DE102016102647B4

DE102016102647B4 - Kraftstoffeinspritzsteuersystem

Info

Publication number: DE102016102647B4
Application number: DE102016102647.6A
Authority: DE
Inventors: Shinya Hoshi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: DE102016102647A1; JP2016166589A; JP6406073B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuersystem aufweisend:einen Kraftstoffinjektor (20), welcher an einer internen Verbrennungsmaschine (10) angebracht ist und welcher Kraftstoff von einer Einspritzöffnung (21a) in eine Verbrennungskammer (10a) einspritzt;eine Kraftstoffpumpe (31) zum Zuführen von Kraftstoff unter Hochdruck zu dem Kraftstoffinjektor (20); undeine elektronische Steuereinheit (90) zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor (20),wobei die elektronische Steuereinheit (90) das Folgende aufweist:einen Einspritzsteuerabschnitt (91) zum Steuern eines Betriebes des Kraftstoffinjektors (20), um einen Einspritzmodus des Kraftstoffes zu steuern, welcher in die Verbrennungskammer (10a) eingespritzt werden soll; undeinen Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt (93b) zum Bestimmen, ob eine Ablagerungsmenge (Vd) eines Fremdmaterials, welches an einer äußeren Oberfläche des Kraftstoffinjektors in einer Nähe der Einspritzöffnung (21a) angehaftet ist, größer als eine vorbestimmte Menge (Vth) ist, um zu bestimmen, ob sich dieser in einem Fremdmaterialentfernungszustand befindet oder nicht, bei welchem ein Entfernen des Fremdmaterials erforderlich ist,wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) eine Umgebungsverbrennung ausführt, wenn der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt (93b) den Fremdmaterialentfernungszustand bestimmt, undwobei eine Verbrennungsposition des Kraftstoffs bei der Umgebungsverbrennung auf eine Position näher zu der Einspritzöffnung (21a) bewegt wird, wenn dies mit einem Fall verglichen wird, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt (93b) bestimmt, dass sich dieser nicht in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem zum Steuern eines Einspritzzustands bzw. einer Einspritzbedingung des Kraftstoffs, welcher von einem Einspritzport bzw. einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffeinspritzventils in einen Verbrennungskammer einer internen Verbrennungsmaschine eingespritzt wird.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Publikationsnummer JP 2012 - 229 628 A ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem, welche ein Problem offenbart, dass ein Kraftstoffeinspritzventil nicht einem gewünschten Betrag bzw. eine gewünschte Menge eines Kraftstoffs einspritzt, wenn das Verbrennungsprodukt an einer Einspritzöffnung, die in einem Körper des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet ist, als ein Fremdmaterial (als eine Ablagerung) anhaftet, und welches dort abgelagert wird. Ein Versorgungsdruck des Kraftstoffs des Kraftstoffeinspritzventils wird in regelmäßigen Intervallen bzw. Zeitabständen erhöht, um eine solche Ablagerung durch einen strahlartigen Durchfluss des Kraftstoffs, welcher aus dem Kraftstoffeinspritzventil unter einem hohen Druck eingespritzt werden soll, zu entfernen.
Gemäß der DE 10 2014 118 750 A1 ist eine Berechnungsvorrichtung für eine Emission unverbrannten Kraftstoffes vorgesehen, welche derart arbeitet, dass diese eine ausgestoßenen Menge einer unverbrannten Komponente von Kraftstoff, weicher von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine gespritzt wird, berechnet. Die Berechnungsvorrichtung für eine Emission unverbrannten Kraftstoffes berechnet eine Reichweite bzw. erreichte Strecke, welche der Kraftstoffstrahl ausgehend von dem Spritzloch in einer Spritzrichtung voraussichtlich zurücklegt, als eine Funktion eines Kurbelwinkels der Maschine basierend auf der Tatsache, dass ein Impuls des von dem Spritzloch gespritzten Kraftstoffes als ein Impuls des Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird, und berechnet außerdem eine erste Wärmeabgaberate, welche durch die Verbrennung des Kraftstoffstrahls erzeugt wird, basierend auf dem Druck in der Verbrennungskammer, als eine Funktion des Kurbelwinkels der Maschine. Die Berechnungsvorrichtung für eine Emission unverbrannten Kraftstoffes ermittelt außerdem eine zweite Wärmeabgaberate, welche durch die Verbrennung des Kraftstoffstrahls als eine Funktion der Reichweite erzeugt wird, basierend auf einer Beziehung zwischen der Reichweite und der ersten Wärmeabgaberate, berechnet eine räumliche Ausrichtung der Verbrennung des Kraftstoffstrahls basierend auf der zweiten Wärmeabgaberate, und ermittelt die ausgestoßene Menge der unverbrannten Komponente des Kraftstoffes basierend auf der räumlichen Ausrichtung.
Gemäß der DE 10 2015 000 590 A1 wird ein Benzindirekteinspritzungsmotor zur Verfügung gestellt. Der Motor beinhaltet einen Motorkörper, eine Einspritzeinrichtung und einen Controller. Innerhalb eines Betriebsbereichs hoher Last bewirkt der Controller, dass die Einspritzeinrichtung eine Voreinspritzung und eine Nacheinspritzung durchführt. In der Voreinspritzung wird der Kraftstoff eingespritzt, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts im Zylinder höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts im Zylinder zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. In der Nacheinspritzung wird der Kraftstoff eingespritzt, um zu bewirken, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. Der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, zündet, ist ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt.
Aus der DE 10 2014 017 162 A1 ist eine Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung für einen Benzindirekteinspritzungsmotor bekannt, die einen Kraftstoffeinspritzsteuerungs- bzw. -regelungsteil (Motorsteuerungs- bzw.-regelungsvorrichtung) enthält, und die so aufgebaut ist, dass sie einen Kraftstoffeinspritzaspekt eines Injektors steuert bzw. regelt. Der Kraftstoffeinspritzsteuerungs- bzw. -regelungsteil ändert einen Einspritzmodus des Injektors durch Ändern des Hubbetrags des Injektors und des Einspritzintervalls des Kraftstoffs. Der Kraftstoffeinspritzsteuerungs- bzw. -regelungsteil schaltet zwischen einem ersten Einspritzmodus, der mehrere Male der Kraftstoffeinspritzung mit dem geringen Hubbetrag des Injektors und dem kurzen Intervall der Kraftstoffeinspritzung beinhaltet, und einem zweiten Einspritzmodus um, der mehrere Male der Kraftstoffeinspritzung mit dem größeren Hubbetrag des Injektors und dem längeren Intervall der Kraftstoffeinspritzung als denjenigen des ersten Einspritzmodus beinhaltet, und zwar gemäß einem Betriebszustand des Motors.
Die US 2009 / 0 000 595 A1 offenbart eine Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung und Zylindereinspritzung, der mit mindestens einem Kraftstoffeinspritzventil im Zylinder versehen ist, das Kraftstoff direkt in einen Zylinder einspritzt, führt eine Temperaturerhöhungsförderungssteuerung aus, die eine Temperaturerhöhung in der Nähe eines Düsenlochs des Zylinders fördert Kraftstoffeinspritzventil im Zylinder, wenn eine erfasste Temperatur in der Nähe des Düsenlochs des Kraftstoffeinspritzventils im Bereich der Ablagerungsbildungstemperatur liegt.
Die US 2016 / 0 097 339 A1 offenbart eine Steuerung für einen Dieselmotor, die einen Kraftstoffinjektor aufweist, der einen Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt. Die Steuerung hat einen Mittelverbrennungszeitberechnungsabschnitt, der eine Mittelverbrennungszeitperiode berechnet, die von dem Kraftstoff verstrichen ist, der eingespritzt wird, bis eine Hälfte des Kraftstoffs verbrannt ist, basierend auf einem Erfassungswert eines Zylinderdrucksensors. Ferner hat die Steuerung einen Kraftstoffkomponentenberechnungsabschnitt, der ein Verhältnis einer Kohlenstoffmenge relativ zu einer in dem Kraftstoff enthaltenen Wasserstoffmenge basierend auf der Zeitdauer der mittleren Verbrennung berechnet.
Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik wird hauptsächlich eine Ablagerung, welche an einem Inneren der Einspritzöffnung abgelagert ist (eine innere Ablagerung), durch den strahlartigen Durchfluss mit dem hohen Druck entfernt. Allerdings ist das Fremdmaterial ebenso an einer äußeren Oberfläche des Körpers des Einspritzventils als das Verbrennungsprodukt angehaftet (eine äußere Ablagerung). Da die äußere Ablagerung die Einspritzöffnung nicht schließt und keinen großen Einfluss auf eine Einspritzmenge des Kraftstoffs hat, wurde der äußeren Ablagerung in der Vergangenheit keine größere Aufmerksamkeit gewidmet.
Allerdings haben die Erfinder der vorliegenden Offenbarung die Erkenntnis erlangt, dass die äußere Ablagerung ebenso einen Einfluss auf die Form des Kraftstoffsprays hat. Beispielsweise, bei einem Fall, dass die äußere Ablagerung an der äußeren Oberfläche des Körpers in einer Nähe des Einspritzports bzw. der Einspritzöffnung angehaftet ist, wird das Kraftstoffspray, welches aus der Einspritzöffnung eingespritzt wird, durch die äußere Ablagerung auf Grund des Coanda-Effekts angezogen, und dadurch wird die Form des Kraftstoffsprays vergrößert. Insbesondere ist es in den vergangenen Jahren erforderlich geworden, nicht nur die Kraftstoffeinspritzmenge, sondern ebenso auch die Form des Kraftstoffsprays genauer zu steuern. Es ist daher erforderlich, die äußere Ablagerung zu entfernen, um die Form des Kraftstoffsprays genauer zu steuern. Es ist allerdings nicht möglich, die äußere Ablagerung durch ein herkömmliches Verfahren zu entfernen, bei welchem der Kraftstoffzufuhrungsdruck erhöht wird.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf das vorstehende Problem getätigt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem vorzusehen, welches Fremdmaterial entfernen kann, das an einer äußeren Oberfläche einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffeinspritzventils anhaftet.
Gemäß einem Aspekt bzw. Merkmal der vorliegenden Offenbarung wird ein Betrieb eines Kraftstoffinjektors 20 gesteuert, um einen Einspritzmodus des Kraftstoffs, welcher von einer Einspritzöffnung 21a in eine Verbrennungskammer 10a einer Maschine 10 eingespritzt werden soll, zu ändern. Ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem der vorliegenden Offenbarung weist einen Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b zum Bestimmen auf, ob eine Menge des Fremdmaterials, welches an einer äußeren Oberfläche des Kraftstoffinjektors 20 in einer Nähe der Einspritzöffnung 21a als Verbrennungsprodukt angehaftet ist, größer als eine vorbestimmte Menge ist. Der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bestimmt, dass es erforderlich ist, das Fremdmaterial zu entfernen, wenn der Betrag bzw. die Menge des Fremdmaterials größer als die vorbestimmte Menge ist. Das Kraftstoffeinspritzsteuersystem weist einen Einspritzsteuerabschnitt 91 auf, welcher eine Umgebungsverbrennungssteuerung ausführt, bei welcher eine Verbrennungsposition auf eine Position bewegt bzw. gelegt wird, die näher zu der Einspritzöffnung 21a liegt, wenn dies mit einem Fall verglichen wird, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bestimmt, dass es nicht erforderlich ist, das Fremdmaterial zu entfernen.
Gemäß dem vorstehenden Aspekt bzw. Merkmal der vorliegenden Offenbarung wird die Umgebungsverbrennung ausgeführt, wenn bestimmt wird, dass das Entfernen des Fremdmaterials erforderlich ist, wobei dies in einer solchen Art und Weise durchgeführt wird, dass die Verbrennungsposition auf die Position bewegt wird, die näher zu der Einspritzöffnung liegt. Das Fremdmaterial (eine äußere Ablagerung), welche an der äußeren Oberfläche des Kraftstoffinjektors um die Einspritzöffnung anhaftet, wird mit der Wärme bzw. Hitze aufgeheizt, die durch die Umgebungsverbrennung erzeugt wird. Die äußere Ablagerung ist eine Art bzw. ein Ergebnis des Verbrennungsprodukts, und kann unter der Bedingung einer hohen Temperatur verbrannt werden. Daher ist es möglich, das Fremdmaterial (die äußere Ablagerung) zu entfernen, indem dieses verbrannt wird.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung deutlicher werden, welche in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen getätigt wurden. Es zeigt/es zeigen:

1 eine schematische Ansicht, welche ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 eine schematische Querschnittsansicht, welche eine positionsmäßige Beziehung zwischen einer Ablagerung und einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffeinspritzventils der 1 zeigt;
3 ein funktionales Blockdiagramm, welches eine elektronische Steuereinheit der ersten Ausführungsform zeigt;
4 eine Ansicht, welche ein Einspritzbefehlssignal und eine Wellenform einer Einspritzrate des Kraftstoffs zeigt;
5 einen Graph, welcher eine Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate zeigt, welche durch Kraftstoffeinspritzungen erzeugt wird, die in Übereinstimmung mit der Wellenform der Einspritzrate der 4 ausgeführt werden;
6 einen Graph, welcher eine Wellenform für eine Wärmeerzeugungsrate zeigt, welcher sich auf eine Nacheinspritzung bezieht, welche aus der Wellenform der 5 ausgewählt ist;
7 eine Map bzw. Beziehungsdarstellung, welche eine Beziehung zwischen einem Einspritzdruck und einer initialen Einspritzrate zeigt;
8 Daten, welche zeitliche Schwankungen bzw. Variationen der Frontlinienabstände zeigen, die auf die Nacheinspritzung bezogen sind;
9 eine schematische Ansicht, welche volumetrische Verteilungen bzw. Verteilungsmengen von Kraftstoffsprays bei den jeweiligen Timings zeigt;
10 einen Graph, welcher eine Verteilung einer örtlichen Wärmeverteilungsmenge (in einem unteren Teil) und einen integrierten Wert der örtlichen Wärmeverteilungsmenge (in einem oberen Teil) zeigt;
11 eine schematische Ansicht, welche eine Position der Verteilung der örtlichen Wärmeverteilungsmenge in einer Verbrennungskammer zeigt;
12 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren für eine Kraftstoffeinspritzsteuerung (eine Umgebungsverbrennungssteuerung) bei der ersten Ausführungsform zeigt; und
13 ein funktionelles Blockdiagramm, welches eine elektronische Steuereinheit einer zweiten Ausführungsform zeigt;
14 ein funktionelles Blockdiagramm, welches eine elektronische Steuereinheit einer dritten Ausführungsform zeigt; und
15 ein funktionelles Blockdiagramm, welches eine elektronische Steuereinheit einer fünften Ausführungsform zeigt.

Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend mit Hilfe einer Mehrzahl von Ausführungsformen und/oder Modifikationen in Bezug auf die Zeichnungen geschrieben werden. Es werden den gleichen bzw. ähnlichen Strukturen und/oder Abschnitten durchgängig durch die Mehrzahl der Ausführungsformen und/oder Modifikationen die gleichen Bezugszeichen verliehen, um eine wiederholte Erläuterung in der Beschreibung zu vermeiden.
(Erste Ausführungsform)
Ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem der vorliegenden Offenbarung weist eine elektronische Steuereinheit 90 (nachfolgend als die ECU 90 bezeichnet) auf, die in 1 dargestellt ist. Die ECU 90 steuert Betriebe bzw. Betriebsarten für ein Kraftstoffeinspritzventil 20 (nachstehend als der Injektor 20 bezeichnet), welches in einer internen Verbrennungsmaschine 10 (nachstehend als die Maschine 10 bezeichnet) angebracht ist, eine Kraftstoffpumpe 31, ein Abgasrezirkulationsventil (ein EGR-Ventil; nicht näher dargestellt), usw., um einen Verbrennungszustand bzw. eine Verbrennungsart der Maschine 10 zu steuern. Die Maschine 10 und die ECU 90 sind in einem Fahrzeug installiert, sodass das Fahrzeug von der Leistung der Maschine 10 angetrieben wird.
Die Maschine 10 weist einen Zylinderblock 11, einen Zylinderkopf 12, einen Kolben 15, usw. auf. Der Kolben 15 ist mit einer Kurbelwelle 17 über eine konische Stange 16 verbunden. Durch eine innere periphere Oberfläche des Zylinderblocks 11, einer oberen Oberfläche 15a des Kolbens 15 und einer inneren Wandoberfläche des Zylinderkopfs 12 wird eine Verbrennungskammer 10a ausgebildet. Ein Einlassventil 13 zum Öffnen und Schließen einer Einlassöffnung 12a, ein Auslassventil 14 zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung 12b, und der Injektor 20 sind in dem Zylinderkopf 12 vorgesehen. Kraftstoff, welcher in die Verbrennungskammer 10a eingespritzt wird, wird mit Luft gemischt, um eine Luft-Kraftstoffmischung auszubilden, welche in der Verbrennungskammer 10a komprimiert und selbst gezündet wird.
Ein Hochdruckkraftstoff, welcher durch die Kraftstoffpumpe 31 komprimiert wird, wird zu einem Common-Rail 30 zugeführt, welcher den Hochdruckkraftstoff bei einem vorbestimmten Kraftstoffdruck beibehält, und welcher den Kraftstoff unter Hochdruck zu jedem der Injektoren 20 verteilt, die für die jeweiligen Zylinder vorgesehen sind. Der Injektor 20 hat einen Körper 21, einen elektromagnetischen Aktuator 22, ein Ventilelement 23 usw. Der elektromagnetische Aktuator 22 und das Ventilelement 23 sind in dem Körper 21 aufgenommen, welcher aus Metall hergestellt ist.
So wie dies in 2 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen 21a an einem vorderen Ende des Körpers 21 zum Einspritzen des Kraftstoffs ausgebildet. Ein Ventilsitz 21s ist an einer inneren Wandoberfläche des Körpers 21 ausgebildet, sodass ein vorderer Endabschnitt 23a des Ventilelements 23 auf dem Ventilsitz 21s aufsitzt oder sich von diesem trennt. Eine Kraftstoffpassage 21b ist zwischen der inneren Wandoberfläche des Körpers 21 und einer äußeren Oberfläche des Ventilelements 23 ausgebildet, wenn das Ventilelement 23 angehoben und von dem Ventilsitz 21s getrennt wird. Eine Ansaugkammer 21c ist in einem Inneren des Körpers 21 an einer stromabwärtsgelagerten Seite der Kraftstoffpassage 21b ausgebildet, und die Einspritzöffnungen 21a sind mit der Ansaugkammer 21c verbunden.
Wenn dem elektromagnetischen Aktuator 22 elektrische Leistung zugeführt wird, wird das Ventilelement 23 in einer Ventilöffnungsrichtung angehoben, sodass das Ventilelement 23 von dem Ventilsitz 21s getrennt wird. Die Kraftstoffpassage 21b wird dadurch geöffnet. Im Ergebnis fließt der Hochdruckkraftstoff, welcher von dem Common-Rail 30 zugeführt wird, zu den Einspritzöffnungen 21a durch die Kraftstoffpassage 21b und der Ansaugkammer 21c, und dann wird der Hochdruckkraftstoff in die Verbrennungskammer 10a durch die Einspritzöffnungen 21a eingespritzt. Wenn eine Zuführung der elektrischen Leistung zu dem elektromagnetischen Aktuator 22 unterbrochen wird, wird das Ventilelement 23 nach unten in einer Ventilschließrichtung bewegt, sodass das Ventilelement 23 auf dem Ventilsitz 21s aufsitzt. Daher wird die Kraftstoffpassage 21b geschlossen, um dadurch eine Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzöffnungen 21a zu stoppen.
Ein Einspritzstarttiming des Kraftstoffs ist gesteuert, wenn ein Starttiming der elektrischen Leistungsversorgung zu dem elektromagnetischen Aktuator 22 durch die ECU 90 gesteuert wird. Eine Einspritzzeitperiode bzw. Einspritzzeitdauer wird für jeden Ventilöffnungsbetrieb des Injektors 20 gesteuert, wenn die Leistungsversorgungszeitdauer für die elektrische Leistungsversorgung zu dem elektromagnetischen Ventil 22 durch die ECU 90 gesteuert wird. In anderen Worten wird eine Einspritzmenge des Kraftstoffs für jeden Ventilöffnungsbetrieb des Injektors 20 gesteuert. Der Druck des Kraftstoffs, der in dem Common-Rail 30 akkumuliert ist, wird durch das Steuern der Kraftstoffabgabemenge der Kraftstoffpumpe 31 gesteuert. Namentlich wird der Einspritzdruck des Kraftstoffs durch den Injektor 20 durch die ECU 90 gesteuert.
Der Injektor 20 ist an einer Position angeordnet, bei welcher eine Mittenachse C des Injektors 20 mit einer Mittenachse des Kolbens 15 übereinstimmt. Das vordere Ende des Körpers 21 ist zu der Verbrennungskammer 10a so freigestellt, dass die Einspritzöffnungen 21a im Inneren der Verbrennungskammer 10a platziert sind. Die Mehrzahl der Einspritzöffnungen 21a sind um die Mittenachse C in gleichen Abständen bzw. Intervallen in einer Umfangsrichtung des Injektors 20 so angeordnet, dass der Kraftstoff in einer Richtung weg von der Mittenachse C eingespritzt wird. Genauer gesagt, wird der Kraftstoff von jedem der Einspritzöffnungen 21a in einer radialen Art und Weise eingespritzt. In 2 zeigt jede der schattierten Abschnitte F eine Form eines Kraftstoffsprays, welches von der Einspritzöffnung 21a eingespritzt wird. Bei dem Beispiel der 2, da die Einspritzöffnung 21a in einer runden Form ausgebildet ist, weist das Kraftstoffspray F eine konische Form auf.
Fremdmaterial (eine Ablagerung D), welche ein Verbrennungsprodukt ist, wird an der äußeren Oberfläche des vorderen Endes des Körpers 21 angehaftet und dort abgelagert, da ein vorderes Ende des Körpers 21 in der Verbrennungskammer 10a freigestellt ist. Wenn die Ablagerung D an der äußeren Oberfläche des Körpers 21 in einem Bereich bzw. an einer Fläche aufgebaut wird, die die Einspritzöffnung 21a umgibt, wird der Coanda-Effekt erzeugt, und auf das Kraftstoffspray F angewandt. Namentlich wird das Kraftstoffspray F durch die Ablagerung D angezogen, und der Spraywinkel 2θ wird expandiert, so wie durch die Pfeile in 2 angegeben ist. Dann kann das Kraftstoffspray F eine Form aufweisen, welche von einer gewünschten Form abweicht.
Die ECU 90 weist einen Mikrocomputer 90a, einen Ansteuerschaltkreis 90b und so weiter auf. Der Mikrocomputer 90a steuert ein Einspritztiming, die Einspritzmenge, den Einspritzdruck des Kraftstoffs und so weiter, basierend auf der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 17 (das heißt, basierend auf einer Drehgeschwindigkeit NE der Maschine), einer Last der Maschine, einem Druck in der Verbrennungskammer 10a (das heißt, einem Druck in dem Zylinder), und so weiter. Die Drehgeschwindigkeit NE der Maschine wird durch den Mikrocomputer 90a basierend auf einem Erfassungswert des Drehwinkelsensors 81 berechnet. Die Maschinenlast wird durch den Mikrocomputer 90a basierend auf einem Erfassungswert eines Gaspedalsensors 82 berechnet. Der Druck im Zylinder bzw. der Zylinderdruck wird durch den Mikrocomputer 90a basierend auf einem Erfassungswert eines Zylinderdrucksensors 83 berechnet.
Der Mikrocomputer 90a berechnet verschiedene Arten von Sollwerten, welche auf eine Einspritzbedingung bzw. einen Einspritzzustand (einen Einspritzmodus) des Kraftstoffs, der von dem Injektor 20 eingespritzt werden soll, bezogen sind, und dies basierend auf der berechneten Drehgeschwindigkeit NE der Maschine und der Last der Maschine. Genauer gesagt berechnet der Mikrocomputer 90a das Einspritztiming, die Einspritzmenge (eine Leistungsversorgungszeitdauer für den Injektor 20), eine Anzahl von Einspritzungen bzw. Injektionen einer Multi-Stage-Kraftstoffeinspritzung (diese wird nachstehend näher erläutert), und so weiter.
Bei der Multi-Stage-Kraftstoffeinspritzung wird der Kraftstoff in den gleichen Zylinder (in die Verbrennungskammer 10a) mittels einiger Einspritzbetätigungen innerhalb eines Verbrennungszyklus eingespritzt. Die Multi-Stage-Kraftstoffeinspritzung beinhaltet eine Haupteinspritzung zum Erzeugen eines Verbrennungsdrucks, eine Piloteinspritzung, welche vor der Haupteinspritzung ausgeführt wird (eine Kraftstoffmenge der Piloteinspritzung ist kleiner als diejenige der Haupteinspritzung), eine Nacheinspritzung, welche nach der Haupteinspritzung ausgeführt wird (eine Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung ist kleiner als diejenige der Haupteinspritzung), und so weiter. Es ist möglich, eine Emission von Stickstoffdioxid (NOx) durch eine Pilotverbrennung zu verringern, was durch die Piloteinspritzung realisiert wird. Es ist möglich die Emission von Rauch durch eine Nachverbrennung zu verringern, was durch die Nacheinspritzung realisiert wird.
Eine CPU des Mikrocomputers 90a führt ein Berechnungsverfahren in Übereinstimmung mit Programmen aus, die in einer Speichervorrichtung abgespeichert sind, um die nachstehend in Bezug auf 3 erläuterten jeweiligen Funktionen durchzuführen. Jeder der funktionalen Abschnitte steuert die Betriebe bzw. Betriebsarten des Injektors 20 und der Kraftstoffpumpe 31, um dadurch den Einspritzzustand zu steuern.
So wie dies in 3 gezeigt ist, weist der Mikrocomputer 90a einen Einspritzsteuerabschnitt 91, einen Ablagerungsmengeschätzabschnitt 93a zum Abschätzen einer Menge der angelagerten Ablagerung, einen Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b zum Bestimmen der Notwendigkeit eines Verfahrens zum Entfernen der Ablagerung, einen ersten Berechnungsabschnitt 94a zum Berechnen einer zeitlichen Variation der Wärmeerzeugungsrate, einen zweiten Berechnungsabschnitt 94b zum Berechnen einer Zeitvariation einer Verteilung des Kraftstoffsprays, einen dritten Berechnungsabschnitt 94c zum Berechnen einer Wärmeverteilung, und einen Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d zum Identifizieren von Verbrennungspositionen auf.
Der Einspritzsteuerabschnitt 91 berechnet die Sollwerte, welche auf den Einspritzmodus des Kraftstoffs, der von dem Injektor 20 eingespritzt werden soll, bezogen sind, und dies basierend auf der Drehgeschwindigkeit der Maschine und der Last der Maschine. Die Sollwerte des Einspritzmodus beinhalten das Einspritztiming, die Einspritzmenge, die Anzahl der Einspritzungen, und ebenso die Intervalle zwischen den Einspritzungen für den Fall einer Multi-Stage-Kraftstoffeinspritzung. Diese Sollwerte werden basierend auf der Maschinendrehgeschwindigkeit, der Maschinenlast und so weiter berechnet.
Beispielsweise wird der Sollwert für das Einspritztiming basierend auf dem Folgenden berechnet. Eine Beziehung zwischen einem optimalen Wert des Einspritztimings und der Maschinendrehgeschwindigkeit so wie auch der Maschinenlast wird vorab durch Experimente erhalten. Eine Speicherabbildung wird vorbereitet, bei welcher die optimalen Werte mit der Maschinendrehgeschwindigkeit und der Maschinenlast assoziiert werden. Dann wird die Map bzw. Speicherabbildung (eine Einspritztiming-Map) in einer Speichervorrichtung 92 des Mikrocomputers 90a abgespeichert. Die optimalen Werte werden durch das Berücksichtigen einer Balance zwischen einem Ausgangsdrehmoment in Abhängigkeit zur Maschinenlast und der Maschinendrehgeschwindigkeit, einer Abgasemission und eines Verbrennungsgeräuschs eingestellt. Der Einspritzsteuerabschnitt 91 liest den optimalen Wert aus der Map 92 basierend auf einer aktuellen Maschinendrehgeschwindigkeit und einer aktuellen Maschinenlast aus, und stellt einen solchen ausgelesenen Optimalwert als das Solleinspritztiming ein.
Der Einspritzsteuerabschnitt 91 erzeugt ein Einspritzbefehlssignal, welches zu dem Ansteuerschaltkreis 90b ausgegeben werden soll, basierend auf den Sollwerten für das Einspritztiming, der Einspritzmenge, der Einspritzanzahl und den Einspritzintervallen der Multi-Stage-Kraftstoffeinspritzung. Das Einspritzbefehlssignal ist ein Pulssignal, so wie dies in dem oberen Teil der 4 gezeigt ist. Die elektronische Leistungsversorgung zu dem Injektor 20 beginnt bei einem Timing eines Puls-AN, um den Ventilöffnungsbetrieb des Injektors 20 zu starten. Die elektrische Leistungsversorgung wird bei einem Timing eines Puls-AUS unterbrochen, um einen Ventilschließbetrieb des Injektors 20 zu starten.
Der obere Teil der 4 zeigt ein Beispiel eines Einspritzbefehlssignals, gemäß welchem der Kraftstoff in drei instanziierten Einspritzungen eingespritzt wird, das heißt, die Piloteinspritzung, die Haupteinspritzung und die Nacheinspritzung werden jeweils ausgeführt. Ein unterer Teil der 4 zeigt eine Zeitvariation bzw. zeitliche Schwankung einer Einspritzrate, welche durch die jeweiligen Einspritzbefehlssignale realisiert wird, die in dem oberen Teil der 4 angegeben sind. Die Einspritzrate entspricht einer Einspritzmenge des Kraftstoffs, welche von der Einspritzöffnung 21a für eine Zeiteinheit eingespritzt wird. So wie dies in 4 gezeigt ist, wird die Einspritzrate bei einem Timing erhöht, das gegenüber einem Anstiegstiming des Puls-AN verzögert ist, während die Einspritzrate bei einem Timing verringert wird, welches von einem abfallenden Timing des Puls-AUS zeitlich verzögert ist. Bei dem unteren Teil der 4 entspricht ein Bereich bzw. eine Fläche der Einspritzwellenform der Einspritzmenge des Kraftstoffs.
Eine Öffnungsfläche der Kraftstoffpassage 21b ist bei einem Timing kurz nach dem Start des Ventilöffnungsbetriebs bei dem Ventilelement 23 klein (das heißt, bei dem Start der Hebebewegung des Ventilelements 23). Die Einspritzrate ist deshalb gering. Der Öffnungsbereich der Kraftstoffpassage 21b wird in Übereinstimmung mit dem Abheben des Ventilelements 23 allmählich erhöht, so dass die Einspritzrate entsprechend erhöht wird. Wenn die Öffnungsfläche der Kraftstoffpassage 21b größer als eine Öffnungsfläche der Einspritzöffnung 21a wird, wird ein Grad des Beschränkens des Kraftstoffflusses durch den Einspritzport 21a größer als ein Grad des Beschränkens des Kraftstoffflusses durch die Kraftstoffpassage 21b. Daher wird die Einspritzrate maximiert, wenn die Öffnungsfläche der Kraftstoffpassage 21b größer als die Öffnungsfläche der Einspritzöffnung 21a wird.
Ein angeschrägter bzw. steigender Winkel „Rup“ der Einspritzrate und ein abgeschrägter bzw. abfallender Winkel „Rdw“ der Einspritzrate sind identisch zueinander bei jeder Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung. Da eine Einspritzzeitdauer für die Piloteinspritzung und die Nacheinspritzung kurz ist, wird die Einspritzrate von einem Anstiegszustand zu einem abfallenden Zustand vor dem Erreichen einer Maximalinjektionsrate „Rmax“ geändert. Auf der anderen Seite, da eine Einspritzzeitdauer für die Haupteinspritzung ausreichend lang ist, wird die Einspritzrate so lange erhöht, bis diese die maximale Einspritzrate „Rmax“ erreicht, und dann wird die Einspritzrate wieder verringert.
Bezug nehmend auf die 3 berechnet der Einspritzsteuerabschnitt 91 ebenso den Sollwert für den Einspritzdruck basierend auf der Maschinendrehgeschwindigkeit und der Maschinenlast. Ein Entladedruck des Kraftstoffs aus der Kraftstoffpumpe 31 wird basierend auf dem Solleinspritzdruck berechnet, um den Kraftstoffdruck in dem Common Rail 30 (den Druck des Rails) zu steuern, und um dadurch den Einspritzdruck aus der Einspritzöffnung 21a zu steuern.
Der Ablagerungsmengeschätzabschnitt 93a schätzt die Menge der angesammelten Ablagerung D basierend auf einer Betriebshistorie der Maschine 10. Beispielsweise beinhaltet die Betriebshistorie die Maschinendrehgeschwindigkeit, die Kraftstoffeinspritzmenge, eine Temperatur der Verbrennungskammer 10a und so weiter. Wenn die Temperatur der Verbrennungskammer 10a höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, kann die Ablagerung D oxidiert werden, und so von dem Injektor 20 entfernt werden. Zusätzlich, wenn eine Umgebungsverbrennungssteuerung (nachstehend näher beschrieben) ausgeführt wird, wird die Ablagerung D ebenso von dem Injektor 20 entfernt. Daher schätzt in einem solchen Fall des Entfernens der Ablagerung D der Ablagerungsmengeschätzabschnitt 93a die Menge der angesammelten Ablagerung D durch das Abziehen einer Menge, welche dem Entfernen der Ablagerung D entspricht.
Der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bestimmt, ob ein Betriebszustand der Maschine sich in einem Fremdmaterialentfernungszustand befindet, bei welchem das Entfernen der Ablagerung D erforderlich ist. Genauer gesagt bestimmt der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b, dass sich der Betriebszustand der Maschine in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet, wenn die Menge der angesammelten Ablagerung D, welche durch den Ablagerungsmengeschätzabschnitt 93a bestimmt wird, größer als ein vorbestimmter Wert ist. Bei dem Fall, dass der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bestimmt, dass der Betriebszustand der Maschine der Fremdmaterialentfernungszustand ist, führt der Einspritzsteuerabschnitt 91 die Umgebungsverbrennungssteuerung aus. Bei der Umgebungsverbrennungssteuerung wird eine Position der Verbrennung des Kraftstoffs derart gesteuert, dass diese auf eine Position bewegt wird, welche näher an der Einspritzöffnung 21a liegt, und dies im Vergleich zu dem Fall, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bestimmt, dass sich der Betriebszustand der Maschine nicht in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet. Daher entspricht die Umgebungsverbrennungssteuerung einer solchen Steuerung gemäß welcher eine repräsentative Position der Verbrennung (welche durch den Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d bestimmt wird) auf die Position bewegt wird, welche näher an der Einspritzöffnung 21a liegt, und dies im Vergleich mit dem Fall, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bestimmt, dass der Betriebszustand der Maschine sich nicht in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet.
Der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d identifiziert die repräsentative Position der Verbrennung basierend auf einer örtlichen Wärmeerzeugungsmenge, welche durch den dritten Berechnungsabschnitt 94c berechnet wird. Die örtliche Wärmeerzeugungsmenge entspricht einer Verteilung einer Wärmeerzeugungsmenge in Bezug auf den Einspritzabstand „X“ von der Einspritzöffnung 21a (ein unterer Teil der 10). Der dritte Berechnungsabschnitt 94c berechnet die örtliche Wärmeerzeugungsmenge basierend auf einer Wellenform der Wärmeerzeugungsrate (6), die durch den ersten Berechnungsabschnitt 94a berechnet wird, und basierend auf einem Übergang der Kraftstoffverteilung (9), welcher durch den zweiten Berechnungsabschnitt 94b berechnet wird. Ein Verfahren zum Identifizieren der repräsentativen Position der Verbrennung wird nachstehend näher erläutert werden.
Der erste Berechnungsabschnitt 94a berechnet eine Wellenform für einen Zylinderdruck, welcher einem Detektionswert des Zylinderdrucksensors 83 entspricht, und welcher eine zeitliche Variation bzw. zeitliche Schwankung des Zylinderdrucks zeigt. Der Zylinderdruck, welcher erfasst werden soll, beinhaltet eine Druckänderung (eine Kompressionskomponente), welche durch eine Kompression der Luft-Kraftstoffmischung durch den Kolben 15 und eine Druckänderung (eine Verbrennungskomponente), welche durch die Expansion bei Verbrennung verursacht wird, verursacht wird. Die Kompressionskomponente wird durch einen Durchmesser des Kolbens 15, einem Hub-Betrag des Kolbens 15, einem Volumen der Verbrennungskammer 10a usw. identifiziert, so wie dies schon im Stand der Technik bekannt ist. Entsprechend ist es möglich, die Verbrennungskomponente durch das Subtrahieren der Kompressionskomponente von der Wellenform für den Zylinderdruck zu berechnen. Zusätzlich, da die Verbrennungskomponente hochgradig mit der Wärmeerzeugungsrate korreliert ist, ist es möglich, eine Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate (5) basierend auf der Verbrennungskomponente zu berechnen.
5 zeigt die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, wenn der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 10a in einer Art und Weise der 4 eingespritzt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ablagerung D von dem Injektor 20 entfernt, indem die Umgebungsverbrennung für die Nachverbrennung durchgeführt wird. Daher nimmt der erste Berechnungsabschnitt 94a die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, die durch die Nacheinspritzung verursacht wird, und dies aus der Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, die auf die Mehrzahl der Einspritzungen bezogen ist. 6 zeigt die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, welche durch den ersten Berechnungsabschnitt 94a ausgewählt bzw. genommen wird. Die Wärmeerzeugungsrate entspricht einem Wärmebetrag bzw. einer Wärmemenge, welche innerhalb einer Zeiteinheit erzeugt wird, oder welche innerhalb eines einheitlichen Drehwinkels erzeugt wird, während die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate einer zeitlichen Schwankung bzw. Variation der Wärmeerzeugungsrate entspricht.
Ein Verfahren zum Auswählen bzw. Herausnehmen der Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, das auf die Nacheinspritzung bezogen ist, wird in Bezug auf 5 erläutert werden.
Ein Drehwinkel (ein Zeitpunkt), bei dem die Wärmeerzeugungsrate in der Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, die in 5 innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs gezeigt ist, erhöht ist, wird als ein Startzeitpunkt „ta“ der Nacheinspritzung berechnet. Ein Drehwinkel (ein Zeitpunkt), bei welchem die Wärmeerzeugungsrate auf einem Wert der Wärmeerzeugungsrate bei dem Startzeitpunkt „ta“ verringert ist, nachdem die Wärmeerzeugungsrate erhöht ist, wird als ein Endzeitpunkt „tb“ der Nacheinspritzung berechnet. Alternativ wird ein anderer Drehwinkel (ein anderer Zeitpunkt), bei welchem die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate sich mit einer virtuellen Linie (einer gestrichelten Linie) kreuzt, als ein Endzeitpunkt „tc“ der Nacheinspritzung berechnet, wobei die virtuelle Linie unter der Voraussetzung berechnet wird, dass die Wärmeerzeugungsrate mit einer vorbestimmten Absenkung bzw. Abschwächung gegenüber der Wärmeerzeugungsrate bei dem Startzeitpunkt „ta“ verringert ist.
Der zweite Berechnungsabschnitt 94b berechnet einen Penetrationsbetrag des Kraftstoffsprays F in Übereinstimmung mit einer Formel 1, welche nachstehend aufgeführt ist. Der Penetrationsbetrag entspricht einem Abstand „x“ zwischen der Einspritzöffnung 21a und einer Frontlinienposition des Kraftstoffsprays F. Der Abstand „x“ entspricht ebenso dem Injektionsabstand „X“. $x = \sqrt{\frac{ρ_{f u e l}}{ρ_{a i r} (t)}} \cdot \sqrt{\frac{d_{n} \cdot w_{0} (t)}{tan θ}} \cdot \sqrt{t}$
Bei der vorstehenden Formel 1 ist „t“ eine von einem Start der Kraftstoffeinspritzung verstrichene Zeit, „θ“ ist der halbe Wert des Spraywinkels „2θ“, „dn“ ist ein Durchmesser der Einspritzöffnung 21a, „wo(t)“ ist eine Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit bei der Einspritzöffnung, „ρfuel“ ist eine Kraftstoffdichte, und „ρair(t)“ ist eine Luftdichte in dem Zylinder, wobei dies die Zeit „t“ als eine Variable aufweist. Der Zylinderdruck bzw. der Druck in dem Zylinder, welcher basierend auf dem Erfassungswert des Zylinderdrucksensors 83 berechnet wird, und eine Temperatur in dem Zylinder, welche basierend auf einem Erfassungswert eines Temperatursensors in dem Zylinder (nicht näher dargestellt) berechnet wird, werden für die Berechnung der Luftdichte „ρair(t)“ verwendet. Ein Erfassungswert eines Kraftstoffdichtesensors (nicht näher dargestellt) oder ein vorbestimmter konstanter Wert werden als die Kraftstoffdichte „ρfuel“ verwendet.
Ein Initialwert für die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit „wo(t)“ bei der Einspritzöffnung, das heißt, eine initiale Einspritzrate bei dem Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, wird durch den Einspritzdruck definiert, so wie dies in 7 gezeigt ist. Daher erhält der zweite Berechnungsabschnitt 94b die initiale Einspritzrate aus einer Map bzw. Abbildung der 7 basierend auf dem Einspritzdruck. Der zweite Berechnungsabschnitt 94b berechnet den Initialwert für die Kraftstoffeinspritzgeschwindigkeit „wo(t)“ bei der Einspritzöffnung (das heißt, eine Initialgeschwindigkeit der Kraftstoffeinspritzung) durch das Dividieren der initialen Einspritzrate durch eine Öffnungsfläche der Einspritzöffnung 21a.
In 8 zeigt eine gepunktete Linie „R“ die Wellenform der Einspritzrate für die Nacheinspritzung, die in 4 gezeigt ist. Eine durchgezogene Linie „L“ zeigt, dass ein Frontlinienabstand des Kraftstoffsprays sich über die Zeit vergrößert. Jede der anderen durchgezogenen Linien zeigt eine zeitliche Änderung des Penetrationsbetrags, der durch die vorstehende Formel 1 berechnet wird. Beispielsweise zeigt die durchgezogene Linie, welche mit dem Bezugszeichen „LI“ bezeichnet ist, die zeitliche Änderung des Frontlinienabstands des Kraftstoffsprays (eines initialen Kraftstoffsprays), wobei der Kraftstoff bei dem Timing „t1“ nach dem Startzeitpunkt der Wellenform für die Einspritzrate um „0,05ms“ eingespritzt wird, und wobei der eingespritzte Kraftstoff (die Frontlinie des Kraftstoffsprays) expandiert und über die Zeit entlang bewegt wird. Eine andere durchgezogene Linie „L2“ zeigt die zeitliche Änderung des Frontlinienabstands eines Kraftstoffsprays (eines mittleren Kraftstoffsprays), wobei der Kraftstoff bei dem Timing „t2“ um „0,1ms“ nach dem Timing des Startzeitpunkts eingespritzt wird. Eine weitere durchgezogene Linie „L3“ zeigt die zeitliche Änderung des Frontlinienabstands eines Kraftstoffsprays (eines Kraftstoffsprays am Ende der Zeitdauer), wobei der Kraftstoff bei einem Timing „t3“ um „0,15ms“ nach dem Timing des Startzeitpunkts eingespritzt wird.
So wie dies in 8 gezeigt ist, wird der Frontlinienabstand des initialen Kraftstoffsprays „L1“, nach einer vorbestimmten Zeit, länger als der Frontlinienabstand des mittleren Kraftstoffsprays „L2“. Der Frontlinienabstand des Kraftstoffsprays am Ende der Zeitdauer „L3“ ist immer kürzer als derjenige des mittleren Kraftstoffsprays „L2“. Ein aggregierter Abschnitt der jeweiligen Kraftstoffsprays, welche sekündlich eingespritzt werden, und welche den größten Frontlinienabstand aufweisen, entspricht dem Frontlinienabstand „L“ des Kraftstoffsprays.
9 ist eine Ansicht, welche eine örtliche Position des Kraftstoffsprays in Bezug auf eine Abstandsachse „α“, eine Volumenachse „β“ und eine Zeitachse „γ“ zeigt. Die Abstandsachse „α“ entspricht der Penetration (eine vertikale Achse) der 8. Die Volumenachse „β“ zeigt die Menge eines Kraftstoffsprays. Die Zeitachse „γ“ entspricht einem zeitlichen Pfad (einer horizontalen Achse) der 8. Beispielsweise zeigt die durchgezogene Linie V(t1) eine volumetrische Verteilung des Kraftstoffsprays F(t1) in Bezug auf den Abstand von der Einspritzöffnung 21a, wobei das Kraftstoffspray F(t1) bei dem Timing „t1“ eingespritzt wird. In einer ähnlichen Weise zeigt die durchgezogene Linie V(t2) eine volumetrische Verteilung des Kraftstoffsprays F(t2) in Bezug auf den Abstand von der Einspritzöffnung 21a, wobei das Kraftstoffspray F(t2) bei dem Timing „t2“ eingespritzt wird.
So wie dies vorstehend erläutert ist, berechnet der zweite Berechnungsabschnitt 94b die volumetrische Verteilung der Kraftstoffsprays für jede Zeiteinheit, so wie dies in 9 gezeigt ist, indem eine zeitliche Variation des Frontlinienabstands verwendet wird (die durchgezogene Linie „L“ in 8), wobei diese in Übereinstimmung mit der Formel 1 berechnet wird.
Der dritte Berechnungsabschnitt 94c berechnet einen Wärmeerzeugungsbetrag für jedes Timing basierend auf der Wellenform der Wärmeerzeugungsrate der 6, wobei der Wärmeerzeugungsbetrag der Kraftstoffsprayverteilung für jedes Timing entspricht, so wie dies in 9 gezeigt ist. Beispielsweise integriert der dritte Berechnungsabschnitt 94c die Wärmeerzeugungsrate für eine vorbestimmte Zeitdauer, wobei dies das Timing „t1“ des Kraftstoffsprays F(t1) beinhaltet, sodass ein Wärmeerzeugungsbetrag Q(t1) berechnet wird, so wie dies in 6 gezeigt ist. In einer ähnlichen Art und Weise berechnet der dritte Berechnungsabschnitt 94c die Wärmeerzeugungsbeträge, wobei jeder davon dem jeweiligen Kraftstoffspray bei jedem Timing entspricht (beinhaltend einer Menge Q(t2) bei dem Timing „t2“). Bei der vorstehenden Berechnung wird angenommen, dass der Wärmeerzeugungsbetrag bei jedem Timing eine gleichmäßige Dichte innerhalb eines Bereichs der Kraftstoffsprayverteilung aufweist. In anderen Worten wird der Wärmeerzeugungsbetrag in Übereinstimmung mit der volumetrischen Verteilung des Kraftstoffsprays bei jedem Timing verteilt. Entsprechend ist es möglich eine Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags für jedes Timing zu berechnen, wobei die Wärmeverteilung einer Verteilung des Wärmeerzeugungsbetrags in Bezug auf den Abstand von der Einspritzöffnung 21a entspricht (siehe auch ein unterer Teil der 10).
Der dritte Berechnungsabschnitt 94c berechnet eine integrierte Wärmeverteilung des örtlichen Wärmerzeugungsbetrags (siehe auch ein oberer Teil der 10), welche einer Wellenform entspricht, die durch das Integrieren der Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags bei dem jeweiligen Timing entspricht (siehe auch der untere Teil der 10).
Der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d identifiziert die repräsentative Position für die Verbrennung für die Nacheinspritzung basierend auf der integrierten Wärmeverteilung (siehe auch 10, der obere Teil) des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags oder der Wärmeverteilung (siehe auch 10, der untere Teil) des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags. Beispielsweise wird bei der integrierten Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags, der in dem oberen Teil der 10 gezeigt ist, eine Position „Xa“ als die repräsentative Position der Verbrennung ausgewählt, wobei ein integrierter Wert des Wärmeerzeugungsbetrags 50% des gesamten Wärmeerzeugungsbetrags bei der Position „Xa“ erreicht. Alternativ wird bei der Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags, der in dem unteren Teil der 10 gezeigt ist, eine Position „Xb“ als die repräsentative Position der Verbrennung ausgewählt, wobei der Wärmeerzeugungsbetrag einen Maximalwert bei der Position „Xb“ erreicht. 11 ist eine schematische Ansicht, welche eine Position der Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags in der Verbrennungskammer 10a zeigt. In 11 wird angenommen, dass eine Position des Schwerpunkts für den Hauptverbrennungsbereich „Fafter“ mit der Position „Xa“ oder der Position „Xb“ zusammenfällt.
12 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zeigt, welches durch den Mikrocomputer 90a ausgeführt werden soll.
Bei Schritt S10 schätzt der Mikrocomputer 90a die Menge der Ablagerung D (einen angesammelten Betrag „Vd“), welche sich um die Einspritzöffnung 21a an einer äußeren Oberfläche des Körpers 21 angesammelt hat. Genauer gesagt wird diese Schätzung durch den Ablagerungsmengenschätzabschnitt 93a durchgeführt.
Bei Schritt S11 bestimmt der Mikrocomputer 90a, ob der angesammelte Betrag bzw. die angesammelte Menge „Vd“ größer als ein vorbestimmter Wert „Vth“ ist oder nicht. Genauer gesagt wird die Bestimmung wird die Bestimmung durch den Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b durchgeführt. In dem Fall, dass „Vd ≥ Vth“ ist (ein JA bei Schritt S11), bestimmt der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b, dass der Betriebszustand der Maschine sich in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet, sodass ein Schritt S12 und dessen nachfolgende Schritte ausgeführt werden. Auf der anderen Seite, bei dem Fall, dass „Vd < Vth“ ist (ein NEIN bei Schritt S11), springt das Verfahren zu einem Ende, sodass das Verfahren wiederholt von dem Schritt S10 an in einem nächsten Zyklus durchgeführt bzw. wiederholt wird.
Die Schritte S12 bis S14 werden durch den ersten Berechnungsabschnitt 94a ausgeführt. Bei dem Schritt S12 erhält der erste Berechnungsabschnitt 94a den Druck im Zylinder. Bei dem Schritt S13 berechnet der erste Berechnungsabschnitt 94a die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate basierend auf dem Zylinderdruck, welcher bei Schritt S12 erhalten wird. Bei dem Schritt S14 wählt der erste Berechnungsabschnitt 94a die Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, die auf die Nacheinspritzung bezogen wird, und dies aus der Wellenform für die Wärmeerzeugungsrate, die bei Schritt S13 berechnet wird.
Bei den Schritten S15 bis S20 werden die Berechnungen durch den zweiten Berechnungsabschnitt 94b ausgeführt. Bei Schritt S15 berechnet der zweite Berechnungsabschnitt 94b die Zylindertemperatur bzw. die Temperatur im Zylinder. Bei Schritt S16 erhält der zweite Berechnungsabschnitt 94b die Kraftstoffdichte „pfuel“ basierend auf dem Erfassungswert von einem Kraftstoffdichtesensor (nicht näher dargestellt). Anstelle des Vorsehens des Kraftstoffdichtesensors kann ein vorbestimmter Wert als die Kraftstoffdichte „pfuel“ verwendet werden. Bei dem Schritt S17 berechnet der zweite Berechnungsabschnitt 94b die Zylinderluftdichte „pair(t)“ basierend auf dem Zylinderdruck, welcher bei Schritt S12 erhalten wird. Bei dem Schritt S18 erhält der zweite Berechnungsabschnitt 94b den Einspritzdruck basierend auf dem Detektionswert bzw. Erfassungswert des Rail-Drucksensors 84. Bei dem Schritt S19 schätzt der zweite Berechnungsabschnitt 94b die Wellenform der Einspritzrate „R“ (in den unteren Teil der 4), welche auf die Nacheinspritzung bezogen ist, und dies basierend auf dem Einspritzbefehlssignal. Bei dem Schritt S20 berechnet der zweite Berechnungsabschnitt 94b den Penetrationsbetrag der Nacheinspritzung (den Frontlinienabstand „L“ in 8), indem die jeweiligen Variablen in die vorstehend dargelegte Formel 1 substituiert werden. Der zweite Berechnungsabschnitt 94b berechnet ferner die volumetrische Verteilung des Kraftstoffsprays (9) für jede Zeiteinheit.
Bei einem Schritt S21 berechnet der dritte Berechnungsabschnitt 94c die integrierte Wärmeverteilung für den örtlichen Wärmeerzeugungsbetrag oder die Wärmeverteilung für den örtlichen Wärmeerzeugungsbetrag, was in 10 dargestellt ist, basierend auf der Wärmeerzeugungsrate für die Nacheinspritzung (dies wird bei Schritt S14 berechnet) und der volumetrischen Verteilung des Kraftstoffsprays (dies wird bei Schritt S20 berechnet). Bei einem Schritt S22 berechnet der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d die repräsentative Position „Xb“ der Verbrennung der Nacheinspritzung (die nach Verbrennung) basierend auf der Wärmeverteilung (oder auf der integrierten Wärmeverteilung), was bei Schritt S21 berechnet wird. Bei einem Schritt S23 bestimmt der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d, ob die repräsentative Position „Xb“ bei einer Position näher zu der Einspritzöffnung platziert ist als eine vorbestimmte Position „Xth“ (Xb ≤ Xth).
In einem Fall des „Xb ≤ Xth“ (ein JA bei dem Schritt S23), bestimmt der Mikrocomputer 90a, dass die aktuelle Verbrennung der Umgebungsverbrennung entspricht, so dass das Verfahren zu einem Ende springt. Auf der anderen Seite, bei dem Fall des „Xb > Xth“ (ein NEIN bei dem Schritt S23), springt das Verfahren zu einem Schritt S24, um die Umgebungsverbrennungssteuerung für die Nacheinspritzung durch den Einspritzsteuerabschnitt 91 auszuführen. In anderen Worten wird der Kraftstoffeinspritzmodus solcherart geändert, dass die Verbrennungsposition auf eine Position bewegt wird, welche näher zu der Einspritzöffnung 21a gelegen ist. Genauer gesagt wird die Umgebungsverbrennungssteuerung ausgeführt, indem zumindest eines der Einspritztimings der Nacheinspritzung, der Einspritzmenge der Nacheinspritzung, oder einer geteilten Anzahl der Nacheinspritzung gesteuert wird. Die geteilte Anzahl für die Nacheinspritzung ist eine Teilzahl der Nacheinspritzung, gemäß welcher ein Solleinspritzbetrag bzw. eine Solleinspritzmenge für die Nacheinspritzung in eine Mehrzahl von Einspritzungen unterteilt wird.
Beispielsweise, wenn das Einspritztiming für die Nacheinspritzung fortgeschritten ist, wird ein Intervall zwischen der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung kürzer. Entsprechend einer solchen Steuerung (einer fortgeschrittenen Steuerung für das Einspritztiming), wird die Nacheinspritzung getätigt, während die Zylindertemperatur bzw. die Temperatur im Zylinder höher ist. Da die Zündperformance für den Kraftstoff für die Nacheinspritzung erhöht ist, wird der eingespritzte Kraftstoff unmittelbar danach gezündet, nachdem dieser von der Einspritzöffnung 21a aus eingespritzt wird. Entsprechend wird eine Zündverzögerung kürzer gestaltet. In anderen Worten wird die Verbrennungsposition auf eine Position bewegt, welche näher an der Einspritzöffnung 21a liegt.
Wenn die Teilanzahl der Nacheinspritzung erhöht wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge für jede Einspritzung geringer. So wie dies nachstehend erläutert ist, wenn die Einspritzrate geringer wird, dann wird die Penetration geringer. Daher wird die Verbrennungsposition auf eine Position bewegt, die näher an der Einspritzmenge 21a liegt. Da die Einspritzmenge der Nacheinspritzung gering ist, so wie dies in 4 gezeigt ist, startet das Ventilelement 23 mit dessen Ventilschließbewegung bevor der Hebebetrag des Ventilelements 23 dessen maximale Hebeposition erreicht, in anderen Worten, bevor der Kraftstoffdruck in der Ansaugkammer 21c ausreichend auf die maximale Einspritzrate „Rmax“ erhöht wird. Daher wird die Ventilöffnungszeit geringer, genauso wie die Einspritzmenge kleiner wird. Genauer gesagt, da der Maximalwert der Einspritzrate gering wird, wird die Penetration geringer.
So wie dies vorstehend erläutert ist, wird die Einspritzrate geringer, wenn der Einspritzbetrag der Nacheinspritzung geringer ausgestaltet wird. Daher wird die Penetration dadurch geringer werden, und die Verbrennungsposition wird auf eine Position bewegt, die näher an der Einspritzöffnung 21a liegt. Insbesondere kann die Penetration geringer gestaltet werden, wenn die Einspritzmenge der Nacheinspritzung kleiner bzw. geringer ausgestaltet wird, und dies sogar bei dem Fall, dass die Nacheinspritzung nicht durch die Mehrzahl der Einspritzungen durchgeführt wird.
In dem Fall, dass die Umgebungsverbrennungssteuerung durch das Ändern des Einspritztimings, der Teilzahl und der Einspritzmenge der Nacheinspritzung ausgeführt wird, wird die Umgebungsverbrennungssteuerung in einer vorzugsweisen Reihenfolge des Einspritztimings, der Teilzahl und der Einspritzmenge ausgeführt. In anderen Worten wird das Einspritztiming zuerst bei dem Schritt S24 geändert, während die Teilzahl und die Einspritzmenge nicht verändert werden. Wenn der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d bei dem Schritt S23 eines nächsten Zyklus bestimmt, dass „Xb“ kleiner als „Xth“ (Xb ≤ Xth) ist, dann wird der geschätzte Wert für den eingesammelten Betrag „Vd“ bei dem Schritt S10 kleiner ausgestaltet, da angenommen werden kann, dass die Umgebungsverbrennung ausgeführt wird. Genauer gesagt wird die Umgebungsverbrennungssteuerung kontinuierlich ausgeführt, bis der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b bei dem Schritt S11 bestimmt, dass „Vd“ kleiner als „Vth“ (Vd < Vth) ist.
In dem Fall, dass der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d bei dem Schritt S23 nicht bestimmt, dass „Xb“ kleiner als „Xth“ (Xb ≤ Xth) ist, und dies auch ungeachtet dessen, dass das Zündtiming bei dem Schritt S24 eines vorausgegangenen Zyklus geändert wurde, dann wird bestimmt, dass die Umgebungsverbrennung nicht ausreichend ausgeführt worden ist. Daher reduziert der Ablagerungsbetragschätzabschnitt 93a nicht den geschätzten Wert für den eingesammelten Betrag „Vd“ bei dem Schritt S10. Zusätzlich verzögert der Zündsteuerabschnitt 91 weiter das Einspritztiming bei dem Schritt S24.
In einem Fall, dass die Umgebungsverbrennung nicht ausreichend ausgeführt worden ist, sogar falls das Zündtiming zu dessen Schranken des Steuerbereichs verzögert worden ist, dann wird die Teilzahl der Nacheinspritzung bei dem Schritt S24 des nächsten Zyklus erhöht. In diesem Fall wird die Teilzahl so lange erhöht, bis der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d bestimmt, dass „Xb“ kleiner als (Xb ≤ Xth) bei dem Schritt S23 ist, genauer gesagt, dass die Umgebungsverbrennung effektiv ausgeführt wird.
Bei einem Fall, dass die Umgebungsverbrennung nicht ausreichend ausgeführt wird, sogar fall die Teilzahl an dessen Grenzen des Steuerbereichs erhöht wird, dann wird die Einspritzmenge bei dem Schritt S24 des nächsten Zyklus verringert. In diesem Fall wird die Einspritzmenge weiter verringert, bis der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d bestimmt, dass „Xb“ kleiner ist, als „Xth“ (Xb ≤ Xth), und dies bei dem Schritt S23 (die Umgebungsverbrennung wird effektiv ausgeführt).
Für den Fall, dass die Umgebungsverbrennung nicht ausreichend ausgeführt wird, sogar falls die Einspritzmenge auf dessen Grenzen des Steuerbereichs verringert wird, dann wird die aktuelle Umgebungsverbrennungssteuerung fortgesetzt.
Wenn sowohl das Einspritztiming, die Teilzahl und auch die Einspritzmenge durch die Umgebungsverbrennungssteuerung geändert werden, wird jedes davon derart gesteuert, dass das Maschinendrehmoment, das durch die Verbrennung erzeugt wird, nicht in jedem Verbrennungszyklus stark verändert wird. Beispielsweise, in einem Fall, dass die Einspritzmenge für die Nacheinspritzung reduziert wird, wird eine Einspritzmenge für die Haupteinspritzung so erhöht, dass die Verringerung des Drehmoments entsprechend der Verringerung der Einspritzmenge für die Nacheinspritzung kompensiert wird. In einem Fall, dass es nicht möglich ist, eine Änderung des Drehmoments ausreichend zu kompensieren, wird sowohl das Einspritztiming, die Teilzahl und auch die Einspritzmenge allmählich für die Umgebungsverbrennungssteuerung geändert, damit der Fahrer der Fahrzeugs die Änderung des Drehmoments durch die Umgebungsverbrennungssteuerung nicht spürt.
Der Einspritzsteuerabschnitt 91 führt die Umgebungsverbrennungssteuerung so durch, dass sichergestellt ist, dass ein Abstand zwischen der Verbrennungsposition (die repräsentative Position „Xb“) und der Einspritzöffnung 21a größer als ein vorbestimmter Abstand ist. In anderen Worten, wenn der Abstand der Verbrennungsposition kleiner als ein unterer Schwellwert wird, wird die Umgebungsverbrennungssteuerung in einer solchen Art und Weise ausgeführt, dass die Verbrennungsposition in eine Richtung weg von der Einspritzöffnung 21a bewegt wird.
Der Ablagerungsbetragschätzabschnitt 93a schätzt bei dem Schritt S10 die angesammelte Menge „Vd“ durch das Subtrahieren einer solchen Menge (einer regenerativen Menge) der Ablagerung D, welche durch die Umgebungsverbrennungssteuerung entfernt wird, wenn die Umgebungsverbrennungssteuerung ausgeführt wird. Genauer gesagt wird die Regenerationsmenge auf einen höheren Wert geschätzt, und es wird die Regenerationsmenge subtrahiert, um die angesammelte Menge „Vd“ zu berechnen, so wie die Verbrennungstemperatur bei der Nacheinspritzung bezogen auf die Umgebungsverbrennungssteuerung höher ist, und so wie die repräsentative Position in der Nachbarschaftsverbrennung näher zu der Einspritzöffnung 21a angeordnet wird, und/oder so wie die Temperatur des Körpers 21 höher wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b vorgesehen, welcher bestimmt, ob der Maschinenbetriebszustand in dem Fremdmaterialentfernungszustand, bei welchem die Ablagerung D mit der Menge „Vd“ angesammelt wird, größer als der vorbestimmte Wert „Vth“ ist. Wenn der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b den Fremdmaterialentfernungszustand bestimmt, dann wird die Umgebungsverbrennungssteuerung ausgeführt. Bei der Umgebungsverbrennungssteuerung wird die Verbrennungsposition auf die Position bewegt, welche näher zu der Einspritzöffnung 21a gelegen ist, und dies im Vergleich zu dem Fall, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt 93b nicht den Fremdmaterialentfernungszustand bestimmt. Gemäß dem vorstehend erläuterten Betrieb bzw. Betriebszustand kann Fremdmaterial (die externe Ablagerung), welches an einen peripheren Abschnitt der Einspritzöffnung 21a an der äußeren Oberfläche des Körpers 21 angehaftet ist, mit Sauerstoff durch die Wärme, die durch die Umgebungsverbrennung erzeugt wird, oxidiert (das heißt verbrannt) werden. Im Ergebnis kann das Fremdmaterial entfernt werden. Entsprechend ist es möglich eine Situation zu vermeiden, bei der das Kraftstoffspray, welches aus der Einspritzöffnung 21a eingespritzt wird, durch die äußere Ablagerung angezogen wird, wobei die Form des Kraftstoffsprays vergrößert wird. In anderen Worten ist es möglich, die gewünschte Form für das Kraftstoffspray präzise zu erhalten.
Zusätzlich führt gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Einspritzsteuerabschnitt 91 die Umgebungsverbrennungssteuerung für die Nacheinspritzung durch. Bei der Nacheinspritzung wird der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 10a unter der Bedingung eingespritzt, dass die Temperatur der Verbrennungskammer 10a schon durch die Hauptinjektion bzw. Einspritzung auf den hohen Wert erhöht ist. Daher wird der Kraftstoff unter der Bedingung eingespritzt, dass der Kraftstoff leicht selbst gezündet wird. Eine Zündverzögerung für den Kraftstoff der Nacheinspritzung wird kürzer. Es ist deshalb leicht möglich, die Umgebungsverbrennung zu realisieren, um die Verbrennungsposition auf die Position zu bewegen, welche näher an der Einspritzöffnung 21a gelegen ist.
Im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform kann es möglich sein, die Umgebungsverbrennung durch das Verringern der Penetration auszuführen, wenn der Kraftstoffdruck in dem Common Rail 30 so verringert wird, dass der Einspritzdruck verringert ist. Allerdings kann in einem solchen Fall die Verringerung des Einspritzdrucks das Zerstäuben des Kraftstoffsprays nicht nur für die Nacheinspritzung verhindern, sondern ebenso auch für die Haupteinspritzung oder die Piloteinspritzung. Es kann deshalb wahrscheinlich sein, dass die Abgasreinigung des Abgases verschlechtert wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung, führt der Einspritzsteuerabschnitt 91 allerdings die Umgebungsverbrennungssteuerung durch das Steuern zumindest eines des Einspritztimings, der Einspritzmenge und der Teilzahl der Nacheinspritzung durch. Daher ist es möglich, die Umgebungsverbrennung durchzuführen, ohne zu verursachen, dass sich die Emissionsreinigung des Abgases verschlechtert.
Zusätzlich führt der Einspritzsteuerabschnitt 91 die Umgebungsverbrennungssteuerung mit der Vorzugsreihenfolge des Einspritztimings, der Teilzahl und der Einspritzmenge der Nacheinspritzung durch. Die vorstehend dargelegte Vorzugsreihenfolge entspricht in seiner Reihenfolge dem größeren Effekt zum Verkürzen der Zündverzögerung. In anderen Worten hat das Verfahren zum Verkürzen des Einspritztimings den größten Effekt für das Verkürzen der Zündverzögerung. Entsprechend ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, in einfacher und/oder leichter Art und Weise die Umgebungsverbrennung zu realisieren, da eine Wahrscheinlichkeit zum Realisieren der Umgebungsverbrennung durch das Ändern des Einspritztimings ohne Änderung der Teilzahl und der Einspritzmenge höher wird. Zusätzlich, in dem Fall, dass die Umgebungsverbrennung nicht ausgeführt werden kann, sogar falls das Einspritztiming auf den Grenzwert in dem vorausgegangenen Zyklus fortgeschritten ist, dann werden die Teilzahl und die Einspritzmenge weiter geändert, um die Umgebungsverbrennung zu realisieren. Daher ist es, so gut es möglich ist, möglich, die Situation zu vermeiden, dass die Umgebungsverbrennung nicht ausreichend umgesetzt wird.
Zusätzlich führt der Einspritzsteuerabschnitt 91 die Umgebungsverbrennungssteuerung in einer solchen Art und Weise durch, dass der Abstand zwischen der Verbrennungsposition und der Einspritzöffnung 21a derart gestaltet wird, dass dieser größer als der zuvor bestimmte Abstand ist. Daher ist es möglich, zu vermeiden, dass die Temperatur des Körpers 21 des Injektors 20 eine extrem hohe Temperatur wird, wobei dadurch eine thermische Verformung des Injektors 20 vermieden wird. Insbesondere ist die Sitzoberfläche 21s ein Abschnitt, bei welchen das Ventilelement 23 wiederholt damit in Kontakt gebracht wird, daher ist es am wahrscheinlichsten, dass die Sitzoberfläche 21s thermisch verformt wird. Allerdings ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die thermische Deformation beziehungsweise Verformung des Injektors 20 zu vermeiden, da die Umgebungsverbrennungssteuerung derart durchgeführt wird, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Zusätzlich, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, weist der Mikrocomputer 90a den dritten Berechnungsabschnitt 94c zum Berechnen der Wärmeverteilung für den örtlichen Wärmeerzeugungsbetrag in Bezug auf den Abstand des Kraftstoffs von der Einspritzöffnung 21a und den Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d zum Identifizieren der Verbrennungsposition basierend auf der Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags auf. Es ist deshalb möglich, die Verbrennungsposition genauer zu identifizieren, und dies im Vergleich zu einem Fall, bei welchem eine Verteilung einer Temperatur im Zylinder erfasst wird, und bei dem die Verbrennungsposition basierend auf einer solchen Temperaturverteilung identifiziert wird.
Ferner weist der Mikrocomputer 90a der vorliegenden Ausführungsform den ersten Berechnungsabschnitt 94a zum Berechnen der zeitlichen Schwankung für die Wärmeerzeugungsrate basierend auf dem Erfassungswert des Zylinderdrucksensors 93 und den zweiten Berechnungsabschnitt 94b zum Berechnen der zeitlichen Variation der volumetrischen Verteilung des Kraftstoffsprays in Bezug auf den Einspritzabstand von der Injektionsöffnung 21a auf. Der dritte Berechnungsabschnitt 94c berechnet die Wärmeverteilung des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags basierend auf den Berechnungsergebnissen der ersten und zweiten Berechnungsabschnitte 94a und 94b. Daher ist es möglich, die Verbrennungsposition genauer zu identifizieren, und dies im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Wärmeverteilung des Wärmeerzeugungsbetrags basierend auf der Maschinendrehgeschwindigkeit NE, der Maschinenlast, dem Einspritzbefehlssignal und so weiter abgeschätzt wird.
(Zweite Ausführungsform)
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, so wie dies in 13 gezeigt ist, weist der Mikrocomputer 90a einen Flussgeschwindigkeitsschätzabschnitt 95 auf, welche die Flussgeschwindigkeit der Luft-Kraftstoffmischung in der Verbrennungskammer 10a in einer Nähe zu der Einspritzöffnung 21a abschätzt. Ein verwirbelter beziehungsweise taumelnder Fluss wird in der Luft-Kraftstoffmischung in Abhängigkeit zu einer Form der oberen Oberfläche 21a des Kolbens 15 erzeugt. Die Flussgeschwindigkeit der Luft-Kraftstoffmischung variiert in Abhängigkeit zu einem Ventilöffnungstiming des Einlassventils 13, der Maschinendrehgeschwindigkeit NE und so weiter. Im Hinblick auf diesen Punkt schätzt der Flussgeschwindigkeitsschätzabschnitt 95 die Flussgeschwindigkeit basierend auf de, Ventilöffnungstiming des Einlassventils 13 und der Maschinendrehgeschwindigkeit NE ab.
Der Einspritzsteuerabschnitt 91 führt die Umgebungsverbrennungssteuerung in einer solchen Art und Weise durch, dass die Verbrennungsposition auf eine Position bewegt wird, die deutlich näher zu der Einspritzöffnung 21a liegt, so wie die Flussgeschwindigkeit, die der Flussgeschwindigkeitsschätzabschnitt 95 schätz, höher wird. In anderen Worten wird ein Schwellwert (das heißt, der vorbestimmte Wert „Xth“), der bei dem Schritt S23 verwendet wird, aus einen kleineren Wert geändert, so wie die Flussgeschwindigkeit höher wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, bei der eine Temperatur der Ablagerung D durch die Umgebungsverbrennung aufgrund der hohen Flussgeschwindigkeit der Luft-Kraftstoffmischung nicht ausreichend erhöht wird, da die Verbrennungsposition auf die Position näher zu der Einspritzöffnung 21a bewegt wird, und dies in Abhängigkeit zu der Erhöhung der Flussgeschwindigkeit der Luft-Kraftstoffmischung. Auf der anderen Seite ist es ebenso möglich, die Situation zu vermeiden, bei der die Verbrennungsposition um mehr als ein notwendigen Abstand näher zu der Einspritzöffnung 21a gelegen ist, wenn die Flussgeschwindigkeit niedrig ist.
(Dritte Ausführungsform)
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, so wie dies in 14 gezeigt ist, weist der Mikrocomputer 90a einen Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 auf, welcher eine Temperatur des Injektors 22 schätzt. Genauer gesagt schätzt der Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 eine Temperatur der Einspritzöffnung 21a des Körpers 21 basierend auf einem Erfassungswert eines Temperatursensors für die Verbrennungskammer 10a ab. Alternativ schätzt der Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 der Einspritzöffnung 21a des Körpers 21 basierend auf der Historie des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags ab.
Der Einspritzsteuerabschnitt 91 führt die Umgebungsverbrennungssteuerung in einer solchen Art und Weise durch, dass die Verbrennungsposition auf eine Position bewegt wird, welche deutlich näher zu der Einspritzöffnung 21a liegt, so wie die Temperatur, die durch den Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 bestimmt wird, niedriger ist. In anderen Worten wird ein Schwellwert (das heißt, der vorbestimmte Wert „Xth“), welcher bei dem Schritt S23 verwendet wird, auf einen geringeren Wert geändert, so wie die Temperatur des Injektors 20 höher wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, bei der die Temperatur der Ablagerung D nicht durch die Umgebungsverbrennung ausreichend erhöht wird, und dies aufgrund dessen, dass die Temperatur des Injektors 20 niedriger ist, da die Verbrennungsposition auf die Position bewegt wird, welche deutlich näher zu der Einspritzöffnung 21a liegt, so wie die Temperatur des Injektors 20 niedriger wird. Auf der anderen Seite ist es ebenfalls möglich, die Situation zu vermeiden, dass die Position näher als notwendig zu der Einspritzöffnung 21a gelegen ist, wenn die Temperatur des Körpers 21 hoch ist.
(Vierte Ausführungsform)
Gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der Mikrocomputer 90a den Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 auf, welcher der gleiche ist, wie derjenige der dritten Ausführungsform, die in 14 gezeigt ist. Der Einspritzsteuerabschnitt 91 führt die Umgebungsverbrennungssteuerung durch, wenn die Temperatur des Injektors 20, die durch den Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 geschätzt wird, höher als ein vorbestimmter Wert ist. Beispielsweise in dem Fall des Kurbelns der Maschine 10 bei einer kalten Umgebungstemperatur wird die Umgebungsverbrennungssteuerung verhindert, wenn die Temperatur, die durch den Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 geschätzt wird, niedriger als der vorbestimmte Wert ist, da angenommen wird, dass die Ablagerung D durch die Umgebungsverbrennung D nicht verbrannt werden kann, wenn die geschätzte Temperatur an der Einspritzöffnung 21a des Körpers 21 niedrig ist.
So wie dies vorstehend beschrieben ist wird die Umgebungsverbrennung ausgeführt, wenn die Temperatur, die durch den Ventiltemperaturschätzabschnitt 96 geschätzt wird, höher ist, als der vorbestimmte Wert. In anderen Worten kann eine sinnlose Umgebungsverbrennung in dem Fall vermieden werden, dass die Ablagerung D durch die Umgebungsverbrennung nicht abgebrannt werden kann. Daher ist es möglich, eine mögliche Verschlechterung der Abgasreinigung des Abgases zu vermeiden, da die sinnlose Umgebungsverbrennung vermieden wird.
(Fünfte Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform weist der Mikrocomputer 90a den dritten Berechnungsabschnitt 94c auf, und der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d identifiziert die Verbrennungsposition basierend auf den örtlichen Wärmeerzeugungsbetrag (der Wärmeverteilung), welcher durch den dritten Berechnungsabschnitt 94c berechnet wird.
Gemäß der fünften Ausführungsform eliminiert allerdings der Mikrocomputer 90a eine Struktur entsprechend den ersten bis dritten Berechnungsabschnitten 94 bis 94c, so wie dies in 15 gezeigt ist. Anstelle weist der Mikrocomputer 90a einen Temperaturverteilungsschätzabschnitt 94e zum Schätzen der Verteilung einer Temperatur in dem Zylinder auf (eine Zylindertemperaturverteilung). Beispielsweise schätzt der Temperaturverteilungsschätzabschnitt 94e die Verteilung der Temperatur in dem Zylinder basierend auf der Historie des örtlichen Wärmeerzeugungsbetrags ab. Der Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt 94d der 15 identifiziert die Verbrennungsposition (die repräsentative Position) basierend auf der Zylindertemperaturverteilung, welche durch den Temperaturverteilungsschätzabschnitt 94e geschätzt wird. Da es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, die Verbrennungsposition zu identifizieren, kann die Umgebungsverbrennung ausgeführt werden.
(Weitere Modifikationen der Erfindung)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann ferner auf verschiedene Arten und Weisen modifiziert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich, obwohl dies nicht explizit bei der vorliegenden Offenbarung erwähnt ist, können die vorstehenden Offenbarungen miteinander kombiniert werden.
Bei der vorstehenden ersten Ausführungsform wird beispielsweise die Umgebungsverbrennung in einer solchen Art und Weise ausgeführt, dass der Abstand zwischen der Verbrennungsposition und er Einspritzöffnung 21a derart gestaltet ist, dass dieser größer als der vorbestimmte Wert ist, um die mögliche thermische Verformung des Körpers 21 zu vermeiden. Allerdings kann die Umgebungsverbrennungssteuerung auf die folgende Art und Weise modifiziert werden. Nämlich, wenn die Temperatur des Körpers 21 höher als der vorbestimmte obere Schwellwert ist, dann wird der Einspritzzustand derart gesteuert, dass der Abstand zwischen der Verbrennungsposition und der Einspritzöffnung länger wird oder dass die Umgebungsverbrennung verboten beziehungsweise vermieden ist, um die thermische Verformung des Körpers 21 zu vermeiden.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen wird die Ablagerung D durch die Umgebungsverbrennung des Kraftstoffs entfernt, welcher bei der Nacheinspritzung eingespritzt wird. es ist ebenso möglich die Ablagerung D durch die Umgebungsverbrennung durch den Kraftstoff zu entfernen, der bei anderen Kraftstoffeinspritzungen oder bei einer anderen Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, als bei der Nacheinspritzung. Beispielsweise ist es möglich, die Ablagerung D durch die Umgebungsverbrennung des Kraftstoffs zu entfernen, der bei der Piloteinspritzung eingespritzt wird, welche vor der Haupteinspritzung ausgeführt wird. Es ist ebenso möglich, die Umgebungsverbrennung des Kraftstoffs bei der Haupteinspritzung auszuführen. Es ist ferner möglich, die Umgebungsverbrennung auszuführen, sogar wenn der Kraftstoff einmal bei jedem Verbrennungszyklus eingespritzt wird.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird zumindest eines des Einspritztimings, der Teilerzahl (bzw. der heruntergeteilten Anzahl) oder der Einspritzmenge für die Umgebungsverbrennung geändert. Allerdings kann der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail derart verringert werden, so dass der Einspritzdruck bei der Einspritzöffnung 21 a verringert wird, um dadurch die Verbrennungsposition auf die Position zu bewegen, welche bei der Umgebungsverbrennung näher an der Einspritzöffnung 21a gelegen ist.
Die jeweiligen Abschnitte der ECU 90 und/oder die jeweiligen Funktionen, die durch die ECU 90 vorgesehen sind, können durch die Software vorgesehen werden, welche in der Speichervorrichtung beziehungsweise den Speichervorrichtungen abgespeichert sind, und dies kann durch den Computer zum Durchführen der Software vorgesehen werden. Alternativ können die vorstehenden jeweiligen Abschnitte und Funktionen nur durch Software, nur durch Hardware oder durch eine Kombination von Software und Hardware vorgesehen sein. Beispielsweise, wenn die ECU durch elektronische Schaltkreise einer Hardware ausgebildet wird, können die jeweiligen Abschnitte und Funktionen durch digitale Schaltkreise beinhaltend eine Mehrzahl von logischen Schaltkreisen und/oder eine Mehrzahl von analogen Schaltkreisen vorgesehen sein.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuersystem aufweisend: einen Kraftstoffinjektor (20), welcher an einer internen Verbrennungsmaschine (10) angebracht ist und welcher Kraftstoff von einer Einspritzöffnung (21a) in eine Verbrennungskammer (10a) einspritzt; eine Kraftstoffpumpe (31) zum Zuführen von Kraftstoff unter Hochdruck zu dem Kraftstoffinjektor (20); und eine elektronische Steuereinheit (90) zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor (20), wobei die elektronische Steuereinheit (90) das Folgende aufweist: einen Einspritzsteuerabschnitt (91) zum Steuern eines Betriebes des Kraftstoffinjektors (20), um einen Einspritzmodus des Kraftstoffes zu steuern, welcher in die Verbrennungskammer (10a) eingespritzt werden soll; und einen Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt (93b) zum Bestimmen, ob eine Ablagerungsmenge (Vd) eines Fremdmaterials, welches an einer äußeren Oberfläche des Kraftstoffinjektors in einer Nähe der Einspritzöffnung (21a) angehaftet ist, größer als eine vorbestimmte Menge (Vth) ist, um zu bestimmen, ob sich dieser in einem Fremdmaterialentfernungszustand befindet oder nicht, bei welchem ein Entfernen des Fremdmaterials erforderlich ist, wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) eine Umgebungsverbrennung ausführt, wenn der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt (93b) den Fremdmaterialentfernungszustand bestimmt, und wobei eine Verbrennungsposition des Kraftstoffs bei der Umgebungsverbrennung auf eine Position näher zu der Einspritzöffnung (21a) bewegt wird, wenn dies mit einem Fall verglichen wird, bei welchem der Verbrennungsmodusbestimmungsabschnitt (93b) bestimmt, dass sich dieser nicht in dem Fremdmaterialentfernungszustand befindet.
Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß Anspruch 1, wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennung für eine Nacheinspritzung ausführt, welche eine aus einer Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen ist, die bei einer Mehrzahl von Zeitpunkten in einem Verbrennungszyklus ausgeführt werden, und welche mit einer größten Kraftstoffmenge aus der Mehrzahl der Kraftstoffeinspritzungen in dem einen Verbrennungszyklus nach einer Haupteinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff ausgeführt wird.
Krafststoffeinspritzsteuersystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennung ausführt, bei welcher zumindest einer des Folgenden geändert wird: des Einspritzzeitpunkts des Kraftstoffs, der Einspritzmenge des Kraftstoffes und einer Teilerzahl der Mehrzahl der Kraftstoffeinspritzungen.
Krafststoffeinspritzsteuersystem gemäß Anspruch 3, wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennung ausführt, bei welcher das Einspritztiming des Kraftstoffes, die Einspritzmenge des Kraftstoffes und die Teilerzahl der Mehrzahl der Kraftstoffeinspritzungen in dieser Vorzugsreihenfolge gesteuert werden.
Krafststoffeinspritzsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennung in einer solchen Art und Weise ausführt, dass ein Abstand zwischen der Verbrennungsposition und der Einspritzöffnung (21a) größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektronische Steuereinheit (90) ferner das Folgende aufweist: einen dritten Berechnungsabschnitt (94c) zum Berechnen einer Wärmeverteilung für einen Wärmeerzeugungsbetrag in Bezug auf einen Einspritzabstand des Kraftstoffes von der Einspritzöffnung (21a); und einen Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt (94d) zur Identifizierung der Verbrennungsposition basierend auf der Wärmeverteilung des Wärmeerzeugungsbetrages.
Krafststoffeinspritzsteuersystem gemäß Anspruch 6, wobei die elektronische Steuereinheit (90) ferner das Folgende aufweist: einen ersten Berechnungsabschnitt (94a) zum Berechnen einer Zeitvariation einer Wärmeerzeugungsrate basierend auf einem Detektionswert von einem Drucksensor in dem Zylinder (83) zum Erfassen eines Druckes in der Verbrennungskammer (10a); und einen zweiten Berechnungsabschnitt (94b) zum Berechnen einer Zeitvariation für eine volumetrische Verteilung des Kraftstoffes in Bezug auf den Einspritzabstand von der Einspritzöffnung (21a), wobei der dritte Berechnungsabschnitt (94c) die Wärmeverteilung des Wärmeerzeugungsbetrages basierend auf den Berechnungsergebnissen der ersten und zweiten Berechnungsabschnitte (94a, 94b) berechnet.
Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die elektronische Steuereinheit (90) ferner einen Flussgeschwindigkeitsabschnitt (95) zum Schätzen einer Flussgeschwindigkeit einer Luft-Kraftstoffmischung in der Verbrennungskammer (10a) aufweist, und wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennung in einer solchen Art und Weise ausführt, dass die Verbrennungsposition auf die Position bewegt ist, welche deutlich näher zu der Einspritzöffnung (21a) liegt, so wie die Flussgeschwindigkeit, die durch den Flussgeschwindigkeitsschätzabschnitt (95) geschätzt wird, höher ist.
Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die elektronische Steuereinheit (90) ferner einen Temperatur-Schätzabschnitt (96) zum Schätzen einer Temperatur des Kraftstoffinjektors (20) beinhaltet, und wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennungen in einer solchen Art und Weise ausführt, dass die Verbrennungsposition auf die Position bewegt wird, die deutlich näher zu der Einspritzöffnung (21a) liegt, so wie die Temperatur, die durch den Temperaturschätzabschnitt (96) geschätzt wird, niedriger ist.
Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die elektronische Steuereinheit (90) ferner einen Temperaturschätzabschnitt (96) zum Schätzen einer Temperatur des Kraftstoffinjektors (20) beinhaltet, und wobei der Einspritzsteuerabschnitt (91) die Umgebungsverbrennung ausführt, wenn die Temperatur, die durch den Temperaturschätzabschnitt (96) abgeschätzt ist, höher als der vorbestimmte Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektronische Steuereinheit (90) ferner das Folgende aufweist: einen Temperaturverteilungsschätzabschnitt (94e) zum Abschätzen einer Temperaturverteilung für eine Temperatur in dem Zylinder, basierend auf einer Historie eines örtlichen Wärmeerzeugungsbetrages; und einen Verbrennungspositionsidentifikationsabschnitt (94d) zum Identifizieren der Verbrennungsposition basierend auf der Temperaturverteilung, die durch den Temperaturverteilungsschätzabschnitt (94e) geschätzt wird.