DE102015217812B4 - Control device for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die konstruiert ist, um zwischen funkengezündeter Verbrennung und vorgemischter, komprimiert-selbstzündender Verbrennung zu wechseln, wobei die Steuervorrichtung eine Schließdauer bereit stellt, in welcher sowohl ein Einlassventil (12) als auch ein Auslassventil (22) für eine Zeitdauer von einem Ausstoßtakt bis zu einem Ansaugtakt geschlossen sind, um Abgas in einer Brennkammer (7) einzuschließen, und wobei sie eine Schließdauer-Einspritzung, welche Kraftstoff während der Schließdauer in die Brennkammer (7) einspritzt, durchführt und wobei sie nach dem Ansteigen der Temperatur in der Brennkammer (7) durch eine Verbrennung des während der Schließdauer eingespritzten Kraftstoffes die vorgemischte, komprimiert-selbstzündende Verbrennung durchführt, umfassend:ein Hauptverbrennungs-Detektions-Teil (30), das eine Erzeugung der vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung detektiert;ein Auslassventilsteuerungs-Mechanismus (23), der in der Lage ist, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils (22) variabel zu ändern; undein Steuerteil (3), das eine Einspritzmenge des Kraftstoffes für die Schließdauer-Einspritzung erhöht, wenn die Erzeugung der vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung über einen Grenzwert hinaus fortgeschritten ist, und das die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils (22) unmittelbar vor Erreichen der Schließdauer als eine Funktion der Einspritzmenge für die Schließdauer-Einspritzung verzögert, wobei das Steuerteil (3) die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils (22) derart bestimmt, dass selbst bei einer Erhöhung der Schließdauer-Einspritzmenge ein Wert von G/F in einem vorbestimmten Bereich liegt, wobei G/F ein Verhältnis einer Menge G von in einem Zylinder verbleibendem Gas zu einer Menge F von Kraftstoff in dem Zylinder ist.Control device for an internal combustion engine, which is designed to switch between spark-ignited combustion and premixed, compressed auto-igniting combustion, the control device providing a closing period in which both an inlet valve (12) and an outlet valve (22) for a period of an exhaust stroke to an intake stroke are closed to trap exhaust gas in a combustion chamber (7), and performing a closing period injection which injects fuel into the combustion chamber (7) during the closing period, and after the temperature rises in of the combustion chamber (7) performs the premixed, compressed auto-igniting combustion by burning the fuel injected during the closing period, comprising: a main combustion detection part (30) that detects generation of the premixed, compressed auto-igniting combustion; an exhaust valve control Mechanism (23), which in d he is able to variably change the opening and closing times of the exhaust valve (22); anda control part (3) which increases an injection amount of the fuel for the closing duration injection when the generation of the premixed, compressed auto-ignition combustion has progressed beyond a limit value, and which the opening and closing times of the exhaust valve (22) immediately before reaching the closing duration as a function of the injection quantity for the closing duration injection, the control part (3) determining the opening and closing times of the exhaust valve (22) such that even if the closing duration injection quantity is increased, a value of G / F in a predetermined range, where G / F is a ratio of an amount G of gas remaining in a cylinder to an amount F of fuel in the cylinder.
Description
[TECHNISCHES GEBIET][TECHNICAL AREA]
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren, im Besonderen eine Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren, die mit einer vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennungsfunktion ausgestattet ist.The present invention relates generally to a control device for internal combustion engines, in particular to a control device for internal combustion engines equipped with a premixed, compressed auto-ignition combustion function.
[STAND DER TECHNIK][STATE OF THE ART]
Eine typische Form der Verbrennung, die in Verbrennungsmotoren, wie z.B. Ottomotoren, weit verbreitet ist, ist die Form einer funkengezündeten Verbrennung, bei der eine Zündkerze eine Funkenentladung erzeugt, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. In den vergangenen Jahren wurden Ottomotoren entwickelt, die als Verbrennungsform eine vorgemischte, komprimiert-selbstzündende Verbrennung nutzen, welche ein bei hohen Temperaturen zündendes Gas in den Zylinder einführt, um die Mischung selbst zu zünden. Die vorgemischte, komprimiert-selbstzündende Verbrennung wird üblicherweise HCCI -Verbrennung (Homogenous Charge Compressoin Ignition, homogene Kompressionszündung) genannt.A typical form of combustion that occurs in internal combustion engines, e.g. Gasoline engines, widely used, are the form of spark-ignited combustion, in which a spark plug creates a spark discharge to ignite a fuel-air mixture. In recent years, gasoline engines have been developed which use a premixed, compressed auto-igniting combustion as a form of combustion, which introduces a gas that ignites at high temperatures into the cylinder in order to ignite the mixture itself. The premixed, compressed self-igniting combustion is usually called HCCI combustion (Homogenous Charge Compressoin Ignition).
HCCI-Verbrennung komprimiert die Mischung in dem Zylinder, um deren Temperatur und Druck zu erhöhen, wodurch die Mischung zur Selbstzündung gebracht wird, ohne dass eine Funkenzündung notwendig ist. Die HCCI-Verbrennung soll die Selbstzündung der Mischung simultan an mehreren Stellen in jeder Brennkammer initiieren und weist die Vorteile auf, dass die Verbrennungsdauer kürzer ist und der thermische Wirkungsgrad höher ist als bei der funkengezündeten Verbrennung.HCCI combustion compresses the mixture in the cylinder to increase its temperature and pressure, causing the mixture to auto-ignite without the need for spark ignition. The HCCI combustion is intended to initiate the self-ignition of the mixture simultaneously at several points in each combustion chamber and has the advantages that the combustion duration is shorter and the thermal efficiency is higher than with spark-ignited combustion.
Einige der oben beschriebenen HCCI-Verbrennungsmotoren sind entworfen, um eine NVO-Periode (Negative Valve Overlap, negative Ventilüberschneidung) aufzuweisen, in welcher die Einlass- und Auslassventile für eine Zeitdauer von dem Ausstoßtakt bis zu dem Ansaugtakt geschlossen sind, um einen Teil des Abgases in der Brennkammer des Motors als inneres AGR-Gas (Abgasrückführung) einzuschließen, wodurch die Zylindertemperatur, also die Temperatur in der Brennkammer, erhöht wird. Einige der HCCI-Verbrennungsmotoren sind entworfen, um eine NVO-Einspritzung, also eine Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer während der NVO-Dauer, durchzuführen, so dass der Kraftstoff einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt ist und daher unmittelbar verbrennt, was im Folgenden auch NVO-Verbrennung genannt wird. Dies verursacht eine Erhöhung des Zylinderdrucks vor der Hauptverbrennungsperiode im Verdichtungstakt, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Fehlzündung in der Hauptverbrennungsperiode eliminiert wird.Some of the HCCI internal combustion engines described above are designed to have a Negative Valve Overlap (NVO) period in which the intake and exhaust valves are closed for a period of time from the exhaust stroke to the intake stroke in order to absorb some of the exhaust gas to be enclosed in the combustion chamber of the engine as internal EGR gas (exhaust gas recirculation), whereby the cylinder temperature, i.e. the temperature in the combustion chamber, is increased. Some of the HCCI internal combustion engines are designed to perform NVO injection, i.e., injection of fuel into the combustion chamber during the NVO period, so that the fuel is exposed to high pressure and temperature and therefore burns immediately, which in the Also called NVO combustion in the following. This causes the cylinder pressure to increase in the compression stroke prior to the main combustion period, thereby eliminating the likelihood of misfire in the main combustion period.
Das aus den Verbrennungsmotoren im NVO-Betrieb emittierte Abgas enthält kaum unverbrannten Kraftstoff, wenn der Kraftstoff in der Hauptverbrennungsperiode exzessiv verbrannt wird. In einer Periode der NVO-Verbrennung unmittelbar nach einer solchen exzessiven Verbrennung ist der Anstieg der Zylindertemperatur gewöhnlich unterdrückt, so dass die Verbrennung von Kraftstoff in einem folgenden Hauptverbrennungszyklus verschlechtert sein wird, weil das innere AGR-Gas weniger unverbrannten Kraftstoff enthält.The exhaust gas emitted from the internal combustion engines in NVO operation hardly contains any unburned fuel if the fuel is excessively burned in the main combustion period. In a period of NVO combustion immediately after such excessive combustion, the rise in cylinder temperature is usually suppressed, so that the combustion of fuel in a subsequent main combustion cycle will be deteriorated because the internal EGR gas contains less unburned fuel.
Um das oben beschriebene Problem abzumildern, offenbart die Druckschrift
[LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN][LIST OF PRINTED FONTS]
[PATENTLITERATUR 1][PATENT LITERATURE 1]
Druchschrift
[KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG][SUMMARY OF THE INVENTION]
[VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM][PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION]
In dem Steuersystem gemäß der japanischen Patenterstveröffentlichung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die in der Lage ist, die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlzündung in einer Periode der vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung oder für einen Abfall im Motorabtriebsdrehmoment zu minimieren.It is therefore an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine capable of minimizing the likelihood of a misfire in a period of premixed compressed auto-ignition or a drop in engine output torque.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus dem Unteranspruch hervor.This object is achieved by a control device with the features of
[LÖSUNG DES PROBLEMS][THE SOLUTION OF THE PROBLEM]
Ein erfindungsgemäßer Aspekt der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor ist eine Steuervorrichtung, die konstruiert ist, um zwischen funkengezündeter Verbrennung und vorgemischter, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung zu wechseln, wobei die Steuervorrichtung eine Schließdauer bereitstellt, in welcher sowohl ein Einlassventil als auch ein Auslassventil für eine Zeitdauer von einen Ausstoßtakt bis zu einem Ansaugtakt geschlossen sind, um Abgas in einer Brennkammer einzuschließen, und wobei sie eine Schließdauer-Einspritzung, welche Kraftstoff während der Schließdauer in die Brennkammer einspritzt, durchführt und wobei sie nach dem Ansteigen der Temperatur in der Brennkammer durch eine Verbrennung des während der Schließdauer eingespritzten Kraftstoffes die vorgemischte, komprimiert-selbstzündende Verbrennung durchführt. Die Steuervorrichtung umfasst ein Hauptverbrennungs-Detektions-Teil, das eine Erzeugung der vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung detektiert, einen Auslassventilsteuerungs-Mechanismus, der in der Lage ist, Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils variabel zu ändern, und ein Steuerteil, das eine Einspritzmenge des Kraftstoffes für die Schließdauer-Einspritzung erhöht, wenn die Erzeugung der vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung über einen Grenzwert hinaus fortgeschritten ist, und das die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils unmittelbar vor dem Erreichen der Schließdauer als eine Funktion der Einspritzmenge für die Schließdauer-Einspritzung verzögert, wobei das Steuerteil die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils derart bestimmt, dass selbst bei einer Erhöhung der Schließdauer-Einspritzmenge ein Wert von G/F in einem vorbestimmten Bereich liegt, wobei G/F ein Verhältnis einer Menge G von in einem Zylinder verbleibendem Gas zu einer Menge F von Kraftstoff in dem Zylinder ist.An aspect of the control device for an internal combustion engine according to the invention is a control device which is designed to switch between spark-ignited combustion and premixed, compressed-autoignition combustion, the control device providing a closing period in which both an intake valve and an exhaust valve for a period of an exhaust stroke to an intake stroke are closed to trap exhaust gas in a combustion chamber, and they perform a closing duration injection, which injects fuel into the combustion chamber during the closing duration, and after the temperature rises in the combustion chamber by a combustion of the performs the premixed, compressed self-igniting combustion during the closing period of the injected fuel. The control device includes a main combustion detection part that detects generation of the premixed, compressed auto-ignition combustion, an exhaust valve control mechanism that is able to variably change opening and closing timings of the exhaust valve, and a control part that controls an injection amount of the fuel for the closing duration injection is increased when the generation of the premixed, compressed auto-igniting combustion has progressed beyond a limit value, and the opening and closing times of the exhaust valve immediately before reaching the closing duration as a function of the injection quantity for the closing duration Injection delayed, wherein the control part determines the opening and closing times of the exhaust valve such that even if the closing duration injection amount is increased, a value of G / F is in a predetermined range, where G / F is a ratio of an amount G of in one cylinder remaining m is gas to an amount F of fuel in the cylinder.
[WIRKUNGEN DER ERFINDUNG][EFFECTS OF THE INVENTION]
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit für eine Fehlzündung oder einen Abfall im Drehmoment bei dem Vorgang der vorgemischten, komprimiert-selbstzündenden Verbrennung zu minimieren.In accordance with one aspect of the invention, it is possible to minimize the likelihood of misfire or a drop in torque in the process of premixed, compressed auto-igniting combustion.
FigurenlisteFigure list
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1 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.1 Fig. 13 is a conceptual block diagram of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention. -
2 ist ein Flussdiagramm, das die Vorgänge zur Stabilisierung der Verbrennung in einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erklärt.2 Fig. 13 is a flowchart explaining processes for stabilizing combustion in a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention. -
3 ist ein Zeitdiagramm, das eine Änderung in dem Verhältnis von einer Restgasmenge zu einer Menge an Kraftstoff im Zylinder darstellt, wie durch die Vorgänge zur Stabilisierung der Verbrennung in einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verursacht.3 Fig. 13 is a timing chart showing a change in the ratio of an amount of residual gas to an amount of fuel in the cylinder caused by the combustion stabilization processes in a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention. -
4 ist ein Graph, der einen Prozentsatz der Änderung einer Motorlast repräsentiert, die durch eine Schließdauer-Einspritzmenge und eine Auslassventil-Verzögerung in einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bewirkt wird.4th Fig. 13 is a graph representing a percentage of change in engine load caused by a closing duration injection amount and an exhaust valve delay in a control apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention. -
5 ist ein Graph, der ein Verhältnis einer Restgasmenge zu einer Kraftstoffmenge im Zylinder repräsentiert, wie es durch eine Schließdauer-Einspritzmenge und eine Auslassventil-Verzögerung in einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt wird.5 Fig. 13 is a graph representing a ratio of an amount of residual gas to an amount of fuel in the cylinder generated by a closing duration injection amount and an exhaust valve delay in a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the invention.
[BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM][DESCRIPTION OF THE EMBODIMENT]
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.An embodiment of the invention is described in detail below with reference to the drawings.
Wie in
In dem Motor
Der Motor
Der Kolben
Eine Zündkerze
Der Motor
Das Einlassventil
Der Einlassventilsteuerungs-Mechanismus
Der Einlassventilsteuerungs-Mechanismus
Der Einlassventilsteuerungs-Mechanismus
Der Einlassventilsteuerungs-Mechanismus
Ein Ansaugrohr
Das Drosselventil
Ein Auslassventil
Der Auslassventilsteuerungs-Mechanismus
Ein Abgasrohr
Der so aufgebaute Motor
In dieser Ausführungsform wird der so aufgebauten Motor
In dem ROM der ECU
Eine Vielzahl von Sensoren, wie z.B. der Zylinderdrucksensor
Eine Vielzahl von gesteuerten Objekten, wie z.B. die oben beschriebene Zündkerze
Die ECU
Die ECU
In dem HCCI-Modus, in dem die HCCI-Verbrennung durchgeführt wird, bestimmt die ECU
In dem HCCI-Modus legt die ECU
Die Schließdauer-Einspritzung muss nicht komplett innerhalb der Schließdauer abgeschlossen sein, jedoch muss mindestens mehr als die Hälfte der Schließdauer-Einspritzung in der Schließdauer durchgeführt werden. Die Schließdauer-Einspritzung kann komplett in der Schließdauer durchgeführt werden. Die Zeitdauer der Schließdauer-Einspritzung sind als eine Funktion der Betriebsbedingungen des Motors
Die ECU
Der Druckgrenzwert ist ein Zylinderdruck, bei dem es möglich ist, eine Hauptverbrennung zu erkennen, und dieser wurde im Vorhinein experimentell bestimmt und in dem ROM der ECU
Wenn bestimmt wird, dass die Hauptverbrennung die exzessive Verbrennung war, verzögert die ECU
Auf diese Art und Weise werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils
Die Vorgänge zur Stabilisierung der Verbrennung einer so aufgebauten Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß dieser Ausführungsform werden in Bezug auf
In Schritt
Im folgenden Schritt
Wenn in Schritt
Die Wirkungen der oben beschriebenen Vorgänge zur Stabilisierung der Verbrennung werden mit Bezug zu
Wenn in einer herkömmlichen Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren, wie in
In dieser in
Die Verzögerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils
Das Kennfeld in der Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren, das die Auslassventil-Verzögerung als eine Funktion der Schließdauer-Einspritzmenge bestimmt, wird im Folgenden beschrieben.The map in the internal combustion engine control apparatus that determines the exhaust valve delay as a function of the closing duration injection amount is described below.
Wie oben beschrieben, ist in dieser Ausführungsform die ECU
Dies verzögert die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils
Die ECU
Dadurch werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils
Obwohl die Ausführungsform der Erfindung offenbart wurde, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass alle möglichen Modifikationen der gezeigten Ausführungsform durchgeführt werden können, ohne von Prinzip der Erfindung abzuweichen, und solche Modifikationen und deren Äquivalente sind in den beigefügten Ansprüchen eingeschlossen.Although the embodiment of the invention has been disclosed, it will be apparent to one skilled in the art that all possible modifications can be made to the embodiment shown without departing from the principle of the invention, and such modifications and their equivalents are included in the appended claims.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Motor (Verbrennungsmotor)Engine (combustion engine)
- 33
- ECU (Steuerteil)ECU (control part)
- 77th
- BrennkammerCombustion chamber
- 99
- EinspritzdüseInjector
- 1212
- EinlassventilInlet valve
- 2121st
- AbgaskanalExhaust duct
- 2222nd
- Auslassventiloutlet valve
- 2323
- Auslassventilsteuerungs-MechanismusExhaust valve control mechanism
- 3030th
- Zylinderdrucksensor (Hauptverbrennungs-Detektions-Teil)Cylinder pressure sensor (main combustion detection part)
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