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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung einer abnormen Verbrennung für eine Brennkraftmaschine, die eine Vorzündung der Brennkraftmaschine als eine abnorme Verbrennung erfasst.
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Unter an Fahrzeugen angebrachten Brennkraftmaschinen sind einige Maschinen ausgelegt, um mit einem hohen Kompressionsverhältnis zu arbeiten, um eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. In diesen Maschinen eines hohen Kompressionsverhältnisses ist es wahrscheinlich, dass sich ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder zu einem Zeitpunkt vor einem normalen Zündzeitpunkt einer Zündkerze selbst zündet.
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Als eine beispielhafte Technologie zum Erfassen einer Vorzündung offenbart die
JP 2010-112237 A eine Vorrichtung, die einen Ionensensor zum Erfassen eines Ionenstroms verwendet, der gemäß einem Verbrennungszustand in einem Maschinenzylinder schwankt, und eine Vorzündung basierend auf einem Ausgabesignal (Ionensignal) des Ionensensors erfasst.
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Gemäß der in der
JP 2010-112237 A offenbarten Technologie kann die Art einer Vorzündung, ob diese fortlaufend oder sporadisch auftritt, nicht unterschieden werden. Aufgrund dessen gilt, dass auch wenn die Vorzündung erfasst wird, die Vorzündung nicht am Besten geeignet für die Art der Vorzündung reguliert werden kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Erfassungsvorrichtung einer abnormen Verbrennung für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine fortlaufende Vorzündung und eine sporadische Vorzündung unterscheiden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Erfassungsvorrichtung einer abnormen Verbrennung für eine Brennkraftmaschine einen Sensor und eine elektronische Steuereinheit auf. Der Sensor erfasst Informationen umfassend eine Korrelation mit einem Verbrennungszustand in einer Brennkraftmaschine. Die elektronische Steuereinheit erfasst eine Vorzündung durch Überprüfen, ob die Vorzündung erzeugt wird, basierend auf einem Ausgabesignal des Sensors. Die elektronische Steuereinheit berechnet Vorzündungsunterscheidungsinformationen basierend auf dem Ausgabesignal des Sensors, das produziert wird, nachdem ein Erzeugen der Vorzündung erfasst wird, und überprüft, basierend auf den Vorzündungsunterscheidungsinformationen, ob die Vorzündung eine sporadische Vorzündung ist, die sporadisch aufgrund von in einem Zylinder der Maschine verbleibenden schwebenden Substanzen erzeugt wird.
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen erstellt wurde, besser ersichtlich. In den Zeichnungen gilt:
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1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Maschinensteuersystem zeigt, das eine Erfassungsvorrichtung einer abnormen Verbrennung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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2 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgabesignale eines Schwingungs- bzw. Vibrationssensors in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 ist ein Zeitdiagramm, das Muster einer Vorzündung in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Anzahl von frei schwebenden Substanzen zeigt;
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5 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Vorzündungserfassungsroutine in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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6 ist ein Frequenzdiagramm, das Vibrations- bzw. Schwingungsintensitäten zeigt, die durch den Vibrationssensor in einem zweiten Ausführungsbeispiel erfasst werden;
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7 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Vorzündungserfassungsroutine in dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
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8 ist ein Zeitdiagramm, das Muster einer Vorzündung in einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
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9 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Vorzündungserfassungsroutine in dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
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10 ist ein Zeitdiagramm, das Muster einer Vorzündung in einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
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11 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Vorzündungserfassungsroutine in dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt; und
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12 ist ein Zeitdiagramm, das ein Ausgabesignal eines Gaskomponentensensors in einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert mit Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Es wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. Unter Bezugnahme zunächst auf 1, die ein Maschinensteuersystem zeigt, ist eine Luftreinigungseinrichtung 13 an dem am weitesten stromaufwärtig gelegenen Abschnitt einer Saugleitung 12 einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine 11 bereitgestellt, und ein Luftdurchflussmeter 14 ist an einem stromabwärtigen Abschnitt der Luftreinigungseinrichtung 13 bereitgestellt, um eine Ansaugluftmenge zu erfassen. Ein Katalysator 25, wie etwa ein Drei-Wege-Katalysator, ist in einer Auslassleitung 23 der Maschine 11 bereitgestellt, um Abgas zu reinigen.
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Ein turbinengetriebener Abgasturbolader 31 ist an der Maschine 11 angebracht, um Ansaugluft aufzuladen. Dieser Turbolader 31 weist eine Abgasturbine 32, die in der Abgasleitung 23 stromaufwärtig des Katalysators 25 bereitgestellt ist, und einen Kompressor 33, der in der Saugleitung 12 stromabwärtig des Luftdurchflussmeters 14 bereitgestellt ist, auf. In diesem Turbolader 31 sind die Abgasturbine 32 und der Kompressor 33 gekoppelt, um miteinander zu rotieren. Durch Antreiben der Abgasturbine 32, um durch kinetische Energie des Abgases zu rotieren, wird der Kompressor 33 angetrieben um zu rotieren, um die Ansaugluft aufzuladen.
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Ein Zwischenkühler 34 ist in der Saugleitung 12 an der stromabwärtigen Seite des Kompressors 33 bereitgestellt, um die Ansaugluft zu kühlen. Ein Drosselventil 16 und ein Drosselsensor 17 sind an dem stromabwärtigen Abschnitt des Zwischenkühlers 34 bereitgestellt. Das Drosselventil 16 wird durch einen Motor 15 angetrieben, um den Öffnungswinkel zu regulieren. Der Drosselsensor 17 erfasst eine Öffnungsposition oder einen Winkel des Drosselventils 16 (Drosselwinkel).
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Ein Ausgleichsbehälter 18 ist stromabwärtig des Drosselventils 16 bereitgestellt. Ein Ansaugdrucksensor 19 ist in dem Ausgleichsbehälter 18 bereitgestellt, um einen stromabwärtigen Druck (Ansaugdruck) zu erfassen.
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Einlasskrümmer 20 sind mit dem Ausgleichsbehälter 18 verbunden, um Luft in Zylinder der Maschine 11 einzubringen. Ein Kraftstoffeinspritzventil 21 ist an einem Einlassanschluss fixiert, oder dessen Umgebung ist mit dem Einlasskrümmer jedes Zylinders verbunden, um Kraftstoff in den Einlassanschluss einzuspritzen. Eine Zündkerze 22 ist an einem Zylinderkopf der Maschine 11 für jeden der Zylinder der Maschine 11 fixiert. Daher wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch in jedem Zylinder durch eine Funkenentladung der Zündkerze 22 jedes Zylinders gezündet.
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Ein zylinderinterner Drucksensor 35 und ein Ionensensor 36 sind in jedem Zylinder (oder nur einem spezifischen Zylinder) der Maschine 11 bereitgestellt. Der zylinderinterne Drucksensor 35 erfasst einen zylinderinternen Druck, das heißt, einen Druck innerhalb des Zylinders. Der Ionensensor 36 erfasst einen durch Ionen verursachten Ionenstrom, die erzeugt werden, wenn das Gemisch in dem Zylinder verbrannt wird. Der zylinderinterne Sensor 35 und der Ionensensor 36 können in der Zündkerze 22 integriert sein, oder können separat von der Zündkerze 22 bereitgestellt sein. In dem ersten Ausführungsbeispiel müssen der zylinderinterne Drucksensor 35 und der Ionensensor 36 nicht notwendigerweise bereitgestellt sein.
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Ein Abgassensor 24 (Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, Sauerstoffsensor oder dergleichen) ist in dem Abgasrohr 23 der Maschine 11 stromaufwärtig des Katalysators 25 bereitgestellt, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, einen fetten/mageren Zustand des Abgases zu erfassen. Ein Gaskomponentensensor 37 (NOx-Sensor oder SOx-Sensor) und ein Abgastemperatursensor 38 sind in dem Abgasrohr 23 der Maschine bereitgestellt. Der Gaskomponentensensor 37 erfasst NOx (Stickoxide) oder SOx (Schwefeloxide) in dem Abgas. Der Abgastemperatursensor 38 erfasst eine Temperatur des Abgases. In dem ersten Ausführungsbeispiel müssen der Gaskomponentensensor 37 und der Abgastemperatursensor 38 nicht notwendigerweise bereitgestellt sein.
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Ein Kühlmitteltemperatursensor 26 und ein Schwingungs- bzw. Vibrationssensor 27 (Klopfsensor) sind an einem Zylinderblock der Maschine 11 angebracht, um eine Kühlmitteltemperatur und eine Vibration bzw. Schwingung der Maschine 11 zu erfassen. Ein Kurbelwinkelsensor 29 ist bereitgestellt, um einer äußeren Umgebung einer Kurbelwelle 28 gegenüber zu stehen, um ein Impulssignal bei jeder vorbestimmten Winkeldrehung der Kurbelwelle 28 zu erzeugen. Ein Kurbelwinkel oder eine Maschinendrehzahl wird basierend auf einem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 29 berechnet.
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Ausgabesignale dieser Sensoren werden in eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 eingegeben. Die ECU 30 besteht aus einem Mikrocomputer als ein Hauptschaltungsteil, der verschiedene in einem eingebauten ROM (Speichervorrichtung) gespeicherte Maschinensteuerprogramme ausführt, um dabei eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Zündungszeitpunkt, einen Drosselwinkel (Ansaugluftmenge) und dergleichen gemäß einem von Zeit zu Zeit variierenden Maschinenbetriebszustand zu steuern.
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Ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder entzündet sich manchmal selbst als eine Vorzündung zu einem früheren Zeitpunkt oder vor einem Zündfunken (Zündungszeitpunkt) der Zündkerze 22. Die Vorzündung ist in zwei Arten aufgeteilt. Eine Art ist eine fortlaufende Vorzündung, die fortlaufend durch eine Zündquelle verursacht wird, die durch eine Wärmefläche nahe der Zündkerze 22 bereitgestellt ist. Die andere Art ist eine sporadische Vorzündung, die sporadisch oder plötzlich verursacht wird, wenn eine frei schwebende oder schwebende Substanz (Festkörpersubstanz) in dem Zylinder ein Auslöser wird. In der Maschine 11, die mit dem Turbolader 31 ausgestattet ist, und in einer Region des hohen effektiven Kompressionsverhältnisses betrieben wird, neigt die sporadische Vorzündung dazu, mit hoher Wahrscheinlichkeit aufzutreten.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die ECU 30 eingerichtet, um eine in 5 gezeigte Vorzündungserfassungsroutine auszuführen. Insbesondere überprüft die ECU 3 basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27, ob die Vorzündung erzeugt wird, bestimmt Vorzündungsunterscheidungsinformationen basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27, das nach Bestimmung einer Erzeugung der Vorzündung erzeugt wird, und überprüft, ob die Vorzündung die sporadische Art ist, basierend auf den Vorzündungsunterscheidungsinformationen.
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Insbesondere wird zunächst einfach überprüft, ob die Vorzündung erzeugt wird, basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27. Diese Überprüfung wird ungeachtet dessen getroffen, ob die Vorzündung fortlaufend oder sporadisch ist. Wie in 2 gezeigt ist, wird die Spitzenposition der Vibration bzw. Schwingung der Maschine 11, das heißt der Kurbelwinkel, bei dem das Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 einen Spitzen-(Maximal-)Wert aufzeigt, basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 berechnet. Die Vorzündung wird basierend darauf überprüft, ob die Spitzenposition der Vibration an der vorgerückten Winkelseite bezüglich eines vorbestimmten Vorzündungsbestimmungsschwellenwerts (vorbestimmten Schwellenwinkels) liegt.
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Wie aus 2 ersichtlich wird, ist die Spitzenposition der durch die Vorzündung verursachten Vibration, und in (A) gezeigt, weiter vorgerückt als die Spitzenposition der durch die normale Zündung verursachten Vibration, und in (B) gezeigt. Daher ist es möglich zu überprüfen, ob die Vorzündung erzeugt wird durch Überprüfen, ob die Spitzenposition der Schwingung an der vorgerückten Winkelseite als der Vorzündungsbestimmungsschwellenwert liegt, der auf dem Kurbelwinkel entsprechend der Spitzenposition der durch die normale Zündung verursachten Vibration oder einer ein wenig weiter vorgerückten Position eingestellt sein kann.
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Der Vorzündungsbestimmungsschwellenwert ist in Übereinstimmung mit Spezifikationen eines Maschinensteuersystems basierend auf experimentellen Daten und Auslegungsdaten voreingestellt und in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Es ist ebenso möglich, den Vorzündungsbestimmungsschwellenwert basierend auf einem eingelernten Wert einzustellen, der durch Einlernen einer Spitzenposition einer durch normale Zündung während eines Maschinenbetriebs verursachten Schwingung bzw. Vibration aktualisiert wird.
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Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt, wenn die Vorzündung erfasst wird, wird basierend auf Vorzündungsunterscheidungsinformationen, die von dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 bezogen werden, überprüft, ob die Vorzündung die sporadische Vorzündung ist. Daher werden die fortlaufende Vorzündung und die sporadische Vorzündung voneinander unterschieden. Die Vorzündungsunterscheidung wird aus einem Verhalten (Änderung) des Vorzündungserzeugungszeitpunkts (beispielsweise einer Spitzenposition einer Vibration) in einer vorbestimmten Anzahl von Maschinenbetriebszyklen von dem Zeitpunkt der Erzeugung der Vorzündung bezogen. Dieses Verhalten ist beispielhaft in 3 gezeigt. Basierend auf diesem Verhalten wird während der Vorzündungserzeugung die Vorzündung unterschieden, ob diese fortlaufend oder sporadisch ist.
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In einem Fall der fortlaufenden Vorzündung, wie durch eine durchgezogene Linie in 3 angegeben ist, ändert sich der Vorzündungserzeugungszeitpunkt zunehmend oder schrittweise zu der vorgerückten bzw. voreilenden Kurbelwinkelseite, wenn die Anzahl von Maschinenbetriebszyklen zunimmt, das heißt wenn die Anzahl von Verbrennungen mit Verstreichen der Zeit ansteigt. Dies liegt daran, dass sobald die Vorzündung durch eine aufgeheizte Fläche in dem Zylinder erzeugt wird, die Heizfläche in dem Zylinder weiterhin aufgeheizt wird, um fortschreitend weitere Vorzündungen zu verursachen.
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In einem Fall der sporadischen Vorzündung werden die Vorzündung und die normale Zündungsverbrennung unregelmäßig oder in Abständen wiederholt. Daher ändert sich, wie in 3 durch eine gepunktete Linie angedeutet ist, der Vorzündungserzeugungszeitpunkt unregelmäßig zu der vorgerückten bzw. voreilenden Winkelseite und der verzögerten bzw. nacheilenden Winkelseite. Als eine Folge ändert sich der Vorzündungszeitpunkt nicht zunehmend zu der vorgerückten Winkelseite. Dies liegt daran, dass die sporadische Vorzündung im Allgemeinen durch schwebende Substanzen mit hoher Temperatur, wie etwa in dem Zylinder verbleibende Rückstände, verursacht wird.
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Aufgrund dessen gilt, dass wenn sich der Vorzündungserzeugungszeitpunkt zunehmend zu der vorgerückten Winkelseite in einem durch die durchgezogene Linie veranschaulichten Muster bewegt, es bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist. Wenn sich der Vorzündungserzeugungszeitpunkt nicht zunehmend zu der vorgerückten Winkelseite bewegt, sondern sich unregelmäßig zu sowohl der vorgerückten Winkelseite als auch der verzögerten Winkelseite in einem durch die gepunktete Linie veranschaulichten Muster bewegt, wird bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist.
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Wenn die erfasste Vorzündung bestimmt wird, die fortlaufende Vorzündung zu sein, wird, als ein Vorzündungsvermeidungssteuerverfahren, ein Kraftstoffabtrennen durchgeführt, um eine Kraftstoffeinspritzung zu stoppen, um zu vermeiden, dass die Vorzündung fortlaufend auftritt. Zusätzlich wird eine Abnormität der Maschine 11 einem Fahrzeugführer durch Aufleuchten oder Blinken eines Warnlichts, das an einem Armaturenbrett vor einem Fahrersitz bereitgestellt ist, oder Anzeigen und Warnen auf einer in dem Armaturenbrett bereitgestellten Anzeigeeinrichtung mitgeteilt. Diese Kraftstoffabtrennung wird fortgesetzt, bis die Temperatur innerhalb des Zylinders unter einen vorbestimmten Temperaturwert fällt.
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Wenn die erfasste Vorzündung bestimmt wird, die sporadische Vorzündung zu sein, wird eine Kraftstoffanstiegssteuerung durchgeführt, um die Menge einer Kraftstoffeinspritzung für eine vorbestimmte Periode zu erhöhen, um zu verhindern, dass die Vorzündung sporadisch auftritt. In diesem Fall senkt der vermehrte Kraftstoff die Temperatur innerhalb des Zylinders und verhindert, dass die schwebenden Substanzen in dem Zylinder ein Auslöser werden, der die Vorzündung bewirkt.
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Die vorbestimmte Periode zum Durchführen der Kraftstoffanstiegssteuerung ist basierend auf experimentellen Daten oder Auslegungsdaten, die variabel von Spezifikationen von Maschinensteuersystemen abhängen und in dem ROM in der ECU 30 gespeichert sind, voreingestellt. Die vorbestimmte Periode kann voreingestellt sein, um zehn Maschinenbetriebszyklen zu entsprechen. Es wird experimentell belegt, dass die in dem Zylinder verbleibenden schwebenden Substanzen in ungefähr zehn Maschinenbetriebszyklen nach dem ersten Auftreten der in 4 gezeigten Vorzündung verschwinden. Daher wird durch Einstellen der vorbestimmten Periode für die Kraftstoffanstiegssteuerung beispielsweise auf ungefähr zehn Zyklen die sporadisch erzeugte Vorzündung durch die schwebende Substanz als der Auslöser in dem Zylinder sicher verhindert.
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Die vorstehend beschriebene Vorzündung kann durch eine Vorzündungserfassungsroutine der ECU 30 erfasst werden, die in 5 gezeigt ist.
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Diese Vorzündungserfassungsroutine wird zu jedem vorbestimmten Intervall, während die ECU 30 eingeschaltet ist, das heißt während ein Zündschalter (nicht gezeigt) sich auf EIN befindet, wiederholt. Wenn diese Routine gestartet wird, wird zunächst in Schritt 101 eine Spitzenposition einer Vibration der Maschine 11, das heißt ein Kurbelwinkel, bei dem das Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 einen Spitzenwert aufzeigt, basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 berechnet.
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Anschließend wird in Schritt 102 bestimmt, ob sich die berechnete Spitzenposition der Vibration an der weiter vorgerückten bzw. voreilenden Winkelseite als die Spitzenposition der Vibration der normalen Zündungsverbrennung oder der Kurbelwinkelposition, die ein wenig weiter vorgerückt ist, befindet. Die normale Zündungsverbrennung bedeutet eine Verbrennung von Luft/Kraftstoff-Gemisch, die durch Zufuhr eines normalen Zündfunkens durch die Zündkerze 22 bewirkt wird.
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Wenn in Schritt 102 bestimmt wird, dass die berechnete Spitzenposition der Vibration nicht an der vorgerückten Winkelseite bezüglich des Vorzündungsbestimmungsschwellenwerts liegt, das heißt, dass sich diese an der gleichen Position wie der Vorzündungsbestimmungsschwellenwert oder an der weiter verzögerten bzw. nacheilenden Seite befindet, wird in Schritt 103 bestimmt, dass "keine Vorzündung" erzeugt wird, wodurch diese Routine beendet wird. Wenn in Schritt 102 bestimmt wird, dass die berechnete Spitzenposition der Vibration an der vorgerückten Winkelseite als der Vorzündungsbestimmungsschwellenwert liegt, wird in Schritt 104 bestimmt, dass eine "Vorzündung" erzeugt wird, bevor die normale Funkenzündung durch die Zündkerze 22 bereitgestellt wird. Die Schritte 101 bis 104 dienen als Vorzündungserfassungseinrichtung.
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Wenn in Schritt 104 bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt die Vorzündung erfasst wird, wird ein Verhalten oder eine Änderung eines Vorzündungserzeugungszeitpunkts (beispielsweise Spitzenposition der Maschinenvibration) während einer vorbestimmten Anzahl von Maschinenbetriebszyklen nach der Erfassung der ersten Vorzündung als Vorzündungsunterscheidungsinformationen basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 bezogen.
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Es wird anschließend in Schritt 106 überprüft, ob das berechnete Verhalten einem Muster entspricht, in dem sich der Vorzündungserzeugungszeitpunkt zunehmend auf die vorgerückte Winkelseite bewegt. Wenn in Schritt 106 bestimmt wird, dass das berechnete Verhalten ein Muster einer zunehmenden Änderung in Richtung der vorgerückten Winkelseite angibt, wird in Schritt 107 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist. Wenn in Schritt 106 bestimmt wird, dass das berechnete Verhalten ein Muster einer nicht zunehmenden Änderung in Richtung der fortschreitenden Winkelseite angibt, sondern ein Muster einer unregelmäßigen Änderung zu sowohl der vorgerückten Winkelseite als auch der verzögerten Winkelseite angibt, wird in Schritt 108 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist. Die Schritte 105 bis 108 dienen als Vorzündungsunterscheidungseinrichtung.
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Wenn in Schritt 107 bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist, wird der Kraftstoff abgetrennt, um zu verhindern, dass die Vorzündung fortlaufend auftritt. Zusätzlich wird diese Abnormität der Maschine 11 dem Fahrer durch das Warnlicht oder die Anzeigevorrichtung mitgeteilt.
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Wenn in Schritt 108 bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge kontinuierlich für die vorbestimmte Periode (beispielsweise eine Periode von zehn Zyklen) erhöht, um dadurch zu verhindern, dass die Vorzündung sporadisch auftritt. Dieser Schritt 110 dient als Vorzündungsverhinderungssteuereinrichtung.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die Spitzenposition einer Vibration der Maschine 11 basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 bestimmt, ungeachtet dessen, ob die Vorzündung fortlaufend oder sporadisch ist. Es wird lediglich überprüft, ob die Vorzündung erzeugt wird, durch Überprüfen, ob die Spitzenposition der Vibration an der weiter vorgerückten Winkelseite als der Vorzündungsbestimmungsschwellenwert liegt. Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt wenn die Vorzündung erfasst wird, wird basierend auf den Vorzündungsunterscheidungsinformationen, die aus dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 bezogen werden, überprüft, ob die Vorzündung die sporadische Vorzündung ist. Daher werden die fortlaufende Vorzündung und die sporadische Vorzündung voneinander unterschieden. Als eine Folge ist es möglich, die Vorzündungsverhinderungssteuerung durchzuführen, die für die erfassten Vorzündungsarten am besten angemessen ist. Daher wird die Vorzündung am effektivsten verhindert, und eine thermische Effizienz und eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit der Maschine 11 werden verbessert.
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Zusätzlich gilt, dass wenn die erfasste Vorzündung bestimmt wird, die sporadische Vorzündung zu sein, wird die Kraftstoffanstiegssteuerung als die Vorzündungsverhinderungssteuerung nur für eine begrenzte Periode (beispielsweise nur zehn Zyklenperioden) durchgeführt. Als eine Folge ist es möglich, ein Herabsetzen der Fahrbarkeit im Vergleich zu einer als die Vorzündungsverhinderungssteuerung durchgeführten Kraftstoffabtrennung zu minimieren.
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In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 überprüft, ob die erfasste Vorzündung sporadisch ist oder nicht. Jedoch ist es möglich, das Verhalten des Vorzündungszeitpunkts basierend auf einem Ausgabesignal des zylinderinternen Drucksensors 35 in dem Fall zu berechnen und zu bestimmen, dass der zylinderinterne Drucksensor 35 angebracht ist, um zu überprüfen, ob die Vorzündung sporadisch ist oder nicht, basierend auf diesem berechneten Verhalten.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel wird bezüglich des Unterschieds zu dem ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, während die Beschreibung vereinfacht wird, die im Wesentlichen die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist.
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Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die ECU 30 eingerichtet, um eine in 7 gezeigte Vorzündungserfassungsroutine auszuführen. Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt, eine Vorzündung erfasst wird, wird eine Frequenz der Vibration bzw. Schwingung der Maschine 11 basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 analysiert, um, als Vorzündungsunterscheidungsinformationen, eine Vibrationsintensität (beispielsweise ein Spitzenwert, ein Mittelwert, ein Gebiet des Ausgabesignals des Vibrationssensors 27) in einem vorbestimmten spezifischen Frequenzband zu berechnen. Anschließend wird überprüft, ob die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, basierend darauf, ob die berechnete Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist.
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Wie aus 6 ersichtlich wird, gilt, dass wenn die Vibration durch die sporadische Vorzündung bewirkt wird, die Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband (beispielsweise 10 kHz-Band) ansteigt. Aufgrund dessen ist es möglich zu überprüfen, ob die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, basierend darauf, ob die Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband größer als ein Schwellenwert ist (beispielsweise eine Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband, das durch die durch die normale Zündungsverbrennung bewirkte Vibration aufgezeigt wird).
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Das spezifische Frequenzband ist in Übereinstimmung mit Spezifikationen von Maschinensteuersystemen basierend auf experimentellen Daten und Auslegungsdaten voreingestellt und in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Das spezifische Frequenzband ist beispielsweise auf ein 19 kHz-Band (10 kHz und deren benachbarten Frequenzen) eingestellt.
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Der Schwellenwert ist in Übereinstimmung mit Spezifikationen von Maschinensteuersystemen basierend auf experimentellen Daten und Auslegungsdaten voreingestellt und in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Alternativ kann der Schwellenwert basierend auf einem eingelernten Schwellenwert eingestellt sein, der durch Einlernen der Intensität einer Schwingung bzw. Vibration in dem spezifischen Frequenzband, die durch die normale Zündungsverbrennung während des Maschinenbetriebs bewirkt wird, gespeichert ist.
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In der in dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführten und in 7 gezeigten Routine wird eine Verarbeitung der Schritte 105a und 106a anstatt der Verarbeitung der Schritte 105 und 106 (5), die in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, ausgeführt.
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In der in 7 gezeigten Vorzündungserfassungsroutine wird überprüft, ob die Vorzündung erzeugt wird (Schritte 101 bis 104), basierend darauf, ob sich die Spitzenposition der basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 berechneten Vibration an der vorgerückten Winkelseite bezüglich des Vorzündungsschwellenwerts befindet.
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Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt die Vorzündung erfasst wird, wird eine Frequenzanalyse durchgeführt, um die Frequenz einer Vibration der Maschine 11 in Schritt 105 zu analysieren. Dabei wird die Vibrationsintensität (beispielsweise Spitzenwert, Mittelwert, Gebiet oder dergleichen des Ausgabesignals des Vibrationssensors 27) in dem spezifischen Frequenzband (beispielsweise 10 kHz-Band) als die Vorzündungsunterscheidungsinformationen basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 berechnet.
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Anschließend wird in Schritt 106a überprüft, ob die berechnete Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband größer als der Schwellenwert ist (beispielsweise Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband der durch die normale Zündungsverbrennung bewirkten Vibration). Wenn in Schritt 106a bestimmt wird, dass die berechnete Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, wird in Schritt 107 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist. Wenn in Schritt 106a bestimmt wird, dass die berechnete Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband größer als der Schwellenwert ist, wird in Schritt 108 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist.
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Wenn bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist, wird Kraftstoff abgetrennt, um zu verhindern, dass die Vorzündung fortlaufend auftritt (Schritt 109). Wenn bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge kontinuierlich für die vorbestimmte Periode erhöht, um dadurch zu verhindern, dass die Vorzündung sporadisch auftritt (Schritt 110).
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Das vorstehend beschriebene zweite Ausführungsbeispiel stellt im Wesentlichen den gleichen Vorteil wie das erste Ausführungsbeispiel bereit. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Vorzündung überprüft, ob diese sporadisch ist oder nicht, basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27. Als eine Alternative kann jedoch in einem Fall, in dem der zylinderinterne Drucksensor 35 angebracht ist, die Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband basierend auf dem Ausgabesignal des zylinderinternen Drucksensors 35 berechnet werden. Es ist möglich zu überprüfen, ob die erfasste Vorzündung sporadisch ist oder nicht, durch Überprüfen, ob die Vibrationsintensität in dem spezifischen Frequenzband größer als ein Schwellenwert ist.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel wird bezüglich des Unterschieds zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, während die Beschreibung vereinfacht wird, die im Wesentlichen die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Ionensensor 36 bereitgestellt, und die ECU 30 ist eingerichtet, um eine in 9 gezeigte Vorzündungserfassungsroutine auszuführen. Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird (das heißt die Vorzündung erfasst wird), wird das Verhalten der Ionenstromerfassungszeit (Zeitpunkt der Ankunft der Flamme in dem Zylinder an dem Erfassungsabschnitt des Ionensensors 36) als die Vorzündungsunterscheidungsinformationen basierend auf dem Ausgabesignal des Ionensensors 36 während einer Periode einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen nach der ersten Erzeugung der Vorzündung, wie in 8 gezeigt ist, berechnet. Es wird basierend auf dem Verhalten der Ionenstromerfassungszeiten überprüft, ob die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist.
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Wie durch eine durchgezogene Linie in 8 angegeben ist, gilt in dem Fall der Vorzündung, die fortlaufend erzeugt wird, dass die Ionenstromerfassungszeit dazu neigt, sich zu der vorgerückten Winkelseite zu bewegen, wenn die Anzahl von Zyklen ansteigt. In dem Fall der Vorzündung, die sporadisch erzeugt wird, neigt die Ionenstromerfassungszeit dazu, sich zu der vorgerückten Winkelseite und der verzögerten Winkelseite zu bewegen. Daher bewegt sich die Ionenstromerfassungszeit nicht stabil zu der vorgerückten Winkelseite.
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Es ist daher möglich zu bestimmen, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist, wenn die Ionenstromerfassungszeit sich zunehmend oder stabil zu der vorgerückten Winkelseite bewegt. Es ist möglich zu bestimmen, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, wenn sich die Ionenstromerfassungszeit stattdessen unregelmäßig zu der vorgerückten Winkelseite und der verzögerten Winkelseite bewegt und sich nicht zunehmend oder stabil zu der vorgerückten Winkelseite bewegt.
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In der in dem dritten Ausführungsbeispiel ausgeführten und in 9 gezeigten Routine wird eine Verarbeitung der Schritte 105b und 106b anstatt der Verarbeitung der Schritte 105 und 106 (5), die in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, ausgeführt.
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In der in 9 gezeigten Vorzündungserfassungsroutine wird überprüft, ob die Vorzündung erzeugt wird (Schritte 101 bis 104), basierend darauf, ob sich die Spitzenposition einer Vibration, die basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 berechnet wird, bezüglich des Vorzündungsschwellenwerts an der vorgerückten Winkelseite befindet.
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Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt, die Vorzündung erfasst wird, wird das Verhalten der Ionenstromerfassungszeit als die Vorzündungsunterscheidungsinformationen in Schritt 105b basierend auf dem Ausgabesignal des Ionensensors 36 während einer Periode einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen nach der ersten Erzeugung der Vorzündung berechnet.
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In Schritt 106b wird überprüft, ob das Verhalten der Ionenstromerfassungszeit einem Muster entspricht, in dem sich die Ionenstromerfassungszeit zunehmend zu der vorgerückten Winkelseite bewegt. Wenn in Schritt 106b bestimmt wird, dass das Verhalten der Ionenstromerfassungszeit in dem Muster einer zunehmenden Bewegung der Erfassungszeit zu der vorgerückten Winkelseite liegt, wird in Schritt 107 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist. Wenn in Schritt 106b bestimmt wird, dass das Verhalten der Ionenstromerfassungszeit nicht in dem Muster einer fortlaufenden Vorzündung ist, das heißt sich die Ionenstromerfassungszeit zu sowohl der vorgerückten Winkelseite als auch der verzögerten Winkelseite unregelmäßig ändert, wird in Schritt 108 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist.
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Wenn bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist, wird Kraftstoff abgetrennt, um zu verhindern, dass die Vorzündung fortlaufend auftritt (Schritt 109). Wenn bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge kontinuierlich für die vorbestimmte Periode erhöht, um dadurch zu verhindern, dass die Vorzündung sporadisch auftritt (Schritt 110). Das vorstehend beschriebene dritte Ausführungsbeispiel stellt ebenso im Wesentlichen den gleichen Vorteil wie das erste Ausführungsbeispiel bereit.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Als Nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel wird bezüglich des Unterschieds zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, während die Beschreibung vereinfacht wird, die im Wesentlichen die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist.
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Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Abgassensor 38 bereitgestellt, und die ECU 30 ist eingerichtet, um die in 11 gezeigte Vorzündungserfassungsroutine auszuführen. Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird (das heißt die Vorzündung erfasst wird), wird das Verhalten der Abgastemperatur als die Vorzündungsunterscheidungsinformationen basierend auf dem Ausgabesignal des Abgassensors 38 während einer Periode einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen nach dem ersten Erzeugen der Vorzündung, wie in 10 gezeigt ist, berechnet. Es wird basierend auf dem Verhalten der Abgastemperatur überprüft, ob die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist.
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Wie durch eine durchgezogene Linie in 10 angedeutet ist, gilt in dem Fall der Vorzündung, die fortlaufend erzeugt wird, dass die Abgastemperatur dazu neigt, sich zu der niedrigeren Temperaturseite zu bewegen, wenn die Anzahl von Zyklen zunimmt. In dem Fall der Vorzündung, die sporadisch erzeugt wird, neigt die Abgastemperatur dazu, sich zu der niedrigeren Temperaturseite und der höheren Temperaturseite unregelmäßig zu bewegen. Daher bewegt sich die Abgastemperatur nicht stabil zu der niedrigeren Temperaturseite.
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Es ist daher möglich zu bestimmen, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist, wenn sich die Abgastemperatur zunehmend oder stabil zu der niedrigeren Temperaturseite bewegt. Es ist möglich zu bestimmen, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, wenn sich die erfasste Abgastemperatur stattdessen unregelmäßig zu der niedrigeren Temperaturseite und der niedrigeren Temperaturseite bewegt und sich nicht zunehmend oder stabil zu der niedrigeren Temperaturseite bewegt.
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In der in dem vierten Ausführungsbeispiel ausgeführten und in 11 gezeigten Routine wird eine Verarbeitung der Schritte 105c und 106c anstatt der Verarbeitung der Schritte 105 und 106 (5), die in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, ausgeführt.
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In der in 11 gezeigten Vorzündungserfassungsroutine wird überprüft, ob die Vorzündung erzeugt wird (Schritte 101 bis 104), basierend darauf, ob die Spitzenposition einer Vibration, die basierend auf dem Ausgabesignal des Vibrationssensors 27 berechnet wird, bezüglich des Vorzündungsschwellenwerts an der vorgerückten Winkelseite befindet.
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Wenn bestimmt wird, dass die Vorzündung erzeugt wird, das heißt, die Vorzündung erfasst wird, wird das Verhalten der Abgastemperatur als die Vorzündungsunterscheidungsinformationen in Schritt 105c basierend auf dem Ausgabesignal des Abgassensors 38 während einer Periode einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen nach der ersten Erzeugung der Vorzündung berechnet.
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In Schritt 106c wird überprüft, ob das Verhalten der Abgastemperatur einem Muster entspricht, in dem sich die Abgastemperatur zunehmend zu der niedrigeren Temperaturseite bewegt. Wenn in Schritt 106c bestimmt wird, dass das Verhalten der Abgastemperatur in dem Muster einer zunehmenden Bewegung der Abgastemperatur zu der niedrigeren Temperaturseite liegt, wird in Schritt 107 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist. Wenn in Schritt 106c bestimmt wird, dass das Verhalten der Abgastemperatur nicht in dem Muster einer zunehmenden Bewegung zu der niedrigeren Temperaturseite liegt, das heißt die Abgastemperatur sich unregelmäßig zu sowohl der niedrigeren Temperaturseite als auch der höheren Temperaturseite ändert, wird in Schritt 108 bestimmt, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist.
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Wenn bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die fortlaufende Vorzündung ist, wird Kraftstoff abgetrennt, um zu verhindern, dass die Vorzündung fortlaufend auftritt (Schritt 109). Wenn bestimmt wird, dass die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge kontinuierlich für die vorbestimmte Periode erhöht, um dadurch zu verhindern, dass die Vorzündung sporadisch auftritt (Schritt 110).
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Das vorstehend beschriebene vierte Ausführungsbeispiel stellt im Wesentlichen den gleichen Vorteil wie das erste Ausführungsbeispiel bereit. Das Verfahren der Erfassung der Vorzündung ist nicht auf die in den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen ausgeführten Verfahren beschränkt, sondern kann wie nachstehend veranschaulicht modifiziert werden. Wenn beispielsweise der zylinderinterne Drucksensor 35 bereitgestellt ist, wird die Spitzenposition der Vibration der Maschine 11 basierend auf dem Ausgabesignal des zylinderinternen Drucksensors 35 berechnet, und es wird überprüft, ob die Vorzündung erzeugt wird, ob die berechnete Spitzenposition die vorgerückte Winkelseite oder die verzögerte Winkelseite bezüglich des vorbestimmten Vorzündungsschwellenwerts ist.
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Alternativ ist ein Gaskomponentensensor 37 (NOx-Sensor oder SOx-Sensor) bereitgestellt, um NOx oder SOx in dem Abgas zu erfassen, und es wird überprüft, ob die Vorzündung erfasst wird, basierend auf einem Ausgabesignal des Gaskomponentensensors 37, durch Überprüfen, ob eine Impulsspitze, die ein kurzzeitiger scharfer Anstieg des Sensorsausgabesignals ist, erzeugt wird. Wie in 12 gezeigt ist, steigt, wenn die Vorzündung erzeugt wird, die Konzentration von NOx oder SOx in dem Abgas temporär an und bewirkt die Impulsspitze in dem Sensorausgabesignal. Daher ist es möglich zu überprüfen, ob die Vorzündung erzeugt wird, durch Überprüfen, ob die Impulsspitze in dem Ausgabesignal des Sensors 37 erzeugt wird.
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Das Verfahren des Unterscheidens der Vorzündung ist ebenso nicht auf die in den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen ausgeführten Verfahren beschränkt, sondern kann wie nachstehend veranschaulicht modifiziert werden. Beispielsweise ist ein Schwebstoffsensor bereitgestellt, um eine schwebende Substanz in dem Zylinder oder dem Abgas zu erfassen, und es wird überprüft, ob die erfasste Vorzündung die sporadische Vorzündung ist, basierend auf dem Ausgabesignal des Schwebstoffsensors, wenn die Vorzündung erfasst wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Maschine beschränkt, an der der Turbolader, der durch die Abgasturbinenantriebsart angetrieben wird, angebracht ist, sondern kann bei einer Maschine angewendet werden, bei der ein mechanisch oder elektrisch angetriebener Turbolader angebracht ist. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung bei einem Saugmotor (NA-Maschine) angewendet werden, bei dem keine Aufladeeinrichtung bereitgestellt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Maschine beschränkt, in der Kraftstoff in einen Einlassanschluss eingespritzt wird, sondern kann bei einer Direkteinspritzungsmaschine, in der Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird, oder einer Maschine der Dualeinspritzungsart angewendet werden, in der Kraftstoff in sowohl den Einlassanschluss als auch den Zylinder durch ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Einlassanschlusseinspritzvorgang und ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Zylindereinspritzvorgang eingespritzt wird.
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Um zu Bestimmen, ob eine Vorzündung fortlaufend oder sporadisch auftritt, wird eine Spitzenposition einer Vibration einer Maschine (11) basierend auf einem Ausgabesignal eines Vibrationssensors (27) berechnet. Die Vorzündung wird basierend darauf überprüft, ob die berechnete Spitzenposition der Vibration an einer vorgerückten bzw. voreilenden Winkelseite als eine Vorzündungsreferenzposition liegt. Wenn die Vorzündung bestimmt wird (das heißt wenn die Vorzündung erfasst wird), wird ein Verhalten der Vorzündung in einer vorbestimmten Periode von einem Auftreten der Vorzündung bestimmt. Basierend auf dem bestimmten Verhalten der Vorzündung wird überprüft, ob die Vorzündung sporadisch ist, wodurch die fortlaufende Vorzündung und die sporadische Vorzündung unterschieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-112237 A [0003, 0004]
