DE102014210206A1

DE102014210206A1 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren für Innenverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102014210206A1
Application number: DE201410210206
Authority: DE
Inventors: c/o MITSUBISHI ELECTRIC CORP. Kawakami Teruaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: JP2015078641A; US20150107557A1; DE102014210206B4; US9291141B2; JP5697730B1

Abstract

Eine Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor wird bereitgestellt, welche eine Vergrößerung eines Betriebsbereichs ermöglicht, in welchem eine Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung, die es ermöglicht, die Erzeugung von NOx zu unterdrücken und die Kraftstoff-Effizienz zu verbessern, durchgeführt werden kann. Ein Zünd-Timing-Steuerabschnitt 23 steuert ein Zünd-Timing kontinuierlich und wiederholt zu einer Rückstellseite, wenn ein erster Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, und steuert das Zünd-Timing zu einer Vorstellseite, wenn ein zweiter Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für einen Innenverbrennungsmotor, was sich auf einen Homogenladungs-Kompressionszünd-Innenverbrennungsmotor bezieht, der eine in einer Verbrennungskammer gebildete Luft/Kraftstoff-Mischung komprimiert, um eine selbst gezündete Verbrennung zu verursachen.
2. Beschreibung verwandten Stands der Technik
In einem Homogenladungs-Kompressionszünd-Innenverbrennungsmotor wird eine durch Mischen von Kraftstoff und Luft vorab gebildete Luft/Kraftstoff-Mischung durch einen Kolben komprimiert. Als Ergebnis erreicht die Temperatur der Luft/Kraftstoff-Mischung eine Selbstzündungstemperatur, um die Verbrennung in einer Mehrzahl von Bereichen der Verbrennungskammer synchron zu starten.
In einem üblichen Funkenzünd-Innenverbrennungsmotor ist es schwierig, die Temperatur der Luft/Kraftstoff-Mischung auf die Selbstzündungstemperatur zu erhöhen, indem eine adiabatische Kompressionsaktion verwendet wird. Andererseits wird in einem Homogenladungs-Kompressionszünd-Innenverbrennungsmotor ein Kompressionsverhältnis größer als dasjenige des Funkenzünd-Innenverbrennungsmotor eingestellt, so dass ein Temperaturanstieg durch die adiabatische Kompression verbessert wird. Gleichzeitig werden Mittel wie etwa ein Einlassluftheizer zum Erhöhen der Temperatur der Luft/Kraftstoff-Mischung verwendet. Auf diese Weise wird die homogene Ladungs-Kompressionszündverbrennung realisiert.
Bei der Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung, in welcher die Temperatur der Luft/Kraftstoff-Mischung die Selbstzündungstemperatur erreicht, um die Verbrennung in der Mehrzahl von Bereichen der Verbrennungskammer synchron zu starten, kann Verbrennung mit einer Luft/Kraftstoff-Mischung, die mit einer großen Menge an Abgasrückführ-(EGR)Gas oder einer supermageren Luft/Kraftstoff-Mischung verdünnt ist, die einen Anstieg bei der Verbrennungstemperatur unterdrücken kann, realisiert werden. Die Verbrennung mit der, mit der großen Menge an EGR-Gas verdünnten Luft/Kraftstoff-Mischung oder die supermagere Luft/Kraftstoff-Mischung ist mit konventioneller Flammenausbreitungsverbrennung mit Funkenzündung schwierig zu realisieren.
Daher kann bei der Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung die Erzeugung von NOx im Vergleich mit der konventionellen Flammenausbreitungsverbrennung mit Funkenzündung reduziert werden. Weiter wird ein hoher Kraftstoffeffizienz-Verbesserungseffekt durch das ansteigende Kompressionsverhältnis und die magere Verbrennung bereitgestellt. Daher wird es gewünscht, dass die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung über einen weiten Betriebsbereich realisiert wird.
Darüber hinaus ist auch die folgende Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor bekannt. Damit die Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur die Selbstzündungstemperatur unter Verwendung eines Anstiegs bei der Temperatur, der durch Hitzeenergie eines verbrannten Gases verursacht wird, das in der Verbrennungskammer aufgrund vorgestellten Timings des Schließens eines Abgasventils (nachfolgend als "internes EGR-Gas" bezeichnet) verbleibt, erreichen kann, werden ein durch Verbrennen der Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe einer Zündvorrichtung mit Funkenzündung (nachfolgend als "Zündungsassistenz" bezeichnet) verursachter Anstieg bei der Temperatur und ein durch einen Verbrennungsdruck verursachter Temperaturanstieg, eine Intern-EGR-Gasmenge und ein Zünd-Timing so gesteuert, dass ein Verbrennungszustands-Parameter zu einem Zielwert konvergiert, an welchem eine gute Verbrennung erhalten wird (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-252471 ).
Jedoch hat der Stand der Technik das nachfolgende Problem.
Im Homogenladungs-Kompressionszünd-Innenverbrennungsmotor, in einem Hochladungs-Betriebsbereich, in welchem die Kraftstoffmenge groß ist und die Verbrennungstemperatur hoch ist, steigt die Luft/Kraftstoff-Mischtemperatur mit dem Ansteigen bei der Temperatur des internen EGR-Gases (in der Verbrennungskammer zurückbleibendes, verbranntes Gas) aufgrund der erhöhten Verbrennungstemperatur. Als Ergebnis tritt eine Frühzündung entsprechend einem vorgestellten Selbstzündungszeitpunkt oder rasche Verbrennung entsprechend einer hohen Verbrennungsgeschwindigkeit auf, um somit ein Verbrennungsgeräusch zu erzeugen.
Um die Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur zu senken, wird die interne EGR-Gasmenge kleiner eingestellt, wenn die Last höher wird, unabhängig von einer Motordrehzahl, wie in 13 gezeigt, welche die Einstellung einer internen EGR-Gasmenge in Bezug auf Motordrehzahl und die Belastung zeigt.
In diesem Fall jedoch wird auch der Effekt des EGR-Gases zum Senken der Geschwindigkeit der Verbrennung durch die Reduktion bei der internen EGR-Gasmenge reduziert. Daher kann das durch die Vorzündung oder die rasche Zündung erzeugte Verbrennungsgeräusch in dem Hochlast-Betriebsbereich nicht reduziert werden.
Darüber hinaus dominiert im oben erwähnten Fall, selbst falls der Anstieg bei der Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur, welcher durch den Anstieg bei der Temperatur verursacht wird, durch Rückstellen des Zündzeitpunkts zu unterdrücken ist, die interne EGR-Gastemperatur, welche höher ist, über die Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur. Als Ergebnis kann der Effekt zum Reduzieren des Verbrennungsgeräuschs nicht erhalten werden.
Als ein Ergebnis, wie in 14 gezeigt, die den Effekt der Last und der internen EGR-Gasmenge auf den Verbrennungszustand zeigt, kann in einem Niederlastzustand, in welchem die Verbrennungstemperatur niedrig ist und die interne Gasmenge erhöht werden kann, der Effekt des EGR-Gases zum Senken der Verbrennungsgeschwindigkeit erhalten werden. Somit wird der Bereich der internen EGR-Gasmenge, in der gute Verbrennung erhalten wird, vergrößert.
Andererseits kann in einem Hochlastzustand, in welchem die Verbrennungstemperatur hoch ist und daher die interne EGR-Gasmenge unvermeidlich als klein einzustellen ist, der Effekt des Senkens der Verbrennungsgeschwindigkeit nicht erhalten werden. Daher wird der Bereich, in welchem das Verbrennungsgeräusch auftreten kann, größer. Darüber hinaus, falls die interne EGR-Gasmenge reduziert wird, um der Verbrennungsgeräusch zu unterdrücken, wird die Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur gesenkt und daher gelangt unerwünschter Weise der Verbrennungszustand in einen Fehlzündungsbereich. Wie oben beschrieben, ist im Hochlastzustand der Bereich der internen EGR-Gasmenge, in der gute Verbrennung erhalten wird, enger, was den Betriebsbereich einschränkt.
Weiterhin werden in der Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-252471 beschrieben ist, die interne EGR-Gasmenge und der Zündzeitpunkt so gesteuert, dass ein Kurbelwinkel, bei welchem ein maximaler Zylinderinnendruck, der als ein Verbrennungszustands-Parameter verwendet wird, erhalten wird, gleich einem Zielwert, bei welchem die gute Verbrennung erhalten wird.
Beispielsweise ist im Betriebsbereich, in welchem das Verbrennungsgeräusch durch die Frühzündung oder die rasche Verbrennung erzeugt wird, die Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur hoch und daher ist ein maximaler Zylinderinnendruckwinkel gegenüber dem Zielwert vorgestellt. Somit wird die Luft/Kraftstoff-Mischungstemperatur durch Reduzieren der internen EGR-Gasmenge oder Zurückstellen des Zündzeitpunkts abgesenkt. Auf diese Weise wird der maximale Innenzylinderdruckwinkel auf den Zielwert gesteuert, um gute Verbrennung zu erhalten.
Jedoch bedeutet die oben erwähnte Steuerung das Nachfolgende. Spezifisch wird der Verbrennungszustand im Verbrennungsgeräuschbereich oder dem Fehlzündungsbereich, gezeigt in 14, lediglich gesteuert, auf einen Zielspezifik-Verbrennungszustand im Betriebsbereich stabilisiert zu sein, in welchem eine gute Verbrennung unter derselben Last erhalten wird. Daher kann der Betrieb der Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung nicht im Hochlastzustand durchgeführt werden, in dem ein guter Verbrennungsbereich nicht vorliegt.
Weiter entspricht die Stabilisierung der Verbrennung auf den Zielwert, was eine in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-252471 beschriebene spezifische Bedingung ist, der Stabilisierung der Verbrennung bei einer Hochtemperatur, bei der Steuerspielräume der internen EGR-Gasmenge und des Zündzeitpunkts kleiner werden, was es schwierig macht, den Betriebsbereich zu vergrößern, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und hat als Aufgabe, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für einen Innenverbrennungsmotor bereitzustellen, welche Vergrößerung eines Betriebsbereichs ermöglichen, in welchem eine Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung, welche die Erzeugung von NOx zu unterdrücken und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern vermag, durchgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor bereitgestellt, beinhaltend eine in einer Verbrennungskammer vorgesehene Zündvorrichtung, wobei die Zündvorrichtung konfiguriert ist, eine in der Verbrennungskammer ausgebildete Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden, wobei der Innenverbrennungsmotor konfiguriert ist, einen Teil der Luft/Kraftstoff-Mischung zu verbrennen, die in anderen Bereichen als in der Nähe der Zündvorrichtung lokalisiert ist, durch Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung unter Verwendung eines Temperaturanstiegs, der durch Verbrennen eines Teils der Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe der Zündvorrichtung durch Funkenzündung verursacht wird, und einen Anstieg bei der Temperatur, der durch Verbrennungsdruck verursacht wird, wobei die Steuervorrichtung beinhaltet: einen Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt zum Detektieren eines ersten Verbrennungszustands-Index, der sich auf einen Verbrennungszustand bezieht, der mit der Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer hohen Temperatur einhergeht, und einen zweiten Verbrennungszustands-Index, der sich auf einen Verbrennungszustand bezieht, der mit einer Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer niedrigen Temperatur einhergeht; und einen Zünd-Timing-Steuerabschnitt zum Steuern eines Zünd-Timings, basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, wobei der Zünd-Timing-Steuerabschnitt konfiguriert ist, kontinuierlich und wiederholt das Zünd-Timing zu einer Rückstellseite zu steuern, wenn der erste Verbrennungszustands-Index einen vorgegebenen, vorbestimmten Obergrenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, und das Zünd-Timing zu einer Vorstellseite zu steuern, wenn der zweite Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweite Verbrennungszustands-Index erreicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerverfahren für einen Innenverbrennungsmotor bereitgestellt, beinhaltend eine in einer Verbrennungskammer vorgesehene Zündvorrichtung, wobei die Zündvorrichtung konfiguriert ist, eine in der Verbrennungskammer ausgebildete Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden, wobei der Innenverbrennungsmotor konfiguriert ist, einen Teil der Luft/Kraftstoff-Mischung zu verbrennen, der in anderen Bereichen als in der Nähe der Zündvorrichtung lokalisiert ist, durch Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung unter Verwendung eines Temperaturanstiegs, der durch eine Verbrennung eines Teils der Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe der Zündvorrichtung durch Funkenzündung verursacht wird, und eines Temperaturanstiegs, der durch einen Verbrennungsdruck verursacht wird, wobei das Steuerverfahren beinhaltet: Detektieren eines ersten Verbrennungszustands-Index, der sich auf eine Verbrennung bezieht, den die Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer hohen Temperatur mit sich bringt, und einen zweiten Verbrennungszustands-Index, der sich auf einen Verbrennungszustand bezieht, den die Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer niedrigen Temperatur mit sich bringt; und Steuern eines Zünd-Timings, basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, wobei das Steuern eines Zünd-Timings das kontinuierliche und wiederholte Ausführen der Verarbeitung des Steuerns des Zünd-Timings zu einer Rückstellseite, wenn der erste Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, und Steuern des Zünd-Timings zu einer Vorstellseite, wenn der zweite Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht, beinhaltet.
Gemäß der Steuervorrichtung und dem Steuerverfahren für einen Innenverbrennungsmotor der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert der Zünd-Timing-Steuerabschnitt (Schritt) kontinuierlich und wiederholt das Zünd-Timing zur Rückstellseite, wenn der erste Verbrennungszustands-Index den vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, und steuert das Zünd-Timing zur Vorstellseite, wenn der zweite Verbrennungszustands-Index den vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht.
Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung, welche die Unterdrückung der Erzeugung von NOx und die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz ermöglicht wird, durchgeführt werden können, vergrößert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das das Gesamtsystem einschließlich einer Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine ECU der Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Effekt einer Last und einer internen EGR-Gasmenge auf einen Verbrennungszustand in der Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das die Hauptverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Verbrennungszustands-Detektionsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine erste Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Verbrennungszustands-Bestimmungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
9 ist ein Flussdiagramm, das eine Zünd-Timing-Steuerverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
10 ist ein Timing-Diagramm, das einen Betrieb der Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
11 ist ein Flussdiagramm, das eine Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch eine Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
12 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Einstellung einer internen EGR-Gasmenge in Bezug auf eine Motordrehzahl und eine Last zeigt.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Effekt der Last und der internen EGR-Gasmenge auf einen Verbrennungszustand zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für einen Innenverbrennungsmotor gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden zur Beschreibung dieselben oder entsprechende Teile durch dieselben Bezugssymbole bezeichnet.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das das Gesamtsystem einschließlich einer Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Nachfolgend werden eine Konfiguration des Innenverbrennungsmotors und ein Basisbetrieb eines Viertakt-Innenverbrennungsmotors Bezug nehmend auf 1 beschrieben.
Wie in 1 illustriert, ist ein Kurbelwinkelsensor 2 an einem Innenverbrennungsmotor-Hauptkörper 1 vorgesehen. Der Kurbelwinkelsensor 2 gibt ein Impulssignal zum Detektieren eines Rotationswinkels aus, jedes Mal, wenn eine Kurbelwelle 15 um einen vorgegebenen Winkel rotiert (beispielsweise alle 10 Grad des Kurbelrotationswinkels). Das Impulssignal wird verwendet, um einen Kurbelwinkel und eine Motordrehzahl zu berechnen.
Ein Einlassrohr-Drucksensor 14 zum Detektieren eines Einlassrohrdrucks ist an einem Einlassrohr 13 vorgesehen. Basierend auf dem durch den Einlassrohr-Drucksensor 14 detektierten Einlassrohrdruck wird eine Last des Innenverbrennungsmotors berechnet. Ein Betriebspunkt wird zusammen mit einer Motordrehzahl angegeben.
Ein Kolben 3 bewegt sich in einer Verbrennungskammer 4 in einer reziprozierenden Weise. Durch Abwärtsbewegung des Kolbens 3 wird eine Luft/Kraftstoff-Mischung eines aus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 eingespritzten Kraftstoffs und von Luft, deren Einlassmenge in die Verbrennungskammer 4 durch ein Drosselventil 10 justiert wird, über ein Einlassventil 5 in die Verbrennungskammer 4 eingeführt. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 3 wird die Luft/Kraftstoff-Mischung, die in den Verbrennungskammer 4 eingeführt ist, mit einem internen EGR-Gas gemischt, das im vorigen Zyklus verbranntes Gas ist, während sie weitgehend in der Verbrennungskammer 4 verteilt wird, um eine gleichmäßige Luft/Kraftstoffmischung zu bilden.
Nachfolgend wird die Luft/Kraftstoff-Mischung adiabatisch durch Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 komprimiert. Durch einen Anstieg bei der Temperatur der Luft/Kraftstoff-Mischung aufgrund adiabatischer Kompression und einem Anstieg bei der Temperatur, der durch Funkenzündung einer Zündvorrichtung 6 verursacht wird, die oben auf der Verbrennungskammer 4 vorgesehen ist, wird eine Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung realisiert. Zu dieser Zeit bewegt sich der Kolben 3 abwärts. Als Ergebnis wird ein Verbrennungsdruck in kinetische Energie umgewandelt.
Danach beginnt der Kolben 3, sich aufwärts zu bewegen. Durch Justieren des Timings des Schließens eines Abgasventils 7 in Bezug auf den Kurbelwinkel wird eine interne EGR-Gasmenge gesteuert, die in der Verbrennungskammer 4 zu verbleiben hat. Darüber hinaus wird unnötig verbranntes Gas in ein Abgasrohr 8 über das Ablassventil 7 abgegeben. Dann wird das verbrannte Gas durch einen (nicht gezeigten), im Abgasrohr 8 vorgesehenen Katalysator gereinigt und wird dann in die Atmosphäre entlassen.
In diesem Fall wird ein Saugrohr-Einspritz-Innenverbrennungsmotor, in welchem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 am Einlassrohr 13 vorgesehen ist, exemplifiziert. Jedoch ist der Innenverbrennungsmotor nicht darauf beschränkt. Die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf einen Direkteinspritztyp-Innenverbrennungsmotor angewendet werden, der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 in der Verbrennungskammer 4 vorgesehen beinhaltet, welche direkt den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 4 einspritzt.
Ein Einlassventil-Antriebsmechanismus 11 zum Antreiben des Einlassventils 5 ist am Einlassventil 5 vorgesehen, während ein Abgasventil-Antriebsmechanismus 12 zum Antreiben des Auslassventils 7 am Auslassventil 7 vorgesehen ist. Das Einlassventil 5 und das Auslassventil 7 werden synchron zur Kurbelwelle 15 durch eine am Einlassventil-Antriebsmechanismus 11 vorgesehene Nocke und eine am Auslassventil-Antriebsmechanismus 12 vorgesehene Nocke, die mit der Kurbelwelle 15 gekoppelt sind, angetrieben.
Weiter beinhalten beide, Einlassventil-Antriebsmechanismus 11 und Abgasventil-Antriebsmechanismus 12, einen phasenvariablen Mechanismus, der zum kontinuierlichen Ändern einer Phase der Nocke in Bezug auf die Kurbelwelle 15 in der Lage ist. Durch Ändern der Phase des Auslassventils 7 durch den phasenvariablen Mechanismus kann die interne EGR-Gasmenge justiert werden.
Eine Motorsteuereinheit (nachfolgend als "ECU" bezeichnet) 16, die im Fahrzeuginneren oder dergleichen vorgesehen ist, ist ein Mikrocomputer zum Ausführen von Zünd-Timing-Steuerung und dergleichen. Die ECU 16 holt ein Signal aus einem an der Verbrennungskammer 4 vorgesehenen Zylinderinnendrucksensor 17 zum Detektieren eines Verbrennungszustands und führt eine komputationale Verarbeitung, basierend auf dem geholten Signal, aus. Darüber hinaus gibt die ECU 16 Steuersignale für verschiedene Aktuatoren anhand des Ergebnisses der Komputationsverarbeitung aus, um die Aktuatoren wie etwa die Zündvorrichtung 6 zu betreiben.
2 ist ein Blockdiagramm, welches die ECU 16 der Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die ECU 16 ist ein Mikroprozessor (nicht gezeigt), der eine CPU und einen Speicher enthält, welcher ein Steuerprogramm speichert. Jeder der in 2 illustrierten Blöcke wird als Software im Speicher gespeichert.
Wie in 2 illustriert, wird zuerst ein Basis-Zünd-Timing SAbase basierend auf der Motordrehzahl und der Last, berechnet. Darüber hinaus werden ein Korrekturänderungsbetrag r und eine Korrekturrate c basierend auf der Last berechnet. Andererseits werden ein erster Verbrennungszustands-Index und ein zweiter Verbrennungszustands-Index, basierend auf dem Detektionsergebnis, durch den Zylinderinnendrucksensor 17 berechnet. Basierend auf den so berechneten ersten Verbrennungszustands-Index und zweiten Verbrennungszustands-Index wird der Verbrennungszustand bestimmt.
In diesem Fall ist der erste Verbrennungszustands-Index ein Wert, der sich auf Frühzündung entsprechend einem vorgestellten Selbstzündungs-Timing oder eine Schnellverbrennung entsprechend einer vergrößerter Verbrennungsgeschwindigkeit bezieht, welche durch die Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer hohen Temperatur verursacht werden. Der zweite Verbrennungszustands-Index ist ein Wert, der sich auf eine langsame Verbrennung bei einer niedrigen Verbrennungsgeschwindigkeit oder auf eine Verbrennungsfluktuation bezieht, welche durch die Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer niedrigen Temperatur verursacht werden.
Nachfolgend wird bestimmt, welche der berechneten Korrekturrate c und 1,0 als die Korrekturrate für das Zünd-Timing auszugeben ist, basierend auf dem Bestimmungsergebnis des Verbrennungszustands. Dann wird durch Multiplizieren des Korrekturänderungsbetrags r mit der festgestellten Korrekturrate für das Zünd-Timing ein Korrekturänderungsbetrag r' berechnet. Weiter wird basierend auf dem Bestimmungsergebnis des Verbrennungszustands, festgestellt, welche von Rückstellsteuerung und Vorstellsteuerung als eine Korrekturrichtung des Zünd-Timings zu verwenden ist.
Als Nächstes wird in Übereinstimmung mit der festgestellten Korrekturrichtung des Zünd-Timings, das heißt der Rückstellsteuerung oder der Vorstellsteuerung, der Korrekturänderungsbetrag r' zum Zünd-Timing-Korrekturbetrag R des vorigen Zyklus addiert oder davon subtrahiert, um den Zünd-Timing-Korrekturbetrag r des aktuellen Zyklus zu berechnen. Danach wird durch Addieren des Zünd-Timing-Korrekturbetrags r zum Basis-Zünd-Timing SAbase ein Ziel-Zünd-Timing SA bestimmt. Dann wird Funkenzündung durch die Zündvorrichtung 6 ausgeführt.
In 2 ist ein Block zum Berechnen des ersten Verbrennungszustands-Index und des zweiten Verbrennungszustands-Index, basierend auf dem Detektionsergebnis des Zylinderinnendrucksensors 17, ein Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt 21, ist ein Block zum Bestimmen des Verbrennungszustands, basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, ein Verbrennungszustands-Bestimmungsabschnitt 22, und ist ein Block zum Bestimmen des Zünd-Timings SA, basierend auf der Motordrehzahl, der Last, und dem Verbrennungszustand, ein Zünd-Timing-Steuerabschnitt 23.
Nachfolgend werden Funktionen, die sich auf die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beziehen, beschrieben. Zuerst sind Gründe der Beschränkung eines Hochlast-Betriebsbereichs in dem Homogenladungs-Kompressionszünd-Innenverbrennungsmotor ein Anstieg bei der internen EGR-Gastemperatur aufgrund eines Anstiegs bei der Verbrennungstemperatur und eine Reduktion bei der internen EGR-Gasmenge, verursacht mit dem Anstieg bei der internen EGR-Gastemperatur, welche die Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur beeinträchtigen.
Daher wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf den Anstieg bei der Verbrennungstemperatur im Hochlastzustand, was ein Grund der Beschränkung der Vergrößerung des Betriebsbereichs ist, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, die Verbrennungstemperatur durch aktive Steuerung des Zünd-Timings auf eine Niedertemperaturseite gesteuert. Auf diese Weise, wie in 3 gezeigt, wird eine interne EGR-Gastemperatur-Bedingung zum Ermöglichen, dass die interne EGR-Gasmenge erhöht wird, repräsentiert durch einen Verbrennungstemperatur-Steuerbereich, in dem eine gute Verbrennung erhalten wird, etabliert. Auf diese Weise wird der gute Verbrennungsbereich zu einer höheren Lastseite vergrößert.
Spezifisch, wenn der erste Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, ist die Verbrennungstemperatur hoch. Daher, um die Temperatur zu senken, wird das Zünd-Timing kontinuierlich zur Rückstellseite gesteuert, bis der zweite Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht.
Wenn andererseits der zweite Verbrennungszustands-Index den vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustand-Index erreicht, ist die Verbrennungstemperatur niedrig. Daher, um die Temperatur zu erhöhen, wird das Zünd-Timing kontinuierlich zur Vorstellseite gesteuert, bis der erste Verbrennungszustands-Index den vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht.
Durch kontinuierliches wiederholtes Steuern des Zünd-Timings zur Vorstellseite und der Rückstellseite, wie oben beschrieben, wird der Effekt der Zündunterstützung auf die Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur geändert, um den Verbrennungszustand zu ändern. Als Ergebnis wird die Verbrennungstemperatur gesteuert. Weiter wird der Effekt selbst auf die Verbrennung im nächsten Zyklus als das interne EGR-Gas gegeben. Daher wird im nächsten Zyklus die Verbrennungstemperatur weiter geändert.
Beispielsweise durch Rückstellen der Zünd-Assistenz wird der Effekt der Zünd-Assistenz zum Erhöhen der Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur erniedrigt, um die Geschwindigkeit der Verbrennung zu senken. Somit wird die Verbrennungstemperatur abgesenkt. Als Ergebnis wird auch die interne EGR-Gastemperatur gesenkt. Entsprechend wird im nächsten Zyklus die Verbrennungstemperatur weiter gesenkt.
Wie oben beschrieben, wird der Verbrennungszustand durch kontinuierliches und wiederholtes Steuern des Zünd-Timings zur Vorstellseite und der Rückstellseite innerhalb des Bereichs zwischen dem vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index und dem vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index gesteuert, in welchem eine gute Verbrennung erhalten wird. Auf diese Weise wird die Verbrennungstemperatur zur Niedertemperaturseite gesteuert, ohne in einem Hoch-Verbrennungstemperaturzustand stabilisiert zu sein. Als Ergebnis kann der gute Verbrennungsbereich zur höheren Lastseite vergrößert werden.
Nachfolgend wird ein spezifischer Steuerungsinhalt durch die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst wird ein sich auf die frühe Zündung beziehendes Verbrennungsstart-Timing als erster Verbrennungszustands-Index extrahiert und wird ein sich auf die langsame Verbrennung beziehender Verbrennungszeitraum als der zweite Verbrennungszustands-Index extrahiert, aus einer Ausgangswellenform des Zylinderinnendrucksensors 17.
Als Nächstes, um einen Zustand der Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur zu bestimmen, wird festgestellt, ob das Verbrennungsstart-Timing den vorbestimmten oberen Grenzwert, der den guten Verbrennungszustand angibt, erreicht hat, oder eine hohe Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur und der Verbrennungszeitraum den vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht hat, der einen guten Verbrennungszustand angibt, und eine niedrige Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur.
Wenn festgestellt wird, dass das Verbrennungsstart-Timing den vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht hat und daher die Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur hoch ist, wird das Zünd-Timing der Rückstellsteuerung unterworfen, um so die Verbrennungstemperatur zu senken. Wenn andererseits festgestellt wird, dass der Verbrennungszeitraum den vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht hat und daher die Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur niedrig ist, wird das Zünd-Timing einer Vorstellsteuerung unterworfen, um so die Verbrennungstemperatur zu steigern.
Durch kontinuierliches wiederholtes Ausführen der oben beschriebenen Operation wird die Verbrennungstemperatur zur Niedertemperaturseite gesteuert, ohne im Hoch-Verbrennungstemperatur-Zustand stabilisiert zu sein. Auf diese Weise kann die interne EGR-Gastemperatur-Bedingung, die es ermöglicht, dass die interne EGR-Gasmenge erhöht wird, etabliert werden. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Falls die Verbrennungstemperatur unerwünscht in dem Hoch-Verbrennungstemperaturzustand stabilisiert ist und nicht durch Zünd-Timing gesteuert werden kann, wird die Verbrennungstemperatur durch Unterbrechen der Funkenzündung gesenkt. Wenn das Verbrennungsstart-Timing, was der erste Verbrennungszustands-Index ist, auf den vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index gesenkt wird, wird die kontinuierliche und wiederholte Steuerung des Zünd-Timings zur Vorstellseite und zur Rückstellseite wieder gestartet. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Eine in der ECU 16 ausgeübte Steuerung wird nunmehr Bezug nehmend auf Flussdiagramme von 4 bis 9 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das die Hauptverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Die Verarbeitung wird für eine entsprechende Zielluftmenge alle 180 Grad des Kurbelwinkels ausgeführt, wenn die Verarbeitung beispielsweise auf einen Vier-Zylinder-Innenverbrennungsmotor angewendet wird.
Zuerst werden der ersten Verbrennungszustands-Index und der zweite Verbrennungszustands-Index, die den Verbrennungszustand angeben, detektiert (Schritt S101).
Nachfolgend wird der Verbrennungszustand basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, detektiert in Schritt S101, bestimmt (Schritt S102).
Als Nächstes wird die Zünd-Timing-Steuerung zum kontinuierlichen Wiederholen der Steuerung des Zünd-Timings zur Vorstellseite und der Steuerung des Zünd-Timings zur Rückstellseite basierend auf dem in Schritt S102 bestimmten Verbrennungszustand ausgeführt (Schritt S103). Dann wird die in 4 illustrierte Verarbeitung beendet.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Verbrennungszustands-Detektionsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Bezug nehmend auf die 5 wird die Verarbeitung zum Berechnen des ersten Verbrennungszustands-Index und des zweiten Verbrennungszustands-Index, basierend auf dem Signal aus dem Zylinderinnendrucksensor 17 für die, in 4 illustrierten Schritt S101 durchgeführte Verbrennungszustands-Detektionsverarbeitung beschrieben.
Zuerst wird ein Zylinderinnendruck, der für jeden Grad des Kurbelwinkels aufgezeichnet ist, basierend auf dem Signal aus dem Zylinderinnendrucksensor 17 gelesen (Schritt S201).
Nachfolgend wird das Verbrennungsstart-Timing, das sich auf die Frühzündung bezieht, als erster Verbrennungszustands-Index berechnet (Schritt S202).
Als Nächstes wird der Verbrennungszeitraum, der sich auf die langsame Verbrennung bezieht, als der zweite Verbrennungszustands-Index berechnet (Schritt S203). Dann wird die in 5 illustrierte Verarbeitung beendet.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine erste Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Bezug nehmend auf 6 wird die Verarbeitung zum Berechnen des ersten Verbrennungszustands-Index, der im, in 5 illustrierten, Schritt S202 durchgeführt wird, beschrieben.
Zuerst wird unter Verwendung des nachfolgenden Ausdrucks (1) eine Hitzeerzeugungsrate dQ [J/deg] für jeden Zyklus berechnet (Schritt S301). dQ[n] = V[n] × dP[n] + k × P[n] × dV[n])/(k – 1) (1)
In Ausdruck (1) ist V eine Verbrennungskammer-Kapazität [m³], ist dP eine Zylinderinnendruck-Anstiegsrate [Pa/Grad], ist k ein spezifisches Wärmeverhältnis, ist P ein Zylinderinnendruck [Pa], ist dV eine Verbrennungskammer-Kapazitäts-Änderungsrate [m³/Grad] und ist n eine Anzahl von Zyklen.
Nachfolgend wird basierend auf dem in Schritt S301 berechneten Wärmeerzeugungsverhältnis dQ, ein Verbrennungsstart-Timing Qstart extrahiert (Schritt S302). Dann wird die in 6 illustrierte Verarbeitung beendet. Spezifisch wird eine Suche bei dem Kurbelwinkel gestartet, bei dem das Wärmeerzeugungsverhältnis dQ maximal zur Vorstellseite wird. Der Kurbelwinkel, bei welchem das Wärmeerzeugungsverhältnis dQ 0 wird, wird als das Verbrennungsstart-Timing Qstart [Grad] bestimmt.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Bezug nehmend auf 7 wird die Verarbeitung zum Berechnen des zweiten Verbrennungszustands-Index, der im in 5 illustrierten Schritt S203 durchgeführt wird, beschrieben.
Zuerst wird, basierend auf dem Wärmeerzeugungsverhältnis dQ [J/Grad], das im in 6 illustrierten Schritt S301 berechnet ist, ein Verbrennungsend-Timing Qend extrahiert (Schritt S401). Spezifisch wird eine Suche bei dem Kurbelwinkel gestartet, bei dem das Wärmeerzeugungsverhältnis dQ maximal zur Rückstellseite wird. Der Kurbelwinkel, bei dem das Wärmeerzeugungsverhältnis dQ 0 wird, wird als Verbrennungsend-Timing Qend [deg] festgestellt.
Nachfolgend wird das im in 6 illustrierten Schritt S302 extrahierte Verbrennungsstart-Timing Qstart vom in Schritt S401 extrahierten Verbrennungsend-Timing Qend subtrahiert, um einen Verbrennungszeitraum Qang [Grad] zu berechnen, wie durch den nachfolgenden Ausdruck (2) ausgedrückt (Schritt S402). Dann wird die in 7 illustrierte Verarbeitung beendet. Qang = Qend – Qstart (2)
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Verbrennungszustands-Bestimmungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Bezug nehmend auf 8 wird die Verarbeitung zum Bestimmen des Verbrennungszustands, basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, detektiert im in 4 illustrierten Schritt S01, für die im in 4 illustrierten Schritt S102 durchgeführte Verbrennungszustands-Bestimmungsverarbeitung beschrieben.
Zuerst werden die Verbrennungszustände von beispielsweise dem vorigen Zyklus und dem zweit-vorherigen Zyklus so aufgezeichnet, dass festgestellt wird, dass das Zünd-Timing unmittelbar nachdem es durch die Rückführsteuerung geschaltet ist, liegt (Schritt S501). Spezifisch wird ein Verbrennungszustands-Flag CSFlag(n – 1) einem Verbrennungszustands-Flag CSFlag(n – 2) zugewiesen, während ein Verbrennungszustands-Flag CSFlag(n) einem Verbrennungszustands-Flag CSFlag(n – 1) zugewiesen wird.
Nachfolgend wird festgestellt, ob das Verbrennungsstart-Timing, welches der erste Verbrennungszustands-Index ist, größer als eine vordefinierter, erster vorbestimmter oberer Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index ist oder nicht (Schritt S502). In diesem Fall ist der erste vorbestimmte obere Grenzwert beispielsweise ein aus einem Kennfeld des Kurbelwinkels extrahierter Wert, rückgestellt um zwei Grad beim Kurbelwinkel ab dem Verbrennungsstart-Timing im Falle der Frühzündung, der vorab durch ein Experiment extrahiert wird, basierend auf der Motordrehzahl und der Last, basierend auf der Motordrehzahl und der Last.
In Schritt S502, wenn festgestellt wird, dass der erste Verbrennungszustands-Index größer als der erste vorbestimmte obere Grenzwert ist (d.h. Ja), wird eines dem Verbrennungszustandsflag CSFlag(n) zugewiesen, um anzuzeigen, dass das Verbrennungsstart-Timing, welches der erste Verbrennungszustands-Index ist, den ersten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht hat, um dadurch das Verbrennungszustands-Flag einzustellen (Schritt S503). Dieser Wert bedeutet, dass das Verbrennungsstart-Timing zu einer Grenze vorrückt, an welcher die Frühzündung auftritt und daher die Verbrennungstemperatur in einem Hoch-Verbrennungstemperaturzustand ist.
Als Nächstes wird der erste Verbrennungszustands-Indexzähler CS1C, der die Anzahl von Zyklen, während der die oben erwähnte Bedingung anhält, angibt, aktualisiert (Schritt S504). Dann wird die in 8 illustrierte Verarbeitung beendet. Spezifisch wird der erste Verbrennungszustands-Indexzähler CS1C inkrementiert.
Wenn andererseits in Schritt S502 festgestellt wird, dass der erste Verbrennungszustands-Indexzähler gleich oder kleiner dem ersten vorbestimmten oberen Grenzwert ist (d.h. Nein), wird der erste Verbrennungszustands-Indexzähler CS1C gelöscht (Schritt S505).
Nachfolgend wird festgestellt, ob der Verbrennungszeitraum, welches der zweite Verbrennungszustands-Index ist, größer als ein vordefinierter zweiter vorbestimmter oberer Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index ist oder nicht (Schritt S506). In diesem Fall ist der zweite vorbestimmte obere Grenzwert ein Wert, der beispielsweise aus einem Kennfeld des Kurbelwinkels extrahiert ist, reduziert um zwei Grad im Kurbelwinkel gegenüber dem Verbrennungszeitraum im Falle der langsamen Verbrennung, welche in der Umgebung eines Fehlzündungsbereichs auftritt, der vorab durch ein Experiment extrahiert wird, basierend auf der Motordrehzahl und der Last, basierend auf der Motordrehzahl und der Last.
In Schritt S506, wenn festgestellt wird, dass der zweite Verbrennungszustands-Index größer als der zweite vorbestimmte obere Grenzwert ist (d.h. Ja), wird 0 dem Verbrennungszustands-Flag CSFlag(n) zugewiesen, um anzuzeigen, dass der Verbrennungszeitraum, welcher der zweite Verbrennungszustands-Index ist, den zweiten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht hat, um dadurch das Verbrennungszustands-Flag zu löschen (Schritt S507). Dann wird die in 8 illustrierte Verarbeitung beendet.
Die oben erwähnte Bedingung bedeutet, dass der Verbrennungszustand nahe an einem Fehlzündungslimit und einem langsamen Verbrennungslimit ist und die Verbrennungstemperatur niedrig ist.
Andererseits wird in Schritt S506, wenn festgestellt wird, dass der zweite Verbrennungszustands-Index gleich oder kleiner dem zweiten vorbestimmten oberen Grenzwert ist (d.h. Nein), die in 8 illustrierte Verarbeitung beendet, ohne das Verbrennungszustandsflag zu ändern.
9 ist ein Flussdiagramm, das die Zünd-Timing-Steuerverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Bezug nehmend auf 9, wird die Verarbeitung zum Steuern des Zünd-Timings basierend auf dem, im in 4 illustrierten Schritt S102 bestimmten Verbrennungszustand für die im in 4 illustrierten Schritt S103 durchgeführte Zünd-Timing-Steuerverarbeitung beschrieben.
Zuerst wird festgestellt, ob der Wert des ersten Verbrennungszustands-Indexzählers CS1C größer als ein vordefinierter dritter vorbestimmter Wert ist oder nicht (Schritt S601). In diesem Fall ist der dritte vorbestimmte Wert ein beliebig eingestellter Wert und beträgt beispielsweise fünf Zyklen.
In Schritt S601, wenn festgestellt wird, dass der Wert des ersten Verbrennungszustands-Indexzählers CS1C gleich oder kleiner als der dritte vorbestimmte Wert ist (d.h. Nein), wird das Basis-Zünd-Timing SAbase basierend auf der Motordrehzahl und der Last eingestellt (Schritt S602). Das Basis-Zünd-Timing SAbase wird basierend auf einem vorab durch ein Experiment ermittelten Kennfeld basierend auf der Motordrehzahl und der Last eingestellt.
Nachfolgend wird festgestellt, ob das Zünd-Timing unmittelbar nach Umschaltung durch die Vorstellsteuerung und die Rückstellsteuerung liegt (Schritt S603). Spezifisch wird festgestellt, basierend auf dem Verbrennungszustandsflag, ob das Verbrennungszustandsflag CSFlag (n – 2) des vorletzten Zyklus das gleiche wie das Verbrennungszustandsflag CSFlag(n) des aktuellen Zyklus mitten in der Verarbeitung ist oder nicht.
Im Schritt S603 wird festgestellt, dass das Zünd-Timing nicht unmittelbar nach Umschaltung liegt (die Verbrennungszustandsflags sind die gleichen) (d.h. Nein), wird der Korrekturänderungsbetrag r in Übereinstimmung mit der Last mit 1,0 als der Korrekturrate multipliziert, um den Korrekturänderungsbetrag r' zu berechnen (Schritt S604). Der Korrekturänderungsbetrag r wird auf einen größeren Wert eingestellt, wenn die Last und die Verbrennungstemperatur höher werden, weil der durch das Zünd-Timing bereitgestellte Effekt auf die Verbrennungstemperatur mit höherer Last und Verbrennungstemperatur kleiner wird.
Andererseits, wenn in Schritt S603 festgestellt wird, dass das Zünd-Timing unmittelbar nach Umschaltung liegt (die Verbrennungszustandsflags sind unterschiedlich) (d.h. Ja), wird der Korrekturänderungsbetrag r in Übereinstimmung mit der Last mit der Korrekturrate c multipliziert, die größer als 1,0 ist, so dass der Korrekturänderungsbetrag r' größer als der in Schritt S604 eingestellte wird. Auf diese Weise wird der Korrekturänderungsbetrag r' berechnet (Schritt S605). Die Korrekturrate c wird auch auf einen größeren Wert eingestellt, wenn die Last höher wird.
Unmittelbar bevor und nachdem die Steuerrichtung des Zünd-Timings umgeschaltet wird, ist der Zustand nahe an einer Grenze, bei der eine gute Verbrennung erhalten wird. Daher gibt es eine Möglichkeit einer übermäßig gesenkten internen EGR-Gastemperatur, welche die Verbrennung des nächsten Zyklus betrifft, die durch die durch die Rückstellsteuerung des Zünd-Timings gesenkte Verbrennungstemperatur verursacht wird, und eine Möglichkeit des Auftretens von Fehlzündung und Erzeugung von Verbrennungsgeräusch aufgrund eines Anstiegs bei der Verbrennungstemperatur, verursacht durch die Vorstellsteuerung. Daher werden unmittelbar nach dem Umschalten der Steuerrichtung des Zünd-Timings die oben erwähnten Möglichkeiten durch Erhöhen des Korrekturänderungsbetrags abgesenkt. Auf diese Weise kann der Zustand in einer frühen Phase zu dem Zustand rückgeführt werden, unter welchem eine gute Verbrennung erhalten wird.
Als Nächstes wird ein Zünd-Timing-Korrekturbetrag des vorigen Zyklus aufgezeichnet (Schritt S606). Spezifisch wird Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n) einem Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n – 1) zugewiesen.
Nachfolgend, um die Steuerrichtung des Zünd-Timings zu bestimmen, wird bestimmt, ob das Verbrennungszustandsflag CSFlag(n) eingestellt ist oder nicht (Schritt S607). Spezifisch wird festgestellt, ob das Verbrennungszustandsflag CSFlag(n) auf Eins eingestellt ist, oder auf Null gelöscht.
Im Schritt S607, wenn festgestellt wird, dass das Verbrennungszustandsflag gesetzt ist (d.h. Ja), hat das Verbrennungsstart-Timing, welches der erste Verbrennungszustands-Index ist, den ersten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht und daher befindet sich die Verbrennungstemperatur im Hoch-Verbrennungstemperaturzustand. Daher, um die Verbrennungstemperatur zu senken, wird der Zünd-Timing-Korrekturbetrag zur Rückstellseite korrigiert (Schritt S608).
Spezifisch wird ein durch Addieren des in Schritt S604 oder 605 berechneten Korrekturänderungsbetrags r' zum Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n – 1) des vorherigen Zyklus ermittelter Wert als der Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n) bestimmt.
Wenn andererseits in Schritt S607 festgestellt wird, dass das Verbrennungszustandsflag nicht gesetzt ist (d.h. Nein), hat der Verbrennungszeitraum, welches der zweite Verbrennungszustands-Index ist, den zweiten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht und ist daher die Verbrennungstemperatur im Nieder-Verbrennungstemperaturzustand. Daher, um die Verbrennungstemperatur zu erhöhen, wird der Zünd-Timing-Korrekturbetrag zur Vorstellseite korrigiert (Schritt S609).
Spezifisch wird ein durch Subtrahieren des in Schritt S604 oder S605 berechneten Korrekturänderungsbetrags r' vom Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n – 1) des vorherigen Zyklus ermittelter Wert als der Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n) festgestellt.
Als Nächstes wird das Zünd-Timing des vorherigen Zyklus aufgezeichnet (Schritt S610). Spezifisch wird ein Zünd-Timing SA(n) einem Zünd-Timing SA(n – 1) zugewiesen.
Nachfolgend wird der im Schritt S608 oder S609 berechnete Zünd-Timing-Korrekturbetrag R zum in Schritt S602 eingestellten Basis-Zünd-Timing SAbase addiert, um das Zünd-Timing SA zu berechnen (Schritt S611).
Als Nächstes wird festgestellt, ob das in Schritt S611 berechnete Zünd-Timing eine Vorstellgrenze und eine Rückstellgrenze übersteigt (ob das Zünd-Timing SA(n) innerhalb des Bereichs zwischen der Vorstellgrenze und der Rückstellgrenze liegt oder nicht) (Schritt S612).
In Schritt S612, wenn festgestellt wird, dass das Zünd-Timing die Vorstellgrenze und die Rückstellgrenze nicht überschreitet (d.h. Ja), wird die in 9 illustrierte Verarbeitung beendet. Dann wird das Zünd-Timing bei dem in Schritt S611 berechneten Zünd-Timing SA ausgeführt.
In diesem Fall sind die Vorstellgrenze und die Rückstellgrenze Zünd-Timings, die vorab durch ein Experiment in Übereinstimmung der Motordrehzahl extrahiert sind. Das Zünd-Timing, zu welchem Selbstzündung durch die Kompression früher als die Funkenzündung wird, um keine Änderung im zweiten Verbrennungszustands-Index zu erzeugen, wenn das Zünd-Timing rückgestellt ist, wird als Rückstellgrenze festgestellt. Andererseits wird das Zünd-Timing ohne Änderung beim ersten Verbrennungszustands-Index, selbst wenn das Zünd-Timing vorgestellt ist, als Vorstellgrenze festgestellt.
Andererseits, wenn in Schritt S612 festgestellt wird, dass das Zünd-Timing die Vorstellgrenze oder die Rückstellgrenze übersteigt (d.h. Nein), wird das Zünd-Timing des vorherigen Zyklus als das Zünd-Timing des aktuellen Zyklus während der Verarbeitung bestimmt (Schritt S613). Spezifisch wird das Zünd-Timing SA(n – 1) dem Zünd-Timing SA(n) zugewiesen.
Nachfolgend wird der Zünd-Timing-Korrekturbetrag des vorherigen Zyklus als der Zünd-Timing-Korrekturbetrag des aktuellen Zyklus während der Verarbeitung bestimmt (Schritt S613). Dann wird die in 9 illustrierte Verarbeitung beendet. Spezifisch wird der Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n-1) dem Zünd-Timing-Korrekturbetrag R(n) zugewiesen.
Die oben erwähnte Verarbeitung wird aus dem folgenden Grund durchgeführt. Falls das Zünd-Timing die Vorstellgrenze oder die Rückstellgrenze übersteigt, befindet sich der Verbrennungszustand in einer Totzone, in der eine Änderung bei der Verbrennungstemperatur nicht erhalten werden kann, selbst wenn die Vorstellkorrektur oder die Rückstellkorrektur weiter ausgeführt wird. Daher wird im Hinblick auf die Responsivität des Zünd-Timings gegenüber der Verbrennungstemperatur, unmittelbar nachdem die Steuerrichtung des Zünd-Timings umgeschaltet ist, die Verarbeitung so durchgeführt, dass sie das Zünd-Timing nicht jenseits der Vorstellgrenze oder der Rückstellgrenze steuert.
Wie oben beschrieben, wird das Zünd-Timing innerhalb des Bereichs gesteuert, in welchem die Responsivität gegenüber der Verbrennungstemperatur hoch ist. Daher kann das Auftreten von Fehlzündung und die Erzeugung von Verbrennungsgeräusch verhindert werden.
Wenn andererseits in Schritt S601 festgestellt wird, dass der Wert des ersten Verbrennungszustands-Indexzählers CS1C größer als der dritte vorbestimmte Wert (spezifisch Ja) ist, wird ein Zustand, in welchem der erste Verbrennungszustands-Index den ersten vorbestimmten oberen Grenzwert übersteigt, selbst nachdem das Zünd-Timing der Rückstellsteuerung unterworfen ist, andauern. Dieser Zustand bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur im Hoch-Verbrennungstemperaturzustand stabil ist.
Daher, um die Verbrennungstemperatur aktiv zu senken, wird die Funkenzündung unterbrochen (Zündung wird ausgeschaltet) (Schritt S615). Dann wird die in 9 illustrierte Verarbeitung beendet.
In der oben beschriebenen Weise wird die Verbrennungstemperatur auf eine Temperatur gesenkt, bei welcher das Verbrennungsstart-Timing, welches der erste Verbrennungszustands-Index ist, gleich oder kleiner als der erste vorbestimmte obere Grenzwert wird. Wenn das Verbrennungsstart-Timing gleich oder kleiner dem ersten vorbestimmten oberen Grenzwert wird, wird der erste Verbrennungszustands-Indexzähler im in 8 illustrierten Schritt S505 gelöscht. Dann wird die Verarbeitung des kontinuierlichen und wiederholten Steuerns des Zünd-Timings zur Vorstellseite und Rückstellseite wieder gestartet. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Bezug nehmend auf ein Timing-Diagramm von 10 wird nunmehr das Ergebnis der durch die ECU 16 ausgeführten Steuerung beschrieben. 10 ist ein Timing-Diagramm, das einen Betrieb der Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Wie in 10 illustriert, steigt die Verbrennungstemperatur zusammen mit der Vorstellsteuerung des Zünd-Timings an. Dann, wenn das Verbrennungsstart-Timing, was der in der in 6 illustrierten Verarbeitung berechnete erste Verbrennungszustands-Index ist, den ersten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht, der das Verbrennungsstart-Timing nahe an der Grenze angibt, an welcher die Frühzündung auftritt, wie durch den Punkt a angezeigt, wird das Zünd-Timing auf die Rückstellseite gesteuert.
Vor und nach dem Umschalten der Steuerrichtung des Zünd-Timings befindet sich der Verbrennungszustand in der Bedingung nah an der Grenze, bei der eine gute Verbrennung erhalten wird. Daher besteht die Möglichkeit einer Erzeugung von Verbrennungsgeräusch durch Frühzündung aufgrund des Anstiegs bei der Verbrennungstemperatur, welche durch die Vorstellsteuerung des Zünd-Timings verursacht wird. Somit wird der Korrekturbetrag für das Zünd-Timing unmittelbar nach dem Umschalten auf Groß eingestellt, wie durch die Linien b angegeben, wodurch die Erzeugung des Verbrennungsgeräuschs aufgrund der Frühzündung vermieden wird.
Danach beginnt die Verbrennungstemperatur, durch die Rückstellsteuerung des Zünd-Timings abzufallen. Als Ergebnis steigt der Verbrennungszeitraum, welches der zweite Verbrennungszustands-Index ist, an. Falls jedoch das Verbrennungs-Timing die Rückstellgrenze erreicht, bevor der zweite Verbrennungszustands-Index den zweiten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht, wird die Rückstellsteuerung nicht weiter durchgeführt, sondern wird das Zünd-Timing bei der Rückstellgrenze gehalten, wie durch den Punkt f angezeigt.
In diesem Fall existieren auf der Vorstellseite und der Rückstellseite des Zünd-Timings Totzonen, in welchen die Änderung des Zünd-Timings den ersten Verbrennungszustands-Index oder den zweiten Verbrennungszustands-Index nicht ändert, selbst wenn der Korrekturbetrag für das Zünd-Timing erhöht wird. Daher kann durch Bereitstellen der Grenzen um Bereich des Steuerns des Zünd-Timings eine Zünd-Timing-Steuerung mit guter Responsivität gegenüber der Verbrennungstemperatur durchgeführt werden, wenn die Steuerrichtung des Zünd-Timings umgeschaltet wird.
Danach wird die interne EGR-Gastemperatur, welche die Verbrennung im nächsten Zyklus beeinträchtigt, weiter durch eine Reduktion bei der Verbrennungstemperatur gesenkt, die durch Rückstellsteuerung des Zünd-Timings verursacht wird. Wenn der Verbrennungszeitraum, welches der in der in 7 illustrierten Verarbeitung berechnete zweite Verbrennungszustands-Index ist, den zweiten vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht, der den Verbrennungszeitraum nahe an der Grenze angibt, bei der die langsame Verbrennung auftritt, wie durch den Punkt c angegeben, wird das Zünd-Timing zur Vorstellseite gesteuert, um die Verbrennungstemperatur zu erhöhen.
Wie oben beschrieben, wird das Zünd-Timing kontinuierlich und wiederholt zur Vorstellseite und zur Rückstellseite gesteuert, innerhalb des Bereichs zwischen dem vorgegebenen oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index und dem vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index, bei welchem die Reagibilität gegenüber der Verbrennungstemperatur hoch ist, um eine gute Verbrennung zu erhalten. Als Ergebnis kann die Verbrennungstemperatur auf die niedrige Temperaturseite gesteuert werden, ohne im Hoch-Verbrennungszustand stabilisiert zu sein, wodurch die interne EGR-Gasmenge vergrößert wird. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Selbst falls die Verbrennungstemperatur unerwünscht im Hoch-Verbrennungszustand stabilisiert ist und falls der erste Verbrennungszustands-Index sich fortsetzt, anzusteigen, nach Übersteigen des ersten vorbestimmten oberen Grenzwerts und daher der Wert des ersten Verbrennungszustands-Indexzählers größer als ein dritter vorbestimmter Wert wird, selbst wenn das Zünd-Timing rückgestellt wird, wird die Funkenzündung unterbrochen, wie durch den Punkt d angegeben.
Die Verbrennungstemperatur wird durch Unterbrechen der Funkenzündung gesenkt. Wenn das Verbrennungsstart-Timing, welches der erste Verbrennungszustands-Index ist, auf den ersten vorbestimmten oberen Grenzwert gesenkt wird, wie durch den Punkt e angegeben, und die Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur abfällt, wird die kontinuierliche und wiederholte Steuerung des Zünd-Timings zur Vorstellseite und der Rückstellseite wieder gestartet. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Wie oben beschrieben, kann durch kontinuierliches und wiederholtes Steuern des Zünd-Timings zur Vorstellseite und der Rückstellseite innerhalb des Bereichs des Verbrennungszustands, in welchem eine gute Verbrennung erhalten wird, während Frühzündung und langsame Verbrennung verhindert wird, die Fehlzündung verursachen oder Verbrennungsgeräusch erzeugen, die Verbrennungstemperatur zur niedrigen Temperaturseite gesteuert werden, ohne im Hoch-Verbrennungstemperaturzustand stabilisiert zu sein. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Wie oben beschrieben, steuert gemäß der ersten Ausführungsform der Zünd-Timing-Steuerabschnitt kontinuierlich und wiederholt das Zünd-Timing zur Rückstellseite, wenn der erste Verbrennungszustands-Index den vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht und steuert das Zünd-Timing zur Vorstellseite, wenn der zweite Verbrennungszustands-Index den vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht.
Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung, welche die Unterdrückung der Erzeugung von NOx und die Verbesserung bei der Kraftstoffeffizienz ermöglicht, durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird ein spezifischer Steuerinhalt, der durch die Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, beschrieben. In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine sich auf schnelle Verbrennung beziehende Verbrennungsgeschwindigkeit, die das Verbrennungsgeräusch verursacht, als der erste Verbrennungszustands-Index extrahiert und wird eine Verbrennungsfluktuation, welche durch die durch eine niedrige Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur destabilisierte Verbrennung erzeugt wird, als der zweite Verbrennungszustands-Index aus der Ausgabewellenform des Zylinderinnendrucksensors 17 extrahiert.
Die oben beschriebene Frühzündung in der ersten Ausführungsform ist ein Phänomen, welches auftritt, wenn eine Temperatur eines Teils der Luft/Kraftstoff-Mischung hoch ist. Andererseits ist die rasche Verbrennung ein Phänomen, welches auftritt, wenn die Temperatur der Luft/Kraftstoff-Mischung im Durchschnitt hoch wird. Wenn die Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur niedrig ist, tritt die in der ersten Ausführungsform beschriebene langsame Verbrennung auf und ist die Verbrennung durch die Reduktion bei der Luft/Kraftstoff-Mischungs-Temperatur destabilisiert. Die destabilisierte Verbrennung beeinträchtigt das interne EGR-Gas im nächsten Zyklus. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Verbrennungsfluktuation größer wird.
In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Verbrennungszustand durch kontinuierliches und wiederholtes Steuern des Zünd-Timings zur Vorstellseite und der Rückstellseite innerhalb des Bereichs des Verbrennungszustands gesteuert, in welchem eine gute Verbrennung erhalten wird, während die rasche Verbrennung und die Verbrennungsfluktuation, die Fehlzündung verursacht und Verbrennungsgeräusch erzeugt, verhindert werden. Als Ergebnis kann die Verbrennungstemperatur auf die niedrige Temperaturseite gesteuert werden, ohne im Hoch-Verbrennungstemperaturzustand stabilisiert zu werden. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
Bezug nehmend auf Flussdiagramme von 11 und 12 wird nunmehr die durch die ECU 16 durchgeführte Steuerung beschrieben. Die Beschreibung derselben Verarbeitung wie diejenige der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform, wird hier weggelassen. Spezifisch wird die, im in 4 illustrierten Schritt S601 durchgeführte Verbrennungszustands-Detektionsverarbeitung Bezug nehmend auf die 6, 11 und 12 beschrieben, für die Extraktion einer maximalen Druckanstiegsrate, die sich auf die rasche Verbrennung bezieht, welche der erste Verbrennungszustands-Index ist, und Berechnung der Verbrennungsfluktuation, was der zweite Verbrennungszustands-Index ist. Die im in 4 illustrierten Schritt S102 durchgeführte Verbrennungszustands-Bestimmungsverarbeitung wird Bezug nehmend auf 8 beschrieben. Die Verbrennungszustands-Detektionsverarbeitung und die Verbrennungszustands-Bestimmungsverarbeitung, die oben beschrieben sind, bilden einen Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform.
Zuerst wird in der in 5 illustrierten Verarbeitung der Zylinderinnendruck, der für jeden Grad des Kurbelwinkels aufgezeichnet ist, basierend auf dem Signal aus dem Zylinderinnendrucksensor 17 eingelesen (Schritt S201).
Nachfolgend wird die sich auf die rasche Verbrennung beziehende maximale Druckanstiegsrate als der erste Verbrennungszustands-Index berechnet (Schritt S202).
Als Nächstes wird die Verbrennungsfluktuation als der zweite Verbrennungszustands-Index berechnet (Schritt S203). Dann wird die in 5 illustrierte Verarbeitung beendet.
11 ist ein Flussdiagramm, das die erste Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Wie in 11 illustriert, wird ein Maximalwert der Druckänderung jeden Grads des Kurbelwinkels als die maximale Druckanstiegsrate (dP/dθ) aus der Information des Zylinderinnendrucks, gelesen für jeden Grad des Kurbelwinkels im in 5 illustrierten Schritt S201 extrahiert (Schritt S701). Dann wird die in 11 illustrierte Verarbeitung beendet.
12 ist ein Flussdiagramm, das die zweite Verbrennungszustands-Index-Berechnungsverarbeitung durch die Steuervorrichtung für den Innenverbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Wie in 12 illustriert, wird der Kurbelwinkel, an welchem der Zylinderinnendruck maximal wird, als ein maximaler Zylinderinnendruckwinkel degPmax für jeden Zyklus aus der Information des für jeden Grad des Kurbelwinkels im in 5 illustrierten Schritt S201 gelesenen Zylinderinnendrucks extrahiert (Schritt S801).
Nachfolgend wird der in Schritt S801 extrahierte maximale Zylinderinnendruckwinkel degPmax im Speicher aufgezeichnet (Schritt S802). Spezifisch wird der extrahierte maximale Zylinderinnendruckwinkel degPmax einem maximalen Zylinderinnendruckwinkel degPmax(n) zugewiesen.
Als Nächstes wird basierend auf dem in Schritt S802 aufgezeichneten maximalen Zylinderinnendruckwinkel eine Verbrennungsfluktuation degPmaxCOV wie durch den nachfolgenden Ausdruck (3) ausgedrückt, berechnet (Schritt S803). Dann wird die in 12 illustrierte Verarbeitung beendet. degPmaxCOV = degPmax Standardabweichung/degPmax Durchschnittswert (3)
Nachfolgend wird die Verbrennungszustands-Bestimmungsverarbeitung, welche die maximale Druckanstiegsrate als den ersten Verbrennungszustands-Index und die Verbrennungsfluktuation als den zweiten Verbrennungszustands-Index verwendet, Bezug nehmend auf 8 beschrieben.
Wie in 8, in Schritt S502 illustriert, wird festgestellt, ob die maximale Druckanstiegsrate einen vorgegebenen oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht hat oder nicht, bei welchem die Verbrennungstemperatur hoch ist, um das Verbrennungsgeräusch zu erzeugen, beispielsweise 500 kPa/Grad, unter Verwendung der maximalen Druckanstiegsrate, welche der erste Verbrennungszustands-Index ist, welche in der in 11 illustrierten Verarbeitung berechnet wird.
In Schritt S502, wenn festgestellt wird, dass die maximale Druckanstiegsrate größer als der vorbestimmte obere Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index ist (d.h. Ja), wird dem Verbrennungszustandsflag CSFlag(n) 1 zugewiesen, um anzugeben, dass der erste Verbrennungszustands-Index den vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht hat, um dadurch das Verbrennungszustandsflag zu setzen (Schritt S503).
Im Schritt S506 wird festgestellt, ob die Verbrennungsfluktuation einen vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht hat, bei welchem die Verbrennungstemperatur niedrig ist und der Verbrennungszustand nahe am Fehlzündungsbereich ist, um Verbrennungsfluktuation zu verursachen, beispielsweise 5%.
In Schritt S506 wird festgestellt, dass die Verbrennungsfluktuation größer als der vorbestimmte obere Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index ist (das heißt Ja), und wird dem Verbrennungszustandsflag CSFlag(n) 0 zugewiesen, um dadurch das Verbrennungszustandsflag zu löschen (Schritt S507).
Wie oben beschrieben, wird gemäß der zweiten Ausführungsform der Verbrennungszustand durch kontinuierliches und wiederholtes Steuern des Zünd-Timings zur Vorstellseite und Rückstellseite in dem Bereich des Verbrennungszustands gesteuert, in welchem eine gute Verbrennung erhalten wird, basierend auf dem Bestimmungsergebnis des Verbrennungszustands. Auf diese Weise wird die Verbrennungstemperatur zur Niedertemperaturseite gesteuert, ohne im Hoch-Verbrennungstemperaturzustand stabilisiert zu sein, während die rasche Verbrennung und die Verbrennungsfluktuation, welche die Fehlzündung verursachen und das Verbrennungsgeräusch erzeugen, verhindert werden. Daher kann der Betriebsbereich, in welchem die Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung durchgeführt werden kann, vergrößert werden.
In den ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden der erste Verbrennungszustands-Index und der zweite Verbrennungszustands-Index unter Verwendung des Zylinderinnendrucksensors detektiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Andere Mittel, beispielsweise ein Kurbelwinkelsensor oder ein Ionenstrom-Sensor können verwendet werden, solange der Verbrennungszustand detektiert werden kann.
In den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen wird die Frühzündung, die als der erste Verbrennungszustands-Index verwendet wird, basierend auf dem Verbrennungsstart-Timing detektiert, während die rasche Verbrennung basierend auf der maximalen Druckanstiegsrate detektiert wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können andere Parameter, welche die Frühzündung und die rasche Verbrennung angeben, wie etwa ein Timing, zu welchem der Ionenstrom maximal wird oder eine Winkelbeschleunigung des Kurbelwinkels verwendet werden.
Ähnlich wie bei dem zweiten Verbrennungszustands-Index wird die langsame Verbrennung oder die Verbrennungsfluktuation basierend auf einer Variation bei der Position detektiert, an welcher der Verbrennungszeitraum oder der Zylinderinnendruck maximal wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Andere Parameter, welche die langsame Verbrennung und die Verbrennungsfluktuation anzeigen, können stattdessen verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-252471 [0006, 0014]
JP 2011252471 [0017]

Claims

Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor, beinhaltend eine in einer Verbrennungskammer (4) vorgesehene Zündvorrichtung (6), wobei die Zündvorrichtung (6) konfiguriert ist, eine in der Verbrennungskammer (4) ausgebildete Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden, wobei der Innenverbrennungsmotor konfiguriert ist, einen Teil der Luft/Kraftstoff-Mischung zu verbrennen, die in anderen Bereichen als in der Nähe der Zündvorrichtung (6) lokalisiert ist, durch Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung unter Verwendung eines Temperaturanstiegs, der durch Verbrennen eines Teils der Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe der Zündvorrichtung durch Funkenzündung verursacht wird, und einen Anstieg bei der Temperatur, der durch Verbrennungsdruck verursacht wird, wobei die Steuervorrichtung umfasst: einen Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt (21) zum Detektieren eines ersten Verbrennungszustands-Index, der sich auf einen Verbrennungszustand bezieht, der mit der Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer hohen Temperatur einhergeht, und eines zweiten Verbrennungszustands-Index, der sich auf einen Verbrennungszustand bezieht, der mit einer Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer niedrigen Temperatur einhergeht; und einen Zünd-Timing-Steuerabschnitt (23) zum Steuern eines Zünd-Timings, basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, wobei der Zünd-Timing-Steuerabschnitt (23) konfiguriert ist, kontinuierlich und wiederholt das Zünd-Timing zu einer Rückstellseite zu steuern, wenn der erste Verbrennungszustands-Index einen vorgegebenen, vorbestimmten Obergrenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, und das Zünd-Timing zu einer Vorstellseite zu steuern, wenn der zweite Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweite Verbrennungszustands-Index erreicht.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt (21) eine Verbrennungszustandsgröße, welche sich auf die Frühzündung entsprechend einem vorgestellten Selbstzündungs-Timing bezieht, als den ersten Verbrennungszustands-Index detektiert.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt (21) eine Verbrennungszustandsgröße, welche sich auf die langsame Verbrennung bezieht, entsprechend einer niedrigen Verbrennungsgeschwindigkeit, als den zweiten Verbrennungszustands-Index detektiert.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt (21) eine Verbrennungszustandsgröße, welche sich auf die rasche Verbrennung bezieht, entsprechend einer hohen Verbrennungsgeschwindigkeit, als den ersten Verbrennungszustands-Index detektiert.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbrennungszustands-Detektionsabschnitt (21) eine Verbrennungszustandsgröße, die sich auf eine Verbrennungsfluktuation bezieht, entsprechend einer destabilisierten Verbrennung, als den zweiten Verbrennungszustands-Index detektiert.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Zünd-Timing-Steuerabschnitt (23) einen Korrekturbetrag für das Zünd-Timing einstellt, unmittelbar nach Umschalten zwischen der Rückstellsteuerung und der Vorstellsteuerung größer als in anderen Fällen zu sein.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zünd-Timing-Steuerabschnitt (23) eine Vorstellgrenze und eine Rückstellgrenze am Zünd-Timing bereitstellt und das Zünd-Timing innerhalb eines Bereichs zwischen der Vorstellgrenze und der Rückstellgrenze steuert.
Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Zünd-Timing-Steuerabschnitt (23) die Funkenzündung stoppt, wenn der erste Verbrennungszustands-Index den vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index um eine vordefinierte, vorbestimmte Anzahl von Zyklen übersteigt.
Steuerverfahren für einen Innenverbrennungsmotor, beinhaltend eine in einer Verbrennungskammer (4) vorgesehene Zündvorrichtung (6), wobei die Zündvorrichtung (6) konfiguriert ist, eine in der Verbrennungskammer (4) ausgebildete Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden, wobei der Innenverbrennungsmotor konfiguriert ist, einen Teil der Luft/Kraftstoff-Mischung zu verbrennen, der in anderen Bereichen als in der Nähe der Zündvorrichtung (6) lokalisiert ist, durch Homogenladungs-Kompressionszündverbrennung unter Verwendung eines Temperaturanstiegs, der durch eine Verbrennung eines Teils der Luft/Kraftstoff-Mischung in der Nähe der Zündvorrichtung (6) durch Funkenzündung verursacht wird, und eines Temperaturanstiegs, der durch einen Verbrennungsdruck verursacht wird, wobei das Steuerverfahren umfasst: Detektieren eines ersten Verbrennungszustands-Index, der sich auf eine Verbrennung bezieht, den die Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer hohen Temperatur mit sich bringt, und eines zweiten Verbrennungszustands-Index, der sich auf einen Verbrennungszustand bezieht, den die Luft/Kraftstoff-Mischung bei einer niedrigen Temperatur mit sich bringt; und Steuern eines Zünd-Timings, basierend auf dem ersten Verbrennungszustands-Index und dem zweiten Verbrennungszustands-Index, wobei das Steuern eines Zünd-Timings das kontinuierliche und wiederholte Ausführen der Verarbeitung des Steuerns des Zünd-Timings zu einer Rückstellseite, wenn der erste Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des ersten Verbrennungszustands-Index erreicht, und Steuern des Zünd-Timings zu einer Vorstellseite, wenn der zweite Verbrennungszustands-Index einen vordefinierten, vorbestimmten oberen Grenzwert des zweiten Verbrennungszustands-Index erreicht, beinhaltet.