DE102016110516B4

DE102016110516B4 - Controller für eine Dieselmaschine

Info

Publication number: DE102016110516B4
Application number: DE102016110516.3A
Authority: DE
Inventors: Atsunori Okabayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: US20160363080A1; JP6424747B2; JP2017002825A; DE102016110516A1; US10072598B2

Abstract

Controller (40) für eine Dieselmaschine (10) mit einem Kraftstoffinjektor (17), der einen Kraftstoff in eine Brennkammer (11b) einspritzt, aufweisend:einen Parameter-Ermittlungsbereich (40), der mehrere Eigenschaftsparameter ermittelt, die eine Eigenschaft des Kraftstoffs anzeigen;einen Molekulargewicht-Berechnungsbereich (40), der mehrere Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern im Hinblick auf die Korrelationsdaten berechnet, die eine Korrelation zwischen den mehreren Eigenschaftsparametern und den mehreren Molekulargewichten des Kraftstoffs definieren;einen Verbrennungsbedingungs-Berechnungsbereich (40), der einen Verbrennungsparameter, der einen Verbrennungszustand der Dieselmaschine (10) anzeigt, basierend auf den mehreren Molekulargewichten berechnet, die durch den Molekulargewicht-Berechnungsbereich berechnet werden; undeine Steuereinrichtung, die eine Verbrennungssteuerung in Bezug auf den Kraftstoff, der in die Brennkammer (11b) von dem Kraftstoffinjektor (17) eingespritzt wird, basierend auf dem Verbrennungsparameter ausführt,wobei die Korrelationsdaten ein Parameteroperationsausdruck sind, der durch eine inverse Berechnung eines Eigenschaftsberechnungsmodells ausgedrückt wird, das die mehreren Eigenschaftsparameter durch Verwendung eines Sensibilitätskoeffizienten herleitet, der eine Abhängigkeit der mehreren Molekulargewichte relativ zu den mehreren Eigenschaftsparametern aufweist, und der Molekulargewicht-Berechnungsbereich die mehreren Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern gemäß dem Parameteroperationsausdruck berechnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Controller für eine Dieselmaschine.
HINTERGRUND
Der Kraftstoff für eine Dieselmaschine weist viele verschiedene Eigenschaften auf, und entsprechend der Kraftstoffeigenschaftsveränderung findet eine erhebliche Veränderung eines Verbrennungszustands statt. Aufgrund der Kraftstoffeigenschaftsveränderung verändern sich eine Kraftstoffeinspritzzeitspanne und eine Verbrennungszeitspanne, was eine Emissionsverschlechterung sowie eine Fehlzündung bewirkt. Der Verbrennungszustand kann sich destabilisieren.
Die Patentschrift JP-2006-226188A zeigt eine Kraftstoffeigenschafts-Erfassungsvorrichtung, die die Cetanzahl des Kraftstoffs basierend auf dem Verbrennungszustand des Kraftstoffs erfasst, der durch eine Piloteinspritzung eingespritzt wurde.
Selbst wenn die Cetanzahl des Kraftstoffs erfasst wird, besteht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass die Verschlechterung des Verbrennungszustands nicht dadurch verhindert werden kann, dass die Verbrennungssteuerung entsprechend der Cetanzahl ausgeführt wird. Aufgrund einer Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung besteht beispielsweise die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Kraftstoffverbrennungsbereich in der Nähe einer Innenoberfläche eines Zylinders konzentriert, so dass ein Kühlverlust und eine Rußemission möglicherweise nicht verhindert werden können.
DE 10 2016 102 529 A1 offenbart einen Dieselmotor, der einen Injektor umfasst, der einen Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einspritzt. Eine ECU umfasst dabei eine Erlangungseinheit für eine kinematische Viskosität, welche eine kinematische Viskosität des Kraftstoffes erhält, eine Dichte-Erlangungseinheit, welche eine Dichte des Kraftstoffes erhält, eine Zusammensetzungs-Berechnungseinheit, welche als Kraftstoffzusammensetzungsdaten i) ein Verhältnis zwischen einem Kohlenstoffbetrag und einem Wasserstoffbetrag, welche in dem Kraftstoff enthalten sind, oder ii) einen Parameter mit Bezug auf den Kohlenstoffbetrag und den Wasserstoffbetrag, welche in dem Kraftstoff enthalten sind, berechnet, wobei die Zusammensetzungs- Berechnungseinheit die Berechnung basierend auf der durch die Erlangungseinheit für eine kinematische Viskosität erhaltenen kinematischen Viskosität und der durch die Dichte-Erlangungseinheit erhaltenen Dichte durchführt, und eine Steuerungseinheit, welche einen Verbrennungssteuerungsvorgang mit Bezug auf eine Verbrennung des von dem Kraftstoffeinspritzventil in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoffes basierend auf den durch die Berechnungseinheit berechneten Kraftstoffzusammensetzungsdaten durchführt.
DE 69006939 T2 offenbart ein Kraftstoffeinspritzregelsystem für einen Dieselmotor, bei dem eine Steuereinrichtung eine Grund-Kraftstoffeinspritzmenge in Reaktion auf eine Motorbetriebsbedingung und einer Rauchkonzentration in Übereinstimmung mit dem spezifischen Gewicht des Kraftstoffes und einer Sauerstoffkonzentration im Abgas bestimmt, wobei wenn diese vorbestimmte Rauchkonzentration größer ist, als ein vorbestimmter Referenzwert, diese bestimmte Grund-Kraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen dieser berechneten Rauchkonzentration und diesem vorbestimmten Referenzwert reduziert wird.
DE 10 2006 050 357 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Zusammensetzung eines Gasgemisches in einem Tank, mitfolgenden Schritten:

Bestimmen eines ersten Drucks in dem Tank zu Beginn eines vorbestimmten Zeitintervalls; Entnehmen von Gasgemisch aus dem Tank;
Bestimmen der Masse des Gasgemisches, das in dem Zeitintervall aus dem Tank entnommen wird; Bestimmen eines zweiten Drucks in dem Tank am Ende des vorbestimmten Zeitintervalls;
Bestimmen der Zusammensetzung des Gasgemisches in dem Tank aus dem ersten Druck, dem zweiten Druck und der Masse des in dem Zeitintervall aus dem Tank entnommenen Gasgemisches.

KURZFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Controller für eine Dieselmaschine zu schaffen, der eine angemessene Verbrennungssteuerung selbst dann ausführen kann, wenn es zu einer Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung kommt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Controller für eine Dieselmaschine einen Parameter-Ermittlungsbereich, der mehrere Eigenschaftsparameter ermittelt, die eine Eigenschaft des Kraftstoffs anzeigen; einen Molekulargewichts- bzw. Molekulargewicht-Berechnungsbereich, der mehrere Molekulargewichte bzw. Molekülmassen basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern im Hinblick auf die Korrelationsdaten berechnet, die eine Korrelation zwischen den mehreren Eigenschaftsparametern und den mehreren Molekulargewichten bzw. Molekülmassen des Kraftstoffs definieren; einen Verbrennungszustand-Berechnungsbereich, der einen Verbrennungsparameter, der einen Verbrennungszustand der Dieselmaschine anzeigt, basierend auf den mehreren Molekulargewichten berechnet, die durch den Molekulargewicht-Berechnungsbereich berechnet werden; und einen Steuerbereich auf, der eine Verbrennungssteuerung im Hinblick auf den in die Brennkammer von dem Kraftstoffinjektor eingespritzten Kraftstoff, basierend auf dem Verbrennungsparameter ausführt.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung ist sich darüber im Klaren, dass ein spezifizierter Eigenschaftsparameter des Kraftstoffs eine Korrelation zu der physikalischen Größe einer jeden Molekülstruktur aufweist, und dass jeder Eigenschaftsparameter in Bezug auf eine jeweilige Molekülstruktur eine eigene Sensibilität aufweist. Das heißt, dass die Bindungsstärke zwischen Molekülen von einer Molekülstruktur des Kraftstoffs abhängt. Da der Kraftstoff mehrere Arten von Molekülstrukturen enthält, verändert sich der Eigenschaftsparameter entsprechend des Molekulargewichts. Da die Brennbarkeit (Zündfähigkeit) und die erzeugte Wärme außerdem entsprechend der Molekülstruktur des Kraftstoffs variieren, weisen das Molekulargewicht des Kraftstoffs und der Verbrennungszustand eine Korrelation zueinander auf.
In der vorstehenden Konfiguration werden die mehreren Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern in Bezug auf die Korrelationsdaten berechnet, die die Korrelation zwischen den mehreren Kraftstoffeigenschaftsparametern und den mehreren Molekulargewichten definieren. Basierend auf den Molekulargewichten werden die Verbrennungsparameter berechnet, die den Verbrennungszustand einer Dieselmaschine anzeigen. Weiterhin wird die Verbrennungssteuerung basierend auf den Verbrennungsparametern ausgeführt. In den Korrelationsdaten werden die Eigenschaftsparameter und Molekulargewichte des Kraftstoffs miteinander in Beziehung gesetzt, so dass das Molekulargewicht einfach und genau berechnet werden kann. Selbst wenn sich die Kraftstoffzusammensetzung verändert, kann somit eine angemessene Kraftstoffverbrennungssteuerung entsprechend der Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung ausgeführt werden.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht, die ein Dieselmaschinen-Steuersystem zeigt; und
2 ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Verbrennungssteuerung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen eines Controllers für eine Dieselmaschine beschrieben. In den jeweiligen Ausführungsformen sind identische Teile und Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und daher wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Konfiguration für eine Dieselmaschine 10 beschrieben. Die Dieselmaschine 10 ist eine Vierzylinder-Diesel-Reihenmaschine. 1 zeigt nur einen Zylinder. Die Dieselmaschine 10 weist einen Zylinderblock 11, einen Kolben 12, einen Zylinderkopf 13, eine Saugleitung 14, eine Abgasleitung 15, ein Einlassventil 16, einen Kraftstoffinjektor 17, ein Auslassventil 18, einen variablen Ventil-Zeitsteuerungsmechanismus 21 und ein AGR-System 26 auf.
Der Zylinderblock 11 bildet im Inneren vier Zylinder 11a aus. Ein Kolben 12 bewegt sich in einem jeweiligen Zylinder 11a hin- und her. Der Zylinderkopf 13 ist auf dem Zylinderblock 11 angeordnet. Ein Hohlraum (konkav) ist auf einer oberen Oberfläche des Kolbens 12 ausgebildet, der eine Brennkammer 11b definiert.
Die Saugleitung 14 kommuniziert mit einem jeweiligen Zylinder 11a durch eine Leitung, die in einem Ansaugkrümmer und dem Zylinderkopf 13 definiert ist. Nockenwellen 19A, 19B werden durch eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Dieselmaschine 10 gedreht. Jedes Einlassventil 16 wird durch die Nockenwelle 19A angetrieben. Entsprechend dem Antrieb des Einlassventils 16 wird die Ansaugluft in die Brennkammer 11b eingeführt. Der variable Ventil-Zeitsteuerungsmechanismus 21 passt eine Ventilsteuerzeit des Einlassventils 16 an.
Die Abgasleitung 15 kommuniziert mit einem jeweiligen Zylinder 11a durch eine Leitung, die in einem Auspuffkrümmer und dem Zylinderkopf 13 definiert ist. Jedes Auslassventil 18 wird durch die Nockenwelle 19B angetrieben. Gemäß dem Antrieb des Auslassventils 18 wird das Abgas aus der Brennkammer 11b abgeführt.
In einer Common-Rail 20 wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff gespeichert. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird der Common-Rail 20 durch eine Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zugeführt. Der Kraftstoffinjektor 17 spritzt den Kraftstoff in der Common-Rail 20 in die Brennkammer 11b ein. Der Kraftstoffinjektor 17 ist ein hinreichend bekanntes elektromagnetisches Ventil oder ein Piezoantriebsventil, das die Kraftstoffeinspritzmenge durch Steuern eines Drucks in einer Steuerkammer steuert, der die Düsennadel in einer Schließrichtung vorspannt. Eine Ventilöffnungs-Zeitspanne des Kraftstoffinjektors 17 wird basierend auf einer Erregungszeitspanne eines elektromagnetischen Aktors oder eines Piezoantrieb-Aktors gesteuert. Wenn die Ventilöffnungs-Zeitspanne sich verlängert, erhöht sich die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Das AGR-System (Abgasrückführungssystem) 26 ist mit einer AGR-Leitung 27 und einem AGR-Ventil 28 ausgestattet. Die AGR-Leitung 27 verbindet die Abgasleitung 15 und die Saugleitung 14. Ein AGR-Ventil 28 ist in der AGR-Leitung 27 zum Öffnen/Schließen der AGR-Leitung 27 eingerichtet. Das AGR-System 26 führt einen Teil des Abgases in der Abgasleitung 15 in die Ansaugluft in der Saugleitung 14 entsprechend einem Öffnungsgrad des AGR-Ventils 28 ein.
Während eines Einlasshubs wird Frischluft in den Zylinder 11a durch die Saugleitung 15 eingeführt. Während des Verdichtungshubs wird die Luft durch den Kolben 12 komprimiert. Um den Verdichtungs-Totpunkt herum spritzt der Kraftstoffinjektor 17 den Kraftstoff in den Zylinder 11a (Brennkammer 11b) ein. Während des Arbeitshubs entzündet sich der eingespritzte Kraftstoff selbst. Während des Auslasshubs wird das Abgas durch die Abgasleitung 15 abgeführt. Ein Teil des Abgases in der Abgasleitung 15 wird in die Ansaugluft in der Saugleitung 14 durch das AGR-System 26 eingeführt.
Die Maschine 10 ist mit einem Zylinderdrucksensor 31 ausgestattet. Der Einlassdrucksensor 23 erfasst einen Druck (Unterdruck) in einem Saugrohr 34. Es besteht nicht immer die Notwendigkeit, an allen Zylindern 11a den Zylinderdrucksensor 31 bereitzustellen. Zumindest einer von den Zylindern 11a ist mit dem Zylinderdrucksensor 31 ausgestattet. Ein Kraftstoffdichtesensor 32, ein kinematischer Viskositätssensor 33 und ein Kraftstoffmengensensor 34 sind an einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) der Dieselmaschine 10 angeordnet. Der Kraftstoffdichtesensor 32 erfasst die Dichte des Kraftstoffs, der dem Kraftstoffinjektor 17 zugeführt wird. Der Kraftstoffdichtesensor 32 erfasst die Dichte des Kraftstoffs, z. B. basierend auf einem Eigenschwingungszeitspannen-Messverfahren. Die kinematischen Viskositätssensoren 33 sind ein Kapillarviskosimeter oder ein kinematisches Viskosimeter basierend auf einem Dünndraht-Erwärmungsverfahren, das die kinematische Viskosität des Kraftstoffs in einem Kraftstofftank erfasst. Der Kraftstoffmengensensor 34 erfasst die Menge des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank. Es wird darauf hingewiesen, dass der Kraftstoffdichtesensor 32 und der kinematische Viskositätssensor 33 mit einer Heizeinrichtung ausgestattet sind, die den Kraftstoff auf eine spezifizierte Temperatur erwärmt. Unter einer solchen Bedingung werden die Kraftstoffdichte und die kinematische Viskosität des Kraftstoffs erfasst.
Eine elektrische Steuereinheit (ECU) 40 ist ein hinreichend bekannter Computer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Speichervorrichtung 41 und einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, die die Dieselmaschine 10 steuert.
Die ECU 40 steuert den Kraftstoffinjektor 17, den variablen Ventil-Steuerzeitmechanismus 21 und das AGR-System 26 basierend auf erfassten Werten der verschiedenen Sensoren, wie z. B. eines Kurbelwinkelsensors, eines Kühlwassertemperatursensors, eines Fahrpedalpositionssensors, des Zylinderdrucksensors 31, des Kraftstoffdichtesensors 32, des kinematischen Viskositätssensors 33 und des Kraftstoffmengensensors 34. Insbesondere werden die Steuerungsbedingungen des Kraftstoffinjektors 17, des variablen Ventil-Steuerzeitmechanismus 21 und des AGR-Systems 26 so angepasst, dass der Kraftstoffverbrennungszustand für einen Standardeigenschafts-Kraftstoff optimiert wird. Die ECU 40 steuert eine jeweilige Vorrichtung basierend auf den erfassten Werten der verschiedenen Sensoren, so dass der optimale Kraftstoffverbrennungszustand (normale Verbrennungssteuerung) ermittelt wird.
Außerdem führt die ECU 40 verschiedene in dem ROM gespeicherte Programme aus, wodurch die ECU 40 als ein Parameterermittlungsbereich, ein Molekulargewicht-Berechnungsbereich, ein Verbrennungszustand-Berechnungsbereich und ein Steuerbereich fungiert.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung ist sich der Tatsache bewusst, dass ein spezifizierter Eigenschaftsparameter des Kraftstoffs eine Korrelation aufweist zu der physikalischen Größe einer jeweiligen Molekülstruktur, und dass jeder Eigenschaftsparameter in Bezug auf eine jeweilige Molekülstruktur eine eigene Sensibilität aufweist. Das heißt, dass die intermolekularen Kräfte von der Molekülstruktur des Kraftstoffs abhängig sind. Außerdem enthält der Kraftstoff mehrere Arten von Molekülstrukturen. Außerdem ist das Mischverhältnis unterschiedlich. In diesem Fall verändert sich der Wert des Eigenschaftsparameters entsprechend des Molekulargewichts, da davon ausgegangen wird, dass sich die Sensibilität in Bezug auf den Eigenschaftsparameter zwischen den Molekülstrukturen verändert.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung stellt eine Korrelationsformel (1) in Bezug auf den Eigenschaftsparameter und die Molekülstruktur auf. Die Formel (1) ist eine Berechnungsgleichung eines Eigenschaftsberechnungsmodells, dass mehrere Eigenschaftsparameter durch Reflektieren eines Sensibilitätskoeffizienten in Bezug auf die mehreren Molekulargewichte herleitet. Der Sensibilitätskoeffizient zeigt eine Abhängigkeit der mehreren Molekulargewichte in Bezug auf die mehreren Eigenschaftsparameter an. $\begin{array}{l} EIGENSCHAFTSPARAMETER SENSIBILIT \ddot{A} TSKOEFFIZIENT MOLEKULARSTRUKTUR \\ (\begin{matrix} k i n e m a t i s c h e V i s k o s i t \ddot{a} t \\ D i c h t e \\ \frac{C}{H} \\ u n t e r e r B r e n n w e r t \\ \dots \end{matrix}) = (\begin{matrix} a_{00} & \dots & a_{0 y} \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ a_{x 0} & \dots & a_{x y} \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} n o r m a l e P a r a f f i n m e n g e \\ N a p h t h e n m e n g e \\ I s o p a r a f f i n m e n g e \\ A r o m a s t o f f m e n g e \\ \dots \end{matrix}) \end{array}$
In der Formel (1) ist „a“ ein Sensibilitätskoeffizient, der die Sensibilität einer jeden Molekülstruktur zum Schätzen eines jeweiligen Eigenschaftsparameters anzeigt. Der Sensibilitätskoeffizient „a“ ist als eine reelle Zahl, die „null“ beinhaltet, entsprechend der Korrelation des Eigenschaftsparameters und der Molekülstruktur, definiert.
Basierend auf der Formel (1) kann außerdem eine inverse Matrix des Molekulargewichts durch die nachstehende Formel (2) ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} MOLEKULARSTRUKTUR UMWANDLUNGSWERT EIGENSCHAFTSPARAMETER \\ (\begin{matrix} n o r m a l e P a r a f f i n m e n g e \\ N a p h t h e n m e n g e \\ I s o p a r a f f i n m e n g e \\ A r o m a s t o f f m e n g e \\ \dots \end{matrix}) = (\begin{matrix} b_{00} & \dots & b_{0 y} \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ b_{x 0} & \dots & b_{x y} \end{matrix}) \cdot (\begin{matrix} k i n e m a t i s c h e V i s k o s i t \ddot{a} t \\ D i c h t e \\ \frac{C}{H} \\ u n t e r e r B r e n n w e r t \\ \dots \end{matrix}) \end{array}$
In der Formel (2) ist „b“ ein Umwandlungswert, der anhand des Sensibilitätskoeffizienten „a“ berechnet wird.
Wird ein Eigenschaftsparameterwert in der Formel (2) ersetzt, kann das in der Kraftstoffzusammensetzung enthaltene Molekulargewicht berechnet werden. Dabei wird die Molekülstruktur spezifiziert, die als ein Berechnungsziel von mehreren Molekülstrukturen dient, und es kann nur der Umwandlungswert „b“ wirksam sein, der zum Berechnen des Molekulargewichts notwendig ist. In Bezug auf den Eigenschaftsparameter, der bei der Berechnung des Molekulargewichts nicht notwendig ist, kann der Umwandlungswert „b“ „0“ sein. Der Umwandlungswert „b“ ist zudem ein Wichtungswert für jeden Eigenschaftsparameter. Die vorstehende Formel (2) ist ein Parameteroperationsausdruck, der das Eigenschaftsberechnungsmodell ausdrückt, das durch die Formel (1) mit dem inversen Modell ausgedrückt wird.
Eine kinematische Viskosität und eine Dichte des Kraftstoffs können jeweils durch einen kinematischen Viskositätssensor 33 und einen Dichtesensor 32 erfasst werden. Da außerdem ein unterer Brennwert eine Korrelation mit der kinematischen Viskosität und der Dichte des Kraftstoffs aufweist, kann der untere Brennwert im Hinblick auf ein Kennfeld oder eine Gleichung berechnet werden, die die Korrelation anzeigt.
Weiterhin stellt „C/H“ ein Verhältnis zwischen der Kohlenstoffkomponente und dem Wasserstoffanteil des Kraftstoffs dar. Da zudem das Verhältnis „C/H“ eine Korrelation zu dem unteren Brennwert aufweist, kann das Verhältnis „C/H“ im Hinblick auf ein Kennfeld oder eine Gleichung berechnet werden, die die Korrelation anzeigt. Darüber hinaus kann die Cetanzahl und der Destillations-Kennlinien-Parameter (T90, T50) als der Eigenschaftsparameter verwendet werden.
Da sich außerdem die Brennbarkeit (Zündfähigkeit) und die erzeugte Wärme entsprechend der Molekülstruktur des Kraftstoffs verändern, weisen das Molekulargewicht des Kraftstoffs und der Verbrennungszustand eine Korrelation zueinander auf. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Verbrennungsparameter, der den Verbrennungszustand anzeigt, basierend auf dem Molekulargewicht ermittelt. Insbesondere können die Rußmenge und die Zündverzögerung als der Verbrennungsparameter berechnet werden.
Gemäß der Formel (2) werden z. B. die Naphthenmenge und die Aromastoffmenge berechnet. Die Rußmenge kann basierend auf den Naphthen- und Aromastoffmengen berechnet werden.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nachstehend die Verarbeitung einer Verbrennungssteuerung der Dieselmaschine 10 beschrieben. Die Verarbeitung wird in einem spezifizierten Intervall durch die ECU 40 wiederholt ausgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass in 2 die Verarbeitung zum Berechnen des Molekulargewichts und zum Schätzen des Verbrennungsparameters basierend auf dem Molekulargewicht ausgeführt werden, wenn eine Betankung durchgeführt wird und ein Maschinenantriebszustand und ein Fahrzeug-Fahrbetriebszustand stabil sind.
In S11 werden verschiedene Parameter um die Kraftstoffeigenschaft ermittelt. Insbesondere werden die Eigenschaftsparameter, die zum Schätzen des Molekulargewichts notwendig sind, anhand der kinematischen Viskosität, der Dichte, des Verhältnisses „C/H“ und des unteren Brennwerts ermittelt. Dann wird in S12 das Molekulargewicht entsprechend der vorstehenden Formel (2) berechnet.
In S13 wird der Verbrennungsparameter basierend auf dem Molekulargewicht, die in S12 berechnet wurde, berechnet. Insbesondere wird die Rußmenge als der Verbrennungsparameter berechnet.
In S14 bestimmt die ECU 40, ob die Rußmenge größer oder gleich einem spezifizierten Bestimmungswert K1 ist. Der Bestimmungswert K1 wird basierend auf einem zulässigen Wert als die Rußmengenemission der Maschine 10 definiert. Wenn die Rußmenge kleiner als der Bestimmungswert K1 ist, wird das Verfahren bei S15 fortgesetzt, wo eine normale Verbrennungssteuerung ausgeführt wird. Insbesondere steuert die ECU 30 den Injektor 17, den variablen Ventil-Steuerzeitmechanismus 21 und das AGR-System 26 basierend auf dem Maschinenantriebszustand, wodurch die Kraftstoffeinspritzmenge, der Öffnungs- und Schließungs-Steuerzeitpunkt des Einlassventils 16 und ein Öffnungsgrad des AGR-Ventils des AGR-Systems 26 angepasst werden können. Dann wird die Verarbeitung beendet.
Wenn die Rußmenge größer oder gleich dem Bestimmungswert K1 ist, wird das Verfahren bei S16 fortgesetzt, in dem die Verbrennungssteuerung von der normalen Verbrennungssteuerung auf eine Rußverhinderungssteuerung umgeschaltet wird. In der Rußverhinderungssteuerung wird die Frischluftmenge (Sauerstoffmenge in der Brennkammer) erhöht, oder der Kraftstoffeinspritzdruck wird so erhöht, dass der Verbrennungszustand des Kraftstoffs verbessert wird. Insbesondere wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 28 des AGR-Systems 26 verkleinert und der Einlassdruck durch den variablen Ventil-Steuerzeitmechanismus 21 erhöht, wodurch die Frischluftmenge auf einen Wert erhöht wird, der größer ist als der in der normalen Verbrennungssteuerung. Außerdem wird der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 20 durch die Kraftstoffpumpe erhöht, wodurch der Kraftstoffeinspritzdruck erhöht wird. Außerdem kann als die Rußverhinderungssteuerung eine Nacheinspritzung ausgeführt werden. Die Nacheinspritzung entspricht einer Kraftstoffeinspritzung, die nach der Haupt-Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor 17 ausgeführt wird. Die Rußverhinderungssteuerung wird solange fortgesetzt, bis die Verbrennungssteuerung auf die normale Verbrennungssteuerung umgeschaltet wird.
Gemäß der vorstehenden Ausführungsform können folgende Vorteile erhalten werden.
In der vorstehenden Konfiguration werden die mehreren Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern im Hinblick auf die Korrelationsdaten (Korrelationsformel) berechnet, die die Korrelation zwischen den mehreren Eigenschaftsparametern und den mehreren Molekulargewichten definieren. Basierend auf den Molekulargewichten werden die Verbrennungsparameter berechnet, die den Verbrennungszustand der Maschine 10 anzeigen. Weiterhin wird basierend auf den Verbrennungsparametern die Verbrennungssteuerung ausgeführt. In den Korrelationsdaten werden die Eigenschaftsparameter und Molekulargewichte des Kraftstoffs miteinander in Korrelation gesetzt, so dass das Molekulargewicht einfach und genau berechnet werden kann. Selbst wenn die Kraftstoffzusammensetzung verändert wird, kann somit die angemessene Kraftstoffverbrennungssteuerung gemäß der Veränderung der Kraftstoffzusammensetzung ausgeführt werden.
Die vorstehende Formel (2) ist ein Parameteroperationsausdruck. Gemäß der Formel (2) werden die mehreren Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern berechnet. Dadurch kann das Molekulargewicht des Kraftstoffs mit hoher Genauigkeit berechnet werden, und die Verbrennungssteuerung kann angemessen ausgeführt werden.
Da das Molekulargewicht durch Verwendung der mehreren Eigenschaftsparameter berechnet wird, die zumindest die kinematische Viskosität und die Dichte des Kraftstoffs beinhalten, kann das Molekulargewicht, die zum Berechnen der Verbrennungsparameter wirksam ist, berechnet werden. Somit können die Emissionen reduziert und die Kraftstoffersparnis verbessert werden.
Die aus der Maschine 10 abgeführte Rußmenge ist als der Verbrennungsparameter definiert. Wenn die Rußmenge übermäßig hoch ist, wird die Rußverhinderungssteuerung ausgeführt. Selbst wenn die Rußmenge übermäßig hoch ist, kann die angemessene Kraftstoffverbrennungssteuerung ausgeführt werden.
(Andere Ausführungsform)
Die vorstehend erwähnte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Der Verbrennungsparameter wird identifiziert, und der Sensibilitätskoeffizient der Korrelationsdaten kann entsprechend dem identifizierten Verbrennungsparameter festgelegt werden. In S13 der Verbrennungssteuerungsverarbeitung wird z. B. die Rußmenge als der aktuelle Verbrennungsparameter identifiziert. Das Molekulargewicht, das zum Berechnen der Rußmenge erforderlich ist, wird identifiziert, und der Umwandlungswert „b“ wird auf „0“ oder einen spezifizierten Wert eingestellt.
Das heißt, dass das Molekulargewicht, das zum Berechnen des Verbrennungsparameters notwendig ist, sich dem Verbrennungsparameter entsprechend unterscheidet. Entsprechend des berechneten Molekulargewichts ist außerdem der Sensibilitätskoeffizient des Eigenschaftsparameters verschieden. Der Umwandlungswert „b“ wird im Hinblick darauf festgelegt, so dass die Berechnung des Molekulargewichts und die Kraftstoffverbrennungssteuerung angemessen ausgeführt werden.
Es ist nicht immer notwendig die kinematische Viskosität des Kraftstoffs durch den kinematischen Viskositätssensor 33 zu ermitteln. Der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung von der Common-Rail 20 zu dem Kraftstoffinjektor 17 wird z. B. durch einen Drucksensor erfasst, und die Druckwellenform wird anhand des erfassten Kraftstoffdrucks ermittelt. Die Geschwindigkeit der ermittelten Druckwellenform wird berechnet, und die Kraftstoffdichte wird basierend auf der Geschwindigkeit der ermittelten Druckwellenform berechnet. Basierend auf der Kraftstoffdichte kann die kinematische Viskosität des Kraftstoffs berechnet werden. Die vorstehenden Angaben werden in der JP-2014-148906A ausführlich dargelegt. Zudem wird der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 20 durch den Drucksensor erfasst, und die kinematische Viskosität des Kraftstoffs kann basierend auf der Druckwellenform in der Common-Rail 20 berechnet werden. Die Kraftstoffdichte kann gemäß dem hinreichend bekannten Verfahren berechnet werden.
Es können mehrere Eigenschaftsparameter durch Verändern der Umgebungsbedingung ermittelt werden, wie z. B. die Kraftstofftemperatur und der Kraftstoffdruck. In einer Konfiguration, wo der Kraftstoffdichtesensor 32 und ein kinematischer Viskositätssensor 33 mit einer Heizeinrichtung ausgestattet sind, wird z.B. die Kraftstofftemperaturbedingung durch Verändern der Heizbedingung der Heizeinrichtung verändert. Die Kraftstoffdichte und die kinematische Viskosität des Kraftstoffs werden in Bezug auf eine jeweilige Kraftstofftemperaturbedingung erfasst. In diesem Fall wird die Modellberechnungsgleichung (siehe die Formeln (1) und (2)) mit der Kraftstoffdichte und der kinematischen Viskosität unter verschiedenen Kraftstofftemperaturbedingungen festgelegt. Basierend auf der Modellberechnungsgleichung wird das Molekulargewicht des Kraftstoffs berechnet.
In S11 werden die mehreren Eigenschaftsparameter unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen ermittelt. In S12 wird das Molekulargewicht basierend auf den Eigenschaftsparametern berechnet. Jede Molekülstruktur weist eine individuelle Temperaturkennlinie auf. Durch Ermitteln der Kraftstoffdichte und der kinematischen Viskosität des Kraftstoffs unter mehreren Temperaturbedingungen kann das Molekulargewicht im Hinblick auf die Temperaturkennlinie einer jeweiligen Molekülstruktur berechnet werden.
Durch Anordnen des Kraftstoffdichtesensors 32 und des kinematischen Viskositätssensors 33 an mehreren Stellen, wo die Kraftstofftemperatur und der Kraftstoffdruck sich voneinander unterscheiden, können die mehreren Eigenschaftsparametern unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen und unterschiedlichen Druckbedingungen ermittelt werden. In diesem Fall ist ein jeweiliger Kraftstoffeigenschaftssensor an einer anderen Stelle angeordnet als der Kraftstofftank. Der Kraftstoffeigenschaftssensor ist jeweils auf einer Leitung von der Kraftstoffzuführpumpe zu der Hochdruckpumpe, einer Innenseite der Common-Rail und einer Leitung von einem Druckreduktionsventil zur einem Kraftstofftank angeordnet. Die Kraftstoffdichte und die kinematische Viskosität können unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen und unterschiedlichen Druckbedingungen ermittelt werden. Basierend auf der ermittelten Kraftstoffdichte und der kinematischen Viskosität kann das Molekulargewicht berechnet werden.
Die mehreren Eigenschaftsparametern können unter unterschiedlichen Druckbedingungen ermittelt werden. Der Kraftstoffdichtesensor 32 und der kinematische Viskositätssensor 33 sind jeweils auf einem Niederdruck-Kraftstoffbereich und einem Hochdruck-Kraftstoffbereich einer Kraftstoffpumpe angeordnet.

Claims

Controller (40) für eine Dieselmaschine (10) mit einem Kraftstoffinjektor (17), der einen Kraftstoff in eine Brennkammer (11b) einspritzt, aufweisend: einen Parameter-Ermittlungsbereich (40), der mehrere Eigenschaftsparameter ermittelt, die eine Eigenschaft des Kraftstoffs anzeigen; einen Molekulargewicht-Berechnungsbereich (40), der mehrere Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern im Hinblick auf die Korrelationsdaten berechnet, die eine Korrelation zwischen den mehreren Eigenschaftsparametern und den mehreren Molekulargewichten des Kraftstoffs definieren; einen Verbrennungsbedingungs-Berechnungsbereich (40), der einen Verbrennungsparameter, der einen Verbrennungszustand der Dieselmaschine (10) anzeigt, basierend auf den mehreren Molekulargewichten berechnet, die durch den Molekulargewicht-Berechnungsbereich berechnet werden; und eine Steuereinrichtung, die eine Verbrennungssteuerung in Bezug auf den Kraftstoff, der in die Brennkammer (11b) von dem Kraftstoffinjektor (17) eingespritzt wird, basierend auf dem Verbrennungsparameter ausführt, wobei die Korrelationsdaten ein Parameteroperationsausdruck sind, der durch eine inverse Berechnung eines Eigenschaftsberechnungsmodells ausgedrückt wird, das die mehreren Eigenschaftsparameter durch Verwendung eines Sensibilitätskoeffizienten herleitet, der eine Abhängigkeit der mehreren Molekulargewichte relativ zu den mehreren Eigenschaftsparametern aufweist, und der Molekulargewicht-Berechnungsbereich die mehreren Molekulargewichte basierend auf den mehreren Eigenschaftsparametern gemäß dem Parameteroperationsausdruck berechnet.
Controller für eine Dieselmaschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Einstellungsbereich, der den Verbrennungsparameter identifiziert und den Sensibilitätskoeffizienten oder einen Umwandlungswert des Sensibilitätskoeffizienten gemäß dem Verbrennungsparameter einstellt.
Controller für eine Dieselmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , wobei der Parameterermittlungsbereich zumindest eine kinematische Viskosität und eine Dichte des Kraftstoffs als die mehreren Eigenschaftsparameter ermittelt, und der Molekulargewicht-Berechnungsbereich die mehreren Molekulargewichte durch Verwendung der Korrelationsdaten berechnet, die eine Korrelation zwischen den mehreren Eigenschaftsparametern definieren, die zumindest die kinematische Viskosität und Dichte des Kraftstoffs und die mehreren Molekulargewichte beinhalten.
Controller für eine Dieselmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Parameter-Ermittlungsbereich die mehreren Eigenschaftsparameter unter Bedingungen ermittelt, wo zumindest eine von einer Kraftstofftemperaturbedingung und einer Kraftstoffdruckbedingung unterschiedlich ist, und der Molekulargewicht-Berechnungsbereich die mehreren Molekulargewichte durch Verwendung der Korrelationsdaten berechnet, die eine Korrelation zwischen den mehreren Molekulargewichten und den mehreren Eigenschaftsparametern definieren, die unter Bedingungen ermittelt werden, wo zumindest eine von der Kraftstofftemperaturbedingung und der Kraftstoffdruckbedingung sich unterscheidet.