DE102015109477B4

DE102015109477B4 - Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015109477B4
Application number: DE102015109477.0A
Authority: DE
Inventors: Shota NAGANO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: CN105201673B; DE102015109477A1; CN105201673A; JP2016008530A; US20150369165A1; US10119491B2; JP6011582B2

Abstract

Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), wobei der Verbrennungsmotor ein Kraftstoffeinspritzventil (23) hat, das so aufgebaut ist, dass es Kraftstoff in einen Zylinder (3) liefert, wobei die Steuereinrichtung folgendes aufweist:eine elektronische Steuereinheit (100) die so aufgebaut ist, dass siei) eine Ist-Wärmeerzeugungsrate zum Zeitpunkt der Verbrennung erlangt; undii) zumindest einen Kraftstoffeinspritzdruck und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge korrigiert, wenn ein Abweichungsbetrag zwischen einem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und einem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert so ist, dass der Abweichungsbetrag abnimmt,wobei der Referenzwärmeerzeugungsratengradient ein Gradient einer vorbestimmten Referenzwärmeerzeugungsrate ist, bei der eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem die Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt, undder Ist-Wärmeerzeugungsratengradient ein Gradient einer Ist-Wärmeerzeugungsrate ist, die durch die elektronische Steuereinheit erlangt wird und bei der die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem die Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
In Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Dieselverbrennungsmotoren, die an Fahrzeugen oder dergleichen montiert sind, werden Verbrennungsmotorsteuerparameter korrigiert, wenn eine Ist-Wärmeerzeugungsrate zum Zeitpunkt der Verbrennung (die Wärmemenge, die pro Drehwinkeleinheit einer Kurbelwelle erzeugt wird: dQ/de) erlangt wird und wenn eine Differenz zwischen der Ist-Wärmeerzeugungsrate und einer Referenzwärmeerzeugungsrate besteht. Beispielsweise wird in einer in der veröffentlichen japanischen Patentanmeldung JP 2005-320872 A beschriebenen Technik eine Ist-Wärmeerzeugungsrate aus einem durch einen Zylinderinnendrucksensor erfassten Zylinderinnendruck abgeschätzt, und wenn eine Differenz zwischen einem Neigungswinkel (Ist-Wärmeerzeugungsratengradient) des Anstiegs der Ist-Wärmeerzeugungsrate und einem Neigungswinkel (Referenzwärmeerzeugungsratengradient) des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate in einem Standortzustand vorhanden ist, wird der Lieferdruck des Kraftstoffs derart korrigiert, dass die Differenz beseitigt wird.
DE 10 2004 046 083 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Ausgehend von dem Vergleich einer ersten zylinderspezifischen Größe, die den Verbrennungsvorgang in wenigstens einem Zylinder charakterisiert, mit einem Sollwert für diese Größe ist eine erste Stellgröße eines ersten Stellelements anpassbar. Ausgehend von wenigstens einer zweiten Größe wird ein Abweichungswert für einen weiteren Zylinder ermittelt.
Ausgehend von diesem Abweichungswert ist eine zweite Stellgröße eines zweiten Stellelements anpassbar.
DE 100 11 630 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, wobei bei dem Verfahren zumindest in einem der Zylinder des Verbrennungsmotors während einer Vorverbrennung, die durch eine vor einer Haupteinspritzung stattfindenden Voreinspritzung verursacht ist, eine die Vorverbrennung beschreibende Folge von Messwerten bestimmt wird, die Folge von Messwerten ausgewertet wird, und zumindest einer der Einspritzparameter der nachfolgenden Voreinspritzung entsprechend der Auswertung der ermittelten Messwerte nachgeregelt wird.
DE 10 2004 046 086 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Ausgehend von dem Vergleich einer Größe, die den Verbrennungsvorgang in einem Zylinder charakterisiert, mit einem Sollwert für diese Größe wird ein Abweichungswert ermittelt. Ausgehend von dem Abweichungswert wird eine erste Stellgröße eines ersten Stellelements zur Beeinflussung des Ansteuerungsbeginns angepasst. Ausgehend von der ersten Stellgröße wird eine zweite Stellgröße eines zweiten Stellelements zur Beeinflussung der Luftmasse angepasst.
DE 101 59 017 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei mit wenigstens einem Sensor eine erste Größe erfasst wird, die den Druck im Brennraum wenigstens eines Zylinders charakterisiert. Ausgehend von dieser ersten Größe wird eine zweite Größe ermittelt, wobei die zweite Größe die Änderung der ersten Größe und/oder den Verlauf der Verbrennung charakterisiert, wobei die Steuerung von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine abhängig von dieser zweiten Größe erfolgt.
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn die Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gering ist und die Verbrennung sich bei einer Verbrennung im Dieselmotor oder dergleichen verschlechtert, weicht der Anstiegsgradient der Ist-Wärmeerzeugungsrate nicht von dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten ab, sondern der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient und der Referenzwärmeerzeugungsratengradient weichen voneinander im Verlauf des Wärmeerzeugungsrategradienten ab (nachdem die Ist-Wärmeerzeugungsrate zugenommen hat). Das heißt, der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient weicht von dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient nicht sofort nach dem Beginn des Anstiegs der Ist-Wärmeerzeugungsrate ab, sondern der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient und der Referenzwärmeerzeugungsratengradient weichen voneinander ab, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne von dem Zeitpunkt an verstrichen ist, bei dem die Ist-Wärmeerzeugungsrate anzusteigen beginnt. Daher ist, wenn eine Abweichung im Verlauf eines derartigen Wärmeerzeugungsratengradienten auftritt, es erforderlich, diese Abweichung zu korrigieren. Jedoch ist es nicht möglich, dies durch die in der vorstehend erwähnten JP 2005-320872 A beschriebenen Technik zu bewältigen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die dazu in der Lage ist, eine Korrektur zur Unterdrückung einer Verschlechterung einer Verbrennung auszuführen, die sich aus einem Mangel an einer Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff ergibt.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe ist durch eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen. Der Verbrennungsmotor hat ein Kraftstoffeinspritzventil, das so aufgebaut ist, dass es Kraftstoff in einen Zylinder liefert. Die Steuereinrichtung hat eine elektronische Steuereinheit, die so aufgebaut ist, dass sie i) eine Ist-Wärmeerzeugungsrate zum Zeitpunkt der Verbrennung erlangt; und ii) zumindest einen Kraftstoffeinspritzdruck oder eine Menge an Kraftstoff, die eingespritzt wird, korrigiert, wenn ein Abweichungsbetrag zwischen einem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und einem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert so ist, dass der Abweichungsbetrag abnimmt. Der Referenzwärmeerzeugungsratengradient ist ein Gradient einer vorbestimmten Referenzwärmeerzeugungsrate, bei der eine vorbestimmte Zeitspanne verstreicht, nachdem eine Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt. Der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient ist ein Gradient einer Ist-Wärmeerzeugungsrate, die durch die elektronische Steuereinheit erlangt wird, bei der die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem die Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt. Der Referenzwärmeerzeugungsratengradient ist ein Gradient aus einer Hypotenuse einer Wellenform einer idealen Wärmeerzeugungsrate (eine Wellenform einer Referenzwärmeerzeugungsrate) in einer Wärmeerzeugungsratenanstiegsperiode, die nachstehend beschrieben ist.
Betrieb
Wenn der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient im Verlaufe des Wärmeerzeugungsratengradienten (nachdem die Ist-Wärmeerzeugungsrate ansteigt) sanft wird und der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient von dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient abweicht, kann gesagt werden, dass die Abweichung von einem Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff herrührt. Auf der Basis dieser Kenntnis wird in dem Aspekt der Erfindung der Mangel an der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff so gelöst, dass eine Erzeugung von Rauch vermieden wird durch Korrigieren von zumindest dem Kraftstoffeinspritzdruck oder der Kraftstoffeinspritzmenge, wenn der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient, bei dem eine vorbestimmte Zeitspanne seit dem Beginn des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate verstrichen ist, gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist. Der Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff kann so gelöst werden, dass eine Erzeugung von Rauch unterdrückt wird, indem zumindest der Speicherdruck (Common-Rail-Druck) oder die Haupteinspritzmenge korrigiert wird.
In dem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Speicherdruck korrigiert wird, die Korrektur für ein hohes Gestalten des Speicherdrucks (hoher Common-Rail-Druck) ausgeführt, um einen Sprühzustand zu verbessern, wodurch der Mischzustand des Kraftstoffs und des Sauerstoffs ausgezeichnet gestaltet wird. Wenn die Haupteinspritzmenge korrigiert wird, wird der Mangel an Sauerstoff in Bezug auf den Kraftstoff gelöst, indem die Haupteinspritzmenge so korrigiert wird, dass sie abnimmt. Die Speicherdruckkorrektur und die Haupteinspritzmengenkorrektur können in Kombination ausgeführt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann der Abweichungszeitpunkt (Kurbelwinkel), bei dem der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert wird, erlangt werden, und je weiter der Abweichungszeitpunkt von dem Referenzspitzenzeitpunkt, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zu einem Maximum wird, entfernt ist, kann ein umso größerer Korrekturbetrag für zumindest den Kraftstoffeinspritzdruck oder die Kraftstoffeinspritzmenge festgelegt werden. Das heißt, je weiter der Abweichungszeitpunkt von dem Referenzspitzenzeitpunkt, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zu einem Maximum wird, abweicht, desto größer kann der Korrekturbetrag für zumindest entweder den Speicherdruck oder die Haupteinspritzmenge festgelegt werden. Der Abweichungszeitpunkt, bei dem der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert wird, kann erlangt werden, und ein größerer Korrekturbetrag kann für zumindest den Kraftstoffeinspritzdruck oder die Kraftstoffeinspritzmenge festgelegt werden, wenn der Abweichungszeitpunkt näher zu dem Zeitpunkt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt. Das heißt, wenn der Abweichungszeitpunkt näher zu dem Zeitpunkt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt, kann ein größerer Betrag für zumindest entweder den Speicherdruck oder die Haupteinspritzmenge festgelegt werden.
Hierbei wird, wenn die Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gering ist, der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient früher sanft (der Abweichungszeitpunkt des Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten ist von dem Referenzspitzenzeitpunkt getrennt), wenn der Mangel an Sauerstoffmenge größer ist. Daher wird, je weiter der Abweichungszeitpunkt, an dem der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert wird, von dem Referenzspitzenzeitpunkt getrennt ist (entfernt ist), der vorstehend erwähnte Korrekturbetrag umso größer. Demgemäß kann der Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf Kraftstoff genau korrigiert werden, und eine Raucherzeugung kann noch effektiver unterdrückt werden. In ähnlicher Weise kann die Raucherzeugung noch effektiver vermieden werden, indem der vorstehend erwähnte größere Korrekturbetrag festgelegt wird, wenn der Abweichungszeitpunkt näher zu dem Zeitpunkt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt.
Als ein spezifischer Aufbau der vorliegenden Erfindung kann ein Aufbau aufgegriffen werden, bei dem in einem Verbrennungsmotor, der eine Vielzahl an Zylindern und Wirbelsteuerventile hat, die in den jeweiligen Zylindern vorgesehen sind, wenn der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist, die Abweichungszeitpunkte, an denen der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert wird, für die jeweiligen Zylinder erlangt werden, und zumindest entweder die Öffnungen der Wirbelsteuerventile oder die Kraftstoffeinspritzmengen der jeweiligen Zylinder so korrigiert wird/werden, dass die Abweichungszeitpunkte der jeweiligen Zylinder zu dem gleichen Zeitpunkt werden. Die Schwankungen bei den Wärmeerzeugungsrategradientenabweichungszeitpunkten zwischen den Zylinder können korrigiert werden, indem ein derartiger Aufbau aufgegriffen wird.
In diesem Fall kann der Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte aus der Vielzahl an Zylindern berechnet werden, und die Korrektur zum Korrigieren von zumindest den Öffnungen der Wirbelsteuerventile der jeweiligen Zylinder oder der Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Zylindern, so dass die Abweichungszeitpunkte der jeweiligen Zylinder zu dem Durchschnittswert (dem gleichen Zeitpunkt) werden, und die Korrektur zum Einstellen eines größeren Korrekturbetrages für zumindest entweder den Kraftstoffeinspritzdruck (Speicherdruck) und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge (Haupteinspritzmenge), wenn der Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte weiter von dem Referenzspitzenzeitpunkt entfernt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zu einem Maximum wird, können ausgeführt werden. Andererseits kann der Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte der Vielzahl an Zylinder berechnet werden, und die Korrektur zum Korrigieren von zumindest entweder den Öffnungen der Wirbelsteuerventile der jeweiligen Zylinder oder der Kraftstoffeinspritzmenge zu den jeweiligen Zylindern, so dass die Abweichungszeitpunkte der jeweiligen Zylinder zu dem Durchschnittswert (dem gleichen Zeitpunkt) werden, und die Korrektur zum Festlegen eines größeren Korrekturbetrages für zumindest entweder den Kraftstoffeinspritzdruck (Speicherdruck) oder die Kraftstoffeinspritzmenge (Haupteinspritzmenge), wenn der Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte näher zu einem Zeitpunkt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt, können ausgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verschlechterung der Verbrennung zu vermeiden, die sich aus einem Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf Kraftstoff ergibt, und eine Raucherzeugung zu vermeiden.
Figurenliste
Die Merkmale und Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.

1 zeigt eine Darstellung eines schematischen Aufbaus eines Dieselverbrennungsmotors und seines Steuersystems, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet ist.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Verbrennungskammer des Dieselverbrennungsmotors und einen Umgebungsabschnitt von dieser.
3 zeigt eine Blockdarstellung eines Aufbaus eines Steuersystems einer ECU und dergleichen.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Korrektursteuerung.
5 zeigt eine graphische Darstellung eines Zustandes, bei dem ein Ist-Wärmeerzeugungsratengradient von einem Referenzwärmeerzeugungsratengradient abweicht.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines anderen Beispiels der Korrektursteuerung.
Die 7A und 7B zeigen Flussdiagramme eines wiederum anderen Beispiels der Korrektursteuerung; die 8A und 8B zeigen graphische Darstellungen von Zuständen, bei denen der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient von dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient abweicht.
9 zeigt eine Darstellung von zwischen Zylindern auftretenden Schwankungen des Zeitpunktes, bei dem der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient von dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient abweicht.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Fall beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen Mehrzylinder-Dieselverbrennungsmotor (beispielsweise ein Reihenvierzylindermotor) (Kompressionsselbstzündverbrennungsmotor) einer Common-Rail-Zylinderdirekteinspritzart angewendet ist, der an einem Fahrzeug montiert ist.
Aufbau des Verbrennungsmotors
1 zeigt eine schematische Aufbaudarstellung eines Dieselverbrennungsmotors 1 (nachstehend ist dieser einfach als Verbrennungsmotor bezeichnet) und seines Steuersystems, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet ist.
Wie dies in 1 gezeigt ist, ist der Verbrennungsmotor 1 als ein Dieselverbrennungsmotorsystem aufgebaut, das ein Kraftstoffliefersystem 2, eine Verbrennungskammer 3, ein Einlasssystem 6, ein Auslasssystem (Abgassystem) 7 und dergleichen als Hauptteile hat.
Das Kraftstoffliefersystem 2 hat eine Lieferpumpe 21, eine Common-Rail 22, Einspritzeinrichtungen (Kraftstoffeinspritzventile) 23, einen Verbrennungsmotorkraftstoffkanal 24 und dergleichen.
Die Lieferpumpe 21 wandelt von einem Kraftstofftank gepumpten Kraftstoff in einen Hochdruckkraftstoff um und liefert dann den Hochdruckkraftstoff zu der Common-Rail 22 über den Verbrennungsmotorkraftstoffkanal 24. Die Lieferpumpe 21 hat ein Saugsteuerventil 21. Das Saugsteuerventil 21A wird durch eine elektronische Steuereinheit 100 (ECU) gesteuert. Der zu der Common-Rail 22 zu pumpende Kraftstoff wird durch die Steuerung des Saugsteuerventils 21A bemessen, und der Druck in der Common-Rail 22 (nachstehend ist der Druck in der Common-Rail 22 als Speicherdruck bezeichnet) wird gesteuert.
Die Common-Rail 22 hat eine Funktion als Speicherkammer, die den Hochdruckkraftstoff (unter hohem Druck stehenden Kraftstoff) bei einem vorbestimmten Druck hält (Speicher) und den gespeicherten Kraftstoff zu den jeweiligen Einspritzeinrichtungen 23 verteilt. Jede Einspritzeinrichtung 23 ist eine piezoelektrische Einspritzeinrichtung, die in ihr ein piezoelektrisches Element hat und die die Kraftstoffeinspritzmenge in die Verbrennungskammer 3 einstellen kann, indem eine Ventilöffnungszeitspanne gesteuert wird.
Das Einlasssystem 6 hat einen Einlasskrümmer 61, der mit einer Einlassöffnung 15a verbunden ist, die in einem Zylinderkopf 15 ausgebildet ist (sh. 2), und ein Einlassrohr 62 ist mit dem Einlasskrümmer 61 verbunden. In dem Einlasssystem 6 sind eine Luftreinigungseinrichtung 63, ein Luftströmungsmesser 43 und ein Einlassdrosselventil (Dieseldrossel) 64 in Aufeinanderfolge von der stromaufwärtigen Seite aus angeordnet. Ein Dualsystem aus einer normalen Öffnung und einer Wirbelöffnung ist als die Einlassöffnung 15a für jeden Zylinder vorgesehen, und ein Wirbelsteuerventil (für einen sogenannten Swirl) 66 (sh. 2) ist in jeder normalen Öffnung angeordnet. Die Öffnung (SCV-Öffnung) von jedem Wirbelsteuerventil 66 wird durch die ECU 100 gesteuert. Je größer die Öffnung des Wirbelsteuerventils 66 wird, desto geringer wird die Strömungsrate (nachstehend ist diese als Wirbelrate bezeichnet) eines Wirbelkraftstoffs (Swirl) in der Verbrennungskammer 3 (in einem Zylinder), und umgekehrt wird, je kleiner die Öffnung des Wirbelsteuerventils 66 wird, die Wirbelrate in der Verbrennungskammer 3 umso größer.
Der Zylinderkopf 15 ist mit einem Zylinderinnendrucksensor 4A versehen (sh. 3), der einen Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer 3 erfasst. Der Zylinderinnendrucksensor 4A ist in jedem Zylinder vorgesehen.
Das Auslasssystem (Abgassystem) 7 hat einen Abgaskrümmer 71, der an einer Auslassöffnung 15b verbunden ist, die in dem Zylinderkopf 15 ausgebildet ist, und ein Abgasrohr 72 ist mit dem Abgaskrümmer 71 verbunden. Eine Abgassteuereinheit 73 ist in dem Abgassystem 7 angeordnet. Die Abgassteuereinheit 73 ist mit einem NOx-Speicherreduktionskatalysator (NSR Katalysator) 74 als ein Katalysator der NOx-Okklusions-Reduktionsart und einem Dieselpartikelfilter (DPF) 75 ausgestattet.
Wie dies in 2 gezeigt ist, ist in einem Zylinderblock 11 eine Zylinderbohrung 12 für jeden Zylinder (vier Zylinder) ausgebildet und ein Kolben 13 ist in jeder Zylinderbohrung 12 so untergebracht, dass er in der vertikalen Richtung gleitfähig ist.
Die Verbrennungskammer 3 ist aus einer oberen Fläche 13a des Kolbens 13 ausgebildet. Das heißt die Verbrennungskammer 3 ist durch eine Bodenfläche des Zylinderkopfes 15, die an einem oberen Teil des Zylinderblocks 11 angebracht ist, einer Innenwandfläche der Zylinderbohrung 12 und der oberen Fläche 13a des Kolbens 13 definiert. Eine Aushöhlung (vertiefter Abschnitt) 13b ist im Wesentlichen an einem mittleren Abschnitt der oberen Fläche 13a des Kolbens 13 ausgebildet, und die Aushöhlung 13b bildet ebenfalls einen Teil der Verbrennungskammer 3.
Der Kolben 13 ist mit einer Kurbelwelle, die eine Verbrennungsmotorabgabewelle ist, über eine Verbindungstange 18 verbunden. Eine Glühkerze 19 ist zu der Verbrennungskammer 3 hin angeordnet.
Ein Einlassventil 16 für ein Öffnen oder Schließen der Einlassöffnung 15a und ein Auslassventil 17 für ein Öffnen oder Schließen der Auslassöffnung 15b sind in dem Zylinderkopf 15 angeordnet.
Wie dies in 1 gezeigt ist, ist der Verbrennungsmotor 1 mit einer Aufladeeinrichtung (Turbolader) 5 versehen. Der Turbolader hat ein Turbinenrad 52 und ein Kompressorlaufrad 53, die miteinander über eine Turbinenwelle 51 gekuppelt sind. Der Turbolader 5 von diesem Beispiel ist ein Turbolader der Art mit variabler Düse, wobei ein Mechanismus 54 mit variablem Düsenflügel an der Seite des Turbinenrads 52 vorgesehen ist, und ein Aufladedruck eingestellt werden kann, indem die Öffnung eines Düsenflügels 54a des Mechanismus 54 mit variablem Düsenflügel geändert wird.
Das Einlassrohr 62 ist mit einer Zwischenkühleinrichtung 65 versehen zum Kühlen der Einlassluft, deren Temperatur durch die Aufladung unter Verwendung des Turboladers 5 erhöht worden ist.
Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Abgasrezirkulationskanal (EGR-Kanal) 8 versehen für ein geeignetes Rezirkulieren eines Teils des Abgases zu dem Einlasssystem 6. Der EGR-Kanal 8 ist mit einem EGR-Ventil 81 und einem EGR-Kühler 82 versehen.
ECU
Die ECU 100 hat einen Mikrocomputer, der aus einer CPU, einem ROM, einem RAM (nicht gezeigt) und dergleichen und einer Eingangs- und einer Ausgangsschaltung besteht. Wie dies in 3 gezeigt ist, sind ein Kurbelpositionssensor 40, ein Common-Rail-Drucksensor 41, ein Drosselöffnungssensor 42, ein Luftströmungsmesser 43, Abgastemperatursensoren 45a und 45b, ein Wassertemperatursensor 46, ein Gaspedalbetätigungsbetragsensor 47, ein Einlassluftdrucksensor 48, ein Einlasslufttemperatursensor 49, ein Zylinderinnendrucksensor 4A, ein Außenlufttemperatursensor 4B, ein Außenluftdrucksensor 4C und dergleichen mit der Eingangsschaltung der ECU 100 verbunden.
Außerdem sind das Saugsteuerventil 21A der Lieferpumpe 21, die Einspritzeinrichtung 23, der Mechanismus 54 mit variablem Düsenflügel, das Einlassdrosselventil 64, das EGR-Ventil 81, das Wirbelsteuerventil 66 und dergleichen mit der Ausgangsschaltung der ECU 100 verbunden.
Die ECU 100 führt eine Vielzahl an Steuerungen des Verbrennungsmotors 1 auf der Basis der Abgabewerte von den vorstehend erwähnten Sensoren, berechneter Werte, die durch Berechnungsausdrücke unter Verwendung der Abgabewerte erlangt wurden oder verschiedene Tabellen, die in dem ROM gespeichert sind, aus.
Beispielsweise bestimmt die ECU 100 die Kraftstoffeinspritzmenge und ein Kraftstoffeinspritzmuster auf der Basis eines Verbrennungsmotorbetriebszustandes. Genauer gesagt führt die ECU 100 eine Kraftstoffeinspritzsteuerung aus durch: Berechnen einer Verbrennungsmotordrehzahl auf der Basis eines Erfassungswertes des Kurbelpositionssensors 40, Erlangen des Niederdrückbetrages (Gaspedalbetätigungsbetrag) eines Gaspedals auf der Basis eines Erfassungswertes des Gaspedalbetätigungsbetragsensors 47 und Bestimmen der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge (der Summe aus einer Einspritzmenge einer Piloteinspritzung und einer Einspritzmenge einer Haupteinspritzung) und des Kraftstoffeinspritzmusters auf der Basis der Verbrennungsmotordrehzahl und des Gaspedalbetätigungsbetrages. Außerdem werden eine sogenannte Nacheinspritzung (after injection) und eine sogenannte Posteinspritzung (post injection) außer der Piloteinspritzung und der Haupteinspritzung bei Bedarf ausgeführt. Die Funktionen dieser Arten an Einspritzung sind gut bekannt.
Die ECU 100 steuert die Öffnung des EGR-Ventils 81 gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und stellt die Abgasrezirkulationsmenge (EGR-Menge) zu dem Einlasskrümmer 61 ein. Die ECU 100 steuert einen Aktuator des Mechanismus 54 mit variablem Düsenflügel und stellt die Öffnung des Düsenflügels 54a ein, wodurch der Aufladedruck eingestellt wird.
Eine Vielzahl an idealen Wärmeerzeugungsratenwellenformen (Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen) sind zuvor in dem ROM der ECU 100 gespeichert worden mit Betriebszustandsgrößen und Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 als Parameter. Genauer gesagt sind ideale Wärmeerzeugungsratenwellenformen für eine Vormischverbrennung und eine Vielzahl an idealen Wärmeerzeugungsratenwellenformen für eine sogenannte diffusive Verbrennung in dem ROM der ECU 100 gespeichert worden.
Genauer gesagt wird eine ideale Wärmeerzeugungsratenwellenform (sh. 5), die einem gleichschenkligen Dreieck angenähert ist, in dem ROM der ECU 100 gespeichert, kann eine Referenzspitzenposition (Kurbelwinkel) aus der Position der Spitze des gleichschenkligen Dreiecks gelesen werden, und kann ein Referenzwärmeerzeugungsratengradient aus dem Gradient einer Hypotenuse (eine Hypotenuse in einer Wärmeerzeugungsratenanstiegsperiode) des gleichschenkligen Dreiecks gelesen werden. Eine Anstiegszeit (Referenzanstiegszeit (Kurbelwinkel)) einer Referenzwärmeerzeugungsrate kann aus der Position des Anstiegs des gleichschenkligen Dreiecks gelesen werden.
Hierbei ist die „ideale“ Wärmeerzeugungsratenwellenform“ eine Wärmeerzeugungsratenwellenform, die theoretisch erlangt wird unter der Annahme eines Falles, bei dem eine Verbrennungseffizienz ausreichend hoch ist in einem Zustand, bei dem eine Kraftstoffeinspritzmenge gemäß einer Befehlseinspritzmenge, ein Kraftstoffeinspritzdruck (Common-Rail-Druck) gemäß einem Befehlskraftstoffeinspritzdruck und eine Kraftstoffeinspritzperiode gemäß einer Befehlseinspritzperiode sichergestellt sind. Die ideale Wärmeerzeugungsratenwellenform variiert gemäß den Werten der Betriebsgrößen (die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Gaspedalbetätigungsbetrag und dergleichen) und den Betriebsbedingungen (eine Kühlmitteltemperatur, eine Einlasslufttemperatur und dergleichen) des Verbrennungsmotors 1. Daher werden eine Vielzahl an idealen Wärmeerzeugungsratenwellenformen gemäß den Betriebszustandsgrößen und Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 zuvor in dem ROM der ECU 100 gespeichert. Die jeweiligen idealen Wärmeerzeugungsratenwellenformen werden zuvor durch Experimente, Simulationen oder dergleichen erlangt. In der vorliegenden Erfindung ist eine ideale Wärmeerzeugungsrate ebenfalls als eine Referenzwärmeerzeugungsratenwellenform bezeichnet, und die ideale Wärmeerzeugungsrate ist ebenfalls als eine Referenzwärmeerzeugungsrate bezeichnet.
Wie dies nachstehend beschrieben ist, wird ein Referenzwärmeerzeugungsratengradient und eine Referenzspitzenposition (oder Referenzanstiegszeit) einer Referenzwärmeerzeugungsratenwellenform gemäß den Istbetriebszustandsgrößen und den Istbetriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 unter der Vielzahl an Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen, die zuvor in dem ROM der ECU 100 gespeichert (festgelegt) worden sind, gelesen, und die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten zu dem Zeitpunkt der eigentlichen Verbrennung wird bestimmt.
Außerdem können die Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und die Referenzspitzenpositionen (oder Referenzanstiegszeiten) der Vielzahl an Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen gemäß den Betriebszustandsgrößen und den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 zuvor in dem ROM der ECU 100 gespeichert werden, und die Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und die Referenzspitzenpositionen (oder Referenzanstiegszeiten) können aus dem ROM der ECU 100 gemäß den Ist-Betriebszustandsgrößen und den IstBetriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 gelesen werden.
Korrektursteuerung
Nachstehend ist ein Beispiel einer Korrektursteuerung beschrieben, die durch die ECU 100 ausgeführt wird.
Zunächst verschlechtert sich in einem Dieselverbrennungsmotor, wenn die Sauerstoffmenge in einem Zylinder (Verbrennungskammer) knapp ist, die Verbrennung, und Rauch kann erzeugt werden. Um eine derartige Raucherzeugung zu vermeiden, ist es erforderlich, den Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff geeignet zu korrigieren.
Hierbei ändert sich, selbst wenn die Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gering ist, die Gesamtmenge an erzeugter Wärme (Wärmeerzeugungseffizienz) nicht. Da jedoch die Verbrennung nicht mit Leichtigkeit voranschreitet (da die Flammenausbreitung langsam wird), wird der Gradient einer Istwärmeerzeugungsrate im Verlauf (nachdem die Ist-Wärmeerzeugungsrate angestiegen ist) des Wärmeerzeugungsratengradienten sanft, und eine Abweichung ergibt sich zwischen dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten und einem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten (sh. 5). Daher kann, wenn eine Ist-Wärmeerzeugungsratenwellenform und der Referenzwärmeerzeugungsratengradient voneinander im Verlauf des Wärmeerzeugungsratengradienten abweichen, gesagt werden, dass die Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gering ist. Auf der Basis einer derartigen Kenntnis wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn ein vorbestimmter Betrag oder mehr einer Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und dem Istwärmeerzeugungsratengradienten nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate auftritt, die Erzeugung von Rauch unterdrückt, indem die Steuerparameter des Verbrennungsmotors 1 derart korrigiert werden, dass die Abweichung beseitigt wird, wodurch der Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst wird.
Ein spezifisches Beispiel einer derartigen Korrektursteuerung ist nachstehend unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm von 4 beschrieben. In der ECU 100 wird das in 4 gezeigte Flussdiagramm immer dann ausgeführt, wenn ein Verbrennungshub (Takt) in irgendeinem Zylinder ausgeführt wird, nachdem der Verbrennungsmotor 1 gestartet worden ist. In diesem Beispiel wird die Verbrennung von Kraftstoff als Ziel genommen, der bei der Haupteinspritzung eingespritzt wird.
Wenn das Flussdiagramm von 4 gestartet wird, werden die Betriebszustandsgrößen und Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 bei dem Schritt ST101 erlangt. Beispiele der Betriebszustandsgrößen des Verbrennungsmotors 1 umfassen die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die auf der Basis des Erfassungswertes des Kurbelpositionssensors 40 berechnet wird, der Gaspedalbetätigungsgrad (Verbrennungsmotorlast), der durch den Gaspedalbetätigungsbetragsensor 47 erfasst wird, der Zylinderinnendruck, der durch den Zylinderinnendrucksensor 4A erfasst wird, und dergleichen. Beispiele der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 umfassen die Kühlmitteltemperatur, die durch den Wassertemperatursensor 46 erfasst wird, und die Einlasslufttemperatur, die durch den Einlasslufttemperatursensor 49 erfasst wird.
Danach werden ein Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und eine Referenzspitzenposition Pb (sh. 5) in Schritt ST102 gelesen. Genauer gesagt werden Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen (Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen von sowohl der Vormischverbrennung als auch der diffusen Verbrennung) gemäß den Betriebszustandsgrößen und den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1, die bei dem Schritt ST101 erlangt werden, aus der Vielzahl an Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen, die in dem ROM der ECU 100 gespeichert sind, gelesen, und die Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und die Referenzspitzenpositionen Pb der Referenzwärmeerzeugungsratenwellenformen der Vormischverbrennung und der diffusen Verbrennung werden gelesen.
Eine Ist-Wärmeerzeugungsrate wird bei dem Schritt ST103 berechnet. Diese Ist-Wärmeerzeugungsrate wird auf der Basis einer Änderung des Zylinderinnendrucks erlangt, der durch den Zylinderinnendrucksensor 4A erfasst wird. Genauer gesagt wird, da eine Wechselbeziehung zwischen der Wärmeerzeugungsrate in einem Zylinder und dem Zylinderinnendruck besteht (je höher die Wärmeerzeugungsrate wird, desto höher wird der Zylinderinnendruck), eine Ist-Wärmeerzeugungsrate aus der Änderung (Übergang) des Zylinderinnendrucks berechnet, der durch den Zylinderinnendrucksensor 4A erfasst wird. Diese Ist-Wärmeerzeugungsrate wird beispielsweise über eine Periode (Zeitspanne) von einem Verbrennungsstartzeitpunkt zu einem Verbrennungsendzeitpunkt aufeinanderfolgend berechnet. Die Ist-Wärmeerzeugungsrate, wie dies in 5 gezeigt ist, wird durch den Prozess von Schritt ST103 erlangt. Außerdem sind die ECU 100, der Zylinderinnendrucksensor 4A und dergleichen, die den Prozess von Schritt ST103 ausführen, äquivalent zu einer in der Erfindung erwähnten „Ist-Wärmeerzeugungsratenerlangungseinrichtung“.
Eine Zündverzögerung (Zeitspanne) wird bei Schritt ST104 berechnet. Als eine solche Zündverzögerung kann eine Zeitspanne (Kurbelwinkel) bis die Ist-Wärmeerzeugungsrate von dem Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt der Haupteinspritzung (bis zu einem Verbrennungsstart) ansteigt, auf der Basis der Erfassungswerte des Zylinderinnendrucksensors 4A und des Kurbelpositionssensors 40 berechnet werden.
Bei dem Schritt ST105 wird der Umstand, ob die gegenwärtige Verbrennung die Vormischverbrennung oder die diffuse Verbrennung ist, auf der Basis eines Berechnungsergebnisses für die Zündverzögerung bestimmt, die bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST104 berechnet wird. Wenn beispielsweise die bei dem Schritt ST104 berechnete Zündverzögerung gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert (Grenzwert, der die Vormischverbrennung und die diffuse Verbrennung unterscheidet (ein Wert, der durch Versuche oder Simulationen zuvor berechnet worden ist)) ist, wird die gegenwärtige Verbrennung als die Vormischverbrennung bestimmt, und wenn die Zündverzögerung geringer als ein vorbestimmter Wert ist, wird die gegenwärtige Verbrennung als die diffuse Verbrennung bestimmt. Wenn die gegenwärtige Verbrennung als die Vormischverbrennung bestimmt worden ist, werden jene Werte, die aus der Referenzwärmeerzeugungsratenwellenform der Vormischverbrennung bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST102 gelesen worden sind, als der Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und die Referenzspitzenposition Pb fixiert. Wenn andererseits die gegenwärtige Verbrennung als die diffuse Verbrennung bestimmt wird, werden jene Werte, die aus der Referenzwärmeerzeugungsratenwellenform der diffusen Verbrennung bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST102 gelesen worden sind, als der Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und die Referenzspitzenposition Pb fixiert.
Bei dem Schritt ST106 wird bestimmt, ob eine Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb (der Referenzwärmeerzeugungsratengradient nach dem Anstieg der Referenzwärmeerzeugungsrate), der bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST105 fixiert worden ist, und einem Istwärmeerzeugungsratengradient Sr (der Istwärmeerzeugungsratengradient nach dem Anstieg der Istwärmeerzeugungsrate), der bei dem Schritt ST103 berechnet wird, auftritt. Genauer gesagt wird eine Differenz | Sb-Sr | zwischen dem bei Schritt ST105 fixierten Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und dem bei Schritt ST103 berechneten Istwärmeerzeugungsratengradient Sr berechnet, und wenn die berechnete Gradientendifferenz | Sb-Sr | gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert Th wird, wird bestimmt, dass eine Abweichung (eine Abweichung, die gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Betrag ist) bei dem Wärmeerzeugungsratengradienten auftritt (Schritt ST106: JA), und der Ablauf geht zu dem Schritt ST107 weiter.
Wenn andererseits bei dem Prozess des Schrittes ST106 die Gradientendifferenz zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr geringer als der vorstehend erwähnte vorbestimmte Wert Th in einer Zeitspanne von dem Verbrennungsstartzeitpunkt (die Anstiegszeit der Wärmeerzeugungsrate) Tb zu der Referenzspitzenposition Pb ist, wird ein Bestimmungsergebnis des Schrittes ST106 zu einer negativen Bestimmung (NEIN), und der gegenwärtige Prozess endet ohne Ausführen des folgenden Korrekturprozesses (Berechnungsprozess eines Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr) oder dergleichen.
Was den vorbestimmten Wert Th anbelangt, der für die Abweichungsbestimmung von Schritt ST106 verwendet wird, wird beispielsweise ein Grenzwert eines zulässigen Bereiches (ein Bereich, bei dem Rauch nicht erzeugt wird, der sich aus einem Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff ergibt) einer (sanft gestalteten) Neigung bei dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr in Bezug auf den Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb zuvor durch Versuche oder Simulationen erlangt, und ein Wert, der auf der Basis dieses Grenzwertes festgelegt ist, wird als der vorbestimmte Wert Th festgelegt.
Bei dem Schritt ST107 wird der Zeitpunkt (Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α (Kurbelwinkel)), bei dem der Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und der Istwärmeerzeugungsratengradient Sr voneinander abweichen, berechnet. Genauer gesagt wird ein Kurbelwinkel zu dem Zeitpunkt, bei dem die vorstehend erwähnte Gradientendifferenz | Sb-Sr | gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert Th (zu dem Zeitpunkt, bei dem die Gradientenabweichung bestimmt wird) wird, aus dem Erfassungswert des Kurbelpositionssensors 40 berechnet, und der berechnete Kurbelwinkel wird als der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α verwendet (sh. 5).
Bei Schritt ST108 wird eine Kurbelwinkeldifferenz |Pb-α| zwischen der Referenzspitzenposition Pb (Kurbelwinkel), die bei Schritt ST105 fixiert worden ist, und dem Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α (Kurbelwinkel), der bei dem Schritt ST107 berechnet worden ist, berechnet.
Bei dem Schritt ST109 wird ein Common-Rail-Druckkorrekturbetrag (Verstärkungsdruckkorrekturbetrag) ΔPcr berechnet unter Bezugnahme auf eine Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle auf der Basis der Kurbelwinkeldifferenz |Pb-α|, die bei dem Schritt ST108 berechnet wird. Die Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle wird zuvor als Tabelle festgelegt, indem durch Versuche oder Simulationen ein derartiger Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPcr (der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag, der den Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff lösen kann) erlangt wird, dass die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr beseitigt ist, wobei die vorstehend erwähnte Kurbelwinkeldifferenz | Pb-a | als ein Parameter verwendet wird, und wird in dem ROM der ECU 100 gespeichert. In dieser Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle wird der Punkt, bei dem je größer der Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff wird, desto früher der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient sanfter wird und desto frühzeitiger der vorstehend erwähnte Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α wird, berücksichtigt, und, je größer die vorstehend erwähnte Kurbelwinkeldifferenz |Pb-α| wird (je weiter der Abweichungszeitpunkt α zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr von der Referenzspitzenposition Pb abweicht), desto mehr wird der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPcr so festgelegt, dass er groß wird. Außerdem kann der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPcr gemäß einem Berechnungsausdruck berechnet werden.
Bei Schritt ST110 wird ein End-Common-Rail-Druck berechnet durch Berechnen eines Soll-Common-Rail-Drucks unter Bezugnahme auf die Tabelle oder dergleichen auf der Basis der Betriebszustandsgrößen (die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Gaspedalbetätigungsbetrag und dergleichen) des Verbrennungsmotors 1 und durch Addieren des Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr, der bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST109 berechnet worden ist, zu dem Soll-Common-Rail-Druck. Dann wird das Saugsteuerventil 21A der Lieferpumpe 21 so gesteuert, dass der Ist-Common-Rail-Druck (der durch den Common-Rail-Drucksensor 41 erfasste Common-Rail-Druck) mit dem End-Common-Rail-Druck übereinstimmt (End-Common-Rail-Druck > Soll-Common-Rail-Druck), der in dieser Weise berechnet wird (sh. Schritt ST111). Indem die Korrektursteuerung, bei der der Common-Rail-Druck hoch wird, in dieser Weise ausgeführt wird, wird der Mischzustand des Kraftstoffs und des Sauerstoffs ausgezeichnet, und ein Sprühzustand wird ausgezeichnet. Somit kann der Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst werden. Diese Korrektursteuerung kann zu dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in dem anschließenden Verbrennungshub (Verbrennungstakt) in einem Zielzylinder ausgeführt werden oder kann zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in einem anderen Zylinder ausgeführt werden, der einem Verbrennungshub (Verbrennungstakt) anschließend an den Verbrennungshub des Zielzylinder entspricht.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wenn eine Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Se nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate auftritt, der Common-Rail-Druck derart korrigiert, dass die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr beseitigt wird. Somit kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst werden, und eine Erzeugung von Rauch kann vermieden werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird, je weiter der Abweichungszeitpunkt α zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr von der Referenzspitzenposition Pd entfernt ist, d.h. je größer der Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff wird, der Korrekturbetrag des Common-Rail-Drucks umso größer. Somit kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff genau korrigiert werden, und die Raucherzeugung kann noch effektiver vermieden werden.
Weiteres Beispiel einer Korrektursteuerung.
Nachstehend ist ein weiteres Beispiel der durch die ECU 100 ausgeführten Korrektursteuerung unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm von 6 beschrieben. In der ECU 100 wird das in 6 gezeigte Flussdiagramm jedes Mal dann ausgeführt, wenn ein Verbrennungstakt in einem beliebigen Zylinder nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt wird. Selbst in diesem Beispiel wird die Verbrennung von Kraftstoff als Ziel genommen, die in der Haupteinspritzung eingespritzt wird.
Zunächst werden bei Schritt ST201 die Betriebszustandsgrößen und die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 ähnlich wie bei Schritt ST101 der vorstehend erwähnten 4 erlangt. Bei Schritt ST202 werden ein Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und ein Referenzanstiegszeitpunkt Tb (sh. 5) durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST102 gelesen. Bei Schritt ST203 wird eine Ist-Wärmeerzeugungsrate durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST103 berechnet. Bei Schritt ST204 wird eine Zündverzögerung (Zeitspanne) durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST104 berechnet. Bei Schritt ST205 wird der Umstand, ob die gegenwärtige Verbrennung die Vormischverbrennung oder die diffuse Verbrennung ist, durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST105 auf der Basis eines Berechnungsergebnisses für die Zündverzögerung, die bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST204 berechnet worden ist, bestimmt. Wenn bestimmt wird, dass die gegenwärtige Verbrennung die Vormischverbrennung ist, werden jene Werte, die von den Referenzwärmeerzeugungsratenwellenform der Vormischverbrennung bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST202 gelesen worden sind, als der Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und der Referenzanstiegszeitpunkt Tb fixiert. Andererseits werden, wenn bestimmt wird, dass die gegenwärtige Verbrennung die diffuse Verbrennung ist, jene Werte, die von der Referenzwärmeerzeugungsratenwellenform der diffusen Verbrennung bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST202 gelesen worden sind, als der Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und der Referenzanstiegszeitpunkt Tb fixiert.
Bei Schritt ST206 wird bestimmt, ob eine Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr auftritt oder nicht, durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST106 bestimmt, und wenn das Bestimmungsergebnis eine positive Bestimmung (JA) ist (wenn eine Gradientenabweichung auftritt), geht der Prozess zu dem Schritt ST207 weiter. Andererseits wird bei dem Prozess des Schrittes ST206, wenn die Gradientendifferenz zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr kleiner als der vorstehend erwähnte vorbestimmte Wert Th in der Zeitspanne von dem Referenzanstiegszeitpunkt Tb zu der Referenzspitzenposition Pb ist, das Bestimmungsergebnis des Schrittes ST206 zu einer negativen Bestimmung (NEIN), und der gegenwärtige Prozess endet ohne Ausführen des folgenden Korrekturprozesses (Berechnungsprozess des Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr) oder dergleichen.
Bei Schritt ST207 wird ein Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α (Kurbelwinkel) durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST107 berechnet.
Bei Schritt ST208 wird eine Kurbelwinkeldifferenz |Tb-α| zwischen dem Referenzanstiegszeitpunkt Tb (Kurbelwinkel), der bei Schritt ST205 fixiert worden ist, und dem Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α (Kurbelwinkel), der bei Schritt ST207 berechnet worden ist, berechnet.
Bei Schritt ST209 wird ein Common-Rail-Druckkorrekturbetrag (Korrekturbetrag des verstärkten Drucks) ΔPcr unter Bezugnahme auf die Common-Rail-Druckkorrekturbetragstabelle auf der Basis der bei Schritt ST208 berechneten Kurbelwinkeldifferenz |Tb-α| berechnet. Die Common-Rail-Druckkorrekturbetragstabelle wird geliefert durch tabellarisches Abbilden eines Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr (ein Common-Rail-Druckkorrekturbetrag, der den Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff lösen kann), der zuvor durch Versuche oder Simulationen erlangt worden ist, wobei die vorstehend erwähnte Kurbelwinkeldifferenz |Tb-α| als ein Parameter verwendet wird, und sie wird in dem ROM der ECU 100 gespeichert. Hierbei ist der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ein derartiger Betrag, bei dem die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr beseitigt ist. In dieser Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle wird der Punkt, dass, je größer der Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff wird, desto früher der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient sanfter wird und desto früher der vorstehend erwähnte Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α wird, berücksichtigt, und, je geringer die vorstehend erwähnte Kurbelwinkeldifferenz der |Tb-α| wird (je näher der Abweichungszeitpunkt α zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr zu dem Referenzanstiegszeitpunkt Tb gebracht wird), desto höher wird der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPcr festgelegt. Außerdem kann der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPcr gemäß einem Berechnungsausdruck berechnet werden.
Bei Schritt ST210 wird ein End-Common-Rail-Druck berechnet durch Berechnen eines Soll-Common-Rail-Drucks unter Bezugnahme auf die Tabelle oder dergleichen auf der Basis der Betriebszustandsgrößen (die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Gaspedalbetätigungsbetrag und dergleichen) des Verbrennungsmotors 1 und durch Addieren des bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST209 berechneten Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr zu dem Soll-Common-Rail-Druck. Dann wird das Saugsteuerventil 21A der Lieferpumpe 21 so gesteuert, dass der Ist-Common-Rail-Druck (der durch den Common-Rail-Drucksensor 41 erfasste Common-Rail-Druck) mit dem End-Common-Rail-Druck übereinstimmt (End-Common-Rail-Druck > Soll-Common-Rail-Druck), der in dieser Weise berechnet wird (sh. Schritt ST211). Indem die Korrektursteuerung, bei der der Common-Rail-Druck hoch wird, in dieser Weise ausgeführt wird, wird der Mischzustand des Kraftstoffs und Sauerstoffs ausgezeichnet, und ein Sprühzustand wird ausgezeichnet. Somit kann der Mangel an Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst werden. Diese Korrektursteuerung kann zu dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in dem anschließenden Verbrennungshub (Verbrennungstakt) in einem Zielzylinder ausgeführt werden oder kann zu dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in einem anderen Zylinder ausgeführt werden, der einem Verbrennungshub anschließend an den Verbrennungshub des Zielzylinders entspricht.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn ein vorbestimmter Betrag oder mehr einer Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate auftritt, der Common-Rail-Druck so korrigiert, dass die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr beseitigt ist. Somit kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst werden, und die Raucherzeugung kann vermieden werden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird, je näher der Abweichungszeitpunkt zwischen dem Referenzwärmeratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr zu dem Referenzanstiegszeitpunkt Tb gebracht wird, d.h. je größer der Mangel bei der Menge an Sauerstoff in Bezug auf den Kraftstoff wird, der Korrekturbetrag des Common-Rail-Drucks umso größer. Somit kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff präzise korrigiert werden, und die Raucherzeugung kann noch effektiver vermieden werden.
Wenn bei dem vorstehend erwähnten jeweiligen Ausführungsbeispielen ein vorbestimmter Betrag oder mehr einer Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr nach dem Anstieg der Wärmeerzeugungsrate auftritt, wird der Common-Rail-Druck derart korrigiert, dass die Abweichung zwischen ihnen beseitigt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und eine Haupteinspritzungsmenge kann derart korrigiert werden, dass die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr beseitigt ist.
In diesem Fall wird die Haupteinspritzungsmenge so korrigiert, dass sie abnimmt unter Verwendung einer Tabelle (eine Tabelle, die zuvor durch Versuche oder Simulationen festgelegt worden ist), bei der der Korrekturbetrag (ein Abnahmekorrekturbetrag der Haupteinspritzungsmenge, der dazu in der Lage ist, den Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff zu lösen) der Haupteinspritzungsmenge in derartiger Weise, dass die Abweichung (Gradientendifferenz) zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr beseitigt ist, festgelegt ist, oder durch Anwendung eines Rechnungsausdrucks mit der vorstehend erwähnten Kurbelwinkeldifferenz (|Pb-α| oder |Tb-α|) als ein Parameter. Indem die Haupteinspritzungsmenge in dieser Weise abnimmt, kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst werden, und die Raucherzeugung kann vermieden werden. Außerdem ist, um die Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffes sicherzustellen, die Menge an eingespritzten Kraftstoff, die der verringerten Menge der Haupteinspritzmenge gleichwertig ist, für die Piloteinspritzung und die Nacheinspritzung (after injection) zu Verfügung gestellt.
Die Korrektur einer derartigen Haupteinspritzmenge und die Korrektur des vorstehend erwähnten Common-Rail-Drucks können in Kombination ausgeführt werden.
Vergleich mit dem zugehörigen Stand der Technik
Hierbei gibt es als eine Technik zum Korrigieren von Steuerparametern eines Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Ist-Wärmeerzeugungsrate und einer Referenzwärmeerzeugungsrate eine Technik, die in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung JP 2011-085061 A beschrieben ist. In der in JP 2011-085061 A beschriebenen Technik wird ein Übergang des Drucks in einer Verbrennungskammer durch einen Zylinderinnendrucksensor erfasst, wird eine Ist-Spitzenposition (ein Kurbelwinkel, der der Spitze einer Ist-Wärmeerzeugungsrate in der Verbrennungskammer entspricht) auf der Basis des Übergangs des Drucks erlangt, und wird der Abweichungsbetrag dieser Ist-Spitzenposition (der Abweichungsbetrag in Bezug auf die Spitzenposition der Referenzwärmeerzeugungsrate in einem normalen Betriebszustand) berechnet. Dann wird die eingespritzte Kraftstoffmenge auf der Basis eines Sauerstoffkonzentrationsabweichungsbetrages korrigiert, der dem Abweichungsbetrag der Ist-Spitzenposition entspricht.
Jedoch tritt in einem derartigen zugehörigen Stand der Technik der Mangel der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff auf, und die Verbrennung wird langsam. Als ein Ergebnis kann beispielsweise wenn der Gradient der Ist-Wärmeerzeugungsrate flach wird (wenn der Gradient ungefähr 0 erreicht), die Spitzenposition der Ist-Wärmeerzeugungsrate nicht präzise erfasst werden. Eine Position, die in starkem Maße von der Spitzenposition der Ist-Wärmeerzeugungsrate abweicht, kann fehlerhafter Weise als die Ist-Spitzenposition erfasst werden, und es kann sein, dass die Korrektur nicht geeignet ausgeführt wird.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) ein Phänomen, das sicher dann auftritt, wenn der Mangel bei der Menge an Sauerstoff in Bezug auf den Kraftstoff auftritt, d.h. ein Phänomen, bei dem der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient von dem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten in dem Verlauf des Wärmeerzeugungsratengradienten (nach dem Anstieg der Ist-Wärmeerzeugungsrate) abweicht, wenn die Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gering ist, berücksichtigt, und ein Verbrennungsmotorsteuerparameter (zumindest der Common-Rail-Druck und/oder die Haupteinspritzungsmenge) wird derart korrigiert, dass die Abweichung beseitigt wird. Somit kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff präzise korrigiert werden, und eine Rauchererzeugung kann effektiv vermieden werden.
Wiederum weiteres Beispiel einer Korrektursteuerung
Nachstehend ist ein wiederum weiteres Beispiel der durch die ECU 100 ausgeführten Korrektursteuerung unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 7A und 7B beschrieben. Die in den 7A und 7B gezeigten Flussdiagramme werden beispielsweise für jeden Verbrennungszyklus in der ECU 100 ausgeführt. Selbst bei diesem Beispiel wird die Verbrennung von Kraftstoff, der in der Haupteinspritzung eingespritzt wird, als Ziel genommen.
Da die Prozesse der jeweiligen Schritte ST301 bis ST305, die in 7A gezeigt sind, die gleichen wie die Prozesse der jeweiligen Schritte ST101 bis St105 des Flussdiagramms der vorstehend erwähnten 4 sind, unterbleibt deren detaillierte Beschreibung. Jedoch wird der Prozess zum Berechnen der Ist-Wärmeerzeugungsrate in Schritt ST303 für die jeweiligen Zylinder ausgeführt.
Bei Schritt ST306 wird der Umstand, ob eine Abweichung zwischen einem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten Sb und einem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr auftritt oder nicht, durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt St106 bestimmt. Hierbei wird, wenn die vorstehend erwähnten Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungen in sämtlichen Zylindern (Vierzylinder) auftreten, bestimmt, dass eine Abweichung zwischen den Wärmeerzeugungsratengradienten auftritt (Schritt ST306: JA), und der Prozess geht zu dem Schritt ST 307 weiter. Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis des Schrittes ST306 eine negative Bestimmung (NEIN) ist, endet der gegenwärtige Prozess ohne Ausführen des anschließenden Korrekturprozesses (zwischen den Zylindern auftretende Variation bei dem Abweichungszeitpunkt und Berechnungsprozess des vorstehend erwähnten Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr) oder dergleichen. Außerdem kann in Schritt ST306 beispielsweise dann, wenn die vorstehend erwähnten Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten in drei oder mehr Zylindern abweichen, bestimmt werden, dass die vorstehend erwähnte Wärmeerzeugungsratengradientenabweichung auftritt.
Bei Schritt ST307 werden Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte α (Kurbelwinkel) für die jeweiligen Zylinder durch den gleichen Prozess wie bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST107 berechnet. Beispielsweise werden, wie dies in den 8A und 8B gezeigt ist, Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte α1, α2, α3, α4 durch den Prozess bei diesem Schritt ST307 berechnet.
Bei Schritt ST308 wird ein Durchschnittswert (Additionsdurchschnittswert) α_AVE der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte α1, α2, α3, α4 (Kurbelwinkel) der jeweiligen Zylinder, die bei Schritt ST307 berechnet worden sind, berechnet. Abweichungsbeträge (Variationsbeträge) Δα1, Δα2, Δα3 und Δα4 (sh. 10) in Bezug auf den Durchschnittswert α_AVE der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte α1, α2, α3, α4 der jeweiligen Zylinder werden berechnet. Außerdem kann beispielsweise, wenn die Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungen in drei Zylindern auftreten, der Durchschnittswert der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte dieser drei Zylinder berechnet werden.
Bei Schritt ST309 werden Korrekturbeträge (SCV-Öffnungskorrekturbeträge) der jeweiligen Öffnungen der Wirbelsteuerventile (SCV) 66 der jeweiligen Zylinder berechnet. Genauer gesagt werden die SCV-Öffnungskorrekturbeträge (die Zwischenzylinderkorrekturbeträge) so, dass die Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte von sämtlichen Zylindern den Durchschnittswert α_AVE (den gleichen Zeitpunkt) erreichen, für die jeweiligen Zylinder auf der Basis der Variationsbeträge Δα1, Δα2, Δα3 und Δα4 der jeweiligen Zylinder berechnet, die bei Schritt ST308 berechnet worden sind (Abweichungsbeträge in Bezug auf den Durchschnittswert α_AVE ).
Wenn beispielsweise wie in 9 gezeigt der Abweichungszeitpunkt zu einer negativen Seite (die Seite, die zu einer Referenzspitze entgegengesetzt ist) in Bezug auf den Durchschnittswert α_AVE abweicht wie bei den Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α2, wird ein SCV-Öffnungskorrekturbetrag (ein Korrekturbetrag, der die SCV-Öffnung gering gestaltet), der die Wirbelrate (Swirl) in der Verbrennungskammer 3 auf einen hohen Wert gestaltet, so dass der Abweichungsbetrag Δα2 der Abweichungszeit gering wird, berechnet. Wenn eine hohe Wirbelrate vorgesehen ist, wird das Vermischen von Kraftstoff und Sauerstoff unterstützt, und der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α2 stimmt mit dem Durchschnittswert α_AVE überein. Wenn andererseits beispielsweise der Abweichungszeitpunkt zu einer positiven Seite (die Referenzspitzenseite) in Bezug auf den Durchschnittswert α_AVE abweicht wie bei den Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α1, wird der SCV-Öffnungskorrekturbetrag (der Korrekturbetrag, der die SCV-Öffnung auf einen hohen Wert gestaltet), der die Wirbelrate in der Verbrennungskammer 3 niedrig gestaltet, so dass der Abweichungsbetrag Δα1 der Abweichungszeit gering wird, berechnet. Wenn die Wirbelrate gering gestaltet wird, wird das Vermischen von Kraftstoff und Sauerstoff unterdrückt, und der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α1 stimmt mit dem Durchschnittswert α_AVE überein. Die SCV-Öffnungskorrekturbeträge werden außerdem im Hinblick auf die Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte α3 und α4 ähnlich berechnet.
Außerdem werden die SCV-Öffnungskorrekturbeträge zum Lösen der Abweichungsbeträge der vorstehend erwähnten Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte zuvor durch Versuche oder Simulationen erlangt, und die vorstehend erwähnten SCV-Öffnungskorrekturbeträge können auf der Basis einer Tabelle (oder eines Berechnungsausdrucks) berechnet werden, in der die Beziehung zwischen den Abweichungsbeträgen und den SCV-Öffnungskorrekturbeträgen spezifiziert ist.
In Schritt ST310 werden die End-SCV-Öffnungen für die jeweiligen Zylinder berechnet durch Berechnen von Soll-SCV-Öffnungen in Bezug auf die Tabelle oder dergleichen auf der Basis der Betriebszustandsgrößen (die Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Gaspedalbetätigungsbetrag und dergleichen) des Verbrennungsmotors 1 und durch Addieren der SCV-Öffnungskorrekturbeträge für die jeweiligen Zylinder, die bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST309 berechnet worden sind, zu den Soll-SCV-Öffnungen. Dann werden die Wirbelsteuerventile 66 der jeweiligen Zylinder auf der Basis der in dieser Weise berechneten jeweiligen End-SCV-Öffnungen gesteuert (sh. Schritt ST314). Die Variationen bei den Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkten zwischen den Zylindern können durch eine derartige Korrektursteuerung korrigiert werden. Diese Korrektursteuerung wird beispielsweise bei dem nächsten Verbrennungszyklus (Einlasstakt jedes Zylinders) ausgeführt.
Danach wird bei Schritt ST311 aus 7B eine Kurbelwinkeldifferenz |Pb-α_AVE| zwischen der Referenzspitzenposition Pb (Kurbelwinkel), die bei Schritt ST305 fixiert worden ist, und dem Durchschnittswert α_AVE (Kurbelwinkel) der Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkte, der bei Schritt ST308 berechnet worden ist, berechnet.
Bei Schritt ST312 wird ein Common-Rail-Druckkorrekturbetrag (Korrekturbetrag des verstärkten Drucks) ΔPcr unter Bezugnahme auf die Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle auf der Basis der Kurbelwinkeldifferenz | Pb-α_AVE| berechnet, die bei Schritt ST311 berechnet worden ist. Beispielsweise wird die gleiche Tabelle wie die bei Schritt ST108 der vorstehend erwähnten 4 verwendete Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle als diese Common-Rail-Druckkorrekturbetragtabelle verwendet. Außerdem kann der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPcr gemäß einem Berechnungsausdruck berechnet werden.
In Schritt ST313 wird ein End-Common-Rail-Druck berechnet durch Berechnen eines Soll-Common-Rail-Drucks unter Bezugnahme auf die Tabelle oder dergleichen auf der Basis der Betriebszustandsgrößen (Drehzahl des Verbrennungsmotors, Gaspedalbetätigungsbetrag und dergleichen) des Verbrennungsmotors 1 und durch Addieren des bei dem vorstehend erwähnten Schritt ST312 berechneten Common-Rail-Druckkorrekturbetrages ΔPcr zu dem Soll-Common-Rail-Druck. Dann wird das Saugsteuerventil 21A der Lieferpumpe 21 so gesteuert, dass der Ist-Common-Rail-Druck (der durch den Common-Rail-Drucksensor 41 erfasste Common-Rail-Druck) mit dem End-Common-Rail-Druck übereinstimmt (End-Common-Rail-Druck > Soll-Common-Rail-Druck), der in dieser Weise berechnet wird (sh. Schritt ST314). Indem die Korrektursteuerung, bei der der Common-Rail-Druck zu einem hohen Druck wird, in dieser Weise ausgeführt wird, wird der Mischzustand aus Kraftstoff und Sauerstoff ausgezeichnet, und es ergibt sich ein ausgezeichneter Sprühzustand. Somit kann der Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff gelöst werden. Diese Korrektursteuerung wird beispielsweise bei dem nächsten Verbrennungszyklus ausgeführt (zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder).
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPc berechnet durch Berechnen der Kurbelwinkeldifferenz |Pb-α_AVE| zwischen der Referenzspitzenposition Pb und dem Durchschnittswert α_AVE der Wärmeerzeugungsratengradentenabweichungszeitpunkte. Jedoch kann der Common-Rail-Druckkorrekturbetrag ΔPc berechnet werden durch Berechnen der Kurbelwinkeldifferenzen |Tb-α| zwischen dem Referenzanstiegszeitpunkt Tb und dem Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkt α, wie dies vorstehend beschrieben ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die SCV-Öffnung (Wirbelrate) des Wirbelsteuerventils (SCV) 66 auf der Basis der Variationen bei den Wärmeerzeugungsratengradientenabweichungszeitpunkten in den jeweiligen Zylindern korrigiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Haupteinspritzmengen der jeweiligen Zylinder können korrigiert werden oder die SCV-Öffnungskorrektur und die Haupteinspritzungsmengenkorrektur können in Kombination ausgeführt werden. Wenn die Haupteinspritzmenge korrigiert wird und wenn der Abweichungsbetrag in Bezug auf den vorstehend beschriebenen Durchschnittswert α_AVE an der negativen Seite ist, kann die Haupteinspritzmenge so korrigiert werden, dass sie gemäß dem Abweichungsbetrag abnimmt, und wenn der Abweichungsbetrag an der positiven Seite ist, kann die Haupteinspritzmenge so korrigiert werden, dass sie gemäß dem Abweichungsbetrag zunimmt.
Andere Ausführungsbeispiele
Außerdem ist das vorstehend offenbarte Ausführungsbeispiel in sämtlicher Hinsicht lediglich für veranschaulichende Zwecke dargelegt und bildet keine Basis für eine eingeschränkte Interpretation. Daher soll der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch lediglich die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele interpretiert werden und ist auf der Basis der Angaben der Ansprüche definiert. Sämtliche Änderungen im Hinblick auf die Bedeutungen und den zu den Ansprüchen äquivalenten Umfang fallen in den technischen Umfang der Erfindung.
Beispielsweise wird in den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen eine Korrektur auf der Basis des Zeitpunktes ausgeführt, bei dem der Referenzwärmererzeugungsratengradient Sb und der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient Sr voneinander abweichen und der Referenzspitzenposition (oder Referenzanstiegszeit) abweichen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Differenz (Abweichungsbetrag) zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient Sr zu dem Zeitpunkt, bei dem eine vorbestimmte fixierte Zeitspanne seit dem Zeitpunkt verstrichen ist, bei dem bestimmt wird, dass der Referenzwärmererzeugungsratengradient Sb und der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient Sr voneinander abweichen (zu dem Zeitpunkt, bevor die Referenzspitzenposition erreicht ist), berechnet werden, und ein Einstellen eines größeren Betrages für zumindest entweder den Common-Rail-Druck und/oder die Haupteinspritzmenge, wenn der Abweichungsbetrag größer wird, kann ausgeführt werden.
In dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen wird die Abweichung zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient Sr auf der Basis der Gradientendifferenz | Sb-Sr| zwischen dem Referenzwärmererzeugungsratengradient Sb und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient Sr bestimmt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Abweichung des vorstehend erwähnten Gradienten auf der Basis des Verhältnisses (Sb/Sr oder Sr/Sb) des Referenzwärmererzeugungsratengradienten Sb und des Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten Sr bestimmt werden.
In den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen ist der Verbrennungsmotor 1 beschrieben, bei dem die piezoelektrische Einspritzeinrichtung 23 angewendet ist, die die Kraftstoffeinspritzrate ändert, indem sie in einen offenen Ventilzustand, bei dem sie gänzlich offen ist, in lediglich einer Anregungszeitspanne gebracht wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenfalls bei einem Verbrennungsmotor angewendet werden, bei dem eine Einspritzeinrichtung mit variabler Einspritzrate angewendet ist.
In den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen ist ein Fall beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem an einem Kraftfahrzeug montierten Reihen-Vierzylinder-Dieselverbrennungsmotor 1 angewendet ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Anwendungen für Kraftfahrzeuge beschränkt und kann auf Verbrennungsmotoren angewendet werden, die für andere Anwendungen genutzt werden. Die Anzahl der Zylinder oder die Verbrennungsmotorarten (solche Arten wie beispielsweise Reihen-Verbrennungsmotor, Verbrennungsmotor der V-Art und ein Boxermotor oder Gegenkolbenmotor) sind nicht speziell beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Dieselverbrennungsmotor beschränkt, der Leichtöl als Kraftstoff verwendet, und kann auf Verbrennungsmotoren angewendet werden, die andere Arten an Kraftstoff anwenden.
Die vorliegende Erfindung kann in effektiver Weise für die Steuerung zum Vermeiden einer Verschlechterung der Verbrennung, die aus einem Mangel bei der Sauerstoffmenge in Bezug auf den Kraftstoff herrührt, in Verbrennungsmotoren wie beispielsweise dem Dieselverbrennungsmotor effektiv genutzt werden.
Es ist eine Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor 1 geschaffen worden, wobei der Verbrennungsmotor ein Kraftstoffeinspritzventil 23 hat, das so aufgebaut ist, dass es Kraftstoff in einen Zylinder 3 liefert. Die Steuereinrichtung hat eine elektronische Steuereinheit 100, die so aufgebaut ist, dass sie i) eine Ist-Wärmeerzeugungsrate zu dem Zeitpunkt der Verbrennung erlangt; und ii) zumindest einen Kraftstoffeinspritzdruck und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge, wenn ein Abweichungsbetrag zwischen einem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und einem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, so korrigiert, dass die Abweichung abnimmt. Der Referenzwärmeerzeugungsratengradient ist ein Gradient einer vorbestimmten Referenzwärmeerzeugungsrate, bei der eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, seit eine Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen begann. Der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient ist ein Gradient einer Ist-Wärmeerzeugungsrate, die durch die elektronische Steuereinheit erlangt wird und bei der die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, seit die Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen begann.

Claims

Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), wobei der Verbrennungsmotor ein Kraftstoffeinspritzventil (23) hat, das so aufgebaut ist, dass es Kraftstoff in einen Zylinder (3) liefert, wobei die Steuereinrichtung folgendes aufweist: eine elektronische Steuereinheit (100) die so aufgebaut ist, dass sie i) eine Ist-Wärmeerzeugungsrate zum Zeitpunkt der Verbrennung erlangt; und ii) zumindest einen Kraftstoffeinspritzdruck und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge korrigiert, wenn ein Abweichungsbetrag zwischen einem Referenzwärmeerzeugungsratengradienten und einem Ist-Wärmeerzeugungsratengradienten gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert so ist, dass der Abweichungsbetrag abnimmt, wobei der Referenzwärmeerzeugungsratengradient ein Gradient einer vorbestimmten Referenzwärmeerzeugungsrate ist, bei der eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem die Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt, und der Ist-Wärmeerzeugungsratengradient ein Gradient einer Ist-Wärmeerzeugungsrate ist, die durch die elektronische Steuereinheit erlangt wird und bei der die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem die Wärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie i) einen Abweichungszeitpunkt erlangt, bei dem der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert wird, und ii) einen Korrekturbetrag für zumindest den Kraftstoffeinspritzdruck und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge so festlegt, dass er größer wird, wenn der Abweichungszeitpunkt sich von dem Referenzspitzenzeitpunkt weiter weg entfernt, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zu einem Maximum wird.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie i) einen Abweichungszeitpunkt erlangt, bei dem der Abweichungsbetrag zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert wird, und ii) einen Korrekturbetrag für zumindest den Kraftstoffeinspritzdruck und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge so festlegt, dass er größer ist, wenn der Abweichungszeitpunkt näher zu einem Zeitpunkt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor eine Vielzahl an Zylindern und Wirbelsteuerventile (66) hat, die in den jeweiligen Zylindern vorgesehen sind, wobei die elektronische Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie i) für die jeweiligen Zylinder Abweichungszeitpunkte erlangt, bei denen die Abweichungsbeträge zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert werden, wenn die Abweichungsbeträge zwischen dem Referenzwärmeerzeugungsratengradient und dem Ist-Wärmeerzeugungsratengradient gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert sind, und ii) zumindest eine der Öffnungen der Wirbelsteuerventile und/oder die Mengen an in die jeweiligen Zylinder eingespritzten Kraftstoff so korrigiert, dass die Abweichungszeitpunkte der jeweiligen Zylinder zu dem gleichen Zeitpunkt werden.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die elektronische Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie i) einen Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte der Vielzahl an Zylindern erlangt, ii) zumindest eine der Öffnungen der Wirbelsteuerventile der jeweiligen Zylinder und/oder die zu den jeweiligen Zylindern eingespritzten Kraftstoffmengen so korrigiert, dass die Abweichungszeitpunkte der jeweiligen Zylinder zu dem Durchschnittswert werden, und iii) einen Korrekturbetrag für zumindest den Kraftstoffeinspritzdruck oder die Kraftstoffeinspritzmenge so festlegt, dass er größer wird, wenn der Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte von einem Referenzspitzenzeitpunkt weiter weg sich entfernt, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zu einem Maximum wird.
Steuereinrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die elektronische Steuereinheit so aufgebaut ist, dass sie i) einen Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte der Vielzahl an Zylindern erlangt, ii) zumindest eine der Öffnungen der Wirbelsteuerventile der jeweiligen Zylinder oder die zu den jeweiligen Zylindern eingespritzten Kraftstoffmengen so korrigiert, dass die Abweichungszeitpunkte der jeweiligen Zylinder zu dem Durchschnittswert werden, und iii) einen Korrekturbetrag für zumindest den Kraftstoffeinspritzdruck oder die Kraftstoffeinspritzmenge so festlegt, dass er größer wird, wenn der Durchschnittswert der Abweichungszeitpunkte näher zu einem Zeitpunkt ist, bei dem die Referenzwärmeerzeugungsrate zuzunehmen beginnt.