DE102013208616B4

DE102013208616B4 - System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013208616B4
Application number: DE102013208616.4A
Authority: DE
Inventors: Sako KURIYAMA; Hiroki Inata
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2033-05-11
Also published as: DE102013208616A1; US20130312708A1; CN103423004B; US9382856B2; JP2013241924A; JP5939031B2; CN103423004A

Abstract

System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Verbrennungsmotor zum Steuern eines Kraftstoffinjektors, der stromaufwärts eines Einlassventils positioniert ist, das in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, gekoppelt mit einem Einlassweg zum Einlassen von Gas in den Zylinder, umfassend:eine Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion, die konfiguriert ist, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Auspuffhubs des Zylinders einzuspritzen, wenn ein Auslassventil öffnet,eine Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders, die konfiguriert ist, um die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders vorauszusagen, undeine Funktion zur Steuerungsmodifikation, die konfiguriert ist, um die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion zu modifizieren, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs des Zylinders einzuspritzen, wenn das Einlassventil öffnet, um Kraftstoff zum Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders, welche Temperatur von der Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders vorausgesagt wird, größer ist als eine vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Techniken zur Kraftstoffeinspritzsteuerung, um spezifisch den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils in einem Verbrennungsmotor zu steuern.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich sind Frühzündungs-Verbrennungsereignisse, für welche Motoren mit hohen Verdichtungsverhältnissen unter Betriebsbedingungen mit hoher Last oder hoher AGR (AGR: Abgasrückführung, welche hier externe AGR und interne AGR umfasst) anfällig sind, bei vielen Gelegenheiten problematisch.
Eine Tendenz, dass Frühzündungs-Verbrennungsereignisse stattfinden, ergibt sich aus Verdichtungsverhältnissen, welche aufgrund einer Steigerung des Einlasses von Kraftstofffüllung, die in einen Zylinder während des Betriebs mit hoher Last eintritt, höher sind als Verdichtungsverhältnisse während des Antriebs mit niedriger Last, und einem Anstieg der Zylindertemperatur aufgrund einer Steigerung der Rückführung von Abgasen mit hoher Temperatur in den Zylinder, verursacht durch eine Steigerung der Menge an AGR. Die Frühzündungs-Verbrennungsereignisse können sehr hohe Drücke innerhalb des Zylinders verursachen und zu schweren Schäden an einem Kolben in dem Zylinder und an einem Zylinderkopf führen.
In einem Beispiel offenbart die Druckschrift JP 3669175 B2 eine Technologie zu AGR, um diesem Problem abzuhelfen. In Übereinstimmung mit dieser Technologie wird eine Ventilüberlappungsvorgabe für die Größe einer Einlass- und Auslassventilüberlappung im Vergleich zu dem beim normalen Gebrauch verringert, wenn ein Niveau an Frühzündungs-Verbrennungsereignissen größer oder gleich einem vorbestimmten Niveau ist. Gemäß der Technologie, die in der Druckschrift JP 3669175 B2 offenbart ist, kann eine Tendenz, dass verbrannte Gase des Abgassystems durch einen Motorzylinder während der Einlass- und Auslassventilperioden gedrückt werden, eingeschränkt werden, um eine Menge an nicht verbrannten Restgasen mit hoher Temperatur zu verringern, die Gastemperatur in dem Zylinder zu senken und dadurch die Frühzündungs-Verbrennungsereignisse zu vermeiden.
Die Druckschrift DE 10 2006 007 718 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer Saugrohreinspritzung mit Betriebszuständen, bei denen unter anderem während des Ansaughubs und des Auspuffhubs Kraftstoff eingespritzt wird.
Ferner gibt es einen Ansatz für die frühe Erkennung der Frühzündung (oder Voraussage der Frühzündung) basierend auf dem Erfassen von Klopfen (zum Beispiel eine festgelegte Anzahl von aufeinander folgendem Auftreten von Klopfen). Aus den frühen Verbrennungsereignissen ergeben sich bestimmte aus einem Anstieg der Temperatur der Zylinderinnenwände (oder eines Kolbenbodens, einer Zylinderkopfbrennkammer) aufgrund von Klopfen, und andere, ohne einen Hinweis auf Klopfen, unter bestimmten Temperaturbedingungen (Einlasstemperatur, Abgastemperatur, Motorkühlmitteltemperatur usw.). Es ist daher schwierig, eine Frühzündung immer basierend auf dem Erfassen von Klopfen vorauszusagen.
Als ein anderer Ansatz zum Erfassen von Frühzündung (oder zur Voraussage von Frühzündung) wird die Frühzündung durch Messen von Ionenströmen erfasst. Auf jeden Fall ist die Voraussage von Frühzündung erforderlich, weil es wahrscheinlich ist, dass Frühzündungs-Verbrennungsereignisse zu schweren Schäden an Maschinen (Kolben usw.) führen können.
Als einer der verschiedenen Schritte zum Vermindern von Frühzündung wird durch Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder einer Maschine des Typs PFI (Einlasskanaleinspritzung) während des Ansaughubs, wenn ein Einlassventil öffnet, die Verdampfungswärme des Kraftstoffs verwendet, um eine Zylinderfüllungsabkühlung zu erreichen, was die Wahrscheinlichkeit von Frühzündungs-Verbrennungsereignissen des Zylinders verringert. Das Einspritzen von Kraftstoff während des Ansaughubs in den Zylinder kann jedoch zur Zunahme von HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) führen, welche unverbrannte toxische Komponenten sind. Außerdem kann die Einspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder während des Ansaughubs zum Einlassen von flüssigem Kraftstoff in den Zylinder führen und dadurch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Ruß steigern. Daher ist es wünschenswert, das ständige Einspritzen von Kraftstoff während des Ansaughubs zu vermeiden. Häufig kann das Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder während des Ansaughubs zum Anhaften des eingespritzten Kraftstoffs, an der Zylinderlaufbuchse führen und dadurch die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass Schmieröl durch den haftenden Kraftstoff verdünnt wird.
Die Einspritzung von Kraftstoff während des Auspuffhubs kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von HC, CO, Ruß usw. aufgrund der Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Einlasskanals, bevor der eingespritzte Kraftstoff in einem Zylinder verbrannt wird, verringern.
KURZDARSTELLUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kraftstoff während des Ansaughubs auf besser geeignete Art einzuspritzen, um Frühzündungs-Verbrennungsereignisse in einem Zylinder zu verringern und gleichzeitig Frühzündung genauer vorauszusagen.
Gemäß einem Aspekt (1) der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Verbrennungsmotor zum Steuern eines Kraftstoffinjektors vorgesehen, der stromaufwärts eines Einlassventils positioniert ist, das in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, gekoppelt mit einem Einlassweg zum Einlassen von Gas in den Zylinder, umfassend: eine Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion, die konfiguriert ist, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Auspuffhubs des Zylinders einzuspritzen, wenn ein Auslassventil öffnet, eine Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders, die konfiguriert ist, um die Temperatur innerhalb eines Zylinders während der Kompression des Zylinders vorauszusagen, und eine Funktion zur Steuerungsmodifikation, die konfiguriert ist, um die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion zu modifizieren, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs des Zylinders einzuspritzen, wenn das Einlassventil öffnet, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders, welche Temperatur von der Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders vorausgesagt wird, größer ist als eine vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt (2) der vorliegenden Erfindung umfasst das System ferner: eine Funktion zum Berechnen des Unterschieds, die konfiguriert ist, um, wenn die Funktion zur Steuerungsmodifikation bestimmt, dass die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders, welche Temperatur von der Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders vorausgesagt wird, höher ist als die vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, einen Unterschied zwischen der Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders und der vorbestimmten Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, zu berechnen, wobei die Funktion zur Steuerungsmodifikation die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion modifiziert, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs einzuspritzen, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Unterschied, der durch die Funktion zum Berechnen des Unterschieds berechnet wird, größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, und die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion modifiziert, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Auspuffhubs einzuspritzen und Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs unmittelbar nach dem Auspuffhub einzuspritzen, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Unterschied, der von der Funktion zum Berechnen des Unterschieds berechnet wird, kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt (3) der vorliegenden Erfindung modifiziert die Funktion zur Steuerungsmodifikation die Steuerung durch die Kraftstoffinj ektor-Steuerfunktion, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor nicht während des Auspuffhubs einzuspritzen, sondern Kraftstoff in einem Volumen von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs einzuspritzen, das gegeben ist, indem das Volumen des geplanten Kraftstoffs, der während des Auspuffhubs einzuspritzen ist, zu dem Volumen des geplanten Kraftstoffs addiert wird, der während des Ansaughubs unmittelbar nach dem Auspuffhub einzuspritzen ist, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Kraftstoffeinspritzperiode, die während des Auspuffhubs zu implementieren ist, kürzer ist als eine vorbestimmte Kraftstoffeinspritzperiode, auch wenn der Unterschied, der von der Funktion zum Berechnen des Unterschieds berechnet wird, kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt (4) der vorliegenden Erfindung erhöht die Funktion zur Steuerungsmodifikation einen Teilungsanteil der Einspritzperiode für die Ansaughubeinspritzung an der Gesamteinspritzperiode, die durch Addieren der Einspritzperiode für die Auspuffhubeinspritzung zu der Einspritzperiode für die Ansaughubeinspritzung gegeben ist, so dass der Teilungsanteil umso höher wird, je kleiner der Unterschied wird.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt (5) der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzung für den Auspuffhub beendet, bevor das Einlassventil öffnet, und die Kraftstoffeinspritzung für den Ansaughub wird ausgelöst, nachdem das Auslassventil schließt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt (6) der vorliegenden Erfindung lässt der Verbrennungsmotor Abgase in das Innere des Zylinders durch externe Abgasrückführung und interne Abgasrückführung, wobei das System ferner umfasst: eine Funktion zum Erfassen einer Einlasstemperatur, die mit dem Einlassweg des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, die konfiguriert ist, um die Temperatur des Gases zu messen, das in das Innere des Zylinders von der Einlassventilseite eingelassen wird, eine Funktion zum Erfassen der Abgastemperatur, die mit einem Auslassweg zum Auslassen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor an einem Abschnitt stromaufwärts eines Katalysators zum Reinigen des Abgases gekoppelt ist, die konfiguriert ist, um die Temperatur der Abgase zu messen, eine Funktion zum Berechnen einer Gastemperatur, die konfiguriert ist, um die Gastemperatur, die von der Funktion zum Erfassen der Einlasstemperatur gemessen wird, mit einem ersten Korrekturkoeffizienten zu korrigieren, der größer wird, wenn die Motordrehzahl und der Einlassdruck auf der Einlassventilseite zunehmen, und auch mit einem zweiten Korrekturkoeffizienten, der größer wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur und der Einlassdruck auf der Einlassventilseite höher werden, um die korrigierte Temperatur des Gases zu berechnen, und eine Funktion zum Berechnen der Abgastemperatur, die konfiguriert ist, um die Abgastemperatur, die von der Funktion zum Erfassen der Abgastemperatur gemessen wird, mit einem dritten Korrekturkoeffizienten zu korrigieren, der während der Ventilüberlappung größer wird, wenn die Öffnung des Auslassventils und des Einlassventils länger wird, und auch mit einem vierten Korrekturkoeffizienten, der größer wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur und die Motordrehzahl höher werden, um die korrigierte Temperatur des Abgases zu berechnen, und wobei die Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders basierend auf der Gastemperatur berechnet, die von der Funktion zum Berechnen der Gastemperatur berechnet wird, sowie der Temperatur des Abgases, die von der Funktion zum Berechnen der Abgastemperatur berechnet wird.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt (7) der vorliegenden Erfindung berechnet die Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders die Temperatur T_f innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders, wobei die Temperatur ausgedrückt wird durch $T_{f} = T_{0} \cdot {(V_{0} {/V}_{f})}^{(k-1)}$
wobei V₀ das Volumen innerhalb des Zylinders ist, das korrigiert ist, indem das Volumen, das in dem Zylinder durch den Kolben in einer Position definiert wird, wenn das Einlassventil schließt, mit einem fünften Korrekturkoeffizienten korrigiert wird, der größer wird, wenn der Einlassdruck auf der Einlassventilseite höher wird und als Reaktion auf die Motordrehzahl variiert, sowie mit einem sechsten Korrekturkoeffizienten, der größer wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur und die Motordrehzahl größer werden; wobei T₀ die Gastemperatur in dem Zylinder ist, wenn das Einlassventil schließt; wobei V_f das Volumen ist, das in dem Zylinder durch den Kolben in der Position an dem oberen Totpunkt definiert ist, und wobei k der Adiabatenindex ist.
Gemäß dem Aspekt (1) wird Kraftstoff normalerweise während des Auspuffhubs eingespritzt, wobei, wenn die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders höher ist als eine vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, das Innere des Zylinders durch latente Verdampfungswärme von Kraftstoff gekühlt wird, der innerhalb des Zylinders durch Einspritzen von Kraftstoff während des Ansaughubs zerstäubt wird. Da gemäß dem Aspekt (1) die Kraftstoffeinspritzung während des Auspuffhubs normalerweise verwendet wird und die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs nur beschränkt verwendet wird, wird das Auftreten von unverbranntem Gas, wie zum Beispiel HC (Kohlenwasserstoff), CO (Kohlenmonoxid) und Ruß usw. verringert und die Verdünnung des Schmiermittels im Zylinder wird verringert.
Zusätzlich können die Frühzündungs-Verbrennungsereignisse gemäß dem Aspekt (1) ohne ein Erfassen von Klopfen präziser vorausgesagt werden, indem die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders vorausgesagt wird und die vorausgesagte Temperatur innerhalb des Zylinders mit der vorausgesagten Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, verglichen wird. Dies verhindert, dass Frühzündungsschäden an dem Verbrennungsmotor gemäß dem Aspekt (1) der vorliegenden Erfindung verursacht werden, weil Frühzündungs-Verbrennungsereignisse zuvor verringert werden. Gemäß obigen Erläuterungen wird Kraftstoff gemäß dem Aspekt (1) der vorliegenden Erfindung während des Ansaughubs geeigneter eingespritzt, um Frühzündungs-Verbrennungsereignisse zu verringern und gleichzeitig Frühzündung genauer vorauszusagen.
Gemäß dem Aspekt (2) der vorliegenden Erfindung wird, wenn die vorausgesagte Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders höher ist als die vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, und wenn ein Unterschied zwischen diesen Temperaturen größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor nur während des Ansaughubs eingespritzt, um die Temperatur innerhalb des Zylinders positiv zu vermindern, um Frühzündungs-Verbrennungsereignisse zu verringern.
Zusätzlich wird gemäß dem Aspekt (2) der vorliegenden Erfindung, wenn, obwohl die vorausgesagte Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders höher ist als die vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, ein Unterschied zwischen diesen Temperaturen kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, ein Teil von Kraftstoff während des Auspuffhubs eingespritzt, um HC, CO, Ruß usw. zu verringern. Ferner wird gemäß dem Aspekt (2) der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor in eine während des Ansaughubs und eine andere während des Auspuffhubs getrennt, was es erleichtert, den eingespritzten Kraftstoff mit Luft zu mischen, so dass die Homogenität von Kraftstoff und Luft verbessert wird.
Gemäß dem Aspekt (3) der vorliegenden Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzung für den Auspuffhub vermieden werden, falls Kraftstoff während des Auspuffhubs nicht in einer gewünschten Art eingespritzt werden kann, der die Kraftstoffeinspritzperiode, die während des Auspuffhubs zu implementieren ist, kürzer ist als die Mindest-Kraftstoffeinspritzperiode, die der Kraftstoffinjektor für die Kraftstoffeinspritzung benötigt. Ferner kann gemäß dem Aspekt (3) der vorliegenden Erfindung verhindert werden, dass die Zuführung von Kraftstoff, der für die Verbrennung erforderlich ist, nicht ausreicht, indem Kraftstoff in einem Volumen eingespritzt wird, das gegeben ist durch Addieren des Volumens des geplanten Kraftstoffs, der während des Auspuffhubs einzuspritzen ist, zu dem Volumen des geplanten Kraftstoffs, der während des Ansaughubs unmittelbar nach dem Auspuffhub einzuspritzen ist.
Gemäß dem Aspekt (4) der vorliegenden Erfindung werden HC, CO, Ruß usw. besser verringert, indem die Kraftstoffeinspritzperiode für den Auspuffhub länger gemacht wird, wenn der Unterschied zwischen der Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders und der vorbestimmten Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, kleiner wird.
Gemäß dem Aspekt (5) der vorliegenden Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzung während der Ventilüberlappung, wenn sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil öffnen, vermieden werden. Dies kann gemäß dem Aspekt (5) der vorliegenden Erfindung verhindern, dass unverbranntes Gas aus dem Zylinder, bei dem die Ventilüberlappung stattfindet, ausfließt. Eine Verschlechterung des Abgasemissionsniveaus wird daher verhindert.
Gemäß dem Aspekt (6) der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders unter Berücksichtigung der externen AGR und der internen AGR vorausgesagt. Mit anderen Worten werden gemäß dem Aspekt (6) der vorliegenden Erfindung die Temperatur von Gas (zum Beispiel ein gemischtes Gas aus einem Gemisch aus Frischluft und Kraftstoff und ein Gas aufgrund externer AGR), das in das Innere des Zylinders von der Einlassventilseite eingelassen wird, und die Temperatur des Abgases, das zu dem Inneren des Zylinders von der Auslassventilseite zurückgeführt wird, bei der Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Verbrennungsmotors berücksichtigt.
Da gemäß dem Aspekt (6) der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Gases, das in das Innere des Zylinders von der Einlassventilseite eingelassen wird, und die Temperatur des Abgases, das zu dem Inneren des Zylinders von der Auslassventilseite zurückgeführt werden, basierend auf Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors korrigiert werden, ist die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Verbrennungsmotors, welche Temperatur den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors entspricht, voraussagbar.
Gemäß dem Aspekt (7) der vorliegenden Erfindung ist die Temperatur T_f innerhalb des Zylinders, die den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors entspricht, voraussagbar, da sie berechnet wird, nachdem das Volumen V₀ innerhalb des Zylinders in der Position des Kolbens, wenn das Einlassventil schließt, basierend auf Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors korrigiert wurde.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Konfiguration des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Konfiguration einer ECU.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Kraftstoffeinspritz-Steuerverarbeitungsstrategie durch die ECU zeigt.
4 ist ein Graph, der einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten A_ex zeigt.
5 ist ein Graph, der einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten B_ex zeigt.
6 ist ein Graph, der einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten A_in zeigt.
7 ist ein Graph, der einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten B_in zeigt.
8 ist ein Graph, der einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten L_p zeigt.
9 ist ein Graph, der einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten L_w zeigt.
10 ist ein Zeitdiagramm für eine beispielhafte Maschine, das die Beziehung zwischen Kurbelwinkelgrad, zeitliche Ventil-Öffnungs-/Schließsteuerung des Einlass- und des Auslassventils und Hub zeigt.
11 ist ein Zeitdiagramm, das die Einspritzung von Kraftstoff während des Auspuffhubs veranschaulicht, das heißt die Einspritzung von Kraftstoff in einem normalen Zustand, der in Schritt S12 des in 3 gezeigten Flussdiagramms bestimmt werden kann.
12 ist ein Zeitdiagramm, das die Einspritzung von Kraftstoff während des Ansaughubs veranschaulicht, die in Schritt S13 des in 3 gezeigten Flussdiagramms bestimmt werden kann.
13 ist ein Zeitdiagramm, das die Einspritzung von Kraftstoff während des Ansaughubs veranschaulicht, die in Schritt S14 des in 3 gezeigten Flussdiagramms bestimmt werden kann, sowie die getrennte Einspritzung von Kraftstoff, die in Schritt S15 des in 3 gezeigten Flussdiagramms bestimmt werden kann.
14 zeigt eine beispielhafte Teilungsanteilskarte der Einspritzung von Kraftstoff während des Ansaughubs der getrennten Einspritzung von Kraftstoff im Vergleich zu der Abweichung der Gastemperatur.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als vorliegende Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einem System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Verbrennungsmotor gegeben.
1 ist ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Konfiguration des Fahrzeugs 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, ist der Verbrennungsmotor 2, der in das Fahrzeug 1 montiert ist, ein Viertakt-Verbrennungsmotor 2. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 2 ferner ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor.
Bei dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors 2 ist der Einlasskanal 11 mit dem Ansaugrohr 12 gekoppelt, das mit der Brennkammer jedes Zylinders des Verbrennungsmotors 2 in Verbindung steht. Die Einlasspassage 11 weist einen Luftreiniger 13 auf, der auf seiner stromaufwärtigen Seite positioniert ist, und einen elektronisch gesteuerten Drosselkörper 14, der auf seiner stromabwärtigen Seite positioniert ist. Ein Ende 31a einer AGR-Passage 31 (Abgasrückführung) ist mit dem Einlasskanal 11 stromabwärts des elektronisch gesteuerten Drosselkörpers 14 gekoppelt. Der elektronisch gesteuerte Drosselkörper 14 enthält ein Drosselventil 14a. In dem elektronisch gesteuerten Drosselkörper 14 wird die Position des Drosselventils 14a von der ECU (elektronische Steuereinheit) gesteuert.
Für das Ansaugrohr 12 ist jeder Zylinder mit einem Kraftstoffeinspritzventil (das heißt Kraftstoffinjektor) 15 stromaufwärts von und in unmittelbarer Nähe des Einlassventils, nicht gezeigt, für den Zylinder konfiguriert. Der Kraftstoffinjektor 15 wird von der ECU 50 derart gesteuert, dass eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine zeitliche Kraftstoffeinspritzsteuerung usw. eingestellt werden können. Bei dem Auslasssystem des Verbrennungsmotors 2 ist der Abgaskrümmer 21, der mit der Brennkammer jedes Zylinders des Verbrennungsmotors 2 in Verbindung steht, mit der Abgaspassage 22 gekoppelt. Die Abgaspassage 22 weist ein Katalysatorgehäuse 24 auf, das einen Katalysator 23 enthält. Das andere Ende 31b der AGR-Passage 31 ist mit der Abgaspassage 22 stromabwärts des Katalysatorgehäuses 24 gekoppelt.
Die AGR-Passage 31 weist einen AGR-Kühler 32 und ein AGR-Ventil 33 auf, die in dieser Reihenfolge in dem Fluidströmungsweg von dem Ende, das mit der Abgaspassage 22 gekoppelt ist, zu dem Ende, das mit der Einlasspassage 11 gekoppelt ist, positioniert sind. Die AGR-Passage 31, der AGR-Kühler 32 und das AGR-Ventil 33 bilden Bestandteile zum Erzielen externer AGR. Mit anderen Worten wird Abgas zu der AGR-Passage 31 von der Abgaspassage 22 eingelassen, und der AGR-Kühler 32 kühlt das eingelassene Abgas mit einem Motorkühlmittel. Das AGR-Ventil 33 variiert die Menge an Abgas, das der Einlasspassage 11 über die AGR-Passage 31 von der Abgaspassage 22 zu der Einlasspassage 11 bereitgestellt wird. Das AGR-Ventil 33 wird von der ECU 50 gesteuert.
Der Verbrennungsmotor 2 in dem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist konfiguriert, um auch interne AGR bereitzustellen. Mit anderen Worten erlaubt bei dem Verbrennungsmotor 2 die Ventilüberlappung, wenn sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil offen sind, ein erneutes Einführen von verbranntem Gas direkt in eine Brennkammer jedes Zylinders von einer Abgaskanalseite her. Außerdem hat das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Einlasstemperatursensor 41, einen Einlassluftdrucksensor 42, einen Luftströmungssensor 43, einen Abgastemperatursensor 44, einen Kurbelwinkelsensor 45, einen Motorkühlmittel-Temperatursensor 46 und einen Nockenwinkelsensor 47.
Der Einlasstemperatursensor 41 und der Einlassluftdrucksensor 42 sind mit dem Ansaugrohr 12 (genauer mit dem Druckausgleichsgefäß des Ansaugrohrs 12) gekoppelt, und zwar stromabwärts des elektronisch gesteuerten Drosselkörper 14 und eines Abschnitts, der die AGR-Passage 31 mit der Einlasspassage 11 verbindet. Der Einlasstemperatursensor 41 ist konfiguriert, um die Temperatur eines Gases zu messen, das zu dem Ansaugrohr 12 geliefert wird (genauer ein Gemisch aus Luft und Abgas, das über die externe AGR gelenkt wird) . Der Einlasstemperatursensor 41 liefert einen Messwert zu der ECU 50. Der Einlassluftdrucksensor 42 ist konfiguriert, um den Einlassluftdruck zu messen. Der Einlassluftdrucksensor 42 liefert einen Messwert zu der ECU 50.
Ein Luftströmungssensor 43 ist in der Einlasspassage 11 zwischen einem Luftreiniger 13 und dem elektronisch gesteuerten Drosselkörper 14 positioniert, genauer stromabwärts von und in unmittelbarer Nähe des Luftreinigers 13. Dieser Luftströmungssensor 43 ist konfiguriert, um eine Luftmenge, die zu der Einlasspassage 11 geliefert wird, zu messen. Der Luftströmungssensor 43 liefert einen Messwert zu der ECU 50.
Der Abgastemperatursensor 44 ist in der Auslasspassage 22 stromaufwärts eines Katalysatorgehäuses 24 positioniert und konfiguriert, um die Abgastemperatur zu messen. Der Abgastemperatursensor 44 liefert einen Messwert zu der ECU 50. Der Kurbelwinkelsensor 45 ist mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt und konfiguriert, um den Kurbelwinkel zu messen. Der Kurbelwinkelsensor 45 liefert einen Messwert zu der ECU 50.
Der Motorkühlmittel-Temperatursensor 46 ist mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt und konfiguriert, um die Temperatur des Kühlmittels des Verbrennungsmotors 2 zu messen. Der Motorkühlmittel-Temperatursensor 46 liefert einen Messwert zu der ECU 50. Der Nockenwinkelsensor 47 ist mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt und konfiguriert, um einen Nockenwinkel zu messen (das heißt den Ventilhub des Einlassventils und den Ventilhub des Auslassventils). Der Nockenwinkelsensor 47 liefert einen Messwert zu der ECU 50.
Die ECU 50 ist zum Beispiel mit einem Mikrocomputer und seinen peripheren Schaltungen konfiguriert. Die ECU 50 ist daher zum Beispiel mit CPU, ROM, RAM usw. konfiguriert. Der ROM speichert ein, zwei oder mehrere Programme, um unterschiedliche Prozessschritte umzusetzen. Die CPU führt unterschiedliche Prozessschritte unter Befolgung von Anweisungen von einem, zwei oder mehreren Programmen aus. Diese ECU 50 steuert den Betrieb des Verbrennungsmotors 2 basierend auf den Messwerten von unterschiedlichen Arten von Sensoren, darunter der Einlasstemperatursensor 41 usw. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die ECU den Betrieb jeder Kraftstoffeinspritzung basierend auf Messwerten von unterschiedlichen Arten von Sensoren.
2 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Konfiguration der ECU 50, um derartige Steuerungen umzusetzen. Wie in 2 gezeigt, hat die ECU 50 eine Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl , eine Funktion 52 zum Berechnen des Motorlastfaktors, eine Funktion 53 zum Erfassen der internen AGR-Gasbasistemperatur, eine Funktion 54 zum Erfassen der Einlasstemperatur, eine Funktion 55 zum Erfassen des Einlassluftdrucks, eine Funktion 56 zum Erfassen des Motorkühlmittels, eine Funktion 57 zum Erfassen der zeitlichen Einlassventil-Schließsteuerung, eine Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders, eine Funktion 59 zum Bestimmen von Einspritzsteuerdetails und eine Funktion 60 zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Kraftstoffeinspritz-Steuerstrategie zeigt, die durch die Konfiguration der ECU in 2 umgesetzt wird. Verarbeitungsdetails für unterschiedliche Funktionen 51 bis 60 der ECU 50, die in 2 gezeigt sind, werden nachfolgend gemeinsam mit den Prozessschritten, die in 3 gezeigt sind, beschrieben. Wie in 3 gezeigt, erfasst die ECU 50 in Schritt S1 die Motordrehzahl basierend auf dem Messwert von dem Kurbelwinkelsensor 45 durch die Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl.
Danach berechnet die ECU 50 in Schritt S2 den Motorlastfaktor basierend auf dem Messwert von dem Luftströmungssensor 43, der Anzahl der Zylinder und dem Motorhubraum durch die Funktion 52 zum Berechnen des Motorlastfaktors. Je größer der Messwert von dem Luftströmungssensor 43 oder die Menge an Einlassluft wird, desto höher wird der Motorlastfaktor.
Dann erfasst die ECU 50 in Schritt S3 die Basistemperatur des internen AGR-Gases basierend auf dem Messwert von dem Abgastemperatursensor 44 durch die Funktion 53 zum Erfassen der internen AGR-Gasbasistemperatur. Danach erfasst die ECU 50 in Schritt S4 die Temperatur der Einlassluft innerhalb des Ansaugrohrs 12 aus dem Messwert des Einlasstemperatursensors 41 durch die Funktion 54 zum Erfassen der Einlasstemperatur. Insbesondere erfasst die ECU 50 die Temperatur des Gemischs aus Einlassluft und Abgas, das über die externe AGR gelenkt wird, durch die Funktion 54 zum Erfassen der Einlasstemperatur.
Danach erfasst die ECU 50 in Schritt S5 den Einlassluftdruck basierend auf dem Messwert von dem Einlassluftdrucksensor 42 durch die Funktion 55 zum Erfassen des Einlassluftdrucks. Insbesondere erfasst die ECU 50 den Druck des Gemischs aus Einlassluft und Abgas, das über die externe AGR gelenkt wird. Danach erfasst die ECU 50 in Schritt S6 die Motorkühlmitteltemperatur basierend auf dem Messwert von dem Motorkühlmittel-Temperatursensor 46 durch die Funktion 56 zum Erfassen der Motorkühlmitteltemperatur.
Dann erfasst die ECU 50 in Schritt S7 die zeitliche Schließsteuerung des Einlassventils basierend auf dem Messwert von dem Nockenwinkelsensor 47 und dem Messwert von dem Kurbelwinkelsensor 45 durch die Funktion 57 der zeitlichen Schließsteuerung des Einlassventils.
Danach berechnet die ECU 50 in Schritt S8 die Gastemperatur innerhalb des Zylinders am oberen Totpunkt (das heißt während des Kompressionshubs) durch die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders. Insbesondere berechnet die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders die Gastemperatur T_f innerhalb des Zylinders an dem oberen Totpunkt mit der folgenden Gleichung (1): $T_{f} = T_{0} \cdot {(V_{0} {/V}_{f})}^{(k-1)}$
wobei T₀ die Absoluttemperatur (K) innerhalb des Zylinders ist (das heißt von Gas innerhalb des Zylinders), wenn das Einlassventil schließt. Zusätzlich ist V₀ das Volumen (m³) innerhalb des Zylinders, wenn das Einlassventil schließt. V₀ umfasst das Volumen der Brennkammer. Zusätzlich ist V_f das Volumen (m³) innerhalb des Zylinders in dem Augenblick, in dem sich der Kolben am oberen Totpunkt TDC befindet. Zusätzlich ist k der Adiabatenindex. In dem Fall von Luft beträgt k 1,4.
In der obigen Gleichung ist der Temperaturanstieg aufgrund des Zündens, bevor der Kolben den oberen Totpunkt TDC erreicht, nicht enthalten. Ein beispielhafter Prozess des Ableitens der obigen Gleichung (1) ist wie folgt. Zuerst kann die Zustandsgleichung eines hypothetischen idealen Gases in der folgenden Form (2) ausgedrückt werden. $P \cdot V = m \cdot R \cdot T$
oder $P \cdot ν= R \cdot T$
oder $P = ρ \cdot R \cdot T$
wobei P der Druck des Gases ist. Zusätzlich ist V das Volumen des Gases. Zusätzlich ist T die Temperatur des Gases. Zusätzlich ist m die Masse des Gases. Zusätzlich ist R die Gaskonstante. Zusätzlich ist v das spezifische Volumen. Zusätzlich ist p die Raumdichte.
Die Zustandsgleichung des Gases in dem Augenblick, in dem das Einlassventil schließt, kann in der folgenden Form (3) ausgedrückt werden. $P_{0} \cdot V_{0} = R \cdot T_{0} = R \cdot (273 + T_{i})$
wobei P₀ der Druck (P₀) des Gases ist, wenn das Einlassventil schließt. Zusätzlich ist V₀ das Volumen (m³) des Zylinders, wenn das Einlassventil schließt. Zusätzlich ist T₀, wie oben erwähnt, die Absoluttemperatur (K) innerhalb des Zylinders, wenn das Einlassventil schließt. Zusätzlich ist T_i die Temperatur (in Grad Celsius, °C) innerhalb des Zylinders, wenn das Einlassventil schließt.
Es gilt die folgende Gleichung (4). $\begin{matrix} P_{0} \cdot V_{0}^{k} = const . \\ P_{0} \cdot V_{0}^{k} = P_{f} \cdot {(V_{0} / (V_{0} {/V}_{f}))}^{k} \end{matrix}$
Andererseits kann die Zustandsgleichung des Gases in dem Augenblick, in dem sich der Kolben am oberen Totpunkt TDC befindet, in der folgenden Form (5) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} P_{f} \cdot V_{f} = R \cdot T_{f} \\ P_{f} \cdot V_{f} = P_{f} \cdot (V_{0} / ε) \end{matrix}$
wobei P_f der Druck innerhalb des Zylinders (P_a) in dem Augenblick ist, in dem sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet. Zusätzlich ist V_f, wie oben erwähnt, das Volumen (m³) innerhalb des Zylinders in dem Augenblick, in dem sich der Kolben am oberen Totpunkt TDC befindet. Zusätzlich, wie oben erwähnt, ist T_f die Absoluttemperatur (K) innerhalb des Zylinders (das heißt von Gas innerhalb des Zylinders) in dem Augenblick, in dem sich das Einlassventil am oberen Totpunkt befindet.
Ein Verhältnis einer Volumenänderung im Zylinder wird durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt: $ε= V_{0} {/V}_{f}$
Durch Lösen der obigen Gleichungen kann die Gleichung (1) abgeleitet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist T₀ der Gleichung (1) durch folgende Gleichung (7) gegeben. $T_{0} = (A_{ex} \cdot B_{ex} \cdot T_{ex} + A_{in} \cdot B_{in} \cdot T_{in}) /2$
wobei T_ex, A_ex, B_ex, T_in, A_in und B_in die folgenden Werte annehmen. T_ex ist der Wert, der von der Funktion 53 zum Erfassen der internen AGR-Gasbasistemperatur erfasst wird. Das bedeutet, dass T_ex die Abgastemperatur, eine Quelle der internen AGR, ist.
A_ex ist der Korrekturkoeffizient, der zum Korrigieren von T_ex vorgesehen ist. Je größer die Menge an Gas, die über interne AGR gelenkt wird (im Folgenden „internes AGR-Gas“ genannt) oder eine wiedereingeführte Menge an verbranntem Gas in die Zylinder ist, desto größer wird dieser Korrekturkoeffizient A_ex. Zu beachten ist, dass die Menge an internem AGR-Gas umso größer wird, je größer der Betrag der Ventilüberlappung wird. Je größer daher der Betrag der Ventilüberlappung wird, desto größer wird A_ex.
4 zeigt einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten A_ex. Wie in 4 gezeigt, wird der Korrekturkoeffizient A_ex aus der Beziehung zwischen der Motordrehzahl, die von der Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl erfasst wird, und dem Motorlastfaktor, der von der Funktion 52 zum Berechnen des Motorlastfaktors berechnet wird, bestimmt. Dieses charakteristische Diagramm, das in 4 gezeigt ist, wird zum Beispiel experimentell erhalten. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders enthält das beispielhafte charakteristische Diagramm, das in 4 gezeigt ist, in der Form einer Karte (zum Beispiel einer dreidimensionalen Karte) und bezieht sich auf diese Karte, um den geeigneten Wert des Korrekturkoeffizienten A_ex als Reaktion auf die Motordrehzahl und den Motorlastfaktor auszuwählen.
B_ex ist der Korrekturkoeffizient zum Korrigieren von T_ex. Je niedriger die Motorkühlmitteltemperatur wird, desto kleiner wird der Korrekturkoeffizient B_ex, und je niedriger die Motordrehzahl wird, desto kleiner wird der Korrekturkoeffizient B_ex. Ein Grund dafür, dass man den Korrekturkoeffizienten B_ex auf diese Art variieren lässt, liegt darin, dass das Ausmaß, in dem die Wärme des internen AGR-Gases, das aufgrund des Auftreffens auf die Zylinderlaufbuchse, den Zylinderkopf und die Kanalwand verloren geht, umso größer wird, je niedriger die Motorkühlmitteltemperatur wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass die Temperatur des internen AGR-Gases sinkt. Ein anderer Grund ist, dass, je niedriger die Motordrehzahl wird, das Ausmaß höher wird, in dem die Wärme des internen AGR-Gases aufgrund des Auftreffens auf die Zylinderlaufbuchse, den Zylinderkopf und die Kanalwand verloren geht, und zwar aufgrund einer Steigerung der Restzeit des internen AGR-Gases in dem Zylinder, wodurch die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass die Temperatur des internen AGR-Gases abnimmt.
5 zeigt einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten B_ex. Der Korrekturkoeffizient B_ex wird aus der Beziehung zwischen der Motordrehzahl, die von der Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl erfasst wird, und der Kühlmitteltemperatur, die von der Funktion 56 zum Erfassen der Motorkühlmitteltemperatur erfasst wird, bestimmt. Dieses charakteristische Diagramm, das in 5 gezeigt ist, wird zum Beispiel experimentell erhalten. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders enthält das beispielhafte charakteristische Diagramm, das in 5 gezeigt ist, in der Form einer Karte (zum Beispiel einer dreidimensionalen Karte) und bezieht sich auf diese Karte, um den geeigneten Wert des Korrekturkoeffizienten B_ex als Reaktion auf die Motordrehzahl und die Kühlmitteltemperatur auszuwählen.
Das Produkt A_ex·B_ex·T_ex nimmt daher einen Wert an, der hervorgeht aus dem Korrigieren der Temperatur T_ex des internen AGR-Gases, das ein Gas ist, das in den Zylinder während der Ventilüberlappung von dem Auslassventil wieder eingeführt wird, nachdem es aus dem Zylinder ausgelassen wurde, mit dem Korrekturkoeffizienten A_ex basierend auf einer Abgasmenge während der Ventilüberlappung, und auch mit dem Temperaturkoeffizienten B_ex basierend auf einer Verringerung oder einer Steigerung der Temperatur des Abgases als Reaktion auf die Temperatur der internen Struktur des Zylinders. Der Wert des Produkts A_ex·B_ex·T_ex weist daher auf die Temperatur des internen AGR-Gases in dem Zylinder hin. Zusätzlich ist T_in ein Wert, der von der Funktion 54 zum Erfassen der Einlasstemperatur erfasst wird. Mit anderen Worten weist T_in auf die Temperatur des Gases hin, das in den Zylinder von dem Einlassventil eingelassen wird.
A_in ist der Korrekturkoeffizient, der zum Korrigieren von T_in vorgesehen ist. Dieser Korrekturkoeffizient A_in korrigiert T_in als Reaktion auf die frische Zylinderfüllung mit Gasgemisch, die je nach Betriebsbedingungen des Motors variiert. Konkret gilt, dass der Korrekturkoeffizient A_in umso größer wird, je höher der Einlassluftdruck wird, und dass der Korrekturkoeffizient A_in umso größer wird, je höher die Motordrehzahl wird.
6 zeigt einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten A_in. Wie in 6 gezeigt, wird der Korrekturkoeffizient A_ex aus der Beziehung zwischen der Motordrehzahl, die von der Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl erfasst wird, und dem Einlassluftdruck, der von der Funktion 55 zum Erfassen des Einlassluftdrucks erfasst wird, bestimmt. Dieses charakteristische Diagramm, das in 6 gezeigt ist, wird zum Beispiel experimentell erhalten. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders enthält das beispielhafte charakteristische Diagramm, das in 6 gezeigt ist, in der Form einer Karte (zum Beispiel einer dreidimensionalen Karte) und bezieht sich auf diese Karte, um den geeigneten Wert des Korrekturkoeffizienten A_in als Reaktion auf die Motordrehzahl und den Einlassluftdruck auszuwählen.
B_in ist der Korrekturkoeffizient, der zum Korrigieren von T_in vorgesehen ist. Dieser Korrekturkoeffizient B_in korrigiert T_in basierend auf dem Einlassluftdruck und der Kühlmitteltemperatur von einem Standpunkt her, der sich aus der Betrachtung ergibt, wie stark die frische Zylinderfüllung an gasförmigem Gemisch von dem Einlassventil gekühlt oder erhitzt wird. Konkret gilt, dass der Korrekturkoeffizient B_in umso größer wird, je höher der Einlassluftdruck wird, und dass der Korrekturkoeffizient B_in umso größer wird, je höher die Kühlmitteltemperatur wird.
7 zeigt einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten B_in. Wie in 7 gezeigt, wird der Korrekturkoeffizient B_in aus der Beziehung zwischen der Kühlmitteltemperatur, die von der Funktion 56 zum Erfassen der Kühlmitteltemperaturerfasst wird, und dem Einlassluftdruck, der von der Funktion 55 zum Berechnen des Einlassluftdrucks berechnet wird, bestimmt. Dieses charakteristische Diagramm, das in 7 gezeigt ist, wird zum Beispiel experimentell erhalten. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders enthält das beispielhafte charakteristische Diagramm, das in 7 gezeigt ist, in der Form einer Karte (zum Beispiel einer dreidimensionalen Karte) und bezieht sich auf diese Karte, um den geeigneten Wert des Korrekturkoeffizienten B_in als Reaktion auf die Kühlmitteltemperatur und den Einlassluftdruck auszuwählen.
Daher nimmt das Produkt A_in·B_in·T_in einen Wert an, der hervorgeht aus der Korrektur der Temperatur T_in der Zylinderfüllung aus gasförmigem Gemisch von dem Einlassventil (Gemisch aus Frischluft und Kraftstoff und externem AGR-Gas) mit dem Korrekturkoeffizienten A_in basierend auf einer Menge an Zylinderfüllung und auch mit dem Korrekturkoeffizienten B_in basierend auf einer Verringerung oder einer Steigerung der Temperatur der Zylinderfüllung. Der Wert des Produkts A_in·B_in·T_in weist daher auf die Temperatur der Zylinderfüllung aus gasförmigem Gemisch von dem Einlassventil hin.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsformen ist V₀ der Gleichung (1) ferner von der folgenden Gleichung (8) gegeben. $V_{0} = L_{p} \cdot L_{w} \cdot V_{cyl}$
wobei L_p, L_w und V_cyl die folgenden Werte annehmen. V_cyl ist das Volumen des Zylinders in dem Augenblick, in dem das Einlassventil schließt. Dieses V_cyl ist ein Wert, der basierend auf dem Wert berechnet wird, der von der Funktion 55 zum Erfassen des Einlassluftdrucks erfasst wird, und dem Wert, der von der Funktion 57 zum Erfassen der zeitlichen Einlassventil-Schließsteuerung erfasst wird. Konkret wird V_cyl berechnet, um ein Volumen der Zylinderfüllung an gasförmigem Gemisch basierend auf der zeitlichen Einlassventil-Schließsteuerung, die von der Funktion 57 zum Erfassen der zeitlichen Einlassventil-Schließsteuerung erfasst wird, und auf dem Einlassluftdruck, der von der Funktion 55 zum Erfassen des Einlassluftdrucks erfasst wird, anzuzeigen.
L_p ist der Korrekturkoeffizient, der zum Korrigieren von V_cyl konzipiert ist. Dieser Korrekturkoeffizient L_p ist ein Wert, der vorgesehen ist, um V_cyl basierend auf der Betrachtung zu korrigieren, dass der Druck innerhalb des Zylinders als Reaktion auf die Motordrehzahl variiert. Das ist darauf zurückzuführen, dass das gasförmige Volumen der Zylinderfüllung bei einer Änderung des Drucks innerhalb des Zylinders, die durch Einlass- und Auslassimpulseffekte verursacht wird, variiert. Insbesondere wird der Korrekturkoeffizient L_p umso größer, je größer der Einlassdruck wird. Zusätzlich variiert der Korrekturkoeffizient L_p als Reaktion auf die Motordrehzahl.
8 zeigt einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten L_p. Wie in 8 gezeigt, wird der Korrekturkoeffizient L_p aus der Beziehung zwischen der Motordrehzahl, die von der Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl erfasst wird, und dem Einlassluftdruck, der von der Funktion 55 zum Erfassen des Einlassluftdrucks erfasst wird, bestimmt. Dieses charakteristische Diagramm, das in 8 gezeigt ist, wird zum Beispiel experimentell erhalten. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders enthält das beispielhafte charakteristische Diagramm, das in 8 gezeigt ist, in der Form einer Karte (zum Beispiel einer dreidimensionalen Karte) und bezieht sich auf diese Karte, um den geeigneten Wert des Korrekturkoeffizienten L_p als Reaktion auf die Motordrehzahl und den Einlassluftdruck auszuwählen.
L_w ist der Korrekturkoeffizient, der zum Korrigieren von V_cyl vorgesehen ist. Dieser Korrekturkoeffizient L_w ist ein Wert, der vorgesehen ist, um V_cyl basierend auf der Betrachtung zu korrigieren, dass der Druck innerhalb des Zylinders als Reaktion auf die Motordrehzahl und die Kühlmitteltemperatur variiert. Insbesondere korrigiert er V_cyl, nachdem berechnet wurde, wie stark der Druck innerhalb des Zylinders aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem Motor variiert.
Je höher die Kühlmitteltemperatur wird, desto höher wird die Gastemperatur in dem Zylinder und umso mehr steigt der Druck im Zylinder. Außerdem nimmt die Temperatur des Gases in dem Zylinder und der Druck in dem Zylinder umso mehr ab, je niedriger die Kühlmitteltemperatur wird. Je niedriger die Motordrehzahl ist, desto niedriger werden außerdem die Zunahmerate und die Abnahmerate des Drucks in dem Zylinder. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Zeit zum Austauschen von Wärme zwischen Gas in dem Zylinder und dem Motor umso kürzer wird, je höher die Motordrehzahl ist. Der Korrekturkoeffizient L_w wird auf einer solchen Beziehung des Drucks innerhalb des Zylinders mit der Kühlmitteltemperatur und Motordrehzahl berechnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Korrekturkoeffizient L_w umso größer, je höher die Kühlmitteltemperatur ist, und der Korrekturkoeffizient L_w wird umso größer, je höher die Motordrehzahl ist.
9 zeigt einen beispielhaften Korrekturkoeffizienten L_w. Wie in 9 gezeigt, wird der Korrekturkoeffizient L_w aus der Beziehung zwischen der Motordrehzahl, die von der Funktion 51 zum Erfassen der Motordrehzahl erfasst wird, und der Kühlmitteltemperatur, die von der Funktion 56 zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur erfasst wird, bestimmt. Dieses charakteristische Diagramm, das in 9 gezeigt ist, wird zum Beispiel experimentell erhalten. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders enthält das beispielhafte charakteristische Diagramm, das in 9 gezeigt ist, in der Form einer Karte (zum Beispiel einer dreidimensionalen Karte) und bezieht sich auf diese Karte, um den geeigneten Wert des Korrekturkoeffizienten L_w als Reaktion auf die Motordrehzahl und die Kühlmitteltemperatur auszuwählen.
Der Grund dafür, dass V_cyl mit den Koeffizienten L_p und L_w auf die obige Art korrigiert wird, besteht darin, dass das Volumen der Zylinderfüllung und der Druck innerhalb des Zylinders als Reaktion auf die Betriebsbedingungen (Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur usw.) variieren. Danach bestimmt die ECU 50 in Schritt S9, ob die Gastemperatur T_f, die in Schritt S8 berechnet wird, größer ist als ein Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur, durch die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails. Hier ist das Schwellenwertkriterium T_lim der Gastemperatur ein Temperaturwert des Gasgemischs in dem Zylinder während des Kompressionshubs, bei dem das Auftreten vorzeitiger Zündung (das heißt Frühzündung) vorausgesagt ist. Der Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur kann zum Beispiel experimentell, empirisch oder theoretisch bestimmt werden.
Wenn bestimmt wird, dass die Temperatur T_f größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur (T_f>T_lim), bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails eine hohe Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Frühzündung und veranlasst die Routine, zu Schritt S10 weiter zu gehen. Wenn bestimmt wird, dass die Temperatur T_f geringer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur (Tf ≦ T_lim), bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails eine niedrige Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Frühzündung und veranlasst die Routine, zu Schritt S12 weiter zu gehen.
In Schritt S10 bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, ob ein Bereich, der für die Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus reserviert werden kann, ein Bereich für getrennte Kraftstoffeinspritzung zwischen dem Ansaughub und dem Auspuffhub ist oder nicht (das heißt ein Bereich, der für geteilte Kraftstoffeinspritzung reserviert wird). Konkret bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, dass ein Bereich für getrennte Kraftstoffeinspritzung vorliegt (oder dass es möglich ist, eine getrennte Kraftstoffeinspritzung auszuführen), falls die Mindestkraftstoffeinspritzperiode (oder die Mindesteinspritzpulsbreite) sowohl während des Ansaug- als auch des Auspuffhubs implementiert wird. Zusätzlich bestimmt die Funktion zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, dass ein solcher Bereich für die getrennte Kraftstoffeinspritzung nicht vorliegt (oder dass es nicht möglich ist, getrennte Kraftstoffeinspritzung auszuführen), falls die Mindesteinspritzdauer entweder während der Ansaug- oder der Auspuffphase nicht erlaubt ist. Hier ist die Mindestkraftstoffeinspritzperiode die Mindestlänge an Zeit, die erforderlich ist, damit der Kraftstoffinjektor in der Lage ist, Kraftstoff einzuspritzen. Die Mindestkraftstoffeinspritzperiode wird basierend auf den Eigenschaften des Kraftstoffinjektors 15 bestimmt und kann zum Beispiel in Abhängigkeit von der Gaspedalposition variieren.
Wenn die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails ferner bestimmt, dass der Bereich für die getrennte Kraftstoffeinspritzung vorliegt, geht die Routine weiter zu Schritt S11. Wenn die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails bestimmt, dass ein solcher Bereich für getrennte Kraftstoffeinspritzung nicht vorliegt (oder dass ein Bereich für Kraftstoffeinspritzung das getrennte Kraftstoffeinspritzen nicht ermöglicht), geht die Routine weiter zu Schritt S13. In Schritt S11 bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, ob oder ob nicht ein Unterschied, der gegeben ist, indem man den Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur von der Gastemperatur T_f (=T_f-T_lim, nachfolgend als „Unterschied in der Gastemperatur“ bezeichnet) abzieht, größer ist als ein Unterschieds-Kriteriumsschwellenwert ΔT. Hier ist der Unterschieds-Kriteriumsschwellenwert ΔT ein Wert, der experimentell, empirisch oder theoretisch bestimmt wird.
Wenn bestimmt wird, dass der Unterschied in der Gastemperatur größer ist als der Unterschieds-Kriteriumsschwellenwert ΔT (T_f-T_lim > ΔT), veranlasst die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails die Routine, zu Schritt S14 weiter zu gehen. Wenn bestimmt wird, dass der Unterschied in der Gastemperatur geringer oder gleich dem Unterschieds-Kriteriumsschwellenwert ΔT (T_f -T_lim ≦ ΔT)) ist, veranlasst die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails die Routine, zu Schritt S15 weiter zu gehen.
In Schritt S12 bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, dass als Kraftstoffeinspritzung unter normalen Betriebsbedingungen die Einspritzung von Kraftstoff während des Auspuffhubs durchgeführt wird, wenn das Auslassventil offen ist (das heißt Auspuffhubeinspritzung). Dann veranlasst die ECU 50 die Routine, zu Schritt S16 weiter zu gehen. In Schritt S13 bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, dass die Einspritzung von Kraftstoff während des Ansaughubs durchgeführt wird, wenn das Einlassventil offen ist (das heißt Ansaughubeinspritzung). Dann veranlasst die ECU 50 die Routine, zu Schritt S16 weiter zu gehen.
In Schritt S14 bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, dass die Einspritzung von Kraftstoff während des Ansaughubs nur dann durchgeführt wird, wenn das Einlassventil offen ist (das heißt Ansaughubeinspritzung). Dann veranlasst die ECU 50 die Routine, zu Schritt S16 weiter zu gehen. An Schritt S15 bestimmt die Funktion 59 zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritz-Steuerdetails, dass pro einem Verbrennungszyklus die Einspritzung von Kraftstoff während des Auspuffhubs und die Einspritzung von Kraftstoff während des Ansaughubs (das heißt getrennte Einspritzung) durchgeführt wird. Dann bestimmt die ECU 50 das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzung während des Auspuffhubs und der Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs (das heißt Teilungsanteil) basierend auf einer Teilungsanteilskarte. Dann veranlasst die ECU 50 die Routine, zu Schritt S16 weiter zu gehen. Außerdem wird das Bestimmen des Teilungsanteils basierend auf der Teilungsanteilskarte weiter unten ausführlicher beschrieben.
In Schritt S16 steuert die ECU 50 durch die Funktion 60 zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils einen Kraftstoffinjektor 15 für jeden Zylinder in Übereinstimmung mit dem, was von einem der Schritte S12 bis S15 für die Einspritzung von Kraftstoff bestimmt wird.
Unter Bezugnahme auf die 10 bis 14 werden die Details der Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem, was von einem der Schritte S12 bis S15 bestimmt wird, beschrieben.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 10 die Beziehung zwischen Kurbelwinkeln (das heißt Kolbenposition) und Öffnungs- und Schließsteuerung des Einlass-/Auslassventils beschrieben. Wie in 10 gezeigt, öffnet das Auslassventil (veranschaulicht an EVO in 10), bevor der Kolben seinen unteren Totpunkt (veranschaulicht in 10 an BDC) erreicht, wobei es anschließend, während der Kurbelwinkel seinen Ventilhub erhöht, das Maximum erreicht und dann sinkt. Das Auslassventil schließt (veranschaulicht an EVC in 10), nachdem die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 10) erreicht hat.
Andererseits öffnet das Einlassventil (veranschaulicht an IVO in 10), bevor der Kolben seinen oberen Totpunkt (in 10 an TDC veranschaulicht) erreicht, wobei es anschließend, während der Kurbelwinkel seinen Ventilhub erhöht, das Maximum erreicht und dann sinkt. Das Einlassventil schließt (veranschaulicht an IVC in 10), nachdem die Kolbenposition den unteren Totpunkt (veranschaulicht an BDC in 10) erreicht hat.
Das Auslassventil schließt (veranschaulicht an EVC in 10), nachdem die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 10) erreicht hat. Andererseits öffnet das Einlassventil (veranschaulicht an IVO in 10), bevor die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 10) erreicht. Das verursacht eine Ventilüberlappung, bei der sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil offen sind. Die interne AGR findet wegen dieser Überlappung statt. Der Kurbelwinkel (das heißt die Kolbenposition), die Einlass-/Auslassventil-Öffnungs-/Schließsteuerungen und Ventilhübe haben die oben erwähnte Beziehung.
Unter Bezugnahme auf 11 werden nun die Auspuffhubeinspritzung, die Kraftstoffeinspritzung unter normalen Betriebsbedingungen, die in Schritt S12 bestimmt wird, beschrieben. Unter Bezugnahme auf 11 wird die Kraftstoffeinspritzung, deren Ausführung geplant ist, wenn die Gastemperatur T_f kleiner oder gleich dem Kriteriumsschwellenwert T_lim (Tf ≦ T_lim) der Gastemperatur ist, beschrieben. Wie in 11 gezeigt, wird die Einspritzung von Kraftstoff als Auspuffhubeinspritzung während des Auspuffhubs ausgeführt, nachdem das Auslassventil geöffnet hat (veranschaulicht an EVO in 11). Genauer genommen wird die Auspuffhubeinspritzung ausgelöst, nachdem die Kolbenposition den unteren Totpunkt (veranschaulicht an BDC in 11) erreicht hat, nachdem das Auslassventil geöffnet hat (veranschaulicht an EVO in 11) . Die Auspuffhubeinspritzung wird in dem Augenblick beendet, in dem das Einlassventil öffnet (veranschaulicht an IVO in 11). Die Dauer dieser Kraftstoffeinspritzung (das heißt die Gesamteinspritzdauer) kann in eine „Totzeit (1)“ und eine „Ventilöffnungszeit (2)“ aufgeteilt werden, wobei die Ventilöffnungszeit (2) auf die Totzeit (1) folgt.
Die Totzeit ist dabei eine Dauer, während der die Einspritzung von Kraftstoff nicht erlaubt wird. Andererseits wird die Ventilöffnungszeit hier in der Bedeutung einer Dauer verwendet, während der die Einspritzung von Kraftstoff erlaubt ist. Die Totzeit ist eine anfängliche Periode vom Anwenden eines Kraftstoffeinspritzbefehls für den Kraftstoffinjektor 15 bis zum Auslösen eines Stroms, der durch den Kraftstoffinjektor 15 fließt und ausreicht, um sein Ventil zu öffnen. Diese Totzeit variiert als Reaktion auf die Größe des Stroms, der durch den Kraftstoffinjektor 15 fließt. Aus diesem Grund enthält die ECU 50 eine Karte, die die Beziehung zwischen Totzeit und Größe des Stroms zeigt, der durch den Kraftstoffinjektor 15 fließt, und bezieht sich auf diese Karte, um die Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Dies veranlasst die ECU 50, die Auspuffhubeinspritzung zu beenden, bevor das Einlassventil beginnt, sich ohne Einfluss des Stroms zu öffnen, der durch den Kraftstoffinjektor 15 fließt.
Nun wird unter Bezugnahme auf 12 die Ansaughubeinspritzung beschrieben, die in Schritt S13 bestimmt wird. Unter Bezugnahme auf 12 wird die Kraftstoffeinspritzung, deren Ausführung geplant ist, wenn die Gastemperatur T_f größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim (T_f >T_lim) der Gastemperatur, unter Betriebsbedingungen, unter welchen die getrennte Einspritzung nicht erlaubt ist, beschrieben. Wie in 12 gezeigt, wird die Einspritzung von Kraftstoff als Ansaughubeinspritzung während des Ansaughubs ausgeführt, nachdem das Einlassventil geöffnet hat (veranschaulicht an IVO in 12) . Genauer genommen wird eine Totzeit (1) für die Ansaughubeinspritzung ausgelöst, nachdem die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 12) erreicht hat, nachdem das Einlassventil geöffnet hat (veranschaulicht an EVO in 12), und danach wird die Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit (2) ausgelöst, nachdem das Auslassventil geschlossen hat (veranschaulicht an EVC in 12). Die Ansaughubeinspritzung wird beendet, bevor die Kolbenposition den unteren Totpunkt (veranschaulicht an BDC in 12) erreicht, bevor das Einlassventil schließt (veranschaulicht an IVC in 12). Somit wird die Ansaughubeinspritzung ausgeführt, so dass die Kraftstoffeinspritzung während der Ventilöffnungszeit (2) unmittelbar nach der Ventilüberlappung ausgelöst wird.
Unter Bezugnahme auf eine Karte, die die Beziehung zwischen der Totzeit und der Stärke des Stroms zeigt, der durch den Kraftstoffinjektor 15 fließt, beendet die ECU 50 bei der Ansaugeinspritzung die Totzeit (1), bevor das Auslassventil schließt, und löst die Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit (2) ohne einen Einfluss der Größe des Stroms, der durch den Kraftstoffinjektor 15 fließt, aus.
Nun werden unter Bezugnahme auf 13 die Ansaughubeinspritzung, die in Schritt S14 bestimmt wird, und die getrennte Einspritzung, die in Schritt S15 bestimmt wird, beschrieben. Das heißt, unter Bezugnahme auf 13 wird die Kraftstoffeinspritzung beschrieben, deren Ausführung geplant ist, wenn die Gastemperatur T_f größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim (T_f > T_lim) der Gastemperatur unter Betriebsbedingungen, unter welchen die getrennte Einspritzung erlaubt ist und der Unterschied in der Gastemperatur größer ist als der Unterschieds-Kriteriumsschwellenwert ΔT (T_f-T_lim> ΔT). Unter Bezugnahme auf 13 wird ferner die Kraftstoffeinspritzung beschrieben, deren Ausführung geplant ist, wenn die Gastemperatur T_f größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim (T_f>T_lim) der Gastemperatur unter Betriebsbedingungen, unter welchen die getrennte Einspritzung erlaubt ist und der Unterschied in der Gastemperatur kleiner oder gleich dem Unterschieds-Kriteriumsschwellenwert (T_f-T_lim ≦ ΔT) ist.
Wie in 13 gezeigt, werden die Kraftstoffeinspritzung während des Auspuffhubs nach dem Öffnen des Auslassventils, wie an EVO in 13 veranschaulicht, (das heißt die Auspuffhubeinspritzung) und die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs, nach dem Öffnen des Einlassventils, wie an IVO in 13 veranschaulicht, (das heißt die Ansaughubeinspritzung) als getrennte Einspritzung ausgeführt, die in Schritt S15 bestimmt wird.
Genauer genommen enthält die Auspuffhubeinspritzung, die als ein Teil der getrennten Einspritzung ausgeführt wird, die Totzeit (1), die ausgelöst wird, nachdem die Kolbenposition den unteren Totpunkt (veranschaulicht an BDC in 13) erreicht hat, nachdem das Auslassventil geöffnet hat (veranschaulicht an EVO in 13) . Ferner umfasst der Auspuffhub als der Teil der getrennten Einspritzung eine Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit (zum Beispiel „Ventilöffnungszeit für die getrennte Auspuffhubeinspritzung“ genannt) (3), die beendet wird, bevor das Einlassventil öffnet (veranschaulicht an IVO in 13).
Außerdem wird die Ansaughubeinspritzung als Rest der getrennten Einspritzung ausgeführt und umfasst die Totzeit (1), die ausgelöst wird, nachdem die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 13) erreicht hat, und die Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit (zum Beispiel „Ventilöffnungszeit für die getrennte Ansaughubein spritzung“ genannt) (4), die in dem Augenblick ausgelöst wird, in dem das Auslassventil schließt (veranschaulicht an EVC in 13). Die Ansaughubeinspritzung, die als getrennte Einspritzung ausgeführt wird, wird ferner beendet, bevor die Kolbenposition den unteren Totpunkt (veranschaulicht an BDC in 13) erreicht, bevor das Einlassventil schließt (veranschaulicht an IVC in 13). Ferner wird für die getrennte Einspritzung der Teilungsanteil der Ansaughubeinspritzung basierend auf der Teilungsanteilskarte bestimmt. Konkret wird der Anteil der Ansaughubeinspritzung umso größer je mehr der Unterschied in der Gastemperatur steigt.
14 zeigt eine beispielhafte Teilungsanteilskarte, die die Beziehung zwischen dem Unterschied der Gastemperatur und der Ansaughubeinspritzung, die zu der getrennten Einspritzung gehört, anzeigt. Die Teilungsanteilskarte, die in 14 gezeigt ist, wird zum Beispiel vorab experimentell, empirisch oder theoretisch festgelegt. Die Funktion 59 zum Bestimmen der Einspritzsteuerdetails enthält die in 14 gezeigte Teilungsanteilskarte und bezieht sich auf diese Teilungsanteilskarte, um den Anteil der Ansaughubeinspritzung gemäß einem gegebenen Unterschiedswert in der Gastemperatur zu bestimmen.
Gemäß 13 wird andererseits die Kraftstoffeinspritzung als Ansaughubeinspritzung durchgeführt, die in Schritt S14 bestimmt wird, und zwar während des Ansaughubs, nachdem das Einlassventil geöffnet hat (veranschaulicht an IVO in 13) . Genauer genommen umfasst die Ansaughubeinspritzung eine Totzeit (1), die ausgelöst wird, nachdem die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 13) erreicht hat, nachdem das Einlassventil geöffnet hat (veranschaulicht an IVO in 13), sowie die Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit, die danach in dem Augenblick ausgelöst wird, in dem das Auslassventil schließt (veranschaulicht an EVC in 13) . Die Ansaughubeinspritzung wird beendet, bevor die Kolbenposition den unteren Totpunkt (veranschaulicht an BDC in 13) erreicht, bevor das Einlassventil schließt (veranschaulicht an IVC in 13).
Die Ventilöffnungszeit für die Ansaughubeinspritzung, die an Schritt S14 bestimmt wird, entspricht einer Dauer ((3) + (4)), die gegeben ist durch Addieren der Ventilöffnungszeit (3), die zu der getrennten Einspritzung gehört, die in Schritt S15 bestimmt wird, zu der Ventilöffnungszeit (4), die zu der getrennten Einspritzung gehört, die in Schritt S15 bestimmt wird.
Ferner kann die Ansaughubeinspritzung, die in Schritt S14 bestimmt wird, in Einspritzereignisse unterteilt werden, die Kraftstoff mehrmals einspritzen. Wenn die Ansaughubeinspritzung zum Beispiel in Einspritzereignisse unterteilt ist, die Kraftstoff zweimal einspritzen, wird im Rahmen einer ersten Kraftstoffeinspritzung die Totzeit (1) ausgelöst, nachdem die Kolbenposition den oberen Totpunkt (veranschaulicht an TDC in 13) erreicht hat, nachdem das Einlassventil geöffnet hat (veranschaulicht an IVO in 13), und darauffolgend eine Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit (3) in dem Augenblick ausgelöst, in dem das Auslassventil schließt (veranschaulicht an EVC in 13) . Ferner wird im Rahmen einer zweiten Kraftstoffeinspritzung die Totzeit (1) ausgelöst, nachdem die Kraftstoffeinspritzung für die reale Einspritzdauer (3) der ersten Kraftstoffeinspritzung beendet ist, und darauffolgend eine Kraftstoffeinspritzung für die Ventilöffnungszeit (4) ausgeführt.
Als nächstes werden die Prozedur, welche die ECU 50 befolgt, ihr Effekt usw. beschrieben. Die ECU erhält unterschiedliche Teile von Information über die Motordrehzahl, das Motorlastverhältnis, die Basistemperatur des internen AGR-Gases, die Einlasstemperatur, den Einlassdruck, die Motorkühlmitteltemperatur und die zeitliche Schließsteuerung des Einlassventils basierend auf Messungen von verschiedenen Sensoren (in den Schritten S1 bis S7).
Ferner verwendet die ECU 50 die Absoluttemperatur T₀ innerhalb des Zylinders, wenn das Einlassventil schließt, das Volumen V₀ innerhalb des Zylinders, wenn das Einlassventil schließt, und das Volumen V_f innerhalb des Zylinders, wenn sich der Kolben an dem oberen Totpunkt befindet (das heißt beim Komprimieren), um die Gastemperatur innerhalb des Zylinders T_f zu berechnen (im Folgenden „vorausgesagte Gastemperatur innerhalb des Zylinders“ genannt), wenn sich der Kolben an dem oberen Totpunkt (das heißt beim Komprimieren) befindet, siehe Schritt S8 und Gleichung (1). Dabei passt die ECU 50 T₀ und V₀ an, und zwar basierend auf der zuvor empfangenen Motordrehzahl, dem Motorlastverhältnis, der Basistemperatur im internen AGR-Gas, der Einlasstemperatur, dem Einlassdruck, der Motorkühlmitteltemperatur und der zeitlichen Schließsteuerung des Einlassventils.
Ferner bestimmt die ECU 50 gemäß den Details der Einspritzsteuerung das Ausführen der Auspuffhubeinspritzung, falls die vorausgesagte Gastemperatur T_f innerhalb des Zylinders kleiner oder gleich dem Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur ist, und steuert den Kraftstoffinjektor 15 in Übereinstimmung mit den bestimmten Details (11). Dann bestimmt die ECU 50 gemäß den Details der Einspritzsteuerung die Ansaughubeinspritzung, falls die vorausgesagte Gastemperatur innerhalb des Zylinders T_f größer oder gleich dem Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur unter Bedingungen ist, unter welchen die getrennte Einspritzung nicht erlaubt ist, und steuert den Kraftstoffinjektor 15 in Übereinstimmung mit den bestimmten Details (12).
Dann bestimmt die ECU 50 gemäß den Details der Einspritzsteuerung auch das Ausführen der Ansaughubeinspritzung, falls der Unterschied in der Gastemperatur größer oder gleich dem Kriteriumsschwellenwert ΔT des Unterschieds ist, obwohl die getrennte Einspritzung erlaubt ist, weil die vorausgesagte Gastemperatur T_f innerhalb des Zylinders größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur, und steuert den Kraftstoffinjektor 15 in Übereinstimmung mit den bestimmten Details (13).
Ferner bestimmt die ECU 50 gemäß den Details der Einspritzsteuerung das Ausführen der getrennten Einspritzung, wenn der Unterschied in der Gastemperatur geringer ist als der Kriteriumsschwellenwert ΔT des Unterschieds, und die getrennte Einspritzung wird erlaubt, weil die vorausgesagte Gastemperatur T_f innerhalb des Zylinders größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur, und steuert die getrennte Einspritzung in Übereinstimmung mit den bestimmten Details. Dann bezieht sich die ECU 50 auf die Teilungsanteilskarte, um den Anteil der Ansaughubeinspritzung zu bestimmen, um die Einspritzung basierend auf dem Unterschied in der Gastemperatur zu teilen. Somit steuert die ECU 50 den Kraftstoffinjektor 15 in Übereinstimmung mit den bestimmten Details (13 und 14).
Ferner bildet in der Beschreibung der oben erwähnten Ausführungsform die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders zum Beispiel die Funktion der Schätzung der Temperatur innerhalb des Zylinders. Die Funktion 59 des Bestimmens der Einspritz-Steuerdetails bildet zum Beispiel die Funktion zur Steuerungsmodifikation und Funktion die zum Berechnen des Unterschieds. Die Funktion 58 zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders, die Funktion 59 zum Bestimmen der Einspritz-Steuerdetails bilden zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzsteuereinheit für einen Verbrennungsmotor. Die Einlasspassage 11 und das Ansaugrohr 12 bilden zum Beispiel den Ansaugdurchgang und den Einlassdurchgang. Der Auspuffkrümmer 21 und die Auslasspassage 22 bilden zum Beispiel den Auslassdurchgang. Der Korrekturkoeffizient A_in bildet zum Beispiel den ersten Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient B_in bildet zum Beispiel den zweiten Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient A_ex bildet zum Beispiel den dritten Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient B_ex bildet zum Beispiel den vierten Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient L_p bildet zum Beispiel den fünften Korrekturkoeffizienten. Der Korrekturkoeffizient L_w bildet zum Beispiel den sechsten Korrekturkoeffizienten.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Ausführen der Ansaughubeinspritzung, welche das Anhaften von flüssigem Kraftstoff an dem Kolben und dem Zylinder verursacht, wenn die vorausgesagte Gastemperatur T_f innerhalb des Zylinders größer ist als der Kriteriumsschwellenwert T_lim der Gastemperatur, die Temperatur innerhalb des Zylinders während des Kompressionshubs verringern, indem Seitenoberflächen des Kolbens und Zylinders gekühlt werden, um die Gastemperatur innerhalb des Zylinders, die durch latente Verdampfungswärme des haftenden Kraftstoffs verursacht wird, zu verringern. Dies verringert die Frühzündungs-Verbrennungsereignisse und verhindert daher Schäden an dem Verbrennungsmotor 2 aufgrund von Frühzündungs-Verbrennungsereignissen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ferner die Gastemperatur T_f mit einem extrem hohen Präzisionsgrad vorausgesagt werden, um Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 2 zu erfüllen, indem T₀ und V₀ basierend auf den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 2 angepasst werden, wie zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlastverhältnis, Basistemperatur des internen AGR-Gases, Einlasstemperatur, Einlassdruck, Motorkühlmitteltemperatur und Schließsteuerung des Einlassventils.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, unter der Voraussetzung, dass der Verbrennungsmotor 2 mit Einlass-VTT (variable zeitliche Ventilsteuerung) versehen ist, erfasst die Funktion 57 zum Erfassen der zeitliche Einlassventil-Schließsteuerung die zeitliche Schließsteuerung des Einlassventils. Wenn der Verbrennungsmotor 2 nicht mit Einlass-VTT versehen ist, kann die zeitliche Schließsteuerung des Einlassventils auf einen Fixwert festgelegt werden, der durch die Einstellungen der Motorspezifikation bestimmt wird.
Zusätzlich werden bei der vorliegenden Ausführungsform die 4 bis 9 verwendet, um die Korrekturkoeffizienten A_ex, B_ex, A_in, B_in, L_p und L_w konkret zu beschreiben. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine solche Beschreibung beschränkt. Es wäre zum Beispiel vorteilhaft, dass der Korrekturkoeffizient A_ex mit zunehmender Überlappungsdauer größer wird. Außerdem wäre es vorteilhaft, dass der Korrekturkoeffizient B_ex größer wird, je höher die Motorkühlmitteltemperatur und die Motordrehzahl sind. Ferner wäre es vorteilhaft, dass der Korrekturkoeffizient A_in größer wird, je höher die Motordrehzahl und der Einlassdruck auf der Einlassventilseite sind. Ferner wäre es vorteilhaft, dass der Korrekturkoeffizient B_in größer wird, je höher die Motorkühlmitteltemperatur und der Einlassdruck auf der Einlassventilseite sind. Ferner wäre es vorteilhaft, dass der Korrekturkoeffizient L_p größer wird, je höher der Einlassdruck auf der Einlassventilseite ist, und dass der Korrekturkoeffizient L_p mit der Motordrehzahl variiert. Ferner wäre es vorteilhaft, dass der Korrekturkoeffizient L_w größer wird je höher die Motorkühlmitteltemperatur und die Motordrehzahl sind.
1 Fahrzeug, 2 Verbrennungsmotor, 41 Einlasstemperatursensor, 42 Einlassdrucksensor, 43 Luftströmungssensor, 44 Abgastemperatursensor, 45 Kurbelwinkelsensor, 46 Motorkühlmittel-Temperatursensor, 47 Nockenwinkelsensor, 50 ECU, 51 Funktion zum Erfassen der Motordrehzahl, 52 Funktion zum Berechnen des Motorlastverhältnisses, 53 Funktion zum Erfassen der internen AGR-Gas-Basistemperatur, 54 Funktion zum Erfassen der Einlasstemperatur, 55 Funktion zum Erfassen des Einlassdrucks, 56 Teil zum Erfassen der Motorkühlmitteltemperatur, 57 Funktion zum Erfassen der zeitlichen Ventil-Schließsteuerung, 58 Funktion zum Berechnen der Gastemperatur innerhalb des Zylinders, 59 Funktion zum Bestimmen der Einspritzsteuerdetails, 60 Steuerfunktion des Kraftstoffeinspritzventils.

Claims

System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Verbrennungsmotor zum Steuern eines Kraftstoffinjektors, der stromaufwärts eines Einlassventils positioniert ist, das in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, gekoppelt mit einem Einlassweg zum Einlassen von Gas in den Zylinder, umfassend: eine Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion, die konfiguriert ist, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Auspuffhubs des Zylinders einzuspritzen, wenn ein Auslassventil öffnet, eine Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders, die konfiguriert ist, um die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders vorauszusagen, und eine Funktion zur Steuerungsmodifikation, die konfiguriert ist, um die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion zu modifizieren, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs des Zylinders einzuspritzen, wenn das Einlassventil öffnet, um Kraftstoff zum Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders, welche Temperatur von der Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders vorausgesagt wird, größer ist als eine vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird.
System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Funktion zum Berechnen des Unterschieds, die konfiguriert ist, um, wenn die Funktionen zur Steuerungsmodifikation bestimmt, dass die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders, welche Temperatur von der Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders vorausgesagt wird, höher ist als die vorbestimmte Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, einen Unterschied zwischen der Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders und der vorbestimmten Temperatur, oberhalb der das Auftreten von Frühzündung erwartet wird, zu berechnen, und wobei die Funktion zu Steuerungsmodifikation die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion modifiziert, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs einzuspritzen, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Unterschied, der von der Funktion zum Berechnen des Unterschieds berechnet wird, größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, und die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion modifiziert, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Auspuffhubs einzuspritzen und um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs unmittelbar nach dem Auspuffhub einzuspritzen, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass der Unterschied, der durch die Funktion zum Berechnen des Unterschieds berechnet wird, kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist.
System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung nach Anspruch 2, wobei die Funktion zur Steuerungsmodifikation die Steuerung durch die Kraftstoffinjektor-Steuerfunktion modifiziert, um Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor nicht während des Auspuffhubs einzuspritzen, sondern Kraftstoff in einem Volumen von dem Kraftstoffinjektor während des Ansaughubs einzuspritzen, das gegeben ist, indem das Volumen des geplanten Kraftstoffs, der während des Auspuffhubs einzuspritzen ist, zu dem Volumen des geplanten Kraftstoffs addiert wird, der während des Ansaughubs unmittelbar nach dem Auspuffhub einzuspritzen ist, um Kraftstoff dem Inneren des Zylinders zuzuführen, wenn bestimmt wird, dass die Kraftstoffeinspritzperiode, die während des Auspuffhubs zu implementieren ist, kürzer ist als eine vorbestimmte Kraftstoffeinspritzperiode, auch wenn der Unterschied, der von der Funktion zum Berechnen des Unterschieds berechnet wird, kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist.
System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung nach Anspruch 2, wobei die Funktion zur Steuerungsmodifikation einen Teilungsanteil der Einspritzperiode für die Ansaughubeinspritzung an der Gesamteinspritzperiode erhöht, die durch Addieren der Einspritzperiode für die Auspuffhubeinspritzung zu der Einspritzperiode für die Ansaughubeinspritzung gegeben ist, so dass der Teilungsanteil umso höher wird, je kleiner der Unterschied wird.
System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzung für den Auspuffhub beendet wird, bevor das Einlassventil öffnet, und die Kraftstoffeinspritzung für den Ansaughub ausgelöst wird, nachdem das Auslassventil schließt.
System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung nach Anspruch 1, bei dem der Verbrennungsmotor Abgase in das Innere des Zylinders durch externe Abgasrückführung und interne Abgasrückführung einlässt, ferner umfassend: eine Funktion zum Erfassen der Einlasstemperatur, die mit dem Einlassweg des Verbrennungsmotors gekoppelt ist, die konfiguriert ist, um die Temperatur des Gases zu messen, das in das Innere des Zylinders von der Einlassventilseite eingelassen wird, eine Funktion zum Erfassen der Abgastemperatur, die mit einem Auslassweg zum Auslassen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor an einem Abschnitt stromaufwärts eines Katalysators zum Reinigen des Abgases gekoppelt ist, die konfiguriert ist, um die Temperatur des Abgases zu messen, eine Funktion zum Berechnen der Gastemperatur, die konfiguriert ist, um die Gastemperatur, die von der Funktion zum Erfassen der Einlasstemperatur gemessen wird, mit einem ersten Korrekturkoeffizienten zu korrigieren, der größer wird, wenn die Motordrehzahl und der Einlassdruck auf der Einlassventilseite zunehmen, und auch mit einem zweiten Korrekturkoeffizienten, der größer wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur und der Einlassdruck auf der Einlassventilseite höher werden, um die korrigierte Temperatur des Gases zu berechnen, und eine Funktion zum Berechnen der Abgastemperatur, die konfiguriert ist, um die Abgastemperatur, die von der Funktion zum Erfassen der Abgastemperatur gemessen wird, mit einem dritten Korrekturkoeffizienten zu korrigieren, der während der Ventilüberlappung größer wird, wenn die Öffnung des Auslassventils und des Einlassventils länger wird, und auch mit einem vierten Korrekturkoeffizienten, der größer wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur und die Motordrehzahl höher werden, um die korrigierte Temperatur des Abgases zu berechnen, und wobei die Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders die Temperatur innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders basierend auf der Temperatur des Gases berechnet, die von der Funktion zum Berechnen der Gastemperatur berechnet wird, sowie der Temperatur des Abgases, die von der Funktion zum Berechnen der Abgastemperatur berechnet wird.
System zur Kraftstoffeinspritzsteuerung nach Anspruch 6, wobei die Funktion zur Voraussage der Temperatur innerhalb des Zylinders die Temperatur T_f innerhalb des Zylinders während der Kompression des Zylinders berechnet, wobei die Temperatur ausgedrückt wird durch $T_{f} = T_{0} \cdot {(V_{0} {/V}_{f})}^{(k - l)}$
wobei V₀ das Volumen innerhalb des Zylinders ist, das korrigiert ist, indem das Volumen, das in dem Zylinder durch den Kolben in einer Position definiert ist, wenn das Einlassventil schließt, mit einem fünften Korrekturkoeffizienten korrigiert wird, der größer wird, wenn der Einlassdruck auf der Einlassventilseite höher wird und als Reaktion auf die Motordrehzahl variiert, sowie mit einem sechsten Korrekturkoeffizienten, der größer wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur und die Motordrehzahl größer werden; wobei T₀ die Gastemperatur in dem Zylinder ist, wenn das Einlassventil schließt; wobei V_f das Volumen ist, das in dem Zylinder durch den Kolben in der Position an dem oberen Totpunkt definiert ist, und wobei k der Adiabatenindex ist.