung erstellt werden.
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Im
Schritt S308 berechnet die ECU 20 einen Befehlseinspritzzeitpunkt
für die Einspritzdüse 12 basierend auf
der Regelkreisverstärkung, der vom Korrelationskennfeld
erhalten wird. Im Schritt S310 befiehlt die ECU 20 der
Einspritzdüsenansteuerschaltung 14 Kraftstoff
einzuspritzen.
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In
der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird die
Korrelation zwischen der physikalischen Größe
und der Regelkreisverstärkung vorher basierend auf der
Korrelation zwischen der physikalischen Größe,
wie z. B. der O2-Konzentration im Abgas oder des EGR-Verhältnisses,
und der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit und der Korrelation zwischen
der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit und der Regelkreisverstärkung,
erhalten. Die erhaltene Korrelation wird in dem Speicher als Korrelationskennfeld
gespeichert. In der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung wird dann die
physikalische Größe basierend auf dem Ausgangssignal
der verschiedenen Sensoren erfasst, und die Regelkreisverstärkung vom
Korrelationskennfeld gemäß des erfassten physikalischen
Werts erhalten. Die Korrelation zwischen der physikalischen Größe
und der Regelkreisverstärkung wird basierend auf der physikalischen
Größe, der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
und der Regelkreisverstärkung erhalten. Somit wird die
Regelkreisverstärkung, welcher die Ansprechempfindlichkeit
des Verbrennungszeitpunkts verbessert, mit hoher Genauigkeit gemäß der
physikalischen Größe in einem Bereich erstellt,
in welchem der Betriebsstabilitätszustand der Verbrennungszeitpunkt-Steuerung
aufrechterhalten wird.
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(Andere Ausführungsform)
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Anders
als die O2-Konzentration und das EGR-Verhältnis
als die physikalische Größe, können eine
Einlasslufttemperatur, eine Verbrennungsmotor-Kühlmitteltemperatur,
ein Luftkraftstoffverhältnis, ein Turboladerdruck, eine
Einlassluftmenge, eine Einlassluft-Sauerstoffkonzentration, und
eine Einlassluft-Sauerstoffmenge als die physikalische Größe
bereitgestellt werden, in welche die Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit
verändert wird und die Regelkreisverstärkung bezüglich
der Verbrennungszeitpunkt-Empfindlichkeit verändert wird.
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Die
Verbrennungszeitpunkt-Steuerung ist nicht auf die proportionale
Rückführungssteuerung, die integrale Rückführungssteuerung,
und/oder die differentiale Rückführungssteuerung
begrenzt. In drei Steuerungen der PID-Steuerung, kann eine Rückführungssteuerung
ausgeführt werden, oder eine Steuerung anders als die PID-Steue rung
durchgeführt werden. Ein Steuerparameter zum Berechnen
der Steuergröße des Einspritzzeitpunkts ist nicht auf
eine Regelkreisverstärkung begrenzt.
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In
den obenstehenden Ausführungsformen ermöglicht
die ECU 20 die Funktionen von Verbrennungszeitpunkt-Erfassungseinrichtungen,
einer Einspritzzeitpunkt-Steuereinrichtung, und einer Parametereinstelleinrichtung,
welche durch das Steuerprogramm erkannt wird. Zumindest eine der
Funktionen kann durch Hardware, welche von einer Schaltungskonstruktion
erkannt wird, ermöglicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenstehend erwähnte
Ausführungsform begrenzt, sondern kann in verschiedenen
Ausführungsformen Verwendung finden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 11-125141
A [0003]
- - JP 2000-100559 A [0003]