DE102015122666A1

DE102015122666A1 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102015122666A1
Application number: DE102015122666.9A
Authority: DE
Inventors: Jun Kawamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-08-25
Also published as: JP2016151259A; JP6507703B2

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung weist einen Erlangungsteil (33, 34) und einen Steuerteil (31, 32, 39, 40) für eine unterteilte Einspritzung auf. Der Erlangungsteil (33, 34) ist durch einen Mikrocomputer (30) vorgesehen, welcher eine Verarbeitung von Schritten (S16, S17) ausführt. Der Steuerteil (31, 32, 39, 40) für die unterteilte Einspritzung ist durch den Mikrocomputer (30) vorgesehen, welcher eine Verarbeitung von Schritten (S10, S11, S12, S14) ausführt. Der Erlangungsteil (33, 34) erlangt eine physikalische Quantität (Verbrennungsvibrationsmenge), welche ein Geräuschlärm ist, welcher durch einen Verbrennungsbetrieb einer internen Verbrennungsmaschine (10) erzeugt wird, und mit einem Geräuschlärm einer vorbestimmten Frequenz korreliert ist. Der Steuerteil (31, 32, 39, 40) für die unterteilte Einspritzung unterteilt eine Menge von Kraftstoff, welche für jeden Verbrennungstakt benötigt wird, in mehrere Einspritzungen und steuert eine Einspritzzeit und eine Einspritzzeitdauer jeder Einspritzung, während er ein Intervall jeder der unterteilten Einspritzungen in Übereinstimmung mit der Verbrennungsvibrationsmenge ändert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Steuern eines Betriebs eines Kraftstoffeinspritzventils, welches Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer internen Verbrennungsmaschine einspritzt.
Einige von Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtungen spritzen Kraftstoff mehrere Male (Mehrstufeneinspritzung) in einem Verbrennungszyklus einer internen Verbrennungsmaschine ein. Die Steuervorrichtung gemäß der JP 4 120 556 beispielsweise spritzt eine kleine Kraftstoffmenge (Piloteinspritzung) unmittelbar vor dem Einspritzen einer benötigten Kraftstoffmenge (Haupteinspritzung) zum Ausgeben eines erwünschen Drehmoments der internen Verbrennungsmaschine ein. Dieses Einspritzverfahren verlangsamt eine Zunahmegeschwindigkeit in der Wärmeerzeugung, welche durch die Verbrennung (Hauptverbrennung) von Kraftstoff, welcher durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, verursacht wird und verringert Verbrennungsgeräuschlärm, welcher durch die Hauptverbrennung erzeugt wird.
Es ist jedoch nicht möglich, den Verbrennungsgeräuschlärm durch nur die Piloteinspritzung zu verringern, obwohl eine weitere Verringerung von Verbrennungsgeräuschlärm erwünscht ist.
Die vorliegende Erfindung adressiert das oben beschriebene Problem und hat eine Aufgabe, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung vorzusehen, welche eine weitere Verringerung von Verbrennungsgeräuschlärm begünstigt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einen Erlangungsteil und einen Steuerteil für eine unterteilte Einspritzsteuerung auf. Der Erlangungsteil erlangt eine physikalische Quantität, welche mit einem Geräuschlärm einer vorbestimmten Frequenz korreliert ist, welche durch eine Verbrennung von Kraftstoff in einer internen Verbrennungsmaschine erzeugt wird. Der Steuerteil für eine unterteilte Einspritzung steuert ein Kraftstoffeinspritzventil, welches Kraftstoff in eine Verbrennungskammer in der internen Verbrennungsmaschine einspritzt durch ein in mehrere Male unterteiltes Einspritzen des Kraftstoffs, welcher für einen Verbrennungszyklus benötigt wird. Der Steuerteil für eine unterteilte Einspritzung steuert eine Einspritzzeit und ein Einspritzintervall jeder unterteilten Einspritzung durch ein Variieren eines Intervalls der jeden unterteilten Einspritzung in Übereinstimmung mit der physikalischen Quantität.
1 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Ablaufplan, welcher experimentelle Ergebnisse verschiedener Änderungen, welche in Übereinstimmung mit einem Einspritzbefehlspuls verursacht werden, zwischen einem Fall, dass eine EGR-Rate niedriger ist als erwünscht und einem Fall, dass die EGR-Rate normal ist, zeigt;
3 ist ein Graph, welcher ein experimentelles Ergebnis eines Geräuschlärms zeigt, welcher erzeugt wird, wenn die Änderungen auftreten, wie in 2 gezeigt ist;
4 ist ein Ablaufplan, welcher Änderungen der Wärmeabstrahlungsrate und des Zylinderinnendrucks in einem Fall zeigt, dass die EGR-Rate niedriger ist als erwünscht und ein Druck korrigiert wird;
5 ist ein Graph, welcher ein Frequenzband von Geräuschlärm zeigt, welcher in dem Fall, welcher in 4 gezeigt ist, erzeugt wird;
6 ist ein Ablaufplan, welcher Änderungen der Wärmeabstrahlungsrate und des Zylinderinnendrucks in einem Fall zeigt, dass die EGR-Rate niedriger ist als erwünscht und der Druck sowie ein Intervall korrigiert werden;
7 ist ein Graph, welcher ein Frequenzband von Geräuschlärm zeigt, welcher in dem Fall, welcher in 6 gezeigt ist, erzeugt wird;
8 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitung der Einspritzsteuerung zeigt, welche durch einen Mikrocomputer ausgeführt wird, welcher in 1 gezeigt ist; und
9 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitung einer Verbrennungscharakteristik-Wertberechnung zeigt, welche durch den Mikrocomputer in 1 ausgeführt wird.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform, welche in den Zeichnungen gezeigt ist, beschrieben werden. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung ist als eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20 in der Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, implementiert. Die ECU 20 ist konfiguriert, um einen Verbrennungszustand in einer internen Verbrennungsmaschine 10, welche eine Dieselmaschine ist, zu steuern, durch ein Steuern von Operationen von Kraftstoffeinspritzventilen 11, einer Kraftstoffpumpe 13, einem EGR-Ventil (nicht gezeigt) und dergleichen der internen Verbrennungsmaschine 10. Die interne Verbrennungsmaschine 10 und die ECU 20 sind in einem Fahrzeug montiert, welches sich durch eine Verwendung von Ausgabeleistung der internen Verbrennungsmaschine 10 als einer Antriebskraft fortbewegt.
Hochdruckkraftstoff, welcher durch die Kraftstoffpumpe 13 mit Druck beaufschlagt ist, wird einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (common rail) 12 zugeführt. Die gemeinsame Kraftstoffleitung 12 erhält den zugeführten Hochdruckkraftstoff bei einem vorbestimmten Druck aufrecht und verteilt den Hochdruckkraftstoff zu jedem der Kraftstoffeinspritzventile 11, welche an entsprechenden Zylindern vorgesehen sind. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 ist aus einem elektromagnetischen Aktuator und einem Ventilkörper gebildet. Wenn eine Spannung dem elektromagnetischen Aktuator von einer Injektortreiberschaltung 40 zugeführt wird, wird der Ventilkörper betätigt, um eine Kraftstoffpassage bzw. einen Kraftstoffdurchtritt zu öffnen und den Hochdruckkraftstoff von einem Einspritzloch, welches in dem Kraftstoffeinspritzventil 11 gebildet ist, in eine Verbrennungskammer 10a der Zylinder #1 bis #4 einzuspritzen. Wenn die Spannungsversorgung zu dem elektromagnetischen Aktuator gestoppt wird, wird der Ventilkörper geschlossen, um eine Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 zu stoppen.
Die ECU 20 ist konfiguriert, um eine Startzeit (Zeitpunkt) der Spannungsversorgung zu dem elektromagnetischen Aktuator zu steuern, um dadurch die Kraftstoffeinspritzzeit T zu steuern. Die ECU 20 ist konfiguriert, um eine Leistungsversorgungszeitdauer Tq der Spannungsversorgung zu steuern, um dadurch eine Kraftstoffeinspritzzeitdauer jeder Ventilöffnung zu steuern und demnach eine Kraftstoffeinspritzmenge Q, welche in jede Ventilöffnung zugeführt wird. Die ECU 20 ist konfiguriert, um eine Abführmenge von Kraftstoff zu der Kraftstoffpumpe 13 zu steuern, um dadurch einen Druck von Kraftstoff, welcher in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 12 angesammelt wird, zu steuern und demnach einen Kraftstoffeinspritzdruck Pc.
Die ECU 20 weist einen Mikrocomputer 30 auf, welcher die Einspritzzeit T, die Einspritzmenge Q, den Einspritzdruck Pc und dergleichen in Übereinstimmung mit einer Drehgeschwindigkeit einer Ausgangswelle der internen Verbrennungsmaschine 10 (Maschinendrehzahl NE), einer Maschinenlast LD und einem Druck innerhalb der Verbrennungskammer 10a (Zylinderinnendruck) steuert. Die Maschinendrehzahl NE wird durch den Mikrocomputer 30 basierend auf einem Dreherfassungssignal eines Kurbelwellenwinkelsensors 15 berechnet. Die Maschinenlast LD wird durch den Mikrocomputer 30 basierend auf einem Positionserfassungssignal eines Gaspedalsensors 16 berechnet. Der Zylinderinnendruck wird durch den Mikrocomputer 30 basierend auf einem Druckerfassungssignal eines Drucksensors 14 berechnet.
Der Mikrocomputer 30 berechnet verschiedene Zielwerte, welche Einspritzzustände von Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzt wird repräsentiert, basierend auf der berechneten Maschinendrehzahl (Maschinendrehgeschwindigkeit) und Maschinenlast. Beispielsweise berechnet der Mikrocomputer 30 die Einspritzzeit T, die Einspritzmenge Q (Leistungszufuhrzeitdauer Tq), die Anzahl von Einspritzungen für einen Fall der Mehrstufeneinspritzung und eine Anzahl von Unterteilungen für einen Fall einer unterteilten Einspritzung.
Die Mehrstufeneinspritzung in der Ausführungsform bedeutet Einspritzungen von Kraftstoff in jeden Zylinder mehrere Male in einem Verbrennungszyklus des Zylinders. Die Mehrstufeneinspritzung weist typischerweise eine Haupteinspritzung zum Erzeugen eines Verbrennungsdrehmoments und eine Piloteinspritzung zum Verbrennen von Kraftstoff vor der Haupteinspritzung zum Verringern von NOx auf. Die unterteilte Einspritzung in der Ausführung bedeutet Einspritzungen von Kraftstoff mehrere Male durch ein Unterteilen von Kraftstoff, welcher für einen Verbrennungszyklus benötigt wird. In dem Beispiel der 2 wird, wie durch (a) und (b) gezeigt wird, Kraftstoff durch ein Unterteilen der Haupteinspritzung in vier eingespritzt. Eine Verbrennung von Kraftstoff, welcher jedes Mal eingespritzt wird, tritt in der Nachfolge auf, um eine kontinuierliche Verbrennung durch eine Überlagerung in jedem Verbrennungszyklus zu bilden. Als ein Ergebnis wird, wie durch (c) in 2 gezeigt ist, eine Wärmeabstrahlungsrate (Wärmeerzeugungsrate) HRR, welche von jeder Verbrennung von unterteilten Einspritzungen auftritt, in einem zusammengesetzten Wärmeabstrahlungsratenmuster überlagert.
In dem Fall der Mehrstufeneinspritzung ist das Zeitintervall zwischen den Einspritzungen (Kraftstoffeinspritzstoppzeitdauer) relativ lang. Aus diesem Grunde beginnt, nachdem Kraftstoff, welcher durch die Piloteinspritzung zugeführt wird, brennt und die Wärmestrahlungsrate zunimmt und dann auf null abfällt, Kraftstoff, welcher durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, zu brennen und die Wärmeabstrahlungsrate nimmt wiederum zu. In dem Fall der unterteilten Einspritzung beginnt, wie in 2 gezeigt ist, nachdem Kraftstoff, welcher durch die n-te Einspritzung zugeführt wird, brennt, und die Wärmeabstrahlungsrate sich erhöht, Kraftstoff, welcher durch die (n + 1)-te Einspritzung zugeführt wird, zu brennen und die Wärmeabstrahlungsrate erhöht sich wiederum.
Der Mikrocomputer 30 ist konfiguriert, um als die folgenden funktionalen Teile zum Durchführen der unterteilten Einspritzung durch eine Ausführung von Steuerprogrammen, welche in einem Speicher durch eine CPU gespeichert sind, zu arbeiten. Das heißt, dass der Mikrocomputer 30 konfiguriert ist, um als ein Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 ein Basiseinspritzmuster-Berechnungsteil 32 ein Wärmeabstrahlungsratenberechnungsteil 33, ein Berechnungsteil 34 für einen tatsächlichen bzw. aktuellen Verbrennungscharakteristikwert, ein Berechnungsteil 39 für ein letztendliches Einspritzmuster und die folgenden Verbrennungskompensationsteile 35 bis 38 zu arbeiten. Die Verbrennungskompensationsteile 35 bis 38 weisen einen Verbrennungszeit-Kompensationsteil 35, einen Verbrennungsmengen-Kompensationsteil 36, einen Verbrennungszeitdauer-Kompensationsteil 37 und einen Verbrennungsvibrations-Kompensationsteil 38 auf.
Der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 berechnet Zielwerte von verschiedenen Verbrennungscharakteristikwerten basierend auf der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenlast LD. Beispielsweise wird ein optimaler Wert des Verbrennungscharakteristikwerts relativ zu jeder einer Mehrzahl von Kombinationen der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenlast LD experimentell bestimmt und diese bestimmte Relation wird in einer Datentabellenform gemappt bzw. kartografiert. Diese kartografierten Daten werden in einem Speicher des Mikrocomputers 30 gespeichert. Der optimale Wert wird bestimmt, um das Ausgabedrehmoment, die Abgasemission und den Verbrennungsgeräuschlärm der internen Verbrennungsmaschine 10 relativ zu jeder Kombination der Maschinenlast LD und der Maschinendrehzahl NE abzustimmen. Der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 empfängt den optimalen Wert, welcher der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenlast LD entspricht, welche zu jeder Zeit erfasst werden, und stellt den empfangenen optimalen Wert als die Zielverbrennungscharakteristikwerte ein. Die Verbrennungscharakteristikwerte können beispielsweise eine Verbrennungszeit MFB50, eine Verbrennungsmenge J, eine Verbrennungszeitdauer TC und eine Verbrennungsvibrationsmenge bzw. Verbrennungsvibrationsquantität Sig sein. Diese Verbrennungscharakteristikwerte werden weiter unter Bezugnahme auf die 2 detailliert werden.
In 2 zeigt (a) einen Einspritzbefehlspuls. Ein Anstieg des Einspritzbefehlspulses befiehlt der Leistungsversorgung für das Kraftstoffeinspritzventil 11, das Ventil zum Starten der Kraftstoffeinspritzung zu öffnen. Ein Abfall des Einspritzbefehlspulses befiehlt ein Abschalten der Leistungsversorgung, um das Ventil zum Beenden der Kraftstoffeinspritzung zu schließen. (b) zeigt eine Einspritzrate, welche ein Kraftstoffvolumen anzeigt, welches pro Einheitszeit eingespritzt wird. (c) zeigt eine Wärmeabstrahlungsrate HRR, welche eine Menge von Wärme anzeigt, welche pro Einheitsdrehung über ein vorbestimmtes Kurbelwellenwinkelintervall erzeugt wird. Die Fläche einer Musterform der Wärmeabstrahlungsrate HRR, welche in (c) gezeigt ist, zeigt eine Verbrennungsmenge J an. Die Wärmeabstrahlungsrate HRR nimmt zu, wenn die Verbrennung von eingespritztem Kraftstoff voranschreitet, wie durch eine eingepunktete gestrichelte Linie in (c) angedeutet wird, welche progressiv zunimmt, wenn die Verbrennung fortdauert. Auf diese Zunahme wird Bezug genommen als ein Anstiegmuster Wa. Wenn der Kraftstoff durch eine unterteilte Einspritzung zugeführt wird, weist das Muster der Wärmeabstrahlungsrate eine Anzahl von Fluktuationen auf, welche der Anzahl von unterteilten Einspritzungen entspricht. In dem Beispiel der 2 tritt diese Fluktuation in der Wärmeabstrahlungsrate auf.
(d) zeigt eine Zeitänderung der Verbrennungsmenge MFB unter der Annahme an, dass die Verbrennungsmenge J, welche in einer Verbrennung erzeugt wird, 100% ist. Der Kurbelwellenwinkel zu der Zeit, zu der die Verbrennungsmenge 50% erreicht, wird als MFB50 angezeigt, was als die Verbrennungszeit betrachtet wird. Eine Zeitdauer von MFB10 bis MFB90 wird als die Verbrennungszeitdauer TC betrachtet. (e) zeigt eine Druckänderung in der Verbrennungskammer 10a. In dieser Druckänderung tritt eine Fluktuation des Druckes P in dem Teil auf, welcher dem Anstiegsmuster entspricht. Als ein Ergebnis tritt, wie durch (f) gezeigt ist, eine Fluktuation auch in einem differenzierten Wert des Druckes P auf.
In (c), (d), (e) und (f) zeigen durchgezogene Linie normale Änderungen an, welche auftreten, wenn die interne Verbrennungsmaschine 10 normal arbeitet. Jeder Wert ändert sich, wie durch eine gepunktete Linie (c), (d), (e) und (f) gezeigt ist, wenn der Einspritzbefehlspuls, welcher (a) gezeigt ist, trotz einem Abfall der EGR-Rate nicht variiert wird, um niedriger zu sein als derjenige der normalen Zeit oder wenn die EGR-Rate rapide abfällt aufgrund einer vorübergehenden Operation der internen Verbrennungsmaschine 10. Das heißt, dass, da Kraftstoff leichter entzündlich wird, wenn die EGR-Rate verringert wird, die Fluktuation der Wärmeabstrahlungsrate zunimmt, wie durch (c) gezeigt ist. Das heißt, dass ein Peak-Wert der Fluktuation zunimmt, obwohl eine Frequenz der Fluktuation nicht variiert. Als ein Ergebnis nehmen Werte der Wärmeabstrahlungsrate und das Druckmuster wie durch (d) und (e) gezeigt, zu. Ferner nimmt die Fluktuation des Druckes, wie durch (e) und (f) gezeigt, zu. Die EGR-Rate bedeutet einen Prozentsatz von EGR-Gas, welcher in Ansaugluft, welche in die Verbrennungskammer 10a strömt, enthalten ist. Das EGR-Gas bedeutet einen Teil von Abgas, welcher von einer Abgasseite zu einer Ansaugseite der internen Verbrennungsmaschine 10 rezirkuliert wird.
3 zeigt eine Änderung des Verbrennungsgeräuschlärms in einem Fall, dass die EGR-Rate von der durchgezogenen Linie zu der gepunkteten Linie wie in 2 gezeigt verringert wird. In 3 zeigt eine durchgezogene Linie den Verbrennungsgeräuschlärm zu der normalen Zeit an und eine gepunktete Linie zeigt den Verbrennungsgeräuschlärm bei der niedrigen EGR-Rate an. Es wird verstanden, dass der Verbrennungsgeräuschlärm zunimmt, wenn die EGR-Rate abnimmt. Insbesondere nimmt der Geräuschlärm in dem Frequenzband von ungefähr 1 kHz bis ungefähr 4 kHz zu.
Zurückverweisend auf 1 arbeitet der Mikrocomputer 30 als der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31, welcher die Zielverbrennungscharakteristikwerte berechnet, um einen Wert einer linearen Annäherungsfunktion f(θ) des Druckmusters zu verringern, um wird kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert THa (2(e)) zu werden. Der Grenzwert THa ist eingestellt, um zuzunehmen, wenn Zeit in einer Art und Weise verstreicht, welche als die lineare Funktion angezeigt ist, welche mit einer Zunahme in dem Kurbelwellendrehwinkel θ zunimmt, wie in 2(e) gezeigt ist. Eine Steigung und ein Höhenunterschied der linearen Funktion sind jeweils auf vorbestimmte Werte fixiert.
Dies hat die folgende technische Bedeutung. Eine Größe des Verbrennungsgeräuschlärms hat eine hohe Korrelation mit einem Druckwert P eines ansteigenden Teils des Druckmusters. Insbesondere nimmt der Verbrennungsgeräuschlärm zu, wenn der Druckwert P zunimmt. Der ansteigende Druckwert hat eine hohe Korrelation mit dem Einspritzdruck Pc. Insbesondere nimmt der zunehmende Druckwert zu, wenn der Einspritzdruck Pc zunimmt. Eine Größe des Einspritzdrucks Pc hat eine hohe Korrelation mit der Verbrennungszeitdauer TC. Insbesondere nimmt der Einspritzdruck Pc zu, wenn die Verbrennungszeitdauer T abnimmt. Aus diesem Grunde stellt der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 den Zielwert der Verbrennungszeitdauer TC derart ein, dass der Wert der linearen Funktion, welche das Druckmuster annähert (lineare Annäherungsfunktion) kleiner wird als der vorbestimmte Grenzwert THa (2(e)). Der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 arbeitet demnach als ein Zunahmebegrenzungsteil, welcher einen Kraftstoffeinspritzzustand (Einspritzdruck Pc) steuert, so dass die lineare Annäherungsfunktion verbleibt um niedriger zu sein als der Grenzwert THa.
Der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 berechnet weiterhin die Zielverbrennungscharakteristikwerte, um eine Größe der Fluktuation zu verringern, welche in dem ansteigenden Teil des Druckmusters auftritt, wird kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert THb (2(f)). Der Grenzwert THb ist eingestellt, um sich mit einem Verstreichen der Zeit (Zunahme des Kurbelwellenwinkels θ) nicht zu ändern. Insbesondere wird der Grenzwert Thb als eine lineare Funktion ausgedrückt, welche sich horizontal vor und nach dem Kurbelwellenwinkel eines oberen Totpunkts TDC (= Top Dead Center = Oberer Totpunkt) (θ = 0) erstreckt, wie in 2(f) gezeigt ist.
Dies hat die folgende technische Bedeutung. Eine vorbestimmte Frequenzkomponente des Verbrennungsgeräuschlärms (Hochfrequenzgeräuschlärm) hat eine hohe Korrelation mit einem Pegel der Fluktuation, welche in der Wärmeabstrahlungsrate auftritt. Insbesondere nimmt der Hochfrequenzgeräuschlärm zu, wenn der Pegel der Fluktuation zunimmt. Der Pegel der Fluktuation, welche in der Wärmeabstrahlungsrate auftritt, hat eine hohe Korrelation mit dem Intervall Int. Insbesondere nimmt der Pegel der Fluktuation ab, wenn das Intervall Int abnimmt. Aus diesem Grund stellt der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 den Zielwert des Intervalls Int ein derart, dass ein Peak-Wert der Fluktuation, welche in dem Druck-Differentiationsmuster bzw. Druck-Ableitungsmuster auftritt, verbleibt, um kleiner zu sein als ein vorbestimmter Grenzwert THb.
Der Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 berechnet ein Basis-Einspritzmuster basierend auf den Zielverbrennungscharakteristikwerten, welche durch den Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 berechnet werden. Das Basis-Einspritzmuster ist durch den Einspritzbefehlspuls spezifiziert. Insbesondere wird das Basis-Einspritzmuster berechnet durch Berechnungen von Basis-Zielwerten der Einspritzzeit T, der Einspritzmenge Q und des Intervalls Int. Der Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 berechnet ferner einen Basis-Zielwert des Einspritzdrucks Pc basierend auf den Zielverbrennungscharakteristikwerten. Diese berechneten Zielwerte, welche von dem Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 ausgegeben werden, sind mit (t) in 1 angezeigt.
Beispielsweise wird ein optimaler Wert des Basis-Einspritzmusters relativ zu den Verbrennungscharakteristikwerten experimentell bestimmt und diese bestimmte Relation wird in einer Datentabellenform (Einspritzmusterkarte bzw. Einspritzmusterkennfeld) kartiert. Diese kartierten Daten werden in einem Speicher des Mikrocomputers 30 gespeichert. Der Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 empfängt den optimalen Wert, welcher den Zielverbrennungscharakteristikwerten entspricht, welche durch den Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 berechnet werden von der Einspritzmusterkarte bzw. Einspritzmusterkennfeld und stellt die empfangenen optimalen Werte als das Basis-Einspritzmuster ein. Der Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 stellt ferner den Basis-Zielwert des Einspritzdrucks Pc hinsichtlich eines Einspritzdruckkennfeldes ähnlich ein.
Der Wärmeabstrahlungsratenberechnungsteil 33 empfängt den Druck (2(e)) entsprechend dem Zylinderinnendruck, welcher durch den Zylinderinnendrucksensor 14 erfasst wird und berechnet die Wärmeabstrahlungsrate (2(c)) basierend auf dem empfangenen Druckmuster. Das Druckmuster weist eine Komponente der Druckänderung (Kompressionskomponente) auf, welche verursacht wird, wenn eine Kraftstoffmischung durch einen Kolben in der Verbrennungskammer 10a komprimiert wird, und eine Komponente der Druckänderung (Verbrennungskomponente), welche verursacht wird, wenn die Kraftstoffmischung verbrannt wird. Die Kompressionskomponente wird durch eine Ventilschließzeit eines Einlassenventils, ein Volumen der Verbrennungskammer 10a und dergleichen bestimmt. Die Verbrennungskomponente wird durch ein Subtrahieren der bestimmten Kompressionskomponente von dem Druckwert extrahiert. Die Wärmeabstrahlungsrate wird durch ein Multiplizieren der extrahierten Verbrennungskomponente mit einer vorbestimmten Verstärkung berechnet. Der Wärmeabstrahlungsratenberechnungsteil 33 berechnet die Wärmeabstrahlungsrate basierend auf dem Zylinderinnendruck wie obenstehend beschrieben.
Der Berechnungsteil 34 für den aktuellen Verbrennungscharakteristikwert berechnet die aktuellen Verbrennungscharakteristikwerte, welche auf die aktuelle Verbrennung bezogen sind, basierend auf der Wärmeabstrahlungsrate, welche durch den Wärmeabstrahlungsratenberechnungsteil 33 berechnet wird. Die Verbrennungscharakteristikwerte weisen, wie obenstehend beschrieben, die Verbrennungszeit MFB50, die Verbrennungsmenge J, die Verbrennungszeitdauer TC und die Verbrennungsvibrationsmenge Sig auf. Beispielsweise wird die Verbrennungszeit MFB50 als der Kurbelwellenwinkel berechnet, bei welchem die Verbrennungsmenge 50% erreicht, basierend auf der Verbrennungsmassenrate MFB (2(d)), welche aus der Wärmeabstrahlungsrate HRR berechnet wird. Die Verbrennungszeitdauer TC wird als ein Kurbelwellenwinkelintervall berechnet, in welchem sich die Verbrennungsmenge von 10% auf 90% ändert, basierend auf dem Muster der Verbrennungsmassenrate MFB. Da die Verbrennungszeitdauer TC eine hohe Korrelation mit dem Einspritzdruck Pc hat, wird die Verbrennungszeitdauer TC als ein Erfassungswert verwendet, welcher in einer Regelung des Einspritzdrucks Pc zu verwenden ist. Die Verbrennungsmenge J wird durch ein Integrieren der Wärmeabstrahlungsrate HRR berechnet. Diese aktuellen Verbrennungscharakteristikwerte, welche von dem Berechnungsteil 34 für dem aktuellen Verbrennungscharakteristikwert ausgegeben werden, sind mit (a) in 1 angezeigt.
Die Verbrennungsvibrationsmenge Sig zeigt einen Pegel von Vibrationen der Wärmeabstrahlungsrate an, welcher in der Wärmeabstrahlungsrate enthalten ist. Beispielsweise wird eine lineare Funktion f(θ) = αθ + β (6), welche die Wärmeabstrahlungsrate durch das Verfahren der kleinsten Quadrate oder dergleichen annähert basierend auf der Wärmeabstrahlungsrate berechnet. θ ist der Kurbelwellenwinkel, α ist eine Steigung der linearen Annäherungsfunktion f(θ) und β ist ein Schnittpunkt der linearen Funktion f(θ). Die Zeitdauer der Wärmeabstrahlungsrate, welche bei dieser Berechnung verwendet wird ist auf beispielsweise das Winkelintervall von dem Kurbelwellenwinkel von MFB10 (θMFB10) zu dem Kurbelwellenwinkel der maximalen Wärmeabstrahlungsrate (θHRmax) eingestellt. Eine Differenz zwischen der Wärmeabstrahlungsrate und der Annäherungsfunktion f(θ) bei dem Kurbeldrehwinkel, welcher die Wärmeabstrahlungsrate bildet, wird als die Verbrennungsvibrationsmenge Sig berechnet, welche den Pegel der Fluktuation anzeigt. Beispielsweise wird die Verbrennungsvibrationsmenge Sig basierend auf der folgenden Gleichung (1) berechnet. Sig = 1 / θHRRmax – θMFB10Σ θRRMax / θ = θMFB10(HRR(θ) – (αθ + β))² (1)
Jeder der Kompensationsteile 35 bis 38 berechnet eine Differenz zwischen dem Zielwert des Verbrennungscharakteristikwerts, welcher durch den Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 berechnet wird und dem aktuellen Wert des Verbrennungscharakteristikwerts, welcher durch den Berechnungsteil 34 für den aktuellen Verbrennungscharakteristikwert berechnet wird. Jeder der Kompensationsteile 35 bis 38 berechnet einen Korrekturwert relativ zu dem Basis-Einspritzmuster, welches durch den Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 berechnet wird. Beispielsweise ist die Differenz oder der Korrekturwert, welcher der Diferenz entspricht, mit der Maschinendrehgeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl NE korreliert, und die Maschinenlast LD wird in einer Datentabellenform (Korrekturkarte bzw. Korrekturtabelle bzw. Korrekturkennfeld) abgebildet bzw. gemappt. Diese gemappten Daten sind in einem Speicher des Mikrocomputers 30 gespeichert und werden aktualisiert. Jeder Kompensationsteil stellt den Korrekturwert ein durch ein Empfangen des Korrekturwerts von der Korrekturkarte bzw. dem Korrekturkennfeld in Übereinstimmung mit der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenlast LD zu der Zeit.
Insbesondere berechnet der Verbrennungszeitkompensationsteil 35 den Korrekturwert relativ zu der Einspritzzeit des Basis-Einspritzmusters basierend auf der Differenz zwischen dem Zielwert und dem tatsächlichen Wert der Verbrennungszeit MFB50. Der Verbrennungsmengenkompensationsteil 36 berechnet den Korrekturwert relativ zu der Einspritzmenge Q des Basis-Einspritzmusters basierend auf der Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert der Verbrennungsmenge J. Der Verbrennungszeitdauerkompensationsteil 37 berechnet den Korrekturwert relativ zu dem Einspritzdruck Pc des Basis-Einspritzmusters basierend auf der Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert der Verbrennungszeit TC. Der Verbrennungsvibrationskompensationsteil 38 berechnet den Korrekturwert relativ zu dem Intervall des Basis-Einspritzmusters basierend auf der Differenz zwischen dem Zielwert und demaktuellen Wert der Verbrennungsvibrationsmenge Sig. Die Korrekturwerte, welche von dem Kompensationsteil 35 bis 38 ausgegeben werden, sind mit (c) in 1 angezeigt.
Der Berechnungsteil 39 für das letztendliche Einspritzmuster berechnet das letztendliche Einspritzmuster durch ein Korrigieren des Basis-Einspritzmusters, welches durch den Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 berechnet wird, basierend auf den Korrekturwerten, welche durch jeden Kompensationsteil berechnet werden. Das letztendliche Einspritzmuster wird durch den Einspritzbefehlspuls bestimmt. Der Berechnungsteil 39 für das letztendliche Einspritzmuster erzeugt demnach den Einspritzbefehlspuls, welcher in 4(a) gezeigt ist, basierend auf der Einspritzzeit T, der Einspritzmenge Q und dem korrigierten Intervall Int, welche korrigiert sind. Die An-Zeit des Einspritzbefehlspulses wird basierend auf der korrigierten Einspritzzeit T eingestellt. Die An-Zeitdauer des Einspritzbefehlspulses wird basierend auf der korrigierten Einspritzmenge Q eingestellt. Das Intervall von der Aus-Zeit des vorangehenden Einspritzbefehlspulses und der An-Zeit des gegenwärtigen Einspritzbefehlspulses wird basierend auf dem korrigierten Intervall Int eingestellt. Demnach werden die Einspritzzeit T, die Einspritzmenge Q und das Intervall Int geregelt.
Ferner steuert der Berechnungsteil 39 für das letztendliche Einspritzmuster den Betrieb der Kraftstoffpumpe 13 basierend auf dem korrigierten Einspritzdruck Pc. Demnach wird der Druck des Kraftstoffs (Einspritzdruck Pc), welcher von der gemeinsamen Kraftstoffleitung 12 dem Kraftstoffeinspritzventil 11 zugeführt wird, geregelt. Die Zeitdauern der Regelung durch die Kompensationsteile 35 bis 38 sind auf verschiedene Werte eingestellt. Demnach wird jede Regelung ohne Pendelung, die durch eine Interferenz mit anderen Regelungen verursacht wird, durchgführt.
Unter den Regelungen, welche obenstehend beschrieben sind, werden die folgenden Probleme auftreten, wenn der Einspritzdruck Pc und das Intervall Int nicht geregelt werden. Das heißt, wenn die EGR-Rate von der durchgezogenen Linie (normal) auf die gepunktete Linie (niedrige EGR-Rate), welche in 2(c) gezeigt ist, abnimmt, wird beispielsweise die lineare Annäherungsfunktion f(θ) des Drucks P größer als der Grenzwert THa, wie in 2(e) gezeigt ist, und der Peak-Wert der Fluktuation dP, welcher in dem Druck-Differentiationsmuster auftritt, wie in 2(f) gezeigt ist, überschreitet den Grenzwert THb. Als ein Ergebnis nimmt der Verbrennungsgeräuschlärm über einen zulässigen Pegel zu.
In dem Beispiel der 2 werden die Einspritzzeit T und die Einspritzmenge Q (Leistungsversorgungszeitdauer Tq) geregelt. Als ein Ergebnis werden die Einspritzzeit der zweiten und nachfolgenden Einspritzungen unter vier unterteilten Einspritzungen korrigiert, um verzögert zu sein, und die Leistungsversorgungszeitdauer Tq wird verlängert.
Andererseits wird, wenn das Intervall Int nicht geregelt wird, obwohl der Einspritzdruck Pc geregelt wird, das folgende Problem auftreten. Das heißt, dass, wenn die EGR-Rate abnimmt, die EGR-Rate sich beispielsweise von der durchgezogenen Linie (normal) zu der gepunkteten Linie (niedrige EGR-Rate), welche in 4 gezeigt ist, ändert. Das heißt, dass wenn die Verbrennung als ein Ergebnis einer Abnahme der EGR-Rate gefördert wird, der Einspritzdruck Pc geregelt wird, um abzunehmen, obwohl er dazu tendiert, sich zu ändern, wie durch die gepunktete Linie in 2 gezeigt ist. Als ein Ergebnis ist der Wert der linearen Annäherungsfunktion f(θ) der Wärmeabstrahlungsrate beschränkt, um kleiner zu sein als der Grenzwert THa. Als ein Ergebnis wird der Geräuschlärm in den Frequenzband (Niedrigfrequenzgeräuschlärm), welcher mit der eingepunkteten gestrichelten Linien in 3 umgeben ist, verringert, wie in 5 gezeigt ist.
Da das Intervall Int nicht geregelt wird, ist jedoch die Fluktuation der Wärmeabstrahlungsrate HRR nicht ausreichend beschränkt und der Peak-Wert der Fluktuation, welche in dem Druckableitungsmuster auftritt, verbleibt, um größer zu sein als der Grenzwert. Als ein Ergebnis wird, wie in 5 gezeigt ist, der Geräuschlärm in dem Frequenzband (Hochfrequenzband), welches mit der eingepunkteten gestrichelten Linie in 5 dargestellt ist, nicht ausreichend beschränkt.
Andererseits wird, wenn sowohl der Einspritzdruck Pc als auch das Intervall Int geregelt werden, der Verbrennungsgeräuschlärm wie folgt verringert. Das heißt, wenn die EGR-Rate verringert wird, ändert sich beispielsweise der Betrieb bzw. die Operationen der Maschine von der durchgezogenen Linie zu der gepunkteten Linie in 6. Das heißt, wenn die EGR-Rate verringert wird, um die Verbrennung von Kraftstoff zu fördern, wird der Einspritzdruck Pc geregelt, um abzunehmen, obwohl er dazu tendiert, sich zu ändern wie durch die gepunktete Linie in 2 angezeigt ist. Als ein Ergebnis wird der Wert der linearen Approximationsfunktion f(θ) der Wärmeabstrahlungsrate beschränkt, um klein zu sein und der Wert der linearen Approximationsfunktion f(θ) des ansteigenden Musters wird ebenso kleiner als der Grenzwert THa. Demnach wird der Niederfrequenzgeräuschlärm, welcher durch die eingepunktete gestrichelte Linie in 3 umgeben ist, verringert, wie in 7 gezeigt ist. Zusätzlich wird das Intervall Int geregelt, um abzunehmen. Als ein Ergebnis wird die Fluktuation, welche in der Wärmeabstrahlung enthalten ist, begrenzt, um klein zu sein, und der Peak-Wert der Fluktuation, welcher in den Druckableitungsmuster auftritt, wird kleiner als der Grenzwert THb. Demnach wird der Hochfrequenzgeräuschlärm, welcher durch die eingepunktete gestrichelte Linie in 5 umgeben ist, verringert, wie in 7 gezeigt ist.
Die Injektortreiberschaltung 40 weist ein Schaltelement (nicht gezeigt) auf, welches die Leistungsversorgung zu der Solenoidspule (nicht gezeigt) des Kraftstoffeinspritzventils 11 an- und abschaltet. Das Schaltelement arbeitet in Übereinstimmung mit dem Einspritzbefehlspuls, welcher durch den Berechnungsteil 39 für das letztendliche Einspritzmuster erzeugt wird, um die das Anlegen der Spannung an jedes Kraftstoffeinspritzventil 11 an- und abzuschalten. Demnach wird Leistung der Solenoidspule während der An-Zeitdauer des Einspritzbefehlspulses zugeführt, so dass das Kraftstoffeinspritzventil 11 arbeitet, um Kraftstoff einzuspritzen. Die Startzeit der Kraftstoffeinspritzung wird durch die An-Zeit des Einspritzbefehlspulses gesteuert. Die Ventil-Offen-Zeitdauer wird durch die Länge der An-Zeitdauer des Einspritzbefehlspulses gesteuert und demnach wird die Menge von Kraftstoff (Kraftstoffeinspritzmenge), welche in einer Ventil-Öffnungs-Operation eingespritzt wird, gesteuert.
Das Kraftstoffeinspritzventil 11 öffnet jedoch nicht, um Kraftstoff zu derselben Zeit einzuspritzen wie die An-Zeit des Befehlspulses. Vielmehr öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 11, um ein Einspritzen von Kraftstoff zu starten mit einer bestimmten Verzögerung von dem Start der An-Zeitdauer. Ferner tritt eine selbstgezündete Verbrennung nicht zu derselben Zeit wie der Start der Kraftstoffeinspritzung auf. Vielmehr tritt die selbstgezündete Verbrennung mit einer bestimmten Verzögerung von dem Start der Einspritzung auf. Auf die Zeitdauer der Verzögerung von dem Start der Einspritzung zu dem Start der Verbrennung wird Bezug genommen als eine Zündungsverzögerungszeitdauer.
8 zeigt ein Flussdiagramm der Verarbeitung, welche der Mikrocomputer 30 beim Durchführen der Regelung ausführt. Der Mikrocomputer 30 wiederholt diese Verarbeitung zu einer vorbestimmten Zeitdauer während die interne Verbrennungsmaschine 10 in Betrieb ist. In 8 sind die Zielwerte und die aktuellen Werte von verschiedenen Parametern mit (t) und (a) in 1 jeweils angezeigt.
Zuerst erlangt bei Schritt S10 in 8 der Mikrocomputer 30 die Maschinendrehzahl NE und die Maschinenlast LD und berechnet die Zielverbrennungscharakteristikwerte als der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 basierend auf der erfassten Drehzahl und Last. Beim nächsten Schritt S11 berechnet der Mikrocomputer 30 das Basis-Einspritzmuster als der Basis-Einspritzmusterberechnungsteil 32 basierend auf den Zielcharakteristikwerten, welche bei Schritt S10 berechnet werden.
Beim nächsten Schritt S12 stellt der Mikrocomputer 30 die Korrekturwerte als der Verbrennungszeitkompensationsteil 35, der Verbrennungsmengenkompensationsteil 36, der Verbrennungsvibrationskompensationsteil 38 und der Verbrennungsvibrationskompensationsteil 38 ein. Das heißt, dass der Mikrocomputer 30 die Korrekturwerte für das Basis-Einspritzmuster basierend auf der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast berechnet, welche bei Schritt S10 erlangt werden und durch ein Bezugnehmen auf die Korrekturkarte bzw. das Korrekturkennfeld. Ferner korrigiert beim nächsten Schritt S12 der Mikrocomputer 30 das Basis-Einspritzmuster, welches bei Schritt S11 berechnet wird, basierend auf den Korrekturwerten, wodurch das korrigierte letztendliche Einspritzmuster berechnet wird. Das heißt, der Mikrocomputer 30 erzeugt den Einspritzbefehlspuls als der Berechnungsteil 39 für das letztendliche Einspritzmuster und berechnet den Zielwert des Einspritzdrucks Pc.
Beispielsweise berechnet der Mikrocomputer 30 den letztendlichen Zielwert der Einspritzzeit basierend auf der folgenden Gleichung (2). T = Tb + Kt × (MFB50trg – MFB50) (2)
In Gleichung (2) ist Tb ein Zielwert der Verbrennungszeit des Basiseinspritzmusters. Kt ist eine Korrekturverstärkung. MFB50trg – MFB50 ist eine Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert der Verbrennungszeit.
Der Mikrocomputer 30 berechnet ferner den letztendlichen Zielwert der Einspritzmenge Q(n) basierend auf den folgenden Gleichungen (3) und (4). Q(n) = Qb(n) + Kq × (Jtrg – J) × r(n) (3) r(n) = Qb(n)/Σ N / n = 1Qb(n) (4)
In Gleichung (3) ist Qb(n) eine Einspritzmenge der n-ten Einspritzung in der unterteilten Einspritzung und der Zielwert der Einspritzmenge in dem Basis-Einspritzmuster. Kq ist eine Korrekturverstärkung. Jtrg – J ist eine Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert der Einspritzmenge. r(n) in Gleichung (3) und Gleichung (4) ist die Einspritzmengenrate der n-ten Einspritzung in der unterteilten Einspritzung.
Der Mikrocomputer 30 berechnet ferner den letztendlichen Zielwert des Einspritzdrucks Pc basierend auf der folgenden Gleichung (5). Pc = Pcb + Kpc × (TCtrg – TC) (5)
In Gleichung (5) ist Pcb der Zielwert des Einspritzdrucks des Basis-Einspritzmusters. Kpc ist eine Korrekturverstärkung. JCtrg – TC ist eine Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert der Verbrennungszeitdauer und ist in hohem Maße mit der Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert des Einspritzdrucks korreliert.
Der Mikrocomputer 30 berechnet ferner den letztendlichen Zielwert des Intervalls Int basierend auf der folgenden Gleichung (6). Int(n) = Intb(n) + Kint × (Sigtrg – Sig) (6)
In Gleichung (6) ist Intb(n) das Intervall der n-ten Einspritzung in der unterteilten Einspritzung und der Zielwert des Intervalls in dem Basis-Einspritzmuster. Kint ist eine Korrekturverstärkung. Sigtrg – Sig ist eine Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Wert der Verbrennungsvibrationsmenge.
Beim Korrigieren des Intervalls Int bei Schritt S12 stellt der Mikrocomputer 30 den Einspritzbefehlspuls ein, so dass die Gesamteinspritzmenge eines Satzes von Einspritzungen in der unterteilten Einspritzung sich nicht ändert. Beispielsweise korrigiert beim Korrigieren des Intervalls zwischen der n-ten Einspritzung und der (n + 1)-ten Einspritzung der Mikrocomputer 30 wenigstens eine der Einspritzendzeit der n-ten Einspritzung und der Einspritzzeit der (n + 1)-ten Einspritzung. Wenn die Einspritzendzeit der n-ten Einspritzung korrigiert wird, um verzögert zu werden beispielsweise, wird die Einspritzzeitdauer der n-ten Einspritzung verlängert und die Einspritzzeitdauer wird entsprechend verlängert solange sie nicht ähnlich korrigiert wird, um sich zu verzögern. Um diesem Problem zu begegnen, stellt der Mikrocomputer 30 den Einspritzbefehlspuls ein, um die Gesamteinspritzmenge nicht zu ändern, wenn das Intervall Int bei Schritt S12 korrigiert wird.
Beim nächsten Schritt S13 beginnt der Mikrocomputer 30, das Erfassungssignal, welches von dem Zylinderinnendrucksensor 14 ausgegeben wird, zu erlangen. Beim nächsten Schritt S14 gibt der Mikrocomputer 30 den Einspritzbefehlspuls, welcher bei Schritt S12 berechnet wird, zu der Injektortreiberschaltung 40 aus, so dass Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzt wird. Beim nächsten Schritt S15 beendet der Mikrocomputer 30 das Erlangen des Erfassungssignals, welches von dem Zylinderinnendrucksensor 14 ausgegeben wird. Beim nächsten Schritt S16 berechnet der Mikrocomputer 30 die Wärmeabstrahlungsrate als der Wärmeabstrahlungsratenberechnungsteil 33 basierend auf dem Druckwert, welcher von dem Erfassungssignal erlangt wird. Beim nächsten Schritt S17 berechnet der Mikrocomputer 30 den Verbrennungscharakteristikwert als der Berechnungsteil 34 für den aktuellen Verbrennungscharakteristikwert basierend auf der Wärmeabstrahlungsrate, welche bei Schritt S16 berechnet wird.
Der Zielverbrennungscharakteristik-Wertberechnungsteil 31 bestimmt, ob der Kraftstoff, welcher für eine Verbrennung zuzuführen ist, in mehrere Einspritzungen unterteilt werden sollte oder nicht basierend auf dem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine 10, um das Ausgabedrehmoment, die Abgasemission, den Verbrennungsgeräuschlärm und dergleichen abzustimmen. Die Verarbeitung, welche in 8 gezeigt ist und obenstehend beschrieben ist, wird gemeinsam ausgeführt, ob die unterteilte Einspritzung durchgeführt wird oder nicht. Wenn der Mikrocomputer 30 die unterteilte Einspritzung bestimmt, führt der Mikrocomputer 30 Schritte S10, S11, S12 und S14 als der Steuerteil für die unterteilte Einspritzung aus. Wenn der Mikrocomputer 30 die Schritte S16 und S17 ausführt, erlangt der Mikrocomputer 30 die physikalische Quantität, welche mit dem Geräuschlärm der vorbestimmten Frequenz korreliert ist, d. h. die Verbrennungsvibrationsmenge Sig als der Erlangungsteil zum Erlangen der Verbrennungsvibrationsmenge Sig.
Details von Schritt S17 werden untenstehend unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben werden. Zuerst berechnet bei Schritt S20 der Mikrocomputer 30 die Verbrennungsmenge J durch ein Integrieren der Wärmeabstrahlungsrate, welche bei Schritt S16 berechnet wird. Beim nächsten Schritt S21 berechnet der Mikrocomputer 30 die Verbrennungszeit basierend auf dem Muster der Verbrennungsmassenrate MFB, welche eine Zeitänderung mit der Verbrennungsmenge J anzeigt. Beispielsweise wird MFB50 als die Verbrennungszeit berechnet. Beim nächsten Schritt S22 berechnet der Mikrocomputer 30 die Verbrennungszeitdauer TC basierend auf der Verbrennungsmassenrate MFB. Beispielsweise wird die Zeitdauer von MFB10 bis MFB90 als die Verbrennungszeidauer TC berechnet.
Beim nächsten Schritt S23 berechnet der Mikrocomputer 30 einen maximalen Wert der Wärmeabstrahlungsrate und eine Zeit (θHRRmax), bei welcher die Wärmeabstrahlungsrate den maximalen Wert erreicht, basierend auf der Wärmeabstrahlungsrate. Beim nächsten Schritt S24 die Gleichung der linearen Annäherungsfunktion f(θ) = αθ + β der Wärmeabstrahlungsrate bezogen auf die Wärmeabstrahlungsrate. Beispielsweise wird die Neigung bzw. Steigung der Wärmeabstrahlungsrate von MFB10 bis θHRRmax als α in die Gleichung f(θ) eingesetzt. Beim nächsten Schritt S25 berechnet der Mikrocomputer 30 die Verbrennungsvibrationsmenge Sig relativ zu der Gleichung der linearen Approximationsfunktion f(θ), welche bei Schritt S24 berechnet wird. Das heißt, der Mikrocomputer 30 berechnet die Verbrennungsvibrationsmenge Sig in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Gleichung (1) als die physikalische Quantität, welche die Vibrationsrate der Wärmeabstrahlungsrate bezogen auf die Wärmeerzeugung anzeigt.
Als ein Ergebnis des experimentellen Durchführens der unterteilten Einspritzung wurde das folgende Problem gefunden. Das heißt, die Wärmeabstrahlungsrate in dem Wärmeabstrahlungsratenmuster fluktuiert, um einen Anstieg und ein Abfallen zu wiederholen, da viele Anzahlen von Verbrennungen in einem Verbrennungszyklus jedes einen Zylinders überlappen. Es wurde herausgefunden, dass Verbrennungsgeräuschlärm verringert werden kann durch ein Einstellen des Einspritzzustands, so dass die lineare Annäherungsfunktion f(θ) der Wärmeabstrahlungsrate verbleibt, um kleiner zu sein als der Grenzwert THa. Es wurde jedoch ebenso herausgefunden, dass der Hochfrequenzgeräuschlärm nicht ausreichend verringert werden kann, solange die Fluktuation der Wärmeabstrahlungsrate nicht ausreichend verringert wird. Ferner wurde ebenso herausgefunden, dass die Fluktuation verringert werden kann, und der Hochfrequenzgeräuschlärm verringert werden kann durch ein Kürzen des Intervalls der unterteilten Einspritzung.
Aus diesem Grund ist in der vorliegenden Ausführungsform der Mikrocomputer 30 konfiguriert, um funktionale Teile zu haben, welche ein Erlangungsteil zum Erlangen einer physikalischen Quantität (Verbrennungsvibrationsmenge Sig) korreliert mit dem Hochfrequenzgeräuschlärm und ein Steuerteil für eine unterteilte Einspritzung zum Steuern einer Unterteilung der Einspritzung von Kraftstoff, welcher für eine kontinuierliche Verbrennung benötigt wird, in mehrere unterteilte Einspritzungen sind. Der Steuerteil für die unterteilte Einspritzung steuert die Einspritzzeit und die Einspritzzeitdauer jeder Einspritzung während er das Intervall Int jeder der unterteilten Einspritzungen in Übereinstimmung mit der physikalischen Quantität bezogen auf den Hochfrequenzgeräuschlärm variiert. Demnach kann der Hochfrequenzgeräuschlärm ausreichend verringert werden und die Verringerung des Verbrennungsgeräuschlärms kann gefördert werden.
Ferner erlangt in der vorliegenden Ausführungsform der Mikrocomputer 30 den Fluktuationspegel (Verbrennungsvibrationsmenge Sig) der Wärmeabstrahlungsrate als die physikalische Quantität, welche mit dem Hochfrequenzgeräuschlärm korreliert ist. Da der Pegel der Fluktuation der Wärmeabstrahlungsrate in hohem Maße mit dem Hochfrequenzgeräuschlärm korreliert ist, kann der Hochfrequenzgeräuschlärm mit einer hohen Genauigkeit durch ein Erlangen der Fluktuationspegels des Anstiegsmusters und ein Steuern des Intervalls basierend auf dem erlangten Fluktuationspegel verringert werden.
Unterschiedlich von der vorliegenden Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, kann der Hochfrequenzgeräuschlärm direkt durch einen Geräuschsensor erfasst werden. Da jedoch der Geräuschsensor nicht nur den Verbrennungsgeräuschlärm sondern auch anderen Betriebsgeräusche als Lärm erfasst, ist es schwierig, das Intervall Int mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, um den Hochfrequenzgeräuschlärm zu verringern. In der vorliegenden Ausführungsform ist es, da der Zylinderinnendrucksensor 14 verwendet wird, um die physikalische Quantität (Fluktuationspegel), welche mit dem Hochfrequenzgeräuschlärm korreliert ist, zu erfassen, weniger wahrscheinlich, dass der Zylinderinnendrucksensor 14 durch den anderen Betriebsgeräuschlärm betroffen wird und es ist möglich, die oben beschriebene physikalische Quantität mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen. Als ein Ergebnis kann das Intervall Int genau gesteuert werden.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der Mikrocomputer 30 konfiguriert, um den Zunahmebeschränkungsteil zu haben, welcher den Kraftstoffeinspritzzustand steuert, so dass die linear Annäherungsfunktion f(θ) der Wärmeabstrahlungsrate bezogen auf das Wärmeabstrahlungsratenmuster beschränkt ist, um kleiner zu sein als der Grenzwert THa. Als ein Ergebnis können andere Geräuschlärme in Frequenzbändern unterschiedlich von dem Hochfrequenzgeräuschlärm ebenso verringert werden. Beispielsweise kann der Geräuschlärm in dem Frequenzband, welches durch eingepunktete gestrichelte Linie in 3 angezeigt ist, durch den Zunahmebeschränkungsteil beschränkt werden, und der Geräuschlärm (Hochfrequenzgeräuschlärm), welcher durch die eingepunktete gestrichelte Linie in 5 angezeigt ist, kann durch ein Steuern des Intervalls Int verringert werden.
Noch ferner steuert in der vorliegenden Ausführungsform der Zunahmebeschränkungsteil die lineare Annäherungsfunktion f(θ), um kleiner zu sein als der Grenzwert THa durch ein Steuern des Einspritzdrucks Pc. Da der Einspritzdruck Pc in hohem Maße mit der linearen Annäherungsfunktion f(θ) korreliert ist, kann die lineare Annäherungsfunktion f(θ) gesteuert werden, um kleiner zu sein als der Grenzwert THa gemäß der vorliegenden Ausführungsform, in welcher der Einspritzdruck Pc wie obenstehend beschrieben gesteuert wird.
Noch ferner variiert in der vorliegenden Ausführungsform der Steuerteil für die unterteilte Einspritzung das Intervall, ohne die Gesamtmenge von Kraftstoff, welche für einen Verbrennungszyklus benötigt wird, zu ändern, in einem Variieren des Intervalls Int in Übereinstimmung mit dem physikalischen Wert (Verbrennungsvibrationsmenge Sig) korreliert zu dem Hochfrequenzgeräuschlärm. Als ein Ergebnis wird beim Variieren des Intervalls zum Verringern des Hochfrequenzgeräuschlärms die Gesamteinspritzmenge nicht durch die Änderung in dem Intervall Int betroffen, wodurch das Ausgabedrehmoment bei einem erwünschten Wert aufrechterhalten wird und der Hochfrequenzgeräuschlärm verringert wird.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung, welche obenstehend beschrieben ist, ist nicht auf die bevorzugte Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, beschränkt, sondern kann auch mit verschiedenen beispielhaften Modifikationen, welche untenstehend beschrieben sind, implementiert werden.
Die Grenzwerte THa und THb, welche in (e) und (f) der 6 gezeigt sind, können variabel sein. Insbesondere kann der zulässige Wert des Geräuschlärmpegels in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine 10 variiert werden, und die Grenzwerte THa und THb können in Übereinstimmung mit dem zulässigen Wert variiert werden. Beispielsweise kann der zulässige Wert des Verbrennungsgeräuschlärms eingestellt sein, um höher zu sein, wenn ein Fahrzeug sich bei hohen Geschwindigkeiten bewegt, und die Grenzwerte THa und THb können demzufolge auf höhere Werte eingestellt werden.
In der Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, wird die Verbrennungszeitdauer TC erlangt, und der Einspritzdruck Pc wird basierend auf der Abweichung des aktuellen Werts von dem Zielwert der Verbrennungszeitdauer Tc korrigiert. Alternativ kann der Einspritzdruck Pc erlangt werden, und der Einspritzdruck Pc kann basierend auf der Abweichung des aktuellen Werts von dem Zielwert des Einspritzdrucks Pc korrigiert werden.
In der Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, wird der Verbrennungsdruck durch den Zylinderinnendrucksensor 14 erlangt und die physikalische Quantität (Verbrennungsvibrationsmenge Sig), welche mit dem Geräuschlärm der vorbestimmten Frequenz korreliert ist, wird basierend auf dem Verbrennungsdruck erlangt. Alternativ kann der Geräuschsensor zum Erfassen von Verbrennungsgeräusch vorgesehen sein, und der Pegel des Verbrennungslärms der vorbestimmten Frequenz kann als die physikalische Quantität basierend auf dem Erfassungswert des Geräuschsensors erlangt werden.
In der Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, ist die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils 11 der Dieselmaschine implementiert. Alternativ kann die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Steuern einer Direktkraftstoffeinspritzung einer funkengezündeten Benzinmaschine implementiert sein, in welcher der Kraftstoff direkt in jede Verbrennungskammer eingespritzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4120556 [0002]

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Erlangungsteil (33, 34) zum Erlangen einer physikalischen Quantität, welche mit Geräuschlärm einer vorbestimmten Frequenz korreliert ist, welcher durch eine Verbrennung von Kraftstoff in einer internen Verbrennungsmaschine (10) erzeugt wird; einen Steuerteil (31, 32, 39, 40) für eine unterteilte Einspritzung zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzventils (11), welches Kraftstoff in eine Verbrennungskammer (10a) in der internen Verbrennungsmaschine (10) einspritzt, durch ein unterteiltes Einspritzen des Kraftstoffs, welcher für einen Verbrennungszyklus benötigt wird, in mehrere Male; der Steuerteil (31, 32, 39, 40) für die unterteilte Einspritzung steuert eine Einspritzzeit und ein Einspritzintervall jeder unterteilten Einspritzung durch ein Variieren eines Intervalls der jeden unterteilten Einspritzung in Übereinstimmung mit der physikalischen Quantität.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Erlangungsteil (33, 34) als die physikalische Quantität, einen Pegel der Fluktuation erlangt, welcher Zeitänderungen in einem Anstiegsmuster einer Wärmeabstrahlungsrate bezogen auf die Verbrennung in der Verbrennungskammer (10a) zeigt, wobei das Anstiegsmuster ein Teil des Ansteigens der Wärmeabstrahlungsrate ist, welche aus der Verbrennung resultiert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend: einen Zunahmebeschränkungsteil (31) zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzzustandes, um eine lineare Funktion zu beschränken, welche ein Anstiegsmuster von Zeitänderungen in einer Wärmeabstrahlungsrate bezogen auf die Verbrennung in der Verbrennungskammer annähert, um kleiner zu sein als ein vorbestimmter Wert, wobei das Anstiegsmuster ein Teil des Anstiegs einer Wärmeabstrahlungsrate ist, welche aus der Verbrennung resultiert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei: der Zunahmebeschränkungsteil (31) die lineare Funktion steuert, um kleiner zu sein als der vorbestimmte Wert, durch ein Steuern eines Drucks des Kraftstoffs, welcher dem Kraftstoffeinspritzventil (11) zugeführt wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Steuerteil (31, 32, 39, 40) für die unterteilte Einspritzung das Intervall ohne ein Ändern einer Gesamteinspritzmenge von Kraftstoff, welche für jede Verbrennung benötigt wird, variiert.