-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung und insbesondere auf eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung, die einen weiten Bereich eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Schätzen ohne Verwendung eines so genannten Weitbereichs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors detektieren kann.
-
Es ist eine Technologie eines indirekten Detektierens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (nachstehend auch als ”A/F” bezeichnet) bekannt geworden durch Detektieren der Konzentration von Sauerstoff im Abgas eines Motors und durch Ausführen einer Verbrennungssteuerung des Motors, einschließlich einer Zündsteuerung oder einer Kraftstoffeinspritzsteuerung auf der Grundlage des Detektierergebnisses. Ferner wird als ein Sauerstoffkonzentrations-Sensor, das ist ein die Konzentration von Sauerstoff im Abgas detektierendes Detektierelement, ein so genannter λ-Sensor, dessen elektromotorische Kraft bzw. EMK, das ist das Detektier-Ausgangssignal, an den Berührungsflächen der Sauerstoffkonzentration entsprechend einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luftüberschussverhältnis = 1) schnell geändert wird (in einer schritt- bzw. stufenweisen Art), aufgrund der Einfachheit in weitem Umfang verwendet. Gemäß dem λ-Sensor ist es möglich, leicht zu bestimmen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer oder kleiner ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
-
Aus dem Stand der Technik ist die
DE 697 24 693 T2 bekannt, die ein Kraftfahrzeug-Kraftstoff-Regelsystem und ein Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffersparnis durch Verwendung eines geführten Luft-Kraftstoff-Modus des Motorbetriebs offenbart. Dabei wird ein traditioneller Abgas-Sauerstoff-Sensor für die Regelung verwendet. Der geführte Luft/Kraftstoff-Modus geht von einem stöchiometrischen Regelmodus zu einem mageren Steuermodus des Betriebs über, wann immer ein Steuerungs-Aktivierungskriterium erfüllt wird.
-
Die
US 4 445 481 A offenbart ferner ein Verfahren zur Regelung des Luft/Brennstoff-Gemischverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine, die eine Meßfühlereinrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältniszustands aufweist. Dessen Messsignal sowie weitere Motorparamtersignale werden zur Berechnung eines Korrekturfaktors verwendet, mit dem die Kraftstoffzufuhrrate korrigiert wird.
-
Zudem offenbart die
US 5 806 490 A ein Kraftstoffmanagementsystem für einen Verbrennungsmotor mit gasförmigem Brennstoff, bei dem ein Massenluftströmungssensor sowie ein Massengasströmungssensor Eingangssignale an eine elektronische Steuereinheit (ECU) liefern, die dann das Luft/Kraftstoffverhältnis bestimmt. Die ECU führt Berechnungen und Korrekturen durch, ehe diese ihrerseits Ausgangssignale zu einem Kraftstoffventil erzeugt, um die Masse des Kraftstoffflusses zum Motor und somit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu steuern.
-
Der λ-Sensor, der die Sauerstoffkonzentration lediglich aus der Differenz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis detektiert, kann jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Bereich nicht genau detektieren, der von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht. Daher kann der λ-Sensor nicht dazu herangezogen werden, die Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einen von dem theoretisch Luft-Kraftstoff-Verhältnis verschiedenen optionalen Wert zu steuern, einschließlich der Regionen der fetten Seite und der mageren Seite. Unterdessen ist der Weitbereichs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines weiten Bereichs detektieren kann, teuer, da der Aufbau kompliziert ist.
-
Daher schlägt der Anmelder bzw. schlagen die Anmelder eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung vor, die ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ohne Verwendung eines Sauerstoffkonzentrations-Sensors schätzt, wie in der
JP 2011-027 061 A angegeben.
-
Gemäß der in der
JP 2011-027 061 A beschriebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung ist es möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ohne Verwendung eines Sauerstoffkonzentrations-Sensors zu schätzen und in geeigneter Weise eine Zündsteuerung oder Kraftstoffeinspritzsteuerung auf der Grundlage des geschätzten Wertes auszuführen. Lediglich die Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Grundlage der Kurbelwinkelgeschwindigkeit kann jedoch unzureichend sein, und es sind Mittel zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit hoher Genauigkeit erforderlich.
-
Es ist ein Ziel bzw. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung bereitzustellen, die ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem weiten Bereich ohne Verwendung eines so genannten Weitbereichs-Luft-Kraftstoff-Sensors schätzen kann.
-
Um das Ziel zu erreichen, enthält gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung: Einlass- bzw. Ansaugluftvolumen-Schätzmittel bzw. eine Ansaugluftvolumen-Schätzeinrichtung, die das in einen Zylinder eines Motors eingeführte Ansaugluftvolumen schätzt; eine Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzeinrichtung, die die Menge des für jeden Zyklus eingespritzten Kraftstoffs auf der Grundlage der Ansteuerungs- bzw. Antriebszeit eines Kraftstoffeinspritzventils schätzt; ein Sauerstoffkonzentrations-Detektierelement, welches einen Abgabe- bzw. Ausgangsübergangsbereich aufweist, in dem ein Detektier-Ausgangssignal entsprechend der Konzentration von Sauerstoff, der in einem Verbrennungsgas verbleibt, erzeugt wird und das Detektier-Ausgangssignal sich in einer schritt- bzw. stufenweisen Art entsprechend der Konzentration des verbleibenden Sauerstoffes entsprechend einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert; und eine Proportionalkonstanten-Bestimmungseinrichtung, die eine Proportionalkonstante eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Heranziehung des Ansaugluftvolumens bestimmt, welches durch die Ansaugluftvolumen-Schätzeinrichtung geschätzt ist, wenn ein Abgabe- bzw. Ausgangswert des Sauerstoffkonzentrations-Detektierelements in dem Abgabe- bzw. Ausgangssignalübergangsbereich ist, und unter Heranziehung der Menge an eingespritztem Kraftstoff, die durch die Schätzeinrichtung geschätzt ist, welche die Menge an eingespritztem Kraftstoff schätzt, in welcher dann, wenn der Abgabewert des Sauerstoffkonzentrations-Detektierelements nicht in dem Ausgangssignal-Übergangsbereich liegt bzw. ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der Proportionalkonstanten, die durch die Proportionalkonstanten-Bestimmungseinrichtung bestimmt ist, dem Ansaugluftvolumen und der Menge an eingespritztem Kraftstoff geschätzt wird.
-
Ferner enthält gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung: Impulserzeugungsmittel bzw. eine Impulserzeugungseinrichtung, die einen Kurbelwellenimpuls für jeden bestimmten Drehwinkel einer Kurbelwelle einer Maschine bzw. eines Motors erzeugt; eine Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Recheneinrichtung, die eine erste Kurbelwinkelgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Intervalls von zwei aufeinander folgenden Kurbelimpulsen bei einem oberen Kompressions-Totpunkt oder oberhalb des oberen Kompressions-Totpunkts des Motors berechnet und eine zweite Kurbelwinkelgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Intervalls von zwei aufeinander folgenden optionalen Kurbelimpulsen in einem Kompressionstakt berechnet; Ansaugluftvolumen-Schätzmittel bzw. eine Ansaugluftvolumen-Schätzeinrichtung, die einen Ladewirkungsgrad, der eine Funktion des Ansaugluftvolumens ist, aus einer Differenz zwischen der ersten Kurbelwinkelgeschwindigkeit und der zweiten Kurbelwinkelgeschwindigkeit berechnet, die durch die Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Recheneinrichtung berechnet sind; Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzmittel bzw. eine Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzeinrichtung, die die Menge des für jeden Zyklus eingespritzten Kraftstoffs auf der Grundlage einer Ansteuerungs- bzw. Antriebszeit des Kraftstoffeinspritzventils schätzt; ein Sauerstoffkonzentrations-Detektierelement, welches einen Ausgangssignal-Übergangsbereich (Abgabeübergangsbereich) aufweist, in welchem das Detektierausgangssignal entsprechend der Konzentration an in einem Verbrennungsgas zurückbleibendem Sauerstoff erzeugt wird und das Detektier-Ausgangssignal sich in einer schritt- bzw. stufenweisen Art entsprechend der Konzentration des verbleibenden Sauerstoffs entsprechend einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert; und Proportionalkonstanten-Bestimmungsmittel bzw. eine Proportionalkonstanten-Bestimmungseinrichtung, die eine Proportionalkonstante eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Heranziehung des durch die Ansaugluftvolumen-Schätzeinrichtung geschätzten Ansaugluftvolumens bestimmt, wenn ein Abgabewert des Sauerstoffkonzentrations-Detektierelements in dem Ausgangssignal-Übergangsbereich liegt, und unter Heranziehung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der durch die Schätzeinrichtung geschätzt ist, welche die eingespritzte Kraftstoffmenge schätzt, in der dann, wenn der Abgabewert des Sauerstoffkonzentrations-Detektierelements nicht in dem Ausgangssignal-Übergangsbereich ist bzw. liegt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der durch die Proportionalkonstanten-Bestimmungseinrichtung bestimmten Proportionalkonstante K, dem Ladewirkungsgrad und der Menge des eingespritzten Kraftstoffs geschätzt wird.
-
Ferner existiert gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung, die Merkmale der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätz-/Detektiervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist und zudem einen Luftströmungssensor enthält, der das Ansaugluftvolumen in dem Motor ermittelt. Im Unterschied wird jedoch das durch den Luftströmungssensor ermittelte Ansaugluftvolumen zur Berechnung in der Proportionalkonstanten-Bestimmungseinrichtung anstelle des Ansaugluftvolumens verwendet, welches gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch die Ansaugluftvolumen-Schätzeinrichtung geschätzt wird.
-
Gemäß den ersten bis dritten Aspekten der vorliegenden Erfindung werden dann, wenn eine theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (stöchiometrische Steuerung) durch Rückkoppeln des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrations-Detektierelements ausgeführt wird, das Ansaugluftvolumen und die Menge einer Kraftstoffabgabe geschätzt, und eine Proportionalkonstante kann rückwärts durch Heranziehen einer Luft-Kraftstoff-Berechnungsgleichung aus dem Ansaugluftvolumen, der Menge an Kraftstoffabgabe und dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet werden. Dadurch ist es möglich, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis sogar in einem von dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweichenden großen Bereich ohne die Verwendung eines teuren Sauerstoffkonzentrations-Detektierelements genau zu schätzen und zu detektieren, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis über einen großen Bereich hinweg detektieren kann.
-
Insbesondere ist es gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da das Ansaugluftvolumen durch Heranziehung des Ladewirkungsgrades geschätzt wird, der eine Funktion des Ansaugluftvolumens ist, möglich, den Luftströmungssensor zu entfernen.
-
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Systemkonfiguration einer Motorsteuervorrichtung zeigt, die eine Luft-Kraftstoff-Schätz-/Detektiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
-
2 ist eine Vorderansicht eines Kurbelimpulsgeberrotors.
-
3 ist ein Diagramm, welches Abgabemerkmale eines Sauerstoffkonzentrations-Sensors zeigt.
-
4 ist ein Blockdiagramm, welches die Funktionen der Hauptteile einer ECU zeigt.
-
5 ist ein Diagramm, welches ein Kennfeld zur Bestimmung eines Ladewirkungsgrades CE zeigt.
-
6 ist ein Blockdiagramm, welches eine Funktion der ECU zeigt, welche die Größe einer Geschwindigkeitsreduktion Δω1 berechnet.
-
7 ist ein Zeitdiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kurbelimpuls und einer Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω in einem Zyklus bzw. einer Periode zeigt.
-
8 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 7.
-
9 ist ein Haupt-Ablaufdiagramm einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätzberechnung.
-
10 ist ein Ablaufdiagramm einer Berechnung des Ladewirkungsgrades CE.
-
11 ist ein Ablaufdiagramm einer Berechnung der Menge eines eingespritzten Kraftstoffs Gf.
-
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Systemkonfiguration bzw. den Systemaufbau einer Motorsteuervorrichtung zeigt, welche eine Luft-Kraftstoff-Schätz-/Detektiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. In 1 enthält die Motorsteuervorrichtung 1 einen Kurbelimpulsgeber 2, einen Sauerstoffkonzentrations-Sensor 3, einen Unterdruck-Sensor 4 und eine ECU 8, welche Befehle zur Ansteuerung einer Zündvorrichtung 6 und eines Kraftstoffeinspritzventils 7 durch den Empfang von Detektiersignalen von dem Kurbelimpulsgeber 2, dem Sauerstoffkonzentrations-Sensor 3 und dem Unterdruck-Sensor 4 abgibt. Die ECU 8 enthält einen Mikroprozessor, der die unten in Verbindung mit 4 beschriebenen Funktionen oder dergleichen ausführt. Der Sauerstoffkonzentrations-Sensor 3 ist ein Sensor, der ein Detektier-Ausgangssignal entsprechend der Konzentration an Sauerstoff erzeugt, der in einem Abgas verbleibt, und er weist einen Abgabe- bzw. Ausgangssignal-Übergangsbereich R auf, in welchem das Detektier-Ausgangssignal bei der Konzentration des verbleibenden Sauerstoffs, der einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, sich in einer schritt- bzw. stufenweisen Art ändert, wie unten in Verbindung mit 3 beschrieben, und er ist mit einem Elementteil angebracht, welches so gemacht bzw. ausgebildet ist, um der Innenseite eines Abgasrohres eines Motors zugewandt zu sein, der nicht dargestellt ist. Der Unterdruck-Sensor 4 ist an einem Ansaugrohr des Motors angebracht und detektiert den Unterdruck im Ansaugrohr. Der Kurbelimpulsgeber 2 ist ein Impulsgenerator vom magnetischen Aufnehmertyp, und er ist gegenüber dem äußeren Umfang des unten beschriebenen Kurbelimpulsgeberrotors angebracht.
-
2 ist eine Vorderansicht eines Kurbelimpulsgeberrotors. Der Kurbelimpulsgeberrotor 5 ist an einer Kurbelwelle 9 eines Viertakt-Einzelzylindermotors in 2 angebracht. Der Kurbelimpulsgeberrotor 5 besteht aus einem kreisförmigen plattenförmigen Rotorhauptkbrper 51 und Reluktoren bzw. magnetischen Widerstandselementen 52, die von dem äußeren Umfang des Rotorhauptkörpers 51 abstehen. Eine Mehrzahl von Reluktoren 52 ist mit Ausnahme für eine ungezahnte Position H (ohne den Reluktor) in regelmäßigen Winkelintervallen angeordnet. Obwohl elf Reluktoren 52 in Winkelintervallen von 30° in der Ausführungsform angeordnet sind, können das Anordnungs-Winkelintervall und die Anzahl der Reluktoren 52 optional festgelegt werden, so lange wie sie in regelmäßigen Winkelintervallen angeordnet sind und die eine ungezahnte Position H vorgesehen ist. Der Kurbelimpulsgeber 2 ist gegenüber dem äußeren Umfang des Kurbelimpulsgeberrotors 5 angeordnet. Der Kurbelimpulsgeber 2 gibt durch Detektieren der Reluktoren 52 einen Kurbelimpuls ab.
-
3 ist ein Diagramm, welches Ausgangs- bzw. Abgabemerkmale des Sauerstoffkonzentrations-Sensors 3 zeigt. In 3 zeigt die horizontale Achse ein Luftüberschussverhältnis, und die vertikale Achse zeigt das Ausgangsignal des Sauerstoffkonzentrations-Sensors 3. Es wird als theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrachtet, wenn das Luftüberschussverhältnis ”1,0” ist, und die Region bzw. der Bereich mit dem Luftüberschussverhältnis, welches höher ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, ist die magere Seite mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch, während die Region bzw. der Bereich mit dem Luftüberschussverhältnis, welches niedriger ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine fette Seite mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der fetten Seite zu der mageren Seite übergeht, sinkt das Sensor-Ausgangssignal schnell ab, und wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der mageren Seite zu der fetten Seite übergeht, steigt das Sensor-Ausgangssignal schnell an. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch ist im Wesentlichen das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Übergangsbereich R des Sensor-Ausgangssignals mit einem Abgaszustand mit gutem Reinigungsverhältnis.
-
4 ist ein Blockdiagramm, welches die Funktionen der Hauptteile der ECU 8 zeigt. In der ECU 8 berechnet ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rechenabschnitt 11 ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F durch Heranziehen der Menge (Gewicht) des für jeden Zyklus des Motors eingespritzten Kraftstoffs Gf, des Ladewirkungsgrades CE, der eine Funktion des Ansaugluftvolumens ist, und einer Proportionalkonstanten K aus Gleichung 1. Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F = K × (CE/Gf) (Gleichung 1)
-
Der Kraftstoffeinspritzmengen-Rechenabschnitt 12 extrahiert eine Einspritzventil-Öffnungszeit Tout, die für jeden Zyklus von einem Kraftstoffeinspritz-Steuerungsabschnitt 13 an das Kraftstoffeinspritzventil 7 geliefert wird, berechnet die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Gf auf der Grundlage der extrahierten Einspritzventil-Öffnungszeit und gibt die Menge des eingespritzten Kraftstoffs an den Luft-Kraftstoff-Rechenabschnitt 11 eingangsseitig ein. Der Kraftstoff wird in das Einlass- bzw. Ansaugrohr durch eine Öffnung in dem Kraftstoffeinspritzventil 7 während einer bestimmten Zeit je Zyklus eingespritzt, mit bzw. bei dem durch ein Druckregulierventil konstant gehaltenen Druck des Kraftstoffzufuhr-Abgabesystems. Die Einspritzventil-Öffnungszeit Tout ist ein Steuerungsparameter für die Kraftstoffeinspritz-Steuerungsberechnung in dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungsabschnitt 13. Die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Gf ist an die Einspritzventil-Öffnungszeit Tout unter einem konstanten Speise- bzw. Abgabedruck proportioniert und wird aus Gleichung 2 berechnet. Menge des eingespritzten Kraftstoffs
Gf = a0 + b0 × Tout (Gleichung 2)
-
Der Interzept bzw. Abschnitt a0 und die Proportionalkonstante b0 sind Werte zum Kompensieren der Einspritzventil-Öffnungszeit in dem Gewicht des Kraftstoffs.
-
Ein Ladewirkungsgrad-Rechenabschnitt 14, das ist eine Ansaugluftvolumen-Schätzeinrichtung, berechnet einen Ladewirkungsgrad CE, der eine Funktion des Ansaugluftvolumens ist, durch Absuchen eines bestimmten Kennfeldes von der Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δω1 der Kurbelwinkelgeschwindigkeit im Kompressionstakt und der mittleren Motordrehzahl NeA, die von einem Motordrehzahl-Detektierabschnitt 15 eingangsseitig zugeführt wird, und gibt den Ladewirkungsgrad an den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rechnungsabschnitt 11 eingangsseitig ab. Die Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δω1 wird durch einen Geschwindigkeitsverringerungsgrößen-Rechenabschnitt 16 auf der Grundlage eines Kurbelimpulssignals berechnet, welches von dem Kurbelimpulsgeber 2 erlangt wird.
-
Das Verfahren zum Berechnen der mittleren Motordrehzahl NeA und der Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δω1 wird unten weiter beschrieben.
-
Der Ladewirkungsgrad CE ist ein Wert, der das Gewichtsverhältnis des Ansaugluftvolumens auf die Verlagerung bzw. Verschiebung zeigt, und die Größe der Geschwindigkeitsverringerung Δω1 wird bei einer bestimmten Motordrehzahl an den Ladewirkungsgrad CE proportioniert. Der Ladewirkungsgrad CE hat die Beziehung von Gleichung 3 unter bzw. bei einer bestimmten Motordrehzahl. Ladewirkungsgrad CE = a1 + b1 × Δω1 (Gleichung 3)
-
Die Proportionalkonstante b1 hat eine reguläre Beziehung einer Zunahme mit der Zunahme in der Motordrehzahl. Daher kann der Ladewirkungsgrad CE als eine Funktion der Größe der Geschwindigkeitsverringerung Δω1 und der Motordrehzahl erlangt werden.
-
5 ist ein Kennfeld zum Bestimmen des Ladewirkungsgrades CE. In 5 zeigt die horizontale Achse die Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δw1 und die vertikale Achse zeigt den Ladewirkungsgrad CE. Eine Mehrzahl von Motordrehzahlen NeA ist als Parameter in dem Kennfeld vorgesehen. 5 zeigt eine hohe Drehzahl, eine mittlere Drehzahl und eine niedrige Drehzahl in dem Kennfeld und die Neigung bzw. Tendenz der Motordrehzahl NeA.
-
Ferner kann der Ladewirkungsgrad CE durch Vorbereiten und Berechnen von Gleichung 3 zum Berechnen der Größe der Geschwindigkeitsverringerung Δω1 für jede Motordrehzahl NeA, nicht beschränkt auf die Verwendung des Kennfeldes berechnet werden. In diesem Fall wird der Ladewirkungsgrad CE durch eine lineare Interpolationsberechnung erlangt, wenn die detektierte Motordrehzahl NeA zwischen den Motordrehzahlen Nex und Ney in der Rechengleichung positioniert ist.
-
Wieder auf 4 Bezug nehmend, berechnet der Proportionalkonstanten-Rechenabschnitt 17 die Proportionalkonstante K aus der Größe bzw. Menge des eingespritzten Kraftstoffs Gf und dem Ladewirkungsgrad CE und einem stöchiometrischen Detektiersignal ST durch Heranziehung der Gleichung 1. Das stöchiometrische Detektiersignal ST wird von einer stöchiometrischen Detektiereinheit 18 abgegeben, wenn detektiert wird, dass der Kraftstoffeinspritz-Steuerungsabschnitt 13 eine stöchiometrische Steuerung ausführt.
-
In dem Kraftstoffeinspritz-Steuerungsabschnitt 13, der eine theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung (stöchiometrische Steuerung) durch eine O2-Rückkopplung auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrations-Sensors 3 ausführt, wird ein Befehl (Steuer-Flag), der den Zustand der Steuerung des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einer Handhabung der Berechnung der Steuerung in der stöchiometrischen Steuerung angibt, erlangt. Daher ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dann, wenn das Steuer-Flag detektiert wird, das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn die Steuerung jedoch auf die fette Seite in bzw. bei einem hohen Ladebetrieb konzentriert ist, wie beim Starten oder Beschleunigen, ist das Kraftstoff-Luft-Verhältnis ”14,5” kleiner als ”14,7”. Wenn in diesem Zustand das stöchiometrische Detektiersignal ST eingangsseitig zugeführt wird, wird beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend dem Betriebszustand speziell auf ”14,5” bestimmt bzw. festgelegt, und die Proportionalkonstante K wird durch Substituieren bzw. Einsetzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von ”14,5”, des Ladewirkungsgrades CE und der Menge bzw. Größe des eingespritzten Kraftstoffs Gf in Gleichung 1 erhalten.
-
Anschließend wird ein Verfahren zum Berechnen der Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δω1 der Kurbelwinkelgeschwindigkeit beschrieben. 6 ist ein Blockdiagramm, welches die Funktion der ECU 8 zeigt, die die Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δω1 berechnet. Ein Schritt- bzw. Stufen-Einstellabschnitt 20 detektiert eine Referenzposition des Kurbelimpulsgeberrotors 5, wenn die ungezahnte Position H des Kurbelimpulsgebers 2 durch einen Kurbelimpulsdetektierabschnitt 21 detektiert wird, und teilt eine Drehung der Kurbelwelle 9 in die Schritte bzw. Stufen von insgesamt 11, von #0 bis #10, zuerst auf der Grundlage der Reluktoren 52 auf.
-
Danach wird eine Schritt- bzw. Stufen-Differenzbestimmung ausgeführt, die den Takt auf der Grundlage einer Schwankung im Ansaugrohr-Unterdruck PB bestimmt und herbeiführt, der durch den Unterdruck-Sensor 4 detektiert ist, und bestimmt ferner, ob die Kurbelwelle 9 eine Drehung oder zwei Drehungen in einem Zyklus ausgeführt hat; und ein Zyklus (bei einem Kurbeldrehwinkel von 720°) wird in die Zustände von insgesamt 22, von #0 bis #21, unterteilt. Die Bestimmung des Taktes auf der Grundlage einer Schwankung im Ansaugrohrunterdruck PB kann beispielsweise durch Überprüfung eines Schwankungsmusters im detektieren Unterdruck mit einem Schwankungsmuster vorgenommen werden, welches durch ein Experiment in Bezug auf die Stufe erhalten wird. Die Bestimmung des Taktes kann durch Anwendung eines gut bekannten Takt-Bestimmungsverfahrens ausgeführt werden.
-
Ein Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Rechenabschnitt 23 berechnet eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω1 auf der Grundlage des Intervalls τ1 (unten in Verbindung mit 8 beschrieben) von zwei aufeinander folgenden Kurbelimpulsen, die an einer Position rechts vor dem oberen Kompressions-Totpunkt oder oberhalb des oberen Kompressions-Totpunkts in der Stufe erzeugt werden, die durch den Schritt- bzw. Stufen-Einstellabschnitt 20 festgelegt ist. In derselben Weise berechnet der Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Rechenabschnitt 23 eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω2 auf der Grundlage des Intervalls τ2 (unten in Verbindung mit 8 beschrieben) von zwei Kurbelimpulsen entsprechend einer optionalen Stufe in dem Kompressionstakt.
-
Die Geschwindigkeitsverringerungsgrößen-Berechnungseinheit 16 berechnet die Differenz (ω2 – ω1) zwischen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω2 in dem Kompressionstakt und der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω1, die in einem bestimmten Abschnitt detektiert werden, der die Position des oberen Totpunkts des Motors überlappt, das ist die Größe der Geschwindigkeitsverringerung Δω1 in dem Kompressionstakt.
-
7 ist ein Zeitdiagramm, welches die Beziehung zwischen dem Kurbelimpuls und der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω in einem Zyklus zeigt, und 8 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 7. Wie aus 7 und 8 ersehen werden kann, schwankt die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω periodisch durch den internen Druck des Zylinders in Übereinstimmung mit einem Zyklus des Motors, das sind die vier Arbeitstakte der Kompressions-, Verbrennungs-/Ausdehnungs-, Ausstoß- und Einlasstakte. Im Einzelnen wird im späten Abschnitt des Kompressionstaktes die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω durch den Druckwiderstand in Folge einer Zunahme des Innendrucks des Zylinders verringert. Ferner wird in dem Verbrennungs-/Ausdehnungstakt eine Drehenergie der Kurbel durch die Zunahme des Innendrucks des Zylinders in Folge der Verbrennung erzeugt, so dass die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω zunimmt. Darüber hinaus genügt die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω dann, wenn der Verbrennungs-/Ausdehnungstakt beendet ist, der Spitzenwinkelgeschwindigkeit ω2 und wird dann durch eine Fluktuation bzw. Schwankung im Innendruck des Zylinders auf Grund einer Pumparbeit, wie eines mechanischen Reibungswiderstands in dem Motor, eines Abgaswiderstands des Abgastaktes und verbrannten Gases und des Einlasswiderstands im Einlasstakt verringert. Entsprechend der Schwankung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω wird bzw. ist die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω1 niedriger als die mittlere Drehzahl NeA.
-
Wenn das von dem Motor erzeugte Drehmoment ansteigt, steigt ferner die Schwankungsspitze der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω an und dann nimmt die Größe der Abnahme mit der Zunahme des Ansaugluftvolumens ab. Je größer das erzeugte Drehmoment und das Ansaugluftvolumen im Motor sind, umso mehr steigt daher die Schwankung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω an. Darüber hinaus nimmt die Schwankung im Bereich niedriger Drehzahl mit bzw. bei kleiner Trägheitskraft der Kurbelwelle zu, und wie in einem Einzelzylindermotor nimmt sie auch in einem Motor zu, in welchem das Trägheitsmoment der Kurbelwelle relativ klein ist.
-
Bezugnehmend auf 8 wird die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω1 durch Messen der Durchlaufzeit τ1 des 30°-Abschnitts von einem Punkt C1, der rechts vor dem oberen Kompressions-Totpunkt positioniert ist, wo der Kurbelimpuls P1 zu einem Punkt C2 sich verringert, der rechts nach dem oberen Kompressions-Totpunkt positioniert ist, wo der Kurbelimpuls P2 abnimmt, und durch Heranziehen der Durchlaufzeit τ1 und des Anordnungswinkelintervalls der Reluktoren 52 berechnet. Ferner wird die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω2 durch Messen der Durchlaufzeit τ2 des 30-Grad-Abschnitts von einem Punkt C3, wo zwei Kurbelimpulse P3 abnehmen, und einen Punkt C4, wo der Kurbelimpuls P4 abnimmt, in einer optionalen Stufe in dem Kompressionstakt und durch Heranziehung der Durchlaufzeit τ2 und des Anordnungswinkelintervalls der Reluktoren 52 berechnet.
-
Ferner sind die Kurbelimpulse P1 und P2 nicht auf die beiden Kurbelimpulse oberhalb des oberen Kompressions-Totpunkts beschränkt, und sie können beispielsweise zwei fortlaufende Kurbelimpulse rechts vor dem oberen Kompressions-Totpunkt sein. Dies heißt, dass es bevorzugt wird, die Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω1 auf der Grundlage des Erzeugungsintervalls τ1 von zwei fortlaufenden Kurbelimpulsen um den oberen Kompressions-Totpunkt herum oder oberhalb des oberen Kompressions-Totpunktes zu berechnen.
-
Anschließend wird der Betrieb bzw. die Arbeitsweise des Berechnens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Bezugnahme auf ein Fluss- bzw. Ablaufdiagramm beschrieben. 9 ist ein Haupt-Ablaufdiagramm, welches eine Schätzungsberechnung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht. Beim Schritt S1 wird ein Steuer-Flag gesucht, welches eine stöchiometrische Steuerung anzeigt. Beim Schritt S2 wird bestimmt, ob das Steuer-Flag, welches eine stöchiometrische Steuerung anzeigt, gesucht wurde, und wenn die Bestimmung positiv ausfällt bzw. ist, geht der Prozess weiter zum Schritt S3 und berechnet den Ladewirkungsgrad CE. Beim Schritt S4 wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff Gf berechnet. Beim Schritt S5 wird ein Bewegungs-Mittelwert des Wertes CE/Gf, der den Ladungswirkungsgrad CE durch die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Gf teilt, berechnet. Beim Schritt S6 wird die Proportionalkonstante K in Gleichung 1 berechnet. Dies heißt, dass die Proportionalkonstante K berechnet wird, indem der beim Schritt S5 berechnete Wert CE/Gf und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ”14,5” in bzw. bei der stöchiometrischen Steuerung in Gleichung 1 eingesetzt werden.
-
Die auf diese Weise berechnete Proportionalkonstante K kann mit bzw. in Gleichung 1 verwendet werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den von dem Übergangsbereich R des Ausgangssignals des Sauerstoffkonzentrations-Sensors 3 verschiedenen Bereichen zu schätzen.
-
10 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Berechnung des Ladungswirkungsgrades CE veranschaulicht. In 10 wird beim Schritt S31 die Größe einer Geschwindigkeitsverringerung Δω1 erhalten. Die Größe der Geschwindigkeitsverringerung Δω1 wird durch den Geschwindigkeitsverringerungs-Rechenabschnitt 16 berechnet. Beim Schritt S32 wird die mittlere Motordrehzahl NeA erlangt. Die Motordrehzahl NeA wird durch den Motordrehzahl-Rechenabschnitt 15 berechnet. Beim Schritt S33 wird der Ladungswirkungsgrad CE, der eine Funktion der Größe der Geschwindigkeitsreduktion Δω1 und der mittleren Motordrehzahl NeA ist, berechnet, beispielsweise unter Heranziehung des Kennfeldes von 5.
-
11 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Berechnung der Menge an eingespritztem Kraftstoff Gf veranschaulicht. In 11 wird beim Schritt S41 die Kraftstoffeinspritzzeit Tout erlangt. Beim Schritt S42 wird unter Heranziehung von Gleichung 2 die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Gf berechnet.
-
Wie oben beschrieben, werden bei der Ausführungsform dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Heranziehen des Ladungswirkungsgrades CE, der Menge des eingespritzten Kraftstoffs Gf und der Proportionalkonstante K erlangt ist, die Proportionalkonstante K durch Heranziehen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) in der stöchiometrischen Steuerung durch O2-Rückkopplung bestimmt, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann durch Heranziehung der Proportionalkonstante K in den von dem Abgabe-Übergangsbereich R des Sauerstoffkonzentrations-Sensors 3 verschiedenen Bereichen geschätzt werden.
-
Ferner ist in bzw. bei der Ausführungsform, obwohl der Ladungswirkungsgrad CE aus der Proportionalbeziehung zwischen dem Ansaugluftvolumen und dem Ladungswirkungsgrad CE berechnet wird, und die Proportionalkonstante K von Gleichung 1 aus dem Berechnungsergebnis erhalten wird, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, und es kann möglich sein, das Ansaugluftvolumen mit einem Luftströmungssensor zu detektieren und die Proportionalkonstante K aus Gleichung 1 zu erlangen.
-
Dies heißt, dass es möglich sein kann, die Proportionalkonstante K zu erlangen, die durch Heranziehen des betreffenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis proportioniert ist, das heißt dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn das Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrations-Sensors 3, der das Ausgangssignalmerkmal aufweist, welches sich in einer schritt- bzw. stufenweise Art ändert, in dem Übergangsbereich R ist bzw. liegt, der Parameter bezüglich des Ansaugluftvolumens und der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, und es kann möglich sein, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sogar in anderen Bereichen als dem Übergangsbereich R unter Heranziehung der Proportionalkonstanten K zu schätzen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Motorsteuervorrichtung
- 2
- Kurbelimpulsgeber
- 3
- Sauerstoffkonzentrations-Sensor
- 5
- Kurbelimpulsgeberrotor
- 6
- Zündvorrichtung
- 8
- ECU
- 9
- Kurbelwelle
- 11
- Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rechenabschnitt
- 12
- Kraftstoffeinspritzmengen-Rechenabschnitt
- 13
- Kraftstoffeinspritz-Steuerungsabschnitt
- 14
- Ladewirkungsgrad-Rechenabschnitt
- 16
- Geschwindigkeitsverringerungsbetrag-Rechenabschnitt
- 17
- Proportionalkonstanten-Rechenabschnitt
- 18
- stöchiometrischer Detektierabschnitt
