DE102017211271A1

DE102017211271A1 - Steuerungssystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017211271A1
Application number: DE102017211271.9A
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Shimode
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2037-07-04
Also published as: JP2018003780A; JP6477619B2; DE102017211271B4

Abstract

Es wird ein Steuerungssystem einer Brennkraftmaschine geschaffen. Das Steuerungssystem enthält eine elektronische Steuereinheit (15). Die elektronische Steuereinheit (15) steuert ein Kraftstoffeinspritzventil (9) derart, dass eine Voreinspritzung zu einem Einspritzzeitpunkt ausgeführt wird, der derart bestimmt wird, dass ein Variationsintervall als ein Intervall zwischen einer Vorvariationsperiode und einer Hauptvariationsperiode in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird. Die Vorvariationsperiode ist eine Periode, während der eine Änderungsrate zweiter Ordnung als ein Differential zweiter Ordnung eines Zylinderinnendruckes der Brennkraftmaschine in Bezug auf einen Kurbelwinkel aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung größer als ein vorbestimmter Bezugswert ist. Die Hauptvariationsperiode ist eine Periode, während der die Änderungsrate zweiter Ordnung größer als der vorbestimmte Bezugswert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung.
2. Stand der Technik
Als eine Art von Brennkraftmaschine, die in einem Fahrzeug installiert ist, ist eine Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung, die ein Kraftstoffeinspritzventil enthält, das Kraftstoff in einen jeweiligen Zylinder einspritzt, bekannt. Entsprechend einer bekannten Technologie betreffend die Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung wird unmittelbar, bevor der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil zu einem derartigen Zeitpunkt eingespritzt wird, dass der eingespritzte Kraftstoff zu einer Verbrennungsmotorleistung beiträgt (die auch als „Haupteinspritzung“ bezeichnet wird), eine kleinere Menge an Kraftstoff als diejenige der Haupteinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt (was auch als „Voreinspritzung“ bezeichnet wird), um eine Zündverzögerungszeitdauer des Kraftstoffes, der der Haupteinspritzung unterzogen wird, zu verkürzen.
Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, bei der Brennkraftmaschine, bei der die Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, wie es oben beschrieben wurde, eine Rückkopplungssteuerung (Rückkopplungsregelung) der Kraftstoffeinspritzmenge und des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes der Voreinspritzung auf der Grundlage eines Peakwertes (Spitzenwertes) von Differentialen (Ableitung) zweiter Ordnung (die auch als „Änderungsraten zweiter Ordnung“ bezeichnet werden) des Druckes in dem Zylinder (der auch als „Zylinderinnendruck“ bezeichnet wird) in Bezug auf den Kurbelwinkel und der Zeit, zu der der Peakwert auftritt, durchzuführen (siehe beispielsweise JP 2004-100 557 A ).
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik wird jedoch ein Intervall (Abstand) (das auch als „Variationsintervall“ (Änderungsintervall) bezeichnet wird) zwischen einer Periode bzw. Zeitdauer (die auch als „Vorvariationsperiode“ bezeichnet wird), während der die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung größer als ein vorbestimmter Bezugswert wird, und einer Periode bzw. Zeitdauer (die auch als „Hauptvariationsperiode“ bezeichnet wird), während der die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung größer als der vorbestimmte Bezugswert wird, nicht berücksichtigt. Daher kann das Variationsintervall groß werden. Hier ist der vorbestimmte Bezugswert eine Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes, wenn kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil in den Zylinder eingespritzt wird (der Kraftstoff wird in dem Zylinder nicht verbrannt) und sich der Verbrennungsmotor in denselben Betriebsbedingungen befindet, mit der Ausnahme, dass kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil in den Zylinder eingespritzt wird. Die Erfinder dieser Anmeldung haben als Ergebnis von ernsthaften Experimenten und Verifizierungen herausgefunden, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen größer ist, wenn das Variationsintervall größer ist. Dementsprechend kann der Rauschpegel des Verbrennungsrauschens größer sein, wenn das Variationsintervall größer ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerungssystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der eine Voreinspritzung unmittelbar vor einer Haupteinspritzung durchgeführt wird, wobei das System den Rauschpegel von Verbrennungsrauschen verringert.
Ein Steuerungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß einem Aspekt der Erfindung wird geschaffen. Die Brennkraftmaschine ist eine Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung, und die Brennkraftmaschine enthält ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt. Das Steuerungssystem enthält eine elektronische Steuereinheit.
Die elektronische Steuereinheit steuert das Kraftstoffeinspritzventil derart, dass die Voreinspritzung zu einem früheren Zeitpunkt als die Haupteinspritzung ausgeführt wird, wobei die Haupteinspritzung eine Einspritzung des Kraftstoffes von dem Kraftstoffeinspritzventil zu einem Zeitpunkt ist, zu dem die Einspritzung zu einer Leistung der Brennkraftmaschine beiträgt, wobei die Voreinspritzung eine Einspritzung mit einer kleineren Menge an Kraftstoff als derjenigen der Haupteinspritzung ist; und steuert das Kraftstoffeinspritzventil derart, dass die Voreinspritzung zu einem Einspritzzeitpunkt ausgeführt wird, der derart bestimmt wird, dass ein Variationsintervall als ein Intervall zwischen einer Vorvariationsperiode und einer Hauptvariationsperiode in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird. Die Vorvariationsperiode ist eine Periode bzw. Zeitdauer, während der eine Änderungsrate zweiter Ordnung als ein Differential zweiter Ordnung eines Zylinderinnendruckes der Brennkraftmaschine in Bezug auf einen Kurbelwinkel aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung größer als ein vorbestimmter Bezugswert ist. Die Hauptvariationsperiode ist eine Periode bzw. Zeitdauer, während der die Änderungsrate zweiter Ordnung aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung größer als der vorbestimmte Bezugswert ist.
Der „vorbestimmte Bezugswert“ kann ein Wert sein, der der Änderungsrate zweiter Ordnung in dem Fall entspricht, in dem kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil in den Zylinder eingespritzt wird (kein Kraftstoff wird in dem Zylinder verbrannt), und dem Fall, in dem sich der Verbrennungsmotor in denselben Betriebsbedingungen (beispielsweise Ansaugluftmenge, Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur und Kurbelwinkel) befindet, mit der Ausnahme, dass kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil in den Zylinder eingespritzt wird. Der vorbestimmte Bezugswert wird im Voraus für jeden Betriebszustand des Verbrennungsmotors erhalten.
Die Erfinder dieser Anmeldung haben als Ergebnis ernsthafter Experimente und Verifikationen herausgefunden, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen höher ist, wenn das Variationsintervall zwischen der Vorvariationsperiode und der Hauptvariationsperiode größer ist. Es wird angenommen, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen sich erhöht, da die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes sehr wahrscheinlich mit Hochfrequenzkomponenten von Verbrennungsrauschen korreliert ist, und daher wird hochfrequentes Verbrennungsrauschen zweifach separat erzeugt, wenn das Variationsintervall groß ist.
Dementsprechend kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen durch Verringern des Variationsintervalls verringert werden. Somit wird ein Voreinspritzzeitpunkt, der bewirkt, dass das Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt, und die Beziehung zwischen dem Voreinspritzzeitpunkt und dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird in dem Steuerungssystem beispielsweise in der Form eines Kennlinienfeldes oder einer Tabelle oder eines Rechenmodells gespeichert. Der Voreinspritzzeitpunkt kann auch auf der Grundlage des Ausführungszeitpunktes einer Haupteinspritzung (der auch als „Haupteinspritzzeitpunkt“ bezeichnet wird) bestimmt werden. Das heißt, es kann ein Zeitintervall zwischen dem Endzeitpunkt einer Voreinspritzung und dem Startzeitpunkt einer Haupteinspritzung als konstant bestimmt werden. Dann führt das Steuerungssystem eine Voreinspritzung mit dem Kraftstoffeinspritzventil entsprechend dem wie oben bestimmten Voreinspritzzeitpunkt durch. Der „vorbestimmte Wert“, der hier genannt ist, kann im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen derart bestimmt werden, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen vermutlich einen angenommenen erlaubten Bereich überschreitet, wenn das Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert wird.
Mit dem Steuerungssystem der Brennkraftmaschine gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung wird die Voreinspritzung entsprechend einem Voreinspritzzeitpunkt durchgeführt, der derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird. Daher kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen auf innerhalb des erlaubten Bereiches verringert werden.
Wenn die Temperatur (Zylinderinnentemperatur) in dem Zylinder während der Ausführung der Voreinspritzung von der Temperatur abweicht, die angenommen wird, wenn der Voreinspritzzeitpunkt bestimmt wird, oder sich Ansauglufteigenschaften aufgrund einer Ansammlung von Abscheidungen in einem Ansaugkanal usw. des Verbrennungsmotors ändern oder sich Kraftstoffeinspritzeigenschaften aufgrund von zeitlichen Änderungen des Kraftstoffeinspritzventils ändern, kann das tatsächliche Variationsintervall sogar dann größer als der vorbestimmte Wert werden, wenn die Voreinspritzung entsprechend dem wie oben bestimmten Voreinspritzzeitpunkt durchgeführt wird.
In dem Steuerungssystem gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann die Brennkraftmaschine einen Zylinderinnendrucksensor enthalten, der den Zylinderinnendruck der Brennkraftmaschine erfasst. Die elektronische Steuereinheit kann auf der Grundlage eines Erfassungswertes des Zylinderinnendrucksensors eine tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung als eine Änderungsrate zweiter Ordnung eines tatsächlichen Zylinderinnendruckes berechnen. Die elektronische Steuereinheit kann auf der Grundlage der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung bestimmen, ob ein tatsächliches Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Die elektronische Steuereinheit kann eine Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung bzw. -regelung durchführen, um einen Ausführungszeitpunkt der Voreinspritzung in einem nächsten Zyklus oder später in einer Verzögerungsrichtung zu korrigieren, wenn bestimmt wird, dass das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert ist.
Gemäß dem oben beschriebenen Steuerungssystem wird, wenn eine Situation auftritt, in der das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert wird, da die Zylinderinnentemperatur oder Ähnliches von der angenommenen bzw. vermuteten Temperatur abweicht oder sich die Ansauglufteigenschaften oder die Kraftstoffeinspritzeigenschaften ändern, beispielsweise zeitlich ändern, der Voreinspritzzeitpunkt in dem nächsten Zyklus oder später durch die Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung in der Verzögerungsrichtung (auf später) korrigiert. In diesem Fall liegt der Zeitpunkt der Zündung und der Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung näher bei dem Zeitpunkt der Zündung und Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung. Daher nähern sich die Vorvariationsperiode und die Hauptvariationsperiode aneinander an. Als Ergebnis kann bewirkt werden, dass das tatsächliche Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist oder nahe bei dem vorbestimmten Wert liegt.
Bei der Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung kann nur der Voreinspritzzeitpunkt, der dem Betriebszustand zu dem Zeitpunkt entspricht, zu dem bestimmt wird, dass das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert ist, unter den Voreinspritzzeitpunkten, die in dem Steuerungssystem in der Form des Kennlinienfeldes, der Tabelle oder des Rechenmodelles wie oben beschrieben gespeichert sind, korrigiert werden. Außerdem kann bei der Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung der Voreinspritzzeitpunkt, der aus dem obigen Kennlinienfeld, der obigen Tabelle oder dem obigen Rechenmodell hergeleitet wird, einheitlich unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine korrigiert werden.
Wenn sich die Kraftstoffeinspritzeigenschaften zeitlich bzw. chronologisch ändern oder Ähnliches wie oben beschrieben auftritt, kann die Menge des Kraftstoffes, die tatsächlich von dem Kraftstoffeinspritzventil in der Voreinspritzstufe (die auch als „Voreinspritzmenge“ bezeichnet wird) eingespritzt wird, von einer Sollvoreinspritzmenge abweichen. Wenn der Verbrennungsmotor mehrere Zylinder aufweist, tritt eine Druckschwankung in einer Zufuhrleitung wie beispielsweise einem Common-Rail jedes Mal auf, wenn der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil eines jeweiligen Zylinders eingespritzt wird. Wenn derartige Druckschwankungen in der Zufuhrleitung auftreten, differiert der Kraftstoffdruck, der auf das Kraftstoffeinspritzventil ausgeübt wird, von Zeit zu Zeit. Wenn der Voreinspritzzeitpunkt bei der Einspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung wie oben beschrieben korrigiert wird, kann sich daher der Kraftstoffdruck, der auf das Kraftstoffeinspritzventil zu dem Voreinspritzzeitpunkt, der noch nicht korrigiert wurde, ausgeübt wird, von dem Kraftstoffdruck, der auf das Kraftstoffeinspritzventil zu dem Voreinspritzzeitpunkt, der korrigiert wurde, ausgeübt wird, unterscheiden. In diesem Fall kann die Menge des Kraftstoffes, die tatsächlich von dem Kraftstoffeinspritzventil zu dem Voreinspritzzeitpunkt, der korrigiert wurde, eingespritzt wird, von der Sollvoreinspritzmenge abweichen.
Wenn die tatsächliche Voreinspritzmenge von der Sollvoreinspritzmenge aus irgendeinem der oben beschriebenen Gründe abweicht, kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen sogar dann groß werden, wenn das tatsächliche Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Wenn die tatsächliche Voreinspritzmenge größer als die Sollvoreinspritzmenge ist, erhöht sich beispielsweise der Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung in der Vorvariationsperiode. Daher erhöht sich der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen, der auftritt, wenn der Kraftstoff der Voreinspritzung verbrannt wird. Wenn andererseits die tatsächliche Voreinspritzmenge kleiner als die Sollvoreinspritzmenge ist, wird das Wärmefeld, das ausgebildet wird, wenn der Kraftstoff der Voreinspritzung verbrannt wird, verringert. Während ein Teil des Kraftstoffes, der von dem Kraftstoffeinspritzventil während der Anfangsperiode der Haupteinspritzstufe eingespritzt wird, schnell bzw. prompt zündet und unter Verwendung des Wärmefeldes verbrennt, wird die Zündverzögerungsperiode des restlichen Kraftstoffes verlängert, und der Kraftstoff kann zu einem Zeitpunkt zusammen mit dem Kraftstoff, der anschließend mit dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, verbrannt werden. In diesem Fall erhöht sich der Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung in der Hauptvariationsperiode. Daher wird der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen, das erzeugt wird, wenn der Kraftstoff, der in der Haupteinspritzstufe eingespritzt wird, verbrannt wird, erhöht.
Hier korreliert die tatsächliche Voreinspritzmenge mit einer Differenz (die auch als „maximale Variation“ bezeichnet wird) zwischen dem Maximalwert (Peakwert) der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung während der Vorvariationsperiode und dem vorbestimmten Bezugswert. Das heißt, die maximale Variation wird größer, wenn die tatsächliche Voreinspritzmenge größer wird.
In dem oben beschriebenen Steuerungssystem kann die elektronische Steuereinheit eine Einspritzmengenrückkopplungssteuerung bzw. -regelung durchführen, um eine Menge des Kraftstoffes der Voreinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil auf Rückkopplungsweise zusätzlich zu der Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung bzw. -regelung derart durchführen, dass eine maximale Variation als eine Differenz zwischen einem Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung während der Vorvariationsperiode und dem vorbestimmten Bezugswert im Wesentlichen gleich einer Sollvariation wird. Die „Sollvariation“, die hier genannt ist, ist eine Menge, die äquivalent zu der maximalen Variation ist, die einem Sollwert der Voreinspritzmenge entspricht.
Gemäß dem oben beschriebenen Steuerungssystem kann sogar dann, wenn eine Situation auftritt, in der die tatsächliche Voreinspritzmenge von dem Sollwert abweicht, die tatsächliche Voreinspritzmenge in dem nächsten Zyklus oder später gleich dem Sollwert gemacht werden, oder es kann die tatsächliche Voreinspritzmenge in dem nächsten Zyklus oder später nahe an den Sollwert gebracht werden. Als Ergebnis kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen mit einer verbesserten Zuverlässigkeit verringert werden.
Erfindungsgemäß kann in der Brennkraftmaschine, bei der eine Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen verringert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:
1 eine Ansicht, die die allgemeine Konfiguration einer Brennkraftmaschine (auch Verbrennungsmotor) zeigt, für die die Erfindung verwendet wird;
2 eine Ansicht, die Änderungen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und der Änderungsrate zweiter Ordnung zeigt, wenn ein Variationsintervall größer als ein vorbestimmter Wert (=0) ist;
3 eine Ansicht, die Änderungen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und der Änderungsrate zweiter Ordnung zeigt, wenn das Variationsintervall gleich dem vorbestimmten Wert (=0) ist;
4 eine Ansicht, die den Maximalwert (dB) eines Rauschpegels bei einer jeweiligen Frequenz (Hz) von Verbrennungsrauschen zeigt, das in einer Periode von dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff der Voreinspritzung verbrannt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung endet, erzeugt wird;
5 ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine darstellt, die von einer ECU ausgeführt wird, wenn diese die Kraftstoffeinspritzmenge und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß einer ersten Ausführungsform bestimmt;
6 ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine darstellt, die von der ECU ausgeführt wird, wenn diese die Kraftstoffeinspritzmenge und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß einer zweiten Ausführungsform bestimmt;
7 ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine darstellt, die von der ECU ausgeführt wird, wenn diese einen Korrekturkoeffizienten k bestimmt;
8 eine Ansicht, die Änderungen des Einspritzzeitpunktes und der Änderungsrate zweiter Ordnung zeigt, wenn das Variationsintervall kleiner als der vorbestimmte Wert (=0) ist;
9 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Differenz Δdi (Differenz zwischen dem tatsächlichen Variationsintervall di und dem vorbestimmten Wert (=0)) und einer Aktualisierungsgröße Δk zeigt;
10 ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine darstellt, die von der ECU ausgeführt wird, wenn diese die Kraftstoffeinspritzmenge und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß einer dritten Ausführungsform bestimmt;
11 ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine darstellt, die von der ECU ausgeführt wird, wenn diese einen Korrekturterm bzw. Korrekturausdruck (Korrekturgröße) C bestimmt; und
12 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Differenz ΔV (Differenz zwischen der maximalen Variation Vmax und einer Sollvariation Vtrg) und einer Aktualisierungsgröße ΔC zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden einige spezielle Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Selbstverständlich begrenzen die Abmessungen, Materialien, Gestalten, Relativpositionen usw. von Bestandteilen, die in den Ausführungsformen genannt sind, nicht den technischen Bereich der Erfindung, wenn es nicht anders angegeben ist.
<Erste Ausführungsform>
Zunächst wird eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben. 1 zeigt die allgemeine Konfiguration einer Brennkraftmaschine, für die die Erfindung verwendet wird. Die Brennkraftmaschine 1, die in 1 gezeigt ist, ist eine Brennkraftmaschine mit Viertaktverdichtungszündung (Dieselmotor), die mehrere Zylinder 2 aufweist. In 1 ist nur ein Zylinder 2 der Zylinder 2 dargestellt.
Die Brennkraftmaschine 1 enthält einen Kolben 3, der gleitend in einen jeweiligen Zylinder 2 eingeführt ist. Die Brennkraftmaschine bzw. der Verbrennungsmotor 1 enthält einen Ansaugkanal 5 zum Leiten von Ansaugluft in eine Brennkammer 4, die oberhalb des Kolbens 3 in einem jeweiligen Zylinder 2 ausgebildet ist, und einen Abgaskanal 6 zum Auslassen von verbranntem Gas aus der Brennkammer 4. Der Ansaugkanal 5 ist mit einer Ansaugpassage bzw. -leitung 50 verbunden. Der Abgaskanal 6 ist mit einer Abgaspassage bzw. -leitung 60 verbunden. Ein Öffnungsende des Ansaugkanals 5 und ein Öffnungsende des Abgaskanals 6 in der Brennkammer 4 werden von einem jeweiligen Ansaugventil 7 oder Abgasventil 8 geöffnet und geschlossen.
Die Brennkraftmaschine 1 enthält Kraftstoffeinspritzventile 9, die Kraftstoff in die Brennkammer 4 der jeweiligen Zylinder 2 einspritzen, und einen jeweiligen Zylinderinnendrucksensor 10, der den Druck (Zylinderinnendruck) in einem jeweiligen Zylinder 2 misst. Der Zylinderinnendrucksensor 10 muss nicht für jeden der Zylinder 2 vorhanden sein, sondern kann für mindestens einen der Zylinder 2 vorhanden sein.
Verschiedene Sensoren sind in der Brennkraftmaschine 1 installiert. Die Sensoren beinhalten einen Wassertemperatursensor 11, der die Temperatur von Kühlwasser oder eines Kühlmittels, das in dem Verbrennungsmotor 1 zirkuliert, misst, einen Kurbelpositionssensor 12, der die Drehposition einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) misst, einen Beschleunigerpositionssensor 13, der die Betätigungsgröß0e (Pedalhub) eines Gaspedals (nicht gezeigt) misst, und einen Luftflussmesser 14, der die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 misst.
Die Brennkraftmaschine 1, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, weist eine elektronische Steuereinheit (die auch als „ECU“ bezeichnet wird) 15 auf. Die ECU 15 ist eine elektronische Steuereinheit, die hauptsächlich aus einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem Sicherungs-RAM usw. besteht. Die ECU 15 empfängt Messwerte der oben angegebenen Sensoren. Außerdem ist die ECU 15 mit verschiedenen Vorrichtungen wie beispielsweise den Kraftstoffeinspritzventilen 9 elektrisch verbunden und kann diese Vorrichtungen elektrisch steuern.
Die ECU 15 dieser Ausführungsform berechnet die Menge (Sollkraftstoffeinspritzmenge) des Kraftstoffes, die von dem jeweiligen Kraftstoffeinspritzventil 9 je Zyklus eingespritzt wird, und den entsprechenden Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkt unter Verwendung der Motordrehzahl, die anhand von Messwerten des Kurbelpositionssensors 12 berechnet wird, der Verbrennungsmotorlast, die anhand von Messwerten des Beschleunigerpositionssensors 13 berechnet wird, eines Messwertes (Ansaugluftmenge) des Luftflussmessers 14, eines Messwertes (Kühlmitteltemperatur) des Wassertemperatursensors 11 usw. als Parameter. Die ECU 15 steuert das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 9 entsprechend der Sollkraftstoffeinspritzmenge und dem Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkt.
Eine Verbrennung des Kraftstoffes, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 (Haupteinspritzung) zu dem Zeitpunkt eingespritzt wird, zu dem die Verbrennung zu einer Leistung des Verbrennungsmotors 1 beiträgt (beispielsweise etwa um den oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes), wird aufeinanderfolgend während einer Periode (Zündverzögerungsperiode) , während der der Kraftstoff anfänglich mit Luft gemischt ist und ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch ausbildet, einer Periode (Vorgemisch-Verbrennungsperiode oder explosive Verbrennungsperiode), während der das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in der Zündverzögerungsperiode ausgebildet wird, gezündet und verbrannt wird, und einer Periode (Diffusionsverbrennungsperiode), während der der Kraftstoff, der fortgesetzt von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 sogar dann eingespritzt wird, nachdem die Verbrennung der explosiven Verbrennungsperiode durchgeführt wurde, während ein Gemisch mit Luft vorliegt, durchgeführt. In einem Betriebsbereich, in dem die Menge des Kraftstoffes der Haupteinspritzung (der auch als „Haupteinspritzkraftstoff“ bezeichnet wird) relativ groß ist und die Sauerstoffkonzentration in der Brennkammer 4 relativ groß ist, ist die Menge des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches, das in der Zündverzögerungsperiode ausgebildet wird, groß, und daher ist die Menge des Kraftstoffes, die zu dem Zeitpunkt der explosiven Verbrennungsperiode verbrannt wird, groß. Als Ergebnis kann die erzeugte Menge an NOx groß werden, oder es kann das Verbrennungsrauschen groß bzw. stark werden.
Im Hinblick auf die obigen Probleme kann berücksichtigt werden, eine Voreinspritzung zum Einspritzen einer geringeren Menge an Kraftstoff als während der Haupteinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 zu einem Zeitpunkt , der früher als die Haupteinspritzung liegt, in einem Betriebsbereich (der auch als „Voreinspritzausführungsbereich“ bezeichnet wird) auszuführen, in dem die Menge des Kraftstoffes, die zu dem Zeitpunkt der explosiven Verbrennungsperiode verbrannt wird, groß ist, und erwartet wird, dass die erzeugte Menge an NOx die obere Grenzmenge überschreitet und/oder erwartet wird, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen in der explosiven Verbrennungsperiode den oberen Grenzwert überschreitet. Gemäß diesem Verfahren wird der Kraftstoff der Voreinspritzung (der auch als „Voreinspritzkraftstoff“ bezeichnet wird) gezündet und verbrennt, bevor die Haupteinspritzung startet, um ein Wärmefeld auszubilden. Daher wird die Zündverzögerungsperiode des Haupteinspritzkraftstoffes verkürzt. Als Ergebnis wird die Menge des Kraftstoffes, die zu dem Zeitpunkt der explosiven Verbrennungsperiode verbrannt wird, verringert. Daher überschreitet die erzeugte Menge an NOx weniger wahrscheinlich die obere Grenzmenge, und der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen überschreitet weniger wahrscheinlich den oberen Grenzwert.
Wenn die Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, wird die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge anfänglich unter Verwendung der Motordrehzahl, der Motorlast, der Ansaugluftmenge, der Kühlmitteltemperatur usw. als Parameter berechnet. Die Beziehung zwischen einem Betriebszustand, der durch die obigen Parameter spezifiziert wird, und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge, die für den Betriebszustand geeignet ist, wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt. Dann wird die Menge des Kraftstoffes, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in der Haupteinspritzstufe eingespritzt wird (die auch als „Haupteinspritzmenge“ bezeichnet wird), unter Verwendung der Motordrehzahl, der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge usw. als Parameter berechnet. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand, der durch die obigen Parameter spezifiziert wird, und der Haupteinspritzmenge, die für den Betriebszustand geeignet ist, wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt. Dann wird der Ausführungszeitpunkt der Haupteinspritzung (Haupteinspritzzeitpunkt) unter Verwendung der Motordrehzahl, der Haupteinspritzmenge usw. als Parameter berechnet. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand, der durch die obigen Parameter spezifiziert wird, und dem Haupteinspritzzeitpunkt, der für den Betriebszustand geeignet ist, wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt. Die Haupteinspritzmenge wird unter Verwendung der Motordrehzahl und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge als Parameter wie oben beschrieben berechnet. Daher kann die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge anstelle der Haupteinspritzmenge als ein Parameter aus den Parametern verwendet werden, die verwendet werden, wenn der Haupteinspritzzeitpunkt berechnet wird. Außerdem wird die Menge des Kraftstoffes, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in der Voreinspritzstufe eingespritzt wird (Voreinspritzmenge), unter Verwendung der Motordrehzahl, der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge usw. als Parameter berechnet. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand, der durch die obigen Parameter spezifiziert wird, und der Voreinspritzmenge, die für den Betriebszustand geeignet ist, wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt. Außerdem wird ein Intervall (das auch als „Einspritzintervall“ bezeichnet wird) zwischen dem Startzeitpunkt der Voreinspritzung und dem Startzeitpunkt der Haupteinspritzung unter Verwendung der Motordrehzahl, der Voreinspritzmenge usw. als Parameter berechnet. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand, der durch die obigen Parameter spezifiziert wird, und dem Kraftstoffeinspritzintervall, das für den Betriebszustand geeignet ist, wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt. Die Voreinspritzmenge wird unter Verwendung der Motordrehzahl und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge als Parameter wie oben beschrieben berechnet. Daher kann die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge anstelle der Voreinspritzmenge als ein Parameter aus den Parametern verwendet werden, die verwendet werden, wenn das Einspritzintervall berechnet wird. Dann wird der Voreinspritzzeitpunkt auf der Grundlage des Einspritzintervalls und des Haupteinspritzzeitpunktes eingestellt. Genauer gesagt wird ein Zeitpunkt, der in der Größe des Einspritzintervalls früher als der Haupteinspritzzeitpunkt liegt, als Voreinspritzzeitpunkt eingestellt.
Wenn der Voreinspritzzeitpunkt, der in der obigen Prozedur eingestellt wird, in Bezug auf den Haupteinspritzzeitpunkt zu früh liegt (das heißt, wenn das Einspritzintervall zu groß ist), ist ein Intervall (Variationsintervall) zwischen einer Periode (Vorvariationsperiode), während der ein Differentialwert zweiter Ordnung (Änderungsrate zweiter Ordnung) des Druckes in dem Zylinder 2 (Innenzylinderdruck) in Bezug auf den Kurbelwinkel aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung größer als ein vorbestimmter Bezugswert ist, und einer Periode (Hauptvariationsperiode), während der die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung größer als der vorbestimmte Bezugswert ist, groß. Der „vorbestimmte Bezugswert“, der hier genannt ist, ist eine Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes in dem Fall, in dem kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in den Zylinder 2 eingespritzt wird (in dem keine Verbrennung von Kraftstoff in dem Zylinder 2 auftritt), und dem Fall, in dem der Verbrennungsmotor 1 sich in denselben Betriebsbedingungen (beispielsweise Ansaugluftmenge, Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur, Kurbelwinkel usw.) befindet, mit der Ausnahme, dass kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in den Zylinder 2 eingespritzt wird.
Der Erfinder dieser Anmeldung hat als Ergebnis ernsthafter Experimente und Verifikationen herausgefunden, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen höher ist, wenn das Variationsintervall zwischen der Vorvariationsperiode und der Hauptvariationsperiode größer ist. Dementsprechend kann sich, wenn der Voreinspritzzeitpunkt in Bezug auf den Haupteinspritzzeitpunkt zu früh liegt, das Variationsintervall vergrößern, und es kann sich dementsprechend der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen erhöhen.
2 zeigt Änderungen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und der Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes in Bezug auf (in Abhängigkeit von) den Kurbelwinkel, wenn der Voreinspritzzeitpunkt in Bezug auf den Haupteinspritzzeitpunkt zu früh liegt (wenn das Variationsintervall groß ist). Die Punkt-Strich-Linie in der unteren Graphik der 2 gibt den oben genannten vorbestimmten Bezugswert an. Die Periode bzw. Zeitdauer dp zwischen t1 und t2 in 2 gibt die Vorvariationsperiode an. Die Periode di zwischen t2 und t3 in 2 gibt das Variationsintervall an. Die Periode dm zwischen t3 und t4 in 2 gibt die Hauptvariationsperiode an. Iint in 2 gibt das Einspritzintervall an.
Die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes, die die Rate der Änderung der Änderungsrate (Beschleunigung) des Zylinderinnendruckes angibt, erhöht sich in der Anfangsperiode der Verbrennung unmittelbar nach dem Zünden des Kraftstoffes der Voreinspritzung schnell und wird größer als der vorbestimmte Bezugswert (unmittelbar nach t1 in 2). Wenn sich die Änderungsrate des Zylinderinnendruckes von der mittleren Periode der Verbrennung bis zu der Endperiode der Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung verringert, kehrt sich der Anstiegstrend der Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes in einen Abstiegstrend um. Wenn dann eine Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung beendet ist und sich der Anstiegstrend des Zylinderinnendruckes in einen Abstiegstrend ändert, wird die Änderungsrate des Zylinderinnendruckes zweiter Ordnung schnell verringert. Wenn der Kraftstoff der Haupteinspritzung gezündet wird, wenn der Abstiegstrend der Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes vorliegt, ändert sich der Änderungstrend der Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes erneut in den Anstiegstrend. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Voreinspritzzeitpunkt in Bezug auf den Haupteinspritzzeitpunkt zu früh liegt, wird die Einspritzverzögerungsperiode des Kraftstoffes der Haupteinspritzung verlängert. Daher wird, nachdem sich die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes auf einen Wert verringert hat, der kleiner als der vorbestimmte Bezugswert ist, der Kraftstoff der Haupteinspritzung gezündet und verbrannt, und die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes geht von dem Abstiegstrend in den Anstiegstrend über. Als Ergebnis erscheint eine Periode (Periode von t2 bis t3 in 2), während der die Änderungsrate zweiter Ordnung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Bezugswert ist, zwischen der Vorvariationsperiode dp und der Hauptvariationsperiode dm. Das heißt, es wird ein Variationsintervall di, das größer als „0“ ist, zwischen dem Endzeitpunkt t2 der Vorvariationsperiode dp und dem Startzeitpunkt t3 der Hauptvariationsperiode dm ausgebildet. Hier korreliert die Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes stark mit Hochfrequenzkomponenten von Verbrennungsrauschen. Wenn das Variationsintervall di, das größer als „0“ ist, zwischen der Vorvariationsperiode dp und der Hauptvariationsperiode dm ausgebildet wird, wie es in 2 gezeigt ist, wird angenommen, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen erhöht ist, da ein hochfrequentes Verbrennungsrauschen zweifach separat erzeugt wird.
Somit steuert das Steuerungssystem dieser Ausführungsform den Voreinspritzzeitpunkt mit dem Fokus auf das Variationsintervall di wie oben beschrieben. Das heißt, der Voreinspritzzeitpunkt wird derart gesteuert, dass das Variationsintervall di gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird. Genauer gesagt wird das Einspritzintervall, das bewirkt, dass das Variationsintervall di gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, im Voraus für jeden Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 bestimmt. Das heißt, die Beziehung zwischen dem Betriebszustand, der anhand der Motordrehzahl und der Voreinspritzmenge bestimmt wird, und dem Einspritzintervall, das bewirkt, dass das Variationsintervall di gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist (beispielsweise ein Einspritzintervall, das bewirkt, dass ein Zeitintervall zwischen dem Endzeitpunkt der Voreinspritzung und dem Startzeitpunkt der Haupteinspritzung konstant ist (beispielsweise gleich oder kleiner als 200 µs)), wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen erhalten, und diese Beziehung wird in der Form eines Kennlinienfeldes, einer Tabelle oder eines Rechenmodelles in dem ROM oder dem Sicherungs-RAM gespeichert. Der „vorbestimmte Wert“, der hier genannt ist, wird derart bestimmt, dass, wenn das Variationsintervall di größer als der vorbestimmte Wert wird, der Rauschpegel des erzeugten Verbrennungsrauschens, wenn der Kraftstoff der Voreinspritzung und der Kraftstoff der Haupteinspritzung verbrannt werden, vermutlich einen erlaubten Bereich, der im Voraus angenommen wird, überschreitet. Der „vorbestimmte Wert“ beträgt beispielsweise „0“ oder ist ein Wert von näherungsweise „0“. Im Folgenden wird der Fall beschrieben, in dem der vorbestimmte Wert gleich „0“ ist.
3 zeigt Änderungen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und der Änderungsrate zweiter Ordnung, wenn die Voreinspritzung entsprechend dem Einspritzintervall ausgeführt wird, das derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall di gleich „0“ wird. Wenn die Voreinspritzung entsprechend dem Einspritzintervall ausgeführt wird, das derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall di gleich „0“ wird, stimmt der Endzeitpunkt (t2‘ in 3) der Vorvariationsperiode dp mit dem Startzeitpunkt (t3‘ in 3) der Hauptvariationsperiode dm überein, da das Variationsintervall di gleich „0“ ist. Als Ergebnis kann der Rauschpegel des erzeugten Verbrennungsrauschens, wenn der Kraftstoff der Voreinspritzung und der Kraftstoff der Haupteinspritzung verbrannt werden, auf innerhalb des erlaubten Bereiches beschränkt werden.
4 zeigt den Maximalwert (dB) des Rauschpegels bei jeweiligen Frequenzen (Hz) des Verbrennungsrauschens, das in einer Periode von dem Zeitpunkt, zu dem die Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung startet, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung endet, erzeugt wird. Die Punkt-Strich-Linie in 4 gibt den Fall an, in dem das Variationsintervall di größer als „0“ ist, wie es oben in 2 gezeigt ist, und die durchgezogene Linie in 4 gibt den Fall an, bei dem das Variationsintervall di gleich „0“ ist, wie es oben in 3 gezeigt ist.
In einem Hochfrequenzbereich in 4, der gleich oder größer als etwa 1000 Hz ist, sind, wenn das Variationsintervall di größer als „0“ ist (Punkt-Strich-Linie in 4), die Maximalwerte des Rauschpegels bei etwa 1000 Hz bis 2000 Hz und bei etwa 6000 Hz größer als diejenigen in anderen Frequenzbereichen. Wenn andererseits das Variationsintervall di gleich „0“ ist (durchgezogene Linie in 4), sind die Maximalwerte des Rauschpegels bei etwa 1000 Hz bis 2000 Hz und bei etwa 6000 Hz kleiner im Vergleich zu dem Fall, indem das Variationsintervall di größer als „0“ ist (Punkt-Strich-Linie in 4).
Dementsprechend kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen in dem Hochfrequenzbereich durch Ausführen der Voreinspritzung entsprechend dem Voreinspritzzeitpunkt verringert werden, der derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall di gleich „0“ wird, wie es oben beschrieben wurde.
Im Folgenden wird die Prozedur zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritzmengen und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte dieser Ausführungsform mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine Steuerungsroutine, die von der ECU 15 ausgeführt wird, wenn diese die Kraftstoffeinspritzmenge und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bestimmt. Diese Steuerungsroutine wird im Voraus im ROM der ECU 15 gespeichert und in jedem Zyklus ausgeführt.
In der Steuerungsroutine der 5 berechnet die ECU 15 anfänglich die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt in Schritt S101. Wie es oben beschrieben wurde, wird die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt unter Verwendung der Motordrehzahl, die anhand von Messwerten des Kurbelpositionssensors 12 berechnet wird, der Verbrennungsmotorlast, die anhand von Messwerten des Beschleunigerpositionssensors 13 berechnet wird, eines Messwertes (Ansaugluftmenge) des Luftflussmessers 14, eines Messwertes (Kühlmitteltemperatur) des Wassertemperatursensors 11 usw. als Parameter berechnet.
In Schritt S102 bestimmt die ECU 15, ob der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 zu einem Voreinspritzungsausführungsbereich gehört. Der „Voreinspritzungsausführungsbereich“, der hier genannt ist, ist ein Betriebsbereich, in dem die Menge des Kraftstoffes, die zu einem Zeitpunkt der explosiven Verbrennungsperiode verbrannt wird, groß ist, und erwartet wird, dass die Menge an NOx, die erzeugt wird, die obere Grenzmenge überschreitet, und/oder erwartet wird, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen in der explosiven Verbrennungsperiode den oberen Grenzwert überschreitet, wie es oben beschrieben wurde. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und dem Voreinspritzungsausführungsbereich kann beispielsweise im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt werden, und es kann auf der Grundlage der Beziehung bestimmt werden, ob der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 zu dem Voreinspritzungsausführungsbereich gehört. Der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1, der hier genannt ist, wird anhand der Motordrehzahl, der Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt, die in Schritt S101 berechnet wird, bestimmt. Die Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft kann durch einen Sauerstoffkonzentrationssensor, der in der Ansaugpassage 50 montiert ist, gemessen werden oder kann anhand von Betriebsbedingungen (beispielsweise der Motordrehzahl und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt) des Verbrennungsmotors 1 geschätzt werden.
Gemäß einem anderen Verfahren zum Bestimmen, ob der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 zu dem Voreinspritzungsausführungsbereich gehört, kann das folgende Verfahren verwendet werden. Das heißt, es wird der Maximalwert der Änderungsrate zweiter Ordnung in der Hauptvariationsperiode dm auf der Grundlage von Messwerten des Zylinderinnendrucksensors 10 in dem letzten Zyklus berechnet, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 zu dem Voreinspritzungsausführungsbereich gehört, wenn eine Differenz zwischen dem Maximalwert und einem vorbestimmten Bezugswert größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Der vorbestimmte Bezugswert, der hier genannt ist, ist eine Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes in dem Fall, in dem der Verbrennungsmotor 1 dieselben Betriebsbedingungen aufweist (beispielsweise Ansaugluftmenge, Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur, Kurbelwinkel usw.), mit der Ausnahme, dass kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in den Zylinder 2 eingespritzt wird, wie es oben beschrieben wurde. Die Beziehung zwischen der Änderungsrate zweiter Ordnung des Zylinderinnendruckes in dem Fall, in dem kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in den Zylinder 2 eingespritzt wird, und dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen erhalten und in dem ROM oder dem Sicherungs-RAM der ECU 15 in der Form eines Kennlinienfeldes oder eines Rechenmodells gespeichert. Außerdem wird der vorbestimmte Schwellenwert im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen derart bestimmt, dass, wenn eine Differenz zwischen dem Maximalwert der Änderungsrate zweiter Ordnung in der Hauptvariationsperiode dm und dem vorbestimmten Bezugswert größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, erwartet wird, dass die erzeugte Menge an NOx die obere Grenzmenge überschreitet, und/oder erwartet wird, dass der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen in der explosiven Verbrennungsperiode den oberen Grenzwert überschreitet.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S102 positiv ist (Ja), muss die Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung ausgeführt werden. Daher bestimmt die ECU 15 die Haupteinspritzmenge Qm, den Haupteinspritzzeitpunkt Tm, die Voreinspritzmenge Qp und den Voreinspritzzeitpunkt Tp in den Schritten S103 bis S106. Zunächst berechnet die ECU 15 in Schritt S103 die Haupteinspritzmenge Qm und den Haupteinspritzzeitpunkt Tm. Genauer gesagt berechnet die ECU 15 die Haupteinspritzmenge Qm und den Haupteinspritzzeitpunkt Tm unter Verwendung der Motordrehzahl und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt, die im obigen Schritt S101 berechnet wurde, als Parameter, wie es oben beschrieben wurde.
In Schritt S104 berechnet die ECU 15 die Voreinspritzmenge Qp. Genauer gesagt berechnet die ECU 15 die Voreinspritzmenge Qp unter Verwendung der Motordrehzahl und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt, die im obigen Schritt S101 berechnet wurde, als Parameter, wie es oben beschrieben wurde.
In Schritt S105 berechnet die ECU 15 das Einspritzintervall Iint. Genauer gesagt berechnet die ECU 15 das Einspritzintervall Iint auf der Grundlage eines Kennlinienfeldes (Tabelle) oder eines Rechenmodelles unter Verwendung der Motordrehzahl und der Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt als Parameter, wie es oben beschrieben wurde. Das Kennlinienfeld oder Rechenmodell ist ausgebildet, ein Einspritzintervall Iint herzuleiten, das derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall di gleich „0“ wird, wie es oben beschrieben wurde.
In Schritt S106 berechnet die ECU 15 den Voreinspritzzeitpunkt Tp auf der Grundlage des Haupteinspritzzeitpunktes Tm, der im obigen Schritt S103 berechnet wurde, und des Einspritzintervalls Iint, das im obigen Schritt S105 berechnet wurde. Genauer gesagt berechnet die ECU 15 einen Zeitpunkt, der um die Größe des Einspritzintervalls Iint, das im obigen Schritt S105 berechnet wurde, früher als der Haupteinspritzzeitpunkt Tm, der im obigen Schritt S103 berechnet wurde, liegt und stellt den somit berechneten Zeitpunkt als den Voreinspritzzeitpunkt Tp ein.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung im obigen Schritt 102 negativ ist (Nein), gibt es keine Notwendigkeit, eine Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung auszuführen. Daher bestimmt die ECU 15 die Haupteinspritzmenge Qm und den Haupteinspritzzeitpunkt Tm in den Schritten S107 und S108. Zunächst stellt die ECU 15 in Schritt S107 die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge Qt, die im obigen Schritt S101 berechnet wurde, als Haupteinspritzmenge Qm ein. Anschließend berechnet die ECU 15 in Schritt S108 den Haupteinspritzzeitpunkt Tm unter Verwendung der Haupteinspritzmenge Qm, die im obigen Schritt S107 eingestellt wurde, und der Motordrehzahl als Parameter.
Wenn, wie es oben beschrieben wurde, der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 entsprechend den Kraftstoffeinspritzmengen und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkten, die auf der Grundlage der Steuerungsroutine der 2 bestimmt wurden, eingespritzt wird, kann bewirkt werden, dass das Variationsintervall di gleich „0“ ist, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 zu dem Voreinspritzungsausführungsbereich gehört. Als Ergebnis kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen verringert werden, wie es oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurde.
<Zweite Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die 6 bis 9 beschrieben. Hier wird der Teil der Konfiguration, der sich von demjenigen der obigen ersten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben, und die Beschreibung der übrigen ähnlichen Konfiguration wird weggelassen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der obigen ersten Ausführungsform darin, dass in dem Fall, in dem eine Voreinspritzung entsprechend einem Einspritzintervall ausgeführt wird, das derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall in jedem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gleich einem vorbestimmten Wert (=0) wird, eine Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung zum Korrigieren des Voreinspritzzeitpunkts in einer Verzögerungsrichtung durchgeführt wird, wenn das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) ist, so dass das tatsächliche Variationsintervall in dem nächsten Zyklus oder später gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (=0) wird.
Wie es oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, kann sogar in dem Fall, in dem eine Voreinspritzung entsprechend einem Einspritzintervall (das auch als „Basiseinspritzintervall“ bezeichnet wird) ausgeführt wird, das derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall gleich dem vorbestimmten Wert (=0) wird, das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) werden, wenn die Zylinderinnentemperatur während der Ausführung der Voreinspritzung von einer Temperatur abwicht, die angenommen wird, wenn das Basiseinspritzintervall bestimmt wird, oder sich Ansauglufteigenschaften aufgrund einer Ansammlung von Abscheidungen bzw. Ablagerungen in dem Ansaugkanal usw. des Verbrennungsmotors 1 ändern oder sich Kraftstoffeinspritzeigenschaften aufgrund einer chronologischen bzw. zeitlichen Änderung des Kraftstoffeinspritzventils 9 ändern.
Somit wird in dieser Ausführungsform die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung als Änderungsrate zweiter Ordnung des tatsächlichen Zylinderinnendruckes auf der Grundlage von Messwerten des Zylinderinnendrucksensors 10 berechnet, und es wird auf der Grundlage der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung bestimmt, ob das tatsächliche Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (=0) ist. Wenn dann bestimmt wird, dass das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) ist, wird die Einspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung zum Korrigieren des Voreinspritzzeitpunktes in der Verzögerungsrichtung durchgeführt, so dass das tatsächliche Variationsintervall in dem nächsten Zyklus oder später gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (=0) wird. Bei der Einspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung dieser Ausführungsform wird, wenn bestimmt wird, dass das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) ist, das Einspritzintervall in dem nächsten Zyklus oder später in einer Verkürzungsrichtung korrigiert, so dass der Voreinspritzzeitpunkt in der Verzögerungsrichtung korrigiert (verzögert) wird.
Im Folgenden wird die Prozedur zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritzmengen und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 6 beschrieben. In der Steuerungsroutine der 6 sind denselben Schritten wie in der Steuerungsroutine der 5 dieselben Bezugszeichen zugewiesen. Die Steuerungsroutine der 6 unterscheidet sich von derjenigen der 5 darin, dass die Schritte S201 und S202 anstelle des Schrittes S105 ausgeführt werden.
In Schritt S201 der Steuerungsroutine der 6 berechnet die ECU 15 das Basiseinspritzintervall Iintbase. Das Basiseinspritzintervall Iintbase, das hier genannt ist, ist ein Einspritzintervall, das derart bestimmt wird, dass das Variationsintervall di gleich dem vorbestimmten Wert (=0) wird, wie es oben beschrieben wurde. Dementsprechend kann die ECU 15 das Einspritzintervall, das in derselben Prozedur wie in Schritt S105 der Steuerungsroutine der 5 berechnet wird, als Basiseinspritzintervall Iintbase einstellen.
In Schritt S202 berechnet die ECU 15 das Einspritzintervall Iint durch Einsetzen des Basiseinspritzintervalls Iintbase, das im obigen Schritt S201 berechnet wurde, in die folgende Gleichung (1). Iint = Iintbase·k (1)
In der obigen Gleichung (1) ist k ein Korrekturkoeffizient, der auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Variationsintervall und dem vorbestimmten Wert (=0) bestimmt wird, wenn das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) ist. Der Korrekturkoeffizient k ist eine positive Zahl, die größer als „0“ und gleich oder kleiner als „1“ ist, und als Anfangswert wird „1“ eingestellt. Ein Verfahren zum Bestimmen des Korrekturkoeffizienten k wird später beschrieben.
Nach der Ausführung des Schrittes S202 schreitet die ECU 15 zum Schritt S106, um den Voreinspritzzeitpunkt Tp auf der Grundlage des Einspritzintervalls Iint, das in Schritt S202 berechnet wurde, zu berechnen.
Im Folgenden wird die Prozedur zum Bestimmen des Korrekturkoeffizienten k mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 zeigt eine Steuerungsroutine, die von der ECU 15 ausgeführt wird, wenn diese den Korrekturkoeffizienten k bestimmt. Die Steuerungsroutine wird im Voraus in dem ROM der ECU 15 gespeichert und als Reaktion auf den Start einer Voreinspritzung in den Zylinder 2, in dem der Zylinderinnendrucksensor 10 montiert ist, als Auslöser ausgeführt.
In der Steuerungsroutine der 7 berechnet die ECU 15 zunächst die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung in Schritt S301 durch Erhalten eines Differentials zweiter Ordnung der Messwerte des Zylinderinnendrucksensors 10. Die Berechnung der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung wird wiederholt für jeden Einheitskurbelwinkel in einer Periode von dem Start einer Voreinspritzung bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt tn nach dem Start der Haupteinspritzung durchgeführt. Der vorbestimmte Zeitpunkt tn, der hier genannt ist, ist ein Zeitpunkt, zu dem die Änderungsrate zweiter Ordnung aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung vermutlich größer als der vorbestimmte Bezugswert ist, und ist irgendein Zeitpunkt zwischen t3 und t4 in 2 (oder irgendein Zeitpunkt zwischen t3‘ und t4‘ in 3). Der vorbestimmte Zeitpunkt tn wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse von Experimenten oder Simulationen bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird der vorbestimmte Zeitpunkt tn unter der Annahme bestimmt, dass die Zündverzögerungsperiode des Kraftstoffes der Haupteinspritzung die längste ist. Die ECU 15, die Schritt S301 ausführt, realisiert die „Berechnungseinrichtung“ gemäß der Erfindung.
In Schritt S302 bestimmt die ECU 15 auf der Grundlage der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung, die in Schritt S301 berechnet wurde, ob sich die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung von dem Start der Vorvariationsperiode dp bis zu dem vorbestimmten Zeitpunkt tn (in der Periode, die als „Bestimmungsperiode“ bezeichnet wird) auf gleich oder kleiner als der vorbestimmte Bezugswert verringert hat. Wenn das tatsächliche Variationsintervall gleich „0“ ist oder wenn das tatsächliche Variationsintervall größer als „0“ ist, wie es in 2 oder 3 gezeigt ist, ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S302 positiv (Ja). Wenn andererseits das tatsächliche Variationsintervall kleiner als „0“ ist, wie es in 8 gezeigt ist, hat sich die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung während der Bestimmungsperiode nicht auf gleich oder kleiner als der vorbestimmte Bezugswert verringert, und daher ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S302 negativ (Nein).
Wenn das Ergebnis der Bestimmung im obigen Schritt S302 positiv ist (Ja), schreitet die ECU 15 zum Schritt S303, um das tatsächliche Variationsintervall dir zu berechnen. Dann schreitet die ECU 15 zum Schritt S304, um zu bestimmen, ob das tatsächliche Variationsintervall dir, das im obigen Schritt S303 berechnet wurde, größer als „0“ ist. Wenn das tatsächliche Variationsintervall größer als „0“ ist, wie es in 2 gezeigt ist, ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S304 positiv (Ja). Wenn andererseits das tatsächliche Variationsintervall gleich „0“ ist, wie es in 3 gezeigt ist, ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S304 negativ (Nein).
Die ECU 15, die die Schritte S302 bis S304 ausführt, realisiert die „Bestimmungseinrichtung“ gemäß der Erfindung.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S304 positiv ist (Ja), schreitet die ECU 15 zum Schritt S305, um einen neuen Korrekturkoeffizienten k durch Subtrahieren einer vorbestimmten Aktualisierungsgröße Δk von dem letzten Wert kold des Korrekturkoeffizienten zu berechnen. Die vorbestimmte Aktualisierungsgröße Δk wird entsprechend einer Differenz Δdi zwischen dem tatsächlichen Variationsintervall dir und dem vorbestimmten Wert (=0) bestimmt. Genauer gesagt ist die vorbestimmte Aktualisierungsgröße Δk eine positive Zahl, die ausreichend kleiner als „1“ ist, und wird auf einen größeren Wert eingestellt, wenn die obige Differenz Δdi größer ist, wie es in 9 gezeigt ist. Wenn der Korrekturkoeffizient k auf diese Weise bestimmt wurde, wird das Einspritzintervall Iint, das auf der Grundlage der obigen Gleichung (1) berechnet wurde, in dem nächsten Zyklus oder später in der Verkürzungsrichtung korrigiert (verkürzt).
Dementsprechend wird der Voreinspritzzeitpunkt tp, der auf der Grundlage des korrigierten Einspritzintervalls Iint bestimmt wurde, im Vergleich zu dem Voreinspritzzeitpunkt, der auf der Grundlage des nicht korrigierten Einspritzintervalls bestimmt wird, in der Verzögerungsrichtung korrigiert. Als Ergebnis kann sogar dann, wenn eine Situation auftritt, in der das tatsächliche Variationsintervall dir größer als „0“ wird, bewirkt werden, dass das tatsächliche Variationsintervall dir in dem nächsten Zyklus oder später gleich oder kleiner „0“ wird oder nahe bei „0“ liegt.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S302 negativ ist (Nein) und wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S304 negativ ist (Nein), ist das tatsächliche Variationsintervall dir gleich oder kleiner als „0“. Daher besteht keine Notwendigkeit, den Voreinspritzzeitpunkt in der Verzögerungsrichtung zu korrigieren. Dementsprechend schreitet die ECU 15 zum Schritt S306, um den Korrekturkoeffizienten k auf einen Wert einzustellen, der gleich dem letzten Wert kold ist.
Hier realisiert die ECU 15, die die Schritte S201 bis S202 der Steuerungsroutine der 2 und die Schritte S305 bis S306 der Steuerungsroutine der 3 ausführt, die „Rückkopplungseinrichtung“ gemäß der Erfindung.
Dementsprechend kann mit dem Steuerungssystem dieser Ausführungsform sogar dann, wenn eine Situation auftritt, in der das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) wird, da die Zylinderinnentemperatur oder Ähnliches von der angenommenen bzw. vermuteten Temperatur abweicht oder sich die Ansauglufteigenschafen oder die Kraftstoffeinspritzeigenschaften ändern, beispielsweise chronologisch bzw. zeitlich ändern, bewirkt werden, dass das tatsächliche Variationsintervall in dem nächsten Zyklus oder später gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert (=0) oder nahe bei dem vorbestimmten Wert (=0) ist. Als Ergebnis kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen in dem Fall, in dem die Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung ausgeführt wird, mit verbesserter Zuverlässigkeit auf einen niedrigen Pegel verringert werden.
In dieser Ausführungsform wird das Basiseinspritzintervall Iintbase, das anhand des obigen Kennlinienfeldes (Tabelle), Rechenmodells oder Ähnlichem hergeleitet wird, einheitlich unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 korrigiert. Unter den Basiseinspritzintervallen Iintbase, die in der ECU 15 in der Form des Kennlinienfeldes (Tabelle), des Rechenmodelles oder Ähnlichem gespeichert sind, kann jedoch auch nur das Basiseinspritzintervall Iintbase, das dem Betriebszustand entspricht, in dem bestimmt wird, dass das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert (=0) ist, korrigiert werden.
<Dritte Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Figuren 10 bis 12 beschrieben. Hier wird der Teil der Konfiguration, der sich von derjenigen der obigen zweiten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben, und die Beschreibung der übrigen, ähnlichen Konfiguration wird weggelassen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass die Kraftstoffeinspritzmengenrückkopplungssteuerung bzw. -regelung zum Steuern bzw. Regeln der Menge des Kraftstoffes der Voreinspritzung (die Voreinspritzmenge) auf Rückkopplungsweise zusätzlich zu der oben beschrieben Einspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung durchgeführt wird.
Wenn sich die Kraftstoffeinspritzeigenschaften chronologisch bzw. zeitlich ändern, wie es oben beschrieben wurde, kann die tatsächliche Voreinspritzmenge von einer Sollvoreinspritzmenge abweichen. Wenn der Verbrennungsmotor 1 außerdem mehrere Zylinder 2 aufweist, wie es oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, tritt eine Druckschwankung in einer Zufuhrleitung wie beispielsweise dem Common-Rail jedes Mal auf, wenn Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in einen jeweiligen Zylinder 2 eingespritzt wird. Wenn die Druckschwankungen in der Zufuhrleitung auftreten, ist der Kraftstoffdruck, der auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 ausgeübt wird, von Zeit zu Zeit unterschiedlich. Wenn der Voreinspritzzeitpunkt mit der oben beschrieben Einspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung korrigiert wird, kann sich daher der Kraftstoffdruck, der auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 zu dem nicht korrigierten Voreinspritzzeitpunkt ausgeübt wird, von dem Kraftstoffdruck unterscheiden, der auf das Kraftstoffeinspritzventil 9 zu dem korrigierten Voreinspritzzeitpunkt ausgeübt wird. In diesem Fall kann ebenfalls die tatsächliche Voreinspritzmenge von der Sollvoreinspritzmenge abweichen. Wenn die tatsächliche Voreinspritzmenge von der Sollvoreinspritzmenge aus irgendeinem dieser Gründe abweicht, kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen, wenn die Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung ausgeführt wird, groß werden, und zwar sogar dann, wenn das tatsächliche Variationsintervall gleich dem vorbestimmten Wert (=0) ist.
Wenn die tatsächliche Voreinspritzmenge größer als die Sollvoreinspritzmenge ist, ist beispielsweise der Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung in der Vorvariationsperiode dp erhöht. Daher ist der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen, das erzeugt wird, wenn der Kraftstoff der Voreinspritzung verbrannt wird, erhöht. Wenn andererseits die tatsächliche Voreinspritzmenge kleiner als die Sollvoreinspritzmenge ist, wird das Wärmefeld, das ausgebildet wird, wenn der Kraftstoff der Voreinspritzung verbrannt wird, kleiner. Daher wird die Zündverzögerungsperiode des verbleibenden Kraftstoffes verlängert, während ein Teil des Kraftstoffes, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 in der Anfangsperiode der Haupteinspritzperiode eingespritzt wird, unter Verwendung des Wärmefeldes schnell zündet und verbrennt, und kann gleichzeitig mit dem Kraftstoff, der anschließend von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzt wird, Kraftstoff verbrannt werden. In diesem Fall erhöht sich der Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung der Hauptvariationsperiode. Daher erhöht sich der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen, das erzeugt wird, wenn der Kraftstoff der Haupteinspritzung verbrannt wird.
Hier korreliert die tatsächliche Voreinspritzmenge mit einer Differenz (der maximalen Variation) zwischen dem Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung in der Vorvariationsperiode dp und dem vorbestimmten Bezugswert. Das heißt, die maximale Variation wird größer, wenn die tatsächliche Voreinspritzmenge größer wird.
Somit wird in dieser Ausführungsform die maximale Variation auf der Grundlage der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung, die anhand von Messwerten des Zylinderinnendrucksensors 10 berechnet wird, berechnet, und wenn die maximale Variation von einer Sollvariation (der maximalen Variation, die dem Sollwert der Voreinspritzmenge entspricht) abweicht, wird die Einspritzmengenrückkopplungssteuerung zum Steuern der Voreinspritzmenge auf Rückkopplungsweise durchgeführt, so dass die maximale Variation in dem nächsten Zyklus oder später gleich der Sollvariation wird.
Im Folgenden wird die Prozedur zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritzmengen und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf 10 beschrieben. In der Steuerungsroutine der 10 werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Schritte wie in der Steuerungsroutine der obigen 6 verwendet. Die Steuerungsroutine der 10 unterscheidet sich von der Steuerungsroutine der 6 darin, dass die Schritte S401 bis S403 anstelle der Schritte S104 bis S201 ausgeführt werden.
In Schritt S401 der Steuerungsroutine der 10 berechnet die ECU 15 eine Basisvoreinspritzmenge Qpbase. Die Basisvoreinspritzmenge Qpbase, die hier genannt ist, entspricht der Voreinspritzmenge, die in Schritt S104 der Steuerungsroutinen der 5 und 6 berechnet wird, und entspricht der obigen Sollvoreinspritzmenge. Somit stellt die ECU 15 die Voreinspritzmenge, die auf dieselbe Weise wie im obigen Schritt S104 berechnet wird, als Basisvoreinspritzmenge Qpbase ein.
In Schritt S402 berechnet die ECU 15 die Voreinspritzmenge Qp durch Einsetzen der Basisvoreinspritzmenge Qpbase, die im obigen Schritt S401 berechnet wurde, in die folgende Gleichung (2). Qp = Qpbase + C (2)
In der obigen Gleichung (2) ist C ein Korrekturausdruck bzw. Korrekturterm, der auf der Grundlage einer Differenz zwischen der maximalen Variation und der Sollvariation bestimmt wird, wenn die maximale Variation von der Sollvariation abweicht, und als Anfangswert wird „0“ eingestellt. Ein Verfahren zum Bestimmen des Korrekturterms C wird später beschrieben.
Nach der Ausführung des Schrittes S402 schreitet die ECU 15 zum Schritt S403, um das Basiseinspritzintervall Iintbase auf der Grundlage der Basisvoreinspritzmenge Qpbase, die im obigen Schritt S401 berechnet wurde, zu berechnen. Dann schreitet die ECU 15 zum Schritt S202, um das Einspritzintervall Iint auf der Grundlage des Basiseinspritzintervalls Iintbase, das im obigen Schritt S403 berechnet wurde, zu berechnen.
Im Folgenden wird die Prozedur zum Bestimmen des Korrekturterms C mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist eine Steuerungsroutine, die von der ECU 15 ausgeführt wird, wenn diese den Korrekturterm C bestimmt. Die Steuerungsroutine der 11 wird im Voraus in dem ROM der ECU 15 gespeichert und von der ECU 15 ausgeführt, wenn die Voreinspritzung in den Zylinder 2, in dem der Zylinderinnendrucksensor 10 montiert ist, startet.
In der Steuerungsroutine der 11 berechnet die ECU 15 zunächst die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung in Schritt S501 durch Erhalten eines Differentials zweiter Ordnung von Messwerten des Zylinderinnendrucksensors 10. Die Berechnung der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung wird wiederholt für jeden Einheitskurbelwinkel in einer Periode von dem Start der Voreinspritzung bis zu dem Start der Haupteinspritzung ausgeführt.
In Schritt S502 berechnet die ECU 15 die maximale Variation Vmax. Genauer gesagt extrahiert die ECU 15 die maximale tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung aus den tatsächlichen Änderungsraten zweiter Ordnung, die im obigen Schritt S501 berechnet wurden, und stellt die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung als den Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung in der Vorvariationsperiode dp ein. Anschließend berechnet die ECU 15 einen vorbestimmten Bezugswert entsprechend dem Kurbelwinkel, bei dem die tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung den Maximalwert annimmt. Dann berechnet die ECU 15 die maximale Variation Vmax durch Subtrahieren des vorbestimmten Bezugswertes von dem Maximalwert.
In Schritt S503 berechnet die ECU 15 eine Sollvariation Vtrg unter Verwendung der Voreinspritzmenge Qp des Zyklus, für den die maximale Variation Vmax berechnet wurde, als Parameter. In diesem Zusammenhang wird die Beziehung zwischen der Voreinspritzmenge Qp und der Sollvariation Vtrg im Voraus auf der Grundlage von Ergebnissen von Experimenten oder Simulationen erhalten, und diese Beziehung wird in dem ROM der ECU 15 beispielsweise in der Form eines Kennlinienfeldes (Tabelle) oder eines Rechenmodelles oder Ähnlichem gespeichert.
In Schritt S504 berechnet die ECU 15 eine Differenz zwischen der maximalen Variation Vmax, die in Schritt S502 berechnet wurde, und der Sollvariation Vtrg, die in Schritt S503 berechnet wurde, und bestimmt, ob der Absolutwert der Differenz größer als 0 ist. Das heißt, in Schritt S504 wird bestimmt, ob die maximale Variation Vmax von der Sollvariation Vtrg abweicht.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S504 positiv ist (Ja), weicht die maximale Variation Vmax von der Sollvariation Vtrg ab. Daher wird vermutet, dass die tatsächliche Voreinspritzmenge von der Sollvoreinspritzmenge abweicht (der Basisvoreinspritzmenge Qpbase, die in der Steuerungsroutine der obigen 10 berechnet wurde). Somit schreitet die ECU 15 zum Schritt S505, um einen neuen Korrekturterm C durch Addieren einer vorbestimmten Aktualisierungsgröße ΔC zu dem letzten Wert Cold des Korrekturterms zu berechnen. Die vorbestimmte Aktualisierungsgröße ΔC wird entsprechend einer Differenz ΔV (= Vmax – Vtrg) zwischen der maximalen Variation Vmax und der Sollvariation Vtrg bestimmt. Genauer gesagt, wenn die maximale Variation Vmax größer als die Sollvariation Vtrg ist (wenn ΔV positiv ist), ist die vorbestimmte Aktualisierungsgröße ΔC ein Wert, der größer als 0 ist, und wird auf einen größeren Wert eingestellt, wenn die Differenz ΔC größer ist. Wenn andererseits die maximale Variation Vmax kleiner als die Sollvariation Vtrg ist (wenn ΔV negativ ist), ist die vorbestimmte Aktualisierungsgröße ΔC ein Wert, der kleiner als 0 ist, und wird auf einen kleineren Wert eingestellt, wenn sich die Differenz ΔV verringert.
Wenn der Korrekturterm C auf die oben beschriebene Weise einmal bestimmt ist, wird die Voreinspritzmenge Qp, die auf der Grundlage der obigen Gleichung (2) berechnet wird, in dem nächsten Zyklus oder später in eine Richtung korrigiert, gemäß der die Differenz zwischen der maximalen Variation Vmax und der Sollvariation Vtrg verringert wird. Mit anderen Worten, die Voreinspritzmenge Qp, die auf der Grundlage der obigen Gleichung (2) berechnet wird, wird in dem nächsten Zyklus oder später in eine Richtung zum Verringern der Differenz zwischen der tatsächlichen Voreinspritzmenge und der Sollvoreinspritzmenge (Basisvoreinspritzmenge Qpbase) korrigiert. Wenn dann die Voreinspritzung entsprechend der Voreinspritzmenge Qp durchgeführt wird, kann bewirkt werden, dass die tatsächliche Voreinspritzmenge gleich der Sollvoreinspritzmenge (Basisvoreinspritzmenge Qpbase) oder nahe bei der Sollvoreinspritzmenge ist.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S504 negativ ist (Nein), weicht die maximale Variation Vmax nicht von der Sollvariation Vtrg ab. Daher wird angenommen, dass die tatsächliche Voreinspritzmenge nicht von der Sollvoreinspritzmenge (Basisvoreinspritzmenge Qpbase) abweicht. Somit schreitet die ECU 15 zum Schritt S506, um den letzten Wert Cold des Korrekturterms als neuen Korrekturterm C einzustellen.
Wie es oben beschrieben wurde, kann sogar dann, wenn eine Situation auftritt, in der die tatsächliche Voreinspritzmenge von der Sollvoreinspritzmenge (Basisvoreinspritzmenge Qpbase) abweicht, bewirkt werden, dass die tatsächliche Voreinspritzmenge in dem nächsten Zyklus oder später gleich der Sollvoreinspritzmenge (Basisvoreinspritzmenge Qpbase) oder nahe bei der Sollvoreinspritzmenge ist. Als Ergebnis kann der Rauschpegel von Verbrennungsrauschen in dem Fall, in dem die Voreinspritzung unmittelbar vor der Haupteinspritzung ausgeführt wird, mit verbesserter Zuverlässigkeit verringert werden.
In den ersten bis dritten Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, wird die Kraftstoffeinspritzung je Zyklus derart durchgeführt, dass diese in eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung unterteilt ist. Die Erfindung kann jedoch auch für einen Fall verwendet werden, in dem mindestens eine Piloteinspritzung, eine Nacheinspritzung und/oder eine Post-Einspritzung zusätzlich zu der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Zusammenfassend kann diese Erfindung für irgendeine Brennkraftmaschine verwendet werden, bei der mindestens die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004-100557 A [0003]

Claims

Steuerungssystem einer Brennkraftmaschine mit Verdichtungszündung, wobei die Brennkraftmaschine ein Kraftstoffeinspritzventil (9) enthält, das Kraftstoff in einen Zylinder (2) einspritzt, wobei das Steuerungssystem aufweist: eine elektronische Steuereinheit (15), die das Kraftstoffeinspritzventil (9) derart steuert, dass die Voreinspritzung zu einem früheren Zeitpunkt als die Haupteinspritzung ausgeführt wird, wobei die Haupteinspritzung eine Einspritzung des Kraftstoffes von dem Kraftstoffeinspritzventil (9) zu einem Zeitpunkt ist, zu dem die Einspritzung zu einer Leistung der Brennkraftmaschine beiträgt, wobei die Voreinspritzung eine Einspritzung von Kraftstoff mit einer geringeren Menge als derjenigen der Haupteinspritzung ist; und das Kraftstoffeinspritzventil (9) derart steuert, dass die Voreinspritzung zu einem Einspritzzeitpunkt ausgeführt wird, der derart bestimmt wird, dass ein Variationsintervall als ein Intervall zwischen einer Vorvariationsperiode und einer Hauptvariationsperiode in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, wobei die Vorvariationsperiode eine Periode ist, während der eine Änderungsrate zweiter Ordnung als ein Differential zweiter Ordnung eines Zylinderinnendruckes der Brennkraftmaschine in Bezug auf einen Kurbelwinkel aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Voreinspritzung größer als ein vorbestimmter Bezugswert ist und die Hauptvariationsperiode eine Periode ist, während der die Änderungsrate zweiter Ordnung aufgrund einer Verbrennung des Kraftstoffes der Haupteinspritzung größer als der vorbestimmte Bezugswert ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine einen Zylinderinnendrucksensor (10) enthält, der den Zylinderinnendruck der Brennkraftmaschine erfasst; die elektronische Steuereinheit (15) eine tatsächliche Änderungsrate zweiter Ordnung als eine Änderungsrate zweiter Ordnung eines tatsächlichen Zylinderinnendruckes auf der Grundlage eines Erfassungswertes des Zylinderinnendrucksensors (10) berechnet; die elektronische Steuereinheit (15) auf der Grundlage der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung bestimmt, ob ein tatsächliches Variationsintervall gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist; und die elektronische Steuereinheit eine Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung durchgeführt, um einen Ausführungszeitpunkt der Voreinspritzung in einem nächsten Zyklus oder später in einer Verzögerungsrichtung zu korrigieren, wenn bestimmt wird, dass das tatsächliche Variationsintervall größer als der vorbestimmte Wert ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 2, wobei die elektronische Steuereinheit (15) eine Einspritzmengenrückkopplungsregelung durchführt, um eine Menge des Kraftstoffes der Voreinspritzung vor dem Kraftstoffeinspritzventil auf Rückkopplungsweise zusätzlich zu der Voreinspritzzeitpunktrückkopplungssteuerung derart durchzuführen, dass eine maximale Variation als eine Differenz zwischen einem Maximalwert der tatsächlichen Änderungsrate zweiter Ordnung in der Vorvariationsperiode und dem vorbestimmten Bezugswert gleich einer Sollvariation wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vorbestimmte Bezugswert ein Wert ist, der der Änderungsrate zweiter Ordnung entspricht, die erhalten wird, wenn von dem Kraftstoffeinspritzventil kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird und sich die Brennkraftmaschine in denselben Betriebsbedingungen befindet, mit der Ausnahme, dass kein Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil in den Zylinder eingespritzt wird.