DE102015205014B4

DE102015205014B4 - Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102015205014B4
Application number: DE102015205014.9A
Authority: DE
Inventors: Yuhei Matsushima; Takahiko Inada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP5911547B1; CN106194448B; US20160108824A1; DE102015205014A1; CN106194448A; US10280848B2; JP2016079920A

Abstract

Eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung umfassend:Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101) zum Aktivieren oder Deaktivieren von zumindest einem Zylinder (1) eines Verbrennungsmotors (100);Ventilbetriebsmittel (102) zum Versetzen von zumindest einem von einem in dem Verbrennungsmotor (100) vorgesehenen Einlassventil (3) und einem Auslassventil (4) in einen In-Betriebszustand oder einen Außer-Betriebszustand auf der Basis einer Anfrage der Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101);Zündsteuermittel (103) zum Zuführen von Energie an eine in dem Verbrennungsmotor (100) vorgesehene Zündspule (19) auf der Basis eines vorbestimmten Zündzeitpunkts oder auf der Basis einer vorbestimmten, bei Variation der Drehgeschwindigkeit gleichbleibenden Energiezuführungszeitperiode (T), um eine in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors (100) angeordnete Zündkerze (6) zu veranlassen, einen Zündfunken zu entladen;Entladungszeitperiode-Berechnungsmittel (106) zum Berechnen einer Zündentladungszeitperiode, welche eine Haltezeitperiode der Zündentladung ist;Ventilzustand-Bestimmungsmittel (107) zum Bestimmen eines Betriebszustands von zumindest einem von dem Einlassventil (3) und dem Auslassventil (4) auf der Basis der durch die Entladungszeitperiode-Berechnungsmittel (106) berechneten Zündentladungszeitperiode, wobeidie Zündsteuermittel (103) erste Zündsteuermittel (104) zum Veranlassen der Zündkerze (6) zum Entladen eines Zündfunkens auf der Basis des Zündzeitpunkts umfassen, wenn die Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101) keine Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgeben, und zweite Zündsteuermittel (105) zum Veranlassen der Zündkerze (6) zum Entladen eines Zündfunkens auf der Basis der vorbestimmten, bei Variation der Drehzahl gleichbleibenden Energiezuführungszeitperiode (T), wenn die Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101) eine Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgeben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, welche mit Zylinderdeaktivierung-Steuermitteln zum Aktivieren oder Deaktivieren von zumindest einem Zylinder des Verbrennungsmotors ausgestattet ist.
Beschreibung des Hintergrunds
Um eine Kraftstoffersparnisleistung von Verbrennungsmotoren zu verbessern, ist konventionell ein Verbrennungsmotor bekannt, welcher mit einem Zylinderdeaktivierungssystem ausgestattet ist. Das Zylinderdeaktivierungssystem deaktiviert in Reaktion auf Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors einen Betrieb eines Teils einer Vielzahl von Zylindern durch Versetzen des (der) Einlassventils(e) und des (der) Auslassventils(e) in einen Außer-Betriebszustand (Ventilhub = 0) und betreibt die anderen Zylinder unter einer Hochlast-Bedingung (große Drosselöffnung), um einen Pumpverlust zu reduzieren.
In dem mit dem Zylinderdeaktivierungssystem ausgestatteten Verbrennungsmotor müssen, da verschiedene Arten von Steuerungen wie beispielsweise eine Kraftstoffsteuerung, eine Luftflusssteuerung und eine Drehmomentssteuerung in Reaktion auf ein Bestimmungsergebnis, ob die Ventile in dem In-Betrieb- oder Außer-Betriebszustand sind, ausgeführt werden, die Ventilzustände genau bestimmt werden.
Es wurden Technologien zum Bestimmen der Ventilzustände vorgeschlagen, wie beispielsweise durch Verwenden eines Vorhandenseins oder eines Abwesendseins des Ansaugluft-Pulsierens, welche mit dem Ansauglufttakt eines jeden Zylinders synchronisieren, welcher aus einer Ausgabe des Luftflusssensors (siehe zum Beispiel Patentdokument 1) und durch Verwenden des Luft-zu-Gasgemisches des Abgases erkannt wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 2).

Patentdokument 1: JP 2009 - 270 492 A
Patentdokument 2: JP 2012- 92 745 A

Allerdings waren, wenn irgendeines des Einlassventils und des Auslassventils eine Fehlfunktion aufweist, solche konventionellen Technologien nicht zum Bestimmen der Bedingung des anderen Ventils geeignet.
In DE 10 2014 219 002 A1 , die gemäß §3(2) PatG zum Stand der Technik zählt, ist beschrieben, dass es in einem so genannten Ventil-Rout-Fall keinen Einfluss einer Strömung aufgrund eines Einlasses oder Auslasses gibt, der durchgeführt wird, wenn ein Ventil geöffnet ist. In einem Ventil-Rout-Fall wird deshalb ein LC-Resonanzstörsignal N3 zu einem Zeitpunkt erfasst, der später ist als der Entlassungsende-Zeitpunkt in einem Ventil-Angetrieben-Fall.
Aus DE 199 63 638 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Funktion zur zeitweiligen Abschaltung der Gas-Wechselventile einzelner Zylinder offenbart, bei dem zur Überwachung ein Vergleich zwischen zwei Signalen durchgeführt wird.
Aus DE 10 2004 014 369 A1 ist es bekannt, zu einem vorgegebenen Sollwinkel der Kurbelwelle durch Zündung einer Zündkerze und Einspritzung von Kraftstoff eine Verbrennung auszulösen, wobei ein Laden einer Zündspule vor der Zündung und die Einspritzung jeweils eine vorgegebene Zeitdauer benötigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um solch ein Problem, wie oben beschrieben, zu beheben und zielt auf ein Bereitstellen einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung ab, welche zum genauen Bestimmen des Ventilzustands geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung ist im Patentanspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung bereitgestellt werden, welche zum genauen Bestimmen eines Ventilzustands durch Optimieren einer Zündsteuerung zum Bestimmen des Ventilzustands geeignet ist.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
3A ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von ersten Zündsteuermitteln der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3B ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von ersten Zündsteuermitteln der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3C ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von ersten Zündsteuermitteln der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4A ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von zweiten Zündsteuermitteln der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4B ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von zweiten Zündsteuermitteln der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4C ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von zweiten Zündsteuermitteln der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Zeitablaufsdiagramm zum Erläutern eines Betriebs von Ventilzustand-Bestimmungsmittel gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
6A ist ein Graph zum Erläutern von Eigenschaften des Ventilhubs, eines Verbrennungskammerdrucks und der Zündentladungszeitperiode mit Bezug zu Kurbelwinkeln bei jedem Ventilzustand gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
6B ist ein Graph zum Erläutern von Eigenschaften des Ventilhubs, eines Verbrennungskammerdrucks und der Zündentladungszeitperiode mit Bezug zu Kurbelwinkeln bei jedem Ventilzustand gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und
6C ist ein Graph zum Erläutern von Eigenschaften des Ventilhubs, eines Verbrennungskammerdrucks und der Zündentladungszeitperiode mit Bezug zu Kurbelwinkeln bei jedem Ventilzustand gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.

DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die gegenwärtigen Erfinder haben ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet, dass es einen Unterschied in einem Druck und einem Strom in der Verbrennungskammer zwischen Situationen bei einem In-Betrieb- und einem Außer-Betriebszustand des Ventils gibt, und haben experimentell herausgefunden, dass der Unterschied mit der Bedingung einer Zündentladung durch die an der Verbrennungskammer angeordnete Zündkerze korreliert. Dann werden die gegenwärtigen Erfinder nun eine Technologie zum Bestimmen des Ventilzustands mittels mit den Zündentladungsbedingungen verknüpften Parametern vorschlagen.
In der Technologie zum Bestimmen des Ventilzustands mittels der mit den Entladungsbedingungen der Zündkerze verknüpften Parametern muss die Zündspule in einer angemessenen Weise mit Energie versorgt sein (Zündsteuerung). Normalerweise wird bei einer Zündsteuerung zum Zünden eines Gasgemisches, um eine optimale Ausgabeleistung und Verbrennungseffizienz eines Verbrennungsmotors zu erreichen, die Zündspule auf der Basis eines Zündzeitpunkts mit Energie versorgt. Aus diesem Grunde variiert eine Zeitperiode einer Energiezuführung der Zündspule beispielsweise einer an die Zündkerze weitergegebenen Energie, wenn Betriebsbedingungen (beispielsweise eine Drehgeschwindigkeit) des Verbrennungsmotors variieren. Daher ergibt sich aus einer Änderung der Zündentladungsbedingungen ein Problem darin, dass die Ventilzustände nicht genau bestimmt werden können. Während bei der normalen Zündsteuerung die Energiezuführungszeitperiode eingestellt wird, sodass das Gasgemisch verlässlich bei einem Hochdruckzustand um den oberen Kompressionstotpunkt (Compression Top Dead Center - TDC) herum gezündet wird, stellt ein Verwenden der Zündenergiezuführungszeitperiode ohne eine Modifikation für ein Bestimmen des Ventilzustands darüber hinaus ein Problem in einer Verschlechterung der Zündspule und der Zündkerze dar.
Ausführungsform 1
Die gegenwärtigen Erfinder haben Mittel zum Lösen der oben beschriebenen Probleme geprüft und haben ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet, dass es einen Unterschied in einem Druck und einem Strom in der Verbrennungskammer zwischen Situationen bei In-Betrieb- und Außer-Betrieb-Zuständen des Ventils in einem mit einem Zylinderdeaktivierungssystem ausgestatteten Verbrennungsmotor gibt. Folglich wurde experimentell gefunden, dass der Unterschied mit der Zündentladungszeitperiode, das heißt Entladungsbedingungen der an der Verbrennungskammer angeordneten Zündkerze, korreliert (siehe 6A bis 6C) .
In 6A bis 6C geben die durchgezogenen Linien eine Situation bei einem-Betriebszustand des Ventils und die unterbrochenen Linien eine Situation bei einem Außer-Betriebszustand davon an. Die 6A, 6B, 6C zeigen Ventilhübe, einen Verbrennungskammerdruck und Zündentladungszeitperioden entsprechend bei jedem Kurbelwinkel in den Situationen bei den In-Betrieb- und den Außer-Betriebszuständen des Ventils.
Bei dem In-Betriebszustand des Ventils wird ein Strom durch Einlass und Auslass erzeugt und der Strom fegt die Zündentladung zwischen Elektroden der Zündkerze aus. Der Zündentladungspfad erstreckt sich länger und eine Aufrechterhaltungsspannung der Zündentladung wird gemäß dem ausgefegten Grad höher. Bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils wird andererseits kein Strom aufgrund eines Einlass und eines Auslass erzeugt, da der Ventilhub immer gleich null ist (siehe 6A). Folglich wird die Zündentladung zwischen den Elektroden der Zündkerze nicht ausgefegt. Entsprechend verbleibt der Zündentladungspfad kürzer und eine Aufrechterhaltungsspannung der Zündentladung wird geringer als diejenigen bei dem In-Betriebszustand des Ventils.
Wenn dieselbe Menge an Energie an die Zündspule zugeführt wird, wird die Zündentladungszeitperiode, bis die zugeführte Energie ausgeht, kürzer, da die Aufrechterhaltungsspannung der Zündentladung desto höher ist, je höher die verbrauchte Energie ist. Das heißt, dass die Zündentladungszeitperiode bei dem In-Betriebszustand des Ventils kürzer als die bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils ist (siehe 6C).
Bei dem In-Betriebszustand des Ventils wird der Verbrennungskammerdruck bei dem Kompression-TDC maximal und wird in etwa gleich dem Atmosphärendruck bei dem Auslass-TDC. Bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils wird andererseits der Verbrennngskammerdruck bei dem Kompression-TDC und bei dem Auslass-TDC im Wesentlichen identisch und wird geringer als der bei dem In-Betriebszustand der Ventile, da das Gas in der Verbrennungskammer durch den Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderbuchse ausläuft (siehe 6B).
Da eine Durchschlagspannung der Zündkerze von einem Druck abhängt, wie aus Paschens Gesetz bekannt, wird, je höher der Verbrennungskammerdruck wird, die Durchschlagspannung höher. Zusätzlich wird, wenn dieselbe Menge an Energie an die Zündkerze zugeführt wird die Zündentladungszeitperiode, bis die zugeführte Energie ausgeht, kurz, da je höher die Aufrechterhaltungsspannung der Zündentladung ist, desto mehr Energie verbraucht wird. Aus diesem Grund tendiert bei dem In-Betriebszustand des Ventils die Zündentladungszeitperiode dazu um den Kompression-TDC kürzer zu werden und bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils tendiert die Zündentladungszeitperiode ebenso dazu um den Kompression-TDC und dem Auslass-TDC kürzer zu werden (siehe 6C).
Durch Verwenden der oben beschriebenen Eigenschaften kann der Ventilzustand aus der Zündentladungszeitperiode bestimmt werden.
Nachfolgend wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung genau mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors betreffend Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 1 ist eine Verbrennungskammer 2 eines Zylinders 1 des Verbrennungsmotors 100 mit einem Einlassventil 3, einem Auslassventil 4 und einem Kolben 5 versehen und weiter sind eine Zündkerze 6 und eine Einspritzeinheit 7 der Innenseite der Verbrennungskammer 2 zugewandt angeordnet.
Ein variables Einlassventil-Stellelement 23 und ein variables Auslassventil-Stellelement 24 betätigen das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4, um Ventileigenschaften wie beispielsweise Hubbeträge und Betriebswinkel des Einlassventils 3 und des Auslassventils 4 entsprechend zu ändern. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird zumindest eines des Einlassventils 3 und das Auslassventils 4 in einen In-Betriebszustand oder einen Außer-Betriebszustands (Ventilhub = 0) durch Ventilbetriebsmittel 102 gemäß einer Anfrage von Zylinderdeaktivierung-Steuermitteln 101 gestellt.
Der Kolben 5 ist mit einer Kurbelwelle 14 über eine Verbindungsstange 15 verbunden. Der Umdrehungswinkel (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 14 wird durch einen innerhalb des Zylinders 1 vorgesehenen Kurbelwinkelsensor 13 erkannt.
Der in die Verbrennungskammer 2 zugeführte Einlassluftstrom wird durch eine an einer Einlassleitung 8 vorgesehenen elektrisch gesteuerten Drossel 9 eingestellt. Die elektrisch gesteuerte Drossel 9 wird mit einem Drosselventil 9a, einem Motor 9b zum Betätigen des Drosselventils und einem Drosselpositionssensor 9c zum Erkennen eines Öffnungsgrades des Drosselventils 9a gebildet.
Eine Motorsteuereinheit (nachfolgend als „ECU“ (Engine Control Unit) bezeichnet) 10 erfasst das Ausgangssignal eines Beschleuniger-Positionssensor 12 zum Erkennen eines Betätigungsgrades eines Beschleunigerpedals 11 und sendet dann ein Steuersignal an den Motor 9b zum Steuern des Drosselventils 9a zu einer angemessenen Öffnung auf der Basis eines Signals, welches einen Öffnungsgrad des Drosselventils angibt, von dem Drosselpositionssensor 9c.
Darüber hinaus erfasst die ECU 10 Ausgangssignale von dem Beschleuniger-Positionssensor 12, dem Kurbelwinkelsensor 13 einem Luftstromsensor 16, einem Luft-Kraftstoffsensor 21 und von verschiedenen anderen Sensoren (nicht gezeigt), um den Zündzeitpunkt, die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff und Ähnliches zu bestimmen. Dann veranlasst die ECU auf der Basis dieser bestimmten Werte die Einspritzeinheit 7 dazu den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 2 durch Betreiben der Einspritzeinheit 7 einzuspritzen und veranlasst Zündsteuermittel 103 zum Energiezuführen an eine dazu verbundene Zündspule 19 und zum Entladen von Funken über den Elektrodenabstand der Zündkerze 6.
In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aktivieren oder deaktivieren die Zylinderdeaktivierung-Steuermittel 101 zumindest einen Zylinder des Verbrennungsmotors und führen eine erste Zündsteuerung aus, wenn keine Zylinderdeaktivierungsanfrage von den Zylinderdeaktivierung-Steuermitteln 101 ausgegeben ist, und zweite Zündsteuermittel 105 führen eine zweite Zündsteuerung aus, wenn die Zylinderdeaktivierungsanfrage von den Zylinderdeaktivierung-Steuermitteln 101 ausgegeben ist. Darüber hinaus weist in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die Zündspule 19 eine Funktion zum Erkennen eines Ionenstroms auf und die ECU 10 veranlasst Entladungszeitperiode-Berechnungsmittel 106 zum Berechnen einer Zündentladungszeitperiode auf der Basis eines von der Zündkerze 19 ausgegebenen Ionenstromsignals, wenn die Zündung durch die zweiten Zündsteuermittel 105 ausgeführt wird. Das heißt, dass die Zündsteuerverfahren in Reaktion darauf, ob der Zylinder in dem Deaktivierungsmodus oder dem normalen Betriebsmodus ist, umgeschaltet werden. Während die Details später beschrieben werden, werden, falls ein Ventilzustand auf der Basis der Zündentladungszeitperiode erkannt wird, ein Zeitablauf eines Startens eines Energiezuführens und ein Zeitablauf eines Beendens eines Energiezuführens berechnet, sodass die Zündspule mit konstanter Energie Energie-zugeführt wird.
Weiterhin veranlasst die ECU 10 Ventilzustand-Bestimmungsmittel 107 zum Bestimmen aus der berechneten Entladungszeitperiode, ob das Ventil in dem In-Betriebszustand oder in dem Außer-Betriebszustand ist, und zum Ausgeben des Bestimmungsergebnisses an die Zylinderdeaktivierung-Steuermittel 101.
Die Einlassluft, wobei diese durch eine Luft-Luft Reinigungseinheit 17 von Staub und Schmutz befreit wird, wird in einen Ausgleichsbehälter 18 durch die elektrisch gesteuerte Drossel 9, nachdem dessen Luftfluss mit dem Luftflusssensor 16 gemessen wird, und weiter in die Verbrennungskammer 2 von dem Ausgleichsbehälter 18 durch das Einlassventil 3 eingeleitet. Die eingeleitete Einlassluft wird mit durch die Einspritzeinheit 7 eingespritztem Kraftstoff gemischt, um ein Gasgemisch zu bilden, und dann wird das Gasgemisch zum Verbrennen durch die Funkenentladung der Zündkerze 6 gezündet. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, da die Kraftstoffeinspritzung für Teile von Zylindern gemäß der Zylinderdeaktivierungsanfrage angehalten ist, nur ein Funken entladen wird, ohne ein Verbrennen.
Der Verbrennungsdruck des Gasgemisches wird auf den Kolben 5 angewendet, um diesen hin und her zu bewegen. Die Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 5 wird auf die Kurbelwelle 14 über die Verbindungsstange 15 übertragen, um in eine Drehbewegung umgewandelt zu werden, und wird als Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 100 nach außen übertragen. Nachdem das Gasgemisch verbrannt wird, wird das Verbrennungsgas als Abgas in eine Abgasleitung 20 durch das Auslassventil 4 ausgestoßen. Der Luft-Kraftstoffsensor 21 zum Erkennen eines Luft-zu-Kraftstoffverhältnisses des Abgases ist in dem Krümmer der Abgasleitung 20 vorgesehen. Ein Dreiwege-Katalysator 22 zum Entfernen von Schadstoffen in dem Abgas ist dem Krümmer der Abgasleitung 20 nachgelagert vorgesehen.
Als Nächstes wird insbesondere in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung deren spezifischer Betrieb bei einem Bestimmen von Bedingungen des Ventils mit Bezug zu dem in 5 gezeigten Zeitablaufsdiagramm beschrieben. Das Zeitablaufsdiagramm (a) in 5 zeigt ein Verhalten der Zündentladung bei dem In-Betriebszustand des Ventils und das Zeitablaufsdiagramm (b) in 5 zeigt ein Verhalten der Zündentladung bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils. Hierbei bezeichnet die horizontale Achse eine Zeit.
Als Erstes erzeugen die Zündsteuermittel 103 in der ECU 10 ein Zündbefehlssignal für die Zündspule zumindest einmal für jeden Motorarbeitsgang, um die Bedingungen des Einlassventils und des Auslassventils zu bestimmen. Wenn das Zündbefehlssignal sich von einer Energiezuführung-Aus zu einer Energiezuführung-Ein (t₁) ändert, wird Energie in der Zündspule 19 durch einen primären Stromfluss durch die Primärspule der Zündspule 19 gespeichert. Dann, wenn sich der Zündbefehlssignal von einer Energiezuführung-Ein zu einer Energiezuführung-Aus (t₂) ändert, wird eine an eine erste Elektrode der Zündkerze 6 anzulegende Hochspannung (sekundäre Spannung) in der sekundären Spule (nach t₂) erzeugt. Auf ein Auftreten eines Durchbruchs zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode beginnt ein Zündentladungsstrom zu fließen. Die Zündentladung wird aufrechterhalten, bis die gespeicherte Energie ausgeht.
Wie oben beschrieben, erstreckt sich bei dem In-Betriebszustand des Ventils der Zündentladungspfad entsprechend dem Ausfegegrad der Zündentladung über die Zündkerzenelektroden durch den Strom aufgrund eines Einlass und eines Auslass länger, wodurch die sekundäre Spannung (Zündentladung-Aufrechterhaltungsspannung) in der negativen Richtung (während des Intervalls zwischen t₂ und t₃) höher wird wie in dem Zeitablaufsdiagramm (a) in 5 gezeigt. Die Zündentladung kann manchmal unterbrochen werden (t₃), falls sich diese zu lang erstreckt. In diesem Fall tritt ein Durchbruch erneut auf, wodurch die sekundäre Spannung (Zündentladung-Aufrechterhaltungsspannung) in der negativen Richtung (während dem Intervall zwischen t₃ und t₄) erhöht wird.
Wenn die gespeicherte Energie unterhalb eines Niveaus für den Zündentladungsstrom zum Aufrechterhalten dessen Zündentladung fällt, hält die Zündentladung an (t₄). Zu diesem Zeitpunkt kann die Restenergie keinen erneuten Durchbruch verursachen und ein Schwingkreis-Resonanzrauschen (kapazitiver Strom) wird durch die Induktivitäten der sekundären Spule der Zündspule 19 und durch eine schwebende Kapazität und eine Kapazität der sekundären Spulenseite erzeugt. Da das Schwingkreis-Resonanzrauschen sich als ein Ionenstrom auflöst, wird nur ein positiver Richtungsstrom an dem Ende der Entladung erkannt. Zusätzlich fährt die Erzeugung des Schwingkreis-Resonanzrauschens für mehrere 10 bis zu mehreren 100 [µsek] fort. Das Intervall von der Energiezuführung-Aus (t₂) zu dem Erkennungszeitpunkt (t₄) des Schwingungskreis-Resonanzrauschens ist die Zündentladungszeitperiode bei dem In-Betriebszustand des Ventils.
Bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils andererseits ist der Ventilhub immer gleich null und kein Strom aufgrund eines Einlass oder eines Auslass wird erzeugt und die Zündentladung ist im Wesentlichen keinem Ausfegen ausgesetzt. Entsprechend wird der Zündentladungspfad weder ausgedehnt noch wird die Zündentladung-Aufrechterhaltungsspannung in der negativen Richtung (während des Intervalls zwischen t₂ und t₅) hoch, wie in dem Zeitablaufsdiagramm (b) in 5 gezeigt, im Vergleich zu der Situation bei dem In-Betriebszustand des Ventils. Folglich wird das Schwingkreis-Resonanzrauschen zu dem Zeitpunkt t₅, verzögert von dem Endzeitpunkt t₄ der Entladung bei dem In-Betriebszustand des Ventils, erkannt die Zündentladung Zeitperiode bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils ist die Zeitperiode von dem Zeitpunkt t₂ der Energiezuführung-Aus zu dem Zeitpunkt t₅ der Erkennung des Schwingkreis-Resonanzrauschens.
Mit anderen Worten kann der Ventilzustand durch Ausnützen der Tatsache, dass die Zündentladungszeitperiode (t₅- t₂) bei dem Außer-Betriebszustand des Ventils länger als die Zündentladungszeitperiode (t₄ - t₂) bei dem In-Betriebszustand des Ventils ist.
Als Nächstes wird ein Prozess der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung insbesondere mit Bezug zu dem in 2 gezeigten Flussdiagramm beschrieben. Es wird darauf hingewiesen dass der Prozess zu vorbestimmten Zeitintervallen zyklisch ausgeführt wird.
In 2 wird zuerst in Schritt S201 eine Bestimmung gemacht, ob die Zylinderdeaktivierungsanfrage von den oben beschriebenen Zylinderdeaktivierung-Steuermitteln 101 ausgegeben ist oder nicht. Falls die Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgegeben ist („Ja“ in Schritt S201), fährt der Prozess mit Schritt S202 fort. Falls keine Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgegeben ist („Nein“ in Schritt S201), wird der Prozess mit Schritt S205 fort. Der Prozess für den Fall „Nein“ in Schritt S201 wird in dem Nachfolgenden als Erstes beschrieben werden.
In dem Fall von „Nein“ in Schritt S201, beispielsweise falls alle Zylinder ohne eine Zylinderaktivierungsanfrage in Betrieb sind (Verbrennungsmodus), wird die erste Zündsteuerung durch die ersten Zündsteuermittel 104 in Schritt S205 ausgeführt. Wie zuvor beschrieben, wird in der normalen Zündsteuerung zum Zünden des Gasgemisches der Zündspule auf der Basis des Zündzeitpunkts Energie zugeführt, um eine Ausgangsleistung und eine Verbrennungseffizienz des Verbrennungsmotors zu optimieren.
Hier wird ein Betrieb der ersten Zündsteuermittel 104 mit Bezug zu den in 3 gezeigten Zeitablaufsdiagrammen beschrieben. 3A zeigt einen Fall ohne Variation in der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors während des Intervalls zwischen t₀ und t₂; 3B zeigt einen Fall, bei welchem die Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors während einer tatsächlichen Energiezuführungszeitperiode zwischen t1 und t2 langsamer als die zu dem Zeitpunkt t0 wird, wenn eine Referenzdrehgeschwindigkeit berechnet ist; und 3C zeigt einen Fall, bei welchem eine Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors während einer tatsächlichen Energiezuführungszeitperiode zwischen t1 und t2 schneller als zu einem Zeitpunkt t0 wird, wenn die Referenzdrehgeschwindigkeit berechnet ist. Hier bezeichnet die horizontale Achse eine Zeit.
Die ersten Zündsteuermittel 104 erfassen einen Zündzeitpunkt CA_iga und eine Energiezuführungszeitperiode T_dwla zum Zeitpunkt t₀, um eine verstrichene Zeit T₀ für eine vorbestimmte Winkeldifferenz CA₀ zu berechnen. Ein Energiezuführung-Startzeitpunkt CA_on des Energiezuführens der Zündspule 19 wird zu dem Zeitpunkt t₀ von diesen Werten mittels der folgenden Gleichung (1) berechnet. Es wird darauf hingewiesen, dass der Energiezuführung-Endzeitpunkt CA_off identisch zu dem Zündzeitpunkt CA_ig ist. ${CA}_{on} = {CA}_{iga} + T_{dwla} \times ({CA}_{0} / T_{0})$
Entsprechend den ersten Zündsteuermitteln 104 kann, da der Energiezuführung-Endzeitpunkt CA_off gleich dem Zündzeitpunkt CA_iga ist, das Gasgemisch zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gezündet werden, womit die Ausgangsleistung und die Verbrennungseffizienz optimiert werden. Andererseits, wenn die Betriebsbedingung des Motors sich ändert, wird eine tatsächliche Energiezuführungszeitperiode (t₂ - t₁) unterschiedlich zu der angefragten Energiezuführungszeitperiode T_dwla.
In 3C wird eine Energiezuführungszeitperiode (t₂ - t₁) kürzer als die angefragte Energiezuführungszeitperiode T_dwla, da die Drehgeschwindigkeit während der tatsächlichen Energiezuführungszeitperiode zwischen t1 und t2 für die Zündspule 19 schneller als die zu dem Zeitpunkt t0 wird, wenn die Referenzdrehgeschwindigkeit berechnet ist.
Auf diese Weise kann, da die Zündsteuermittel umgeschaltet werden können in Abhängigkeit davon, ob die Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgegeben ist oder nicht, die Zündung in Reaktion zum Ziel einer Zündung in jeder Betriebsbedingung des Motors gesteuert werden.
Darüber hinaus ist in dem Fall ohne eine Zylinderdeaktivierungsanfrage durch ein Energiezuführen zu der Zündspule auf der Basis des Zündzeitpunkts der Energiezuführung-Endzeitpunkt gleich dem Zündzeitpunkt, daher wird das Gasgemisch verlässlich zu dem vorbestimmten Zeitpunkt gezündet.
Zurück mit Bezug zu 2 wird in dem Fall von Ja in Schritt S201, beispielsweise in dem Fall eines Deaktivierungsschlags von Zylindern durch die Zylinderdeaktivierungsanfrage, die zweite Zündsteuerung für den deaktivierten Zylinder durch die zweiten Zündsteuermittel 105 in Schritt S202 ausgeführt. Wie oben beschrieben wird in der Zündsteuerung zum Bestimmen des Ventilzustands die Zündspule 19 mit Energie versorgt, sodass die Energiezuführungszeitperiode konstant ist, beispielsweise wird dieselbe Energie der Zündkerze 6 übermittelt.
Hier wird ein Betrieb der durch die zweiten Zündsteuermittel 105 ausgeführten zweiten Zündsteuerung mit Bezug zu den in 4 gezeigten Zeitablaufsdiagrammen beschrieben. 4A zeigt einen Fall ohne Variation in einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors während des Intervalls zwischen t₀ und t₂; 4B zeigt einen Fall, bei welchem die Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors während einer tatsächlichen Energiezuführungszeitperiode zwischen t₁ und t₂ langsamer als die zu dem Zeitpunkt t₀ wird, wenn die Referenzdrehgeschwindigkeit berechnet ist; und 4C zeigt einen Fall, bei welchem die Drehgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors während einer tatsächlichen Energiezuführungszeitperiode zwischen t₁ und t₂ schneller als die zu dem Zeitpunkt t₀ wird, wenn die Referenzdrehgeschwindigkeit berechnet ist. Hier bezeichnet die horizontale Achse eine Zeit.
Die zweiten Zündsteuermittel 105 erfassen einen Zündzeitpunkt CA_igb und eine Energiezuführungszeitperiode T_dwlb zu dem Zeitpunkt t₀, um eine verstrichene Zeit T₀ für eine vorbestimmte Winkeldifferenz CA₀ zu berechnen. Ein Energiezuführung-Startzeitpunkt CA_on eines Energiezuführens an die Zündspule 19 wird zu dem Zeitpunkt t₀ aus diesen Werten mittels der vorstehenden Gleichung (1) berechnet. Es wird darauf hingewiesen, dass der Energiezuführung-Endzeitpunkt T_dwlb von dem Energiezuführung-Startzeitpunkt CA_on an läuft.
Entsprechend den zweiten Zündsteuermitteln 105 wird, da die tatsächliche Energiezuführungszeitperiode (t₂ - t₁) gleich der angefragten Energiezuführungszeit T_dwlb ist, selbst bei einer Variation in der Drehgeschwindigkeit, wie in den 4B und 4C gezeigt, dieselbe Energie an die Zündkerze übermittelt, sodass der Ventilzustand genau aus der Zündentladungszeitperiode bestimmt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass sich der Energiezuführung-Endzeitpunkt CA_off sich von dem Zündzeitpunkt CA_iga unterscheidet.
Es sollte hier darauf hingewiesen werden, dass die Energiezuführungszeitperiode T_dwlb durch die zweiten Zündsteuermittel 105 kürzer eingestellt wird als die vorstehende durch die ersten Zündsteuermittel 104 eingestellte Energiezuführungszeitperiode T_dwla. Dies reduziert die an die Zündspule und die Zündkerze übermittelte Energie, daher wird eine Verschlechterung der Zündspule und der Zündkerze eingeschränkt.
Weiterhin wird die Energiezuführungszeitperiode auf der Basis eines vorbestimmten Variationsbereichs der Drehgeschwindigkeit so eingestellt, dass der Zündzeitpunkt CA_igb und der Energiezuführung-Endzeitpunkt CA_off innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fallen. Beispielsweise unter der Annahme, dass die Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Variationsbereichs von 200 [Umdr/min] ist, kann, damit der Unterschied zwischen dem Zündzeitpunkt CA_igb und der Energiezuführung-Endzeitpunkt CA_off innerhalb 3 [deg CA] ist, die Energiezuführungszeitperiode T_dwlb auf 2,5 [msek] oder kürzer eingestellt werden. Dies ermöglicht es, dass die Zündung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgeführt wird, selbst bei einem Ausführen der Zündung auf der Basis der Energiezuführungszeitperiode, womit ein genaues Bestimmen des Ventilzustands auf der Basis der Eigenschaften der oben beschriebenen Zündentladungszeitperiode ermöglicht wird.
Erneut zurück mit Bezug zu 2 wird in Schritt S203 die Zeitperiode von dem Energiezuführung-Endzeitpunkt zu dem Zeitpunkt eines Erkennens des Schwingkreis-Resonanzrauschens als die Zündentladungszeitperiode, wie oben beschrieben, berechnet.
In Schritt S204 wird aus der in Schritt S203 berechneten Zündentladungszeitperiode eine Bestimmung gemacht, ob das Ventil in dem In-Betriebszustand oder dem Außer-Betriebszustand ist, und dann wird der Prozess beendet.
Auf diese Weise ist durch ein Energiezuführen zu der Zündspule auf der Basis der Energiezuführungszeitperiode, wenn die Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgegeben ist, die Energiezuführungszeitperiode für die Zündspule konstant, das heißt dieselbe Energie wird an die Zündkerze zugeführt, unbeachtlich des Betriebszustands des Verbrennungsmotors. Daher wird die Zündentladungszeitperiode nur durch den Betriebszustand des Ventils beeinflusst, somit wird eine genaue Bestimmung des Ventilzustands ermöglicht.
Darüber hinaus reduziert ein Einstellen der Energiezuführungszeitperiode, um bei einem Ausführen der Zündung zum Bestimmen des Ventilzustands kürzer zu sein, die an die Zündspule und die Zündkerze zu übermittelnde Energie, somit wird eine Verschlechterung und eine Abnutzung der Zündspule und der Zündkerze eingeschränkt.
Weiterhin kann in dem Fall eines Energiezuführens an die Zündspule auf der Basis der Energiezuführungszeitperiode durch Einstellen der Energiezuführungszeitperiode auf der Basis eines vorbestimmten Variationsbereichs der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors, sodass der Zündzeitpunkt und der Energiezuführung-Endzeitpunkt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fallen, eine Zündung zu einem angemessenen Zeitpunkt ausgeführt werden, womit ein genaues Bestimmen des Ventilzustands ermöglicht wird.
Wie oben beschrieben wurde, führt eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auf der Basis einer Energiezuführungszeitperiode der Zündspule eines Teils von zu deaktivierenden Zylindern Energie zu, wenn eine Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgegeben ist. Dies erlaubt ein genaues Bestimmen eines Ventilzustands aus der Zündentladungszeitperiode.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann innerhalb des Geistes und Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung angemessen modifiziert oder ausgelassen werden.

Claims

Eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung umfassend: Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101) zum Aktivieren oder Deaktivieren von zumindest einem Zylinder (1) eines Verbrennungsmotors (100); Ventilbetriebsmittel (102) zum Versetzen von zumindest einem von einem in dem Verbrennungsmotor (100) vorgesehenen Einlassventil (3) und einem Auslassventil (4) in einen In-Betriebszustand oder einen Außer-Betriebszustand auf der Basis einer Anfrage der Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101); Zündsteuermittel (103) zum Zuführen von Energie an eine in dem Verbrennungsmotor (100) vorgesehene Zündspule (19) auf der Basis eines vorbestimmten Zündzeitpunkts oder auf der Basis einer vorbestimmten, bei Variation der Drehgeschwindigkeit gleichbleibenden Energiezuführungszeitperiode (T_dwlb), um eine in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors (100) angeordnete Zündkerze (6) zu veranlassen, einen Zündfunken zu entladen; Entladungszeitperiode-Berechnungsmittel (106) zum Berechnen einer Zündentladungszeitperiode, welche eine Haltezeitperiode der Zündentladung ist; Ventilzustand-Bestimmungsmittel (107) zum Bestimmen eines Betriebszustands von zumindest einem von dem Einlassventil (3) und dem Auslassventil (4) auf der Basis der durch die Entladungszeitperiode-Berechnungsmittel (106) berechneten Zündentladungszeitperiode, wobei die Zündsteuermittel (103) erste Zündsteuermittel (104) zum Veranlassen der Zündkerze (6) zum Entladen eines Zündfunkens auf der Basis des Zündzeitpunkts umfassen, wenn die Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101) keine Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgeben, und zweite Zündsteuermittel (105) zum Veranlassen der Zündkerze (6) zum Entladen eines Zündfunkens auf der Basis der vorbestimmten, bei Variation der Drehzahl gleichbleibenden Energiezuführungszeitperiode (T_dwlb), wenn die Zylinderdeaktivierung-Steuermittel (101) eine Zylinderdeaktivierungsanfrage ausgeben.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Zündsteuermittel (104) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einen Zeitpunkt eines Beginnens einer Energiezuführung zu der Zündspule (19) auf der Basis des Zündzeitpunkts und der Energiezuführungszeitperiode (Tdwlb) berechnen und ebenso bei dem vorbestimmten Zeitpunkt einen Zeitpunkt eines Beendens einer Energiezuführung zu der Zündspule (19) als den Zündzeitpunkt einstellen.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zweiten Zündsteuermittel (105) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt einen Zeitpunkt eines Beginnens einer Energiezuführung zu der Zündspule (19) auf der Basis des Zündzeitpunkts und der Energiezuführungszeitperiode (Tdwlb) berechnen und ebenso zu dem vorbestimmten Zeitpunkt einen Zeitpunkt eines Beendens einer Energiezuführung zu der Zündspule (19) als einen um die Energiezuführungszeitperiode (Tdwlb) von dem Zeitpunkt eines Beginnens einer Energiezuführung verzögerten Zeitpunkt einstellen.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweiten Zündsteuermittel (105) die Energiezuführungszeitperiode (Tdwlb) einstellen, sodass diese kürzer als diejenige ist, die durch die ersten Zündsteuermittel (104) eingestellt ist.
Die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweiten Zündsteuermittel (105) die Energiezuführungszeitperiode (Tdwlb) einstellen, sodass der Zeitpunkt eines Beendens einer Energiezuführung zu der Zündspule (19) innerhalb eines vorbestimmten Zeitbereichs mit Bezug zu dem Zündzeitpunkt ist.