DE102018100346A1

DE102018100346A1 - Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102018100346A1
Application number: DE102018100346.3A
Authority: DE
Inventors: Akihiko Negami; Naoyoshi MATSUBARA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: JP2018112140A; US10309334B2; DE102018100346B4; CN108301933A; CN108301933B; US20180195457A1; JP6787140B2

Abstract

Die Steuerungsvorrichtung steuert eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoffinjektor 31. Die Steuerungsvorrichtung weist einen Einspritzsteuerungsteil auf, welcher eine Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor steuert. Der Einspritzsteuerungsteil steuert die Kraftstoffeinspritzungen, um mehrere Voreinspritzungen und eine Haupteinspritzung durchzuführen, und so dass der vorab eingespritzte Kraftstoff nach dem Start der Haupteinspritzung durch eine Kompressionsselbstzündung verbrannt wird. Der Einspritzsteuerungsteil steuert den Kraftstoffinjektor, um die Voreinspritzungen und die Haupteinspritzung während eines stabilen Betriebs zu Basis-Einspritzzeitpunkten durchzuführen, und dieser führt eine Korrektursteuerung durch, um die Einspritzzeitpunkte während eines Übergangsbetriebs ausgehend vom den Basis-Einspritzzeitpunkten zu korrigieren. Bei der Korrektursteuerung sind die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer, je größer ein Kurbelwinkel ausgehend vom OT der Einspritzzeitpunkte der unterschiedlichen Einspritzungen vor der Korrektur ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.
Allgemeiner Stand der Technik
In der Vergangenheit war eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, welche in einem Teil der Betriebsbereiche einer Verbrennungskraftmaschine eine Kompressionszündung einer vorgemischten Ladung bzw. eines Vorgemisches (PCCI) durchführt. Die Vorgemisch-Kompressionszündung entspricht einer Verbrennungsform, bei welcher Kraftstoff und Luft vorgemischt werden und anschließend das Vormischgas bzw. das Vorgemisch selbst entzündet wird. Bei der Vorgemisch-Kompressionszündung werden Kraftstoff und Luft im Vorhinein auf diese Art und Weise in einem bestimmten Ausmaß gemischt, dann wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt und daher existieren wenige Stellen mit lokal hohen Kraftstoffkonzentrationen, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird. Folglich kann der Abgabebetrag von Ruß unterdrückt werden.
Ferner ist es bei der Durchführung der Vorgemisch-Kompressionszündung bekannt, Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor durch eine Haupteinspritzung und eine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung einzuspritzen (beispielsweise PLT 1). Insbesondere ist in der PLT 1 der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung festgelegt und der Einspritzzeitpunkt der Voreinspritzung wird gemäß dem Maschinenbetriebszustand usw. verändert, oder der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung und der Einspritzzeitpunkt der Voreinspritzung werden beide im gleichen Ausmaß gemäß dem Maschinenbetriebszustand usw. verändert.
Zitierungsliste
Patentliteratur

PLT 1: Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2009 - 209 943 A
PLT 2: Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2012 - 041 892 A
PLT 3: Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2012 - 041 896 A

Kurzfassung der Erfindung
Beim Durchführen der Vorgemisch-Kompressionszündung kann ebenso in Betracht gezogen werden, eine Mehrzahl von Voreinspritzungen von dem Kraftstoffinjektor durchzuführen und die Haupteinspritzung nach dem Durchführen dieser Voreinspritzungen durchzuführen. In diesem Fall sind die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung gemäß dem Maschinenbetriebszustand (Zustand der Verbrennungskraftmaschine einschließlich zumindest der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl) auf optimale Werte eingestellt.
Diesbezüglich sind die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung gemäß dem Maschinenbetriebszustand auf das Optimum eingestellt, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet. Aus diesem Grund werden die Einspritzzeitpunkte usw. der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung nicht notwendigerweise zu den optimalen Werten, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet. Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte des Übergangsbetriebs befindet, ist es aus diesem Grund notwendig, die Einspritzzeitpunkte usw. der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung zu korrigieren.
Hinsichtlich der Technologie zum Korrigieren der Einspritzzeitpunkte usw. der Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung kann, wie in PLT 1 beschrieben ist, der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung festgelegt sein und die Einspritzzeitpunkte der Voreinspritzungen können verändert werden. Wenn die Einspritzzeitpunkte auf diese Art und Weise gesteuert werden, ist es jedoch nicht möglich, den Zündzeitpunkt des durch die Haupteinspritzung gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches stark zu steuern. Ferner ist der mögliche Bereich beim Steuern des Zündzeitpunkts beschränkt, auch wenn es möglich ist, den Zündzeitpunkt zu steuern.
Als eine weitere Technologie können der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung und die Einspritzzeitpunkte der Voreinspritzungen beide im gleichen Ausmaß verändert werden. Falls die Einspritzzeitpunkte auf diese Art und Weise gesteuert werden, nähern sich jedoch die Zündzeitpunkte der durch Voreinspritzungen gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemische und der Zündzeitpunkt des durch die Haupteinspritzung gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches einander an, und folglich wird das Verbrennungsgeräusch lauter.
Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung des vorstehenden Problems und es ist eine Aufgabe davon, die Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts eines durch eine Haupteinspritzung gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches sicherzustellen, während ein Verbrennungsgeräusch unterdrückt wird, auch während sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet.
Die vorliegende Erfindung erfolgte, um das Problem zu lösen, und der Grundgedanke davon ist wie folgt:

(1) Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoffinjektor, welcher Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt, wobei die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine einen Einspritzsteuerungsteil aufweist, welcher die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor steuert, wobei der Einspritzsteuerungsteil die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor steuert, so dass der Kraftstoffinjektor zu mehreren Zeiten eine Voreinspritzung durchführt und dann eine Haupteinspritzung durchgeführt, und so dass nach dem Starten der Haupteinspritzung zumindest ein Teil eines durch die Voreinspritzungen gebildeten Vormischgases durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt, der Einspritzsteuerungsteil den Kraftstoffinjektor steuert, um die Voreinspritzungen und die Haupteinspritzung zu Basis-Einspritzzeitpunkten durchzuführen, welche basierend auf einem Maschinenbetriebszustand berechnet werden, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, und der Einspritzsteuerungsteil, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, eine Korrektursteuerung durchführt, welche die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen ausgehend von den Basis-Einspritzzeitpunkten mit Bezug auf die Zeit, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte des stabilen Betriebs befindet, korrigiert, und bei der Korrektursteuerung die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer sind, je größer die Kurbelwinkel ausgehend vom oberen Totpunkt (OT) der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen vor der Korrektur sind.
(2) Die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach (1), ferner aufweisend einen Einlassdruckerfassungsteil, welcher einen Druck eines Einlassgases in der Verbrennungskammer erfasst oder abschätzt, wobei der Einspritzsteuerungsteil bei der Korrektursteuerung die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen korrigiert, so dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der verzögerten bzw. späten Seite verschoben sind, je höher der durch den Einlassdruckerfassungsteil erfasste oder abgeschätzte Druck des Einlassgases ist.
(3) Die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach (1) oder (2), ferner aufweisend einen Einlasstemperaturerfassungsteil, welcher eine Temperatur eines Einlassgases in der Verbrennungskammer erfasst oder abschätzt, wobei der Einspritzsteuerungsteil bei der Korrektursteuerung die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen korrigiert, so dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der späten Seite verschoben sind, je höher die durch den Einlasstemperaturerfassungsteil erfasste oder abgeschätzte Temperatur des Einlassgases ist.
(4) Die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem aus (1) bis (3), ferner aufweisend einen Sauerstoffdichtenerfassungsteil zum Erfassen oder Abschätzen einer Sauerstoffdichte des Einlassgases in der Verbrennungskammer, wobei der Einspritzsteuerungsteil die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen korrigiert, so dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der späten Seite verschoben sind, je höher die durch den Sauerstoffdichtenerfassungsteil erfasste oder abgeschätzte Sauerstoffdichte ist.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Steuerbarkeit des Zündzeitpunkts eines durch eine Haupteinspritzung gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches sicherzustellen, während ein Verbrennungsgeräusch unterdrückt wird, auch wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Maschinenkörpers.
3 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einem Maschinenbetriebszustand und einem Betriebsmodus zeigt.
4 ist eine Ansicht, welche Entwicklungen von Kraftstoffeinspritzraten und Wärmeerzeugungsraten durch eine Verbrennung in einer Verbrennungskammer mit Bezug auf einen Kurbelwinkel zeigt, wenn ein Betriebsmodus einem PCCI-Modus entspricht.
5A ist ein Kennfeld zum Erhalten eines Einspritzzeitpunkts aus einer Maschinenlast und einer Maschinendrehzahl.
5B ist ein Kennfeld zum Erhalten eines Einspritzbetrags aus einer Maschinenlast und einer Maschinendrehzahl.
6 ist eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einem Äquivalenzverhältnis und einer Zündverzögerungszeit für jede Sauerstoffdichte in einer Verbrennungskammer zeigt.
7 ist ein Zeitdiagramm eines Drosselöffnungsgrads, eines Ladedrucks und einer bei dem Zündzeitpunkt auftretenden Abweichung, wenn sich eine Maschinenlast verändert.
8 ist eine Ansicht, welche Entwicklungen von Kraftstoffeinspritzraten und Wärmeerzeugungsraten durch eine Verbrennung in einer Verbrennungskammer mit Bezug auf einen Kurbelwinkel vor und nach einer Korrektur des Einspritzzeitpunkts zeigt.
9 ist eine Ansicht, welche Entwicklungen einer Kraftstoffeinspritzrate, einer Wärmeerzeugungsrate, einer Reaktionsgeschwindigkeit und eines Zeitintegrals zeigt.
10 ist eine Ansicht ähnlich zu 9 in dem Fall, in welchem ein Kraftstoffinjektor Kraftstoff zu mehreren Zeiten einspritzt.
11 ist eine Ansicht ähnlich zu 10 in dem Fall des Korrigierens von Einspritzzeitpunkten von drei Kraftstoffeinspritzungen allgemein durch einen konstanten Kurbelwinkel.
12 ist eine Ansicht ähnlich zu 11 in dem Fall des Korrigierens der Einspritzzeitpunkte von drei Kraftstoffeinspritzungen durch eine Korrektursteuerung der ersten Ausführungsform.
13A ist eine Ansicht, welche Entwicklungen von Kraftstoffeinspritzraten von einem Kraftstoffinjektor vor und nach einer Korrektur durch die Korrektursteuerung mit Bezug auf einen Kurbelwinkel zeigt.
13B ist eine Ansicht, welche Entwicklungen von Kraftstoffeinspritzraten von einer Kraftstoffeinspritzung vor und nach einer Korrektur durch die Korrektursteuerung mit Bezug auf den Kurbelwinkel zeigt.
13C ist eine Ansicht, welche Entwicklungen von Kraftstoffeinspritzraten von einem Kraftstoffinjektor vor und nach einer Korrektur durch die Korrektursteuerung mit Bezug auf den Kurbelwinkel zeigt.
14 ist ein Kennfeld zum Korrigieren eines Einspritzzeitpunkts gemäß einem Druck.
15 ist ein Kennfeld zum Korrigieren eines Einspritzzeitpunkts gemäß einer Temperatur.
16 ist ein Kennfeld zum Korrigieren eines Einspritzzeitpunkts gemäß einer Sauerstoffdichte.
17 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerroutine für eine Basis-Kraftstoffeinspritzungs-Berechnungssteuerung zum Berechnen eines Basis-Einspritzzeitpunkts und eines Basis-Einspritzbetrags zeigt.
18 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerung zum Korrigieren eines Basis-Einspritzzeitpunkts zeigt.
19 ist eine Ansicht, welche Entwicklungen von Kraftstoffeinspritzraten von einem Kraftstoffinjektor vor und nach einer Korrektur durch die Korrektursteuerung mit Bezug auf den Kurbelwinkel zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Mit Bezug auf die Abbildungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert. Zu beachten ist, dass in der folgenden Erläuterung ähnlichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind.
<Erläuterung der Verbrennungskraftmaschine als Ganzes>
Zunächst wird die Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine 1, bei welcher eine Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, unter Bezugnahme auf 1 und 2 erläutert. 1 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine 1. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Maschinenkörpers 10 der Verbrennungskraftmaschine 1. Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform verwendet Dieselöl als Kraftstoff.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Verbrennungskraftmaschine 1 einen Maschinenkörper 10, ein Kraftstoffzuführsystem 30, ein Einlasssystem 40, ein Auslasssystem 50, einen AGR-Mechanismus 60 und eine Steuerungsvorrichtung 70 auf.
Der Maschinenkörper 10 weist einen Zylinderblock 12, in welchem eine Mehrzahl von Zylindern 11 ausgebildet sind, und einen Zylinderkopf 13 auf. In den Zylindern 11 sind Kolben 14 angeordnet, die sich in den Zylindern 11 hin und her bewegen. In den Zylindern 11 zwischen den Kolben 14 und dem Zylinderkopf 13 sind Verbrennungskammern 15 ausgebildet, in welchen das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Auf den oberen Flächen der Kolben 14 sind Kavitäten 16 mit vertieften Gestaltungen ausgebildet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Zylinderkopf 13 mit Einlasskanälen 17 und Auslasskanälen 18 ausgebildet. Diese Einlasskanäle 17 und Auslasskanäle 18 stehen mit den Verbrennungskammern 15 der Zylinder 11 in Verbindung. Zwischen jeder Verbrennungskammer 15 und dem Einlasskanal 17 ist ein Einlassventil 21 angeordnet. Dieses Einlassventil 21 öffnet und schließt den Einlasskanal 17. Gleichermaßen ist zwischen jeder Verbrennungskammer 15 und dem Auslasskanal 18 ein Auslassventil 22 angeordnet. Dieses Auslassventil 22 öffnet und schließt den Auslasskanal 18.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Kraftstoffzuführsystem 30 Kraftstoffinjektoren 31, ein Common-Rail 32, eine Kraftstoffzuführleitung 33, eine Kraftstoffpumpe 34 und einen Kraftstofftank 35 auf. Jeder Kraftstoffinjektor 31 ist bei dem Zylinderkopf 13 angeordnet, um Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer 15 eines Zylinders 11 einzuspritzen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Kraftstoffinjektor 31 insbesondere bei einer Mitte einer oberen Wandoberfläche der Verbrennungskammer 15 angeordnet und derart konfiguriert, dass Kraftstoff F von dem Kraftstoffinjektor 31 in Richtung hin zu der Peripherie in der in dem Kolben 14 ausgebildeten Kavität 16 eingespritzt wird (2).
Der Kraftstoffinjektor 31 steht über das Common-Rail 32 und die Kraftstoffzuführleitung 33 mit dem Kraftstofftank 35 in Verbindung. Bei der Kraftstoffzuführleitung 33 ist die Kraftstoffpumpe 34 zum Fördern von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 35 angeordnet. Der durch die Kraftstoffpumpe 34 geförderte Kraftstoff wird über die Kraftstoffzuführleitung 33 hin zu dem Common-Rail 32 geführt. Einhergehend mit dem geöffneten Kraftstoffinjektor 31 wird Kraftstoff von den Kraftstoffinjektor 31 direkt in das Innere der Verbrennungskammer 15 eingespritzt.
Das Einlasssystem 40 weist einen Einlasskrümmer 41, eine Einlassleitung 43, einen Luftfilter 44, einen Verdichter 5a eines Abgasturboladers 5, einen Zwischenkühler 45 und ein Drosselventil 46 auf. Der Einlasskanal 17 jedes Zylinders 11 steht mit dem Einlasskrümmer 41 in Verbindung und der Einlasskrümmer 41 steht über die Einlassleitung 43 mit dem Luftfilter 44 in Verbindung. Die Einlassleitung 43 ist mit dem Verdichter 5a des Abgasturboladers 5, welcher die durch die Einlassleitung 43 strömende Einlassluft verdichtet und abgibt, und dem Zwischenkühler 45, welcher die durch den Verdichter 5a verdichtete Luft kühlt, vorgesehen. Der Zwischenkühler 45 ist in der Strömungsrichtung der Einlassluft auf einer stromabwärtigen Seite des Verdichters 5a angeordnet. Das Drosselventil 46 ist in der Einlassleitung 43 zwischen dem Zwischenkühler 45 und dem Einlasskrümmer 41 angeordnet. Das Drosselventil 46 kann den Öffnungsbereich des Einlassdurchlasses dadurch verändern, dass dieses durch ein Drosselventil-Antriebsstellglied 47 gedreht wird. Zu beachten ist, dass die Einlasskanäle 17, der Einlasskrümmer 41 und die Einlassleitung 43 Einlassdurchlässe bilden, welche Einlassgas hin zu den Verbrennungskammern 15 führen.
Das Auslasssystem 50 weist einen Auslasskrümmer 51, eine Auslassleitung 52, eine Turbine 5b des Abgasturboladers 5 und eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 53 auf. Der Auslasskanal 18 jedes Zylinders 11 steht mit dem Auslasskrümmer 51 in Verbindung und der Auslasskrümmer 51 steht mit der Auslassleitung 52 in Verbindung. Bei der Auslassleitung 52 ist die Turbine 5b des Abgasturboladers 5 vorgesehen. Die Turbine 5b wird durch die Energie des Abgases angetrieben, um zu rotieren. Der Verdichter 5a und die Turbine 5b des Abgasturboladers 5 sind durch eine Rotationswelle verbunden. Falls die Turbine 5b angetrieben wird, um zu rotieren, rotiert einhergehend damit der Verdichter 5a, und entsprechend wird die Einlassluft verdichtet. Ferner ist bei der Auslassleitung 52 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 53 in der Strömungsrichtung des Abgases auf der stromabwärtigen Seite der Turbine 5b vorgesehen. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 53 entspricht einer Vorrichtung zum Reinigen und anschließenden Abgeben des Abgases hin zu der Außenluft. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 53 ist mit verschiedenen Typen von Abgasreinigungskatalysatoren und Filtern zum Aufnehmen von schädlichen Substanzen, zum Entfernen der schädlichen Substanzen usw. vorgesehen. Zu beachten ist, dass die Auslasskanäle 18, der Auslasskrümmer 51 und die Auslassleitung 52 Auslassdurchlässe bilden, welche Abgas von den Verbrennungskammern 15 abführen.
Ein AGR-Mechanismus 60 weist eine AGR-Leitung 61, ein AGR-Steuerungsventil 62 und einen AGR-Kühler 63 auf. Die AGR-Leitung 61 ist mit dem Auslasskrümmer 51 und dem Einlasskrümmer 41 verbunden und verbindet diese miteinander. Bei der AGR-Leitung 61 ist der AGR-Kühler 63 zum Kühlen des durch die AGR-Leitung 61 strömenden AGR-Gases vorgesehen. Bei der AGR-Leitung 61 ist zusätzlich das AGR-Steuerungsventil 62 vorgesehen, welches den Öffnungsbereich eines durch die AGR-Leitung 61 gebildeten AGR-Durchlasses verändern kann. Durch Steuern des Öffnungsgrads des AGR-Steuerungsventils 62 wird der Strömungsbetrag von AGR-Gas, welches von dem Auslasskrümmer 51 hin zu dem Einlasskrümmer 41 rezirkuliert bzw. zurückströmt, angepasst.
Die Steuerungsvorrichtung 70 weist eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 71 und verschiedene Typen von Sensoren auf. Die ECU 71 weist einen digitalen Computer auf und diese weist Komponenten auf, welche über einen bidirektionalen Bus 72 miteinander verbunden sind, wie einen RAM (Direktzugriffsspeicher) 73, einen ROM (Nurlesespeicher) 74, eine CPU (Mikroprozessor) 75, einen Eingangsanschluss 76 und einen Ausgangsanschluss 77.
Bei dem Zylinderkopf 13 ist ein Zylinderdrucksensor 81 zum Erfassen des Drucks in den Zylindern 11 (Zylinderdruck) angeordnet. Ferner ist bei dem Common-Rail 32 ein Kraftstoffdrucksensor 82 zum Erfassen des Drucks des Kraftstoffes in dem Common-Rail 32, das heißt, des Drucks des von den Kraftstoffinjektoren 31 hin zu dem Inneren der Zylinder 11 eingespritzten Kraftstoffes (Einspritzdruck) vorgesehen. Bei der Einlassleitung 43 ist auf der stromaufwärtigen Seite des Verdichters 5a des Abgasturboladers 5 in der Strömungsrichtung des Einlasses ein Luftströmungsmesser 83 zum Erfassen des Strömungsbetrags der durch das Innere der Einlassleitung 43 strömenden Luft vorgesehen. Bei dem Drosselventil 46 ist ein Drosselöffnungsgradsensor 84 zum Erfassen dessen Öffnungsgrads (Drosselöffnungsgrad) vorgesehen. Zusätzlich ist bei dem Einlasskrümmer 41 ein Einlassdrucksensor 85 zum Erfassen des Drucks des Einlassgases in dem Einlasskrümmer 41, das heißt, des Drucks des in die Zylinder 11 gesaugten Einlassgases (Einlassdrucks), vorgesehen. Bei dem Einlasskrümmer 41 ist ferner ein Einlasstemperatursensor 86 zum Erfassen der Temperatur des Einlassgases in dem Einlasskrümmer 41, das heißt, der Temperatur des in die Zylinder 11 gesaugten Einlassgases (Einlasstemperatur), vorgesehen. Die Ausgänge von dem Zylinderdrucksensor 81, dem Kraftstoffdrucksensor 82, dem Luftströmungsmesser 83, dem Drosselöffnungsgradsensor 84, dem Einlassdrucksensor 85 und dem Einlasstemperatursensor 86 werden über entsprechende AD-Wandler 78 bei dem Eingangsanschluss 76 eingegeben.
Ferner ist ein Lastsensor 88, welcher proportional zu dem Niederdrückbetrag eines Gaspedals 87 eine Ausgangsspannung erzeugt, mit dem Gaspedal 87 verbunden. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 88 wird über einen entsprechenden AD-Wandler 78 bei dem Eingangsanschluss 76 eingegeben. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Niederdrückbetrag des Gaspedals 87 als die Maschinenlast verwendet. Ein Kurbelwinkelsensor 89 erzeugt beispielsweise einen Ausgangsimpuls zu jeder Zeit, wenn sich die Kurbelwelle des Maschinenkörpers 10 um beispielsweise 15 Grad dreht. Dieser Ausgangsimpuls wird bei dem Eingangsanschluss 76 eingegeben. Bei der CPU 75 wird die Maschinendrehzahl aus dem Ausgangsimpuls dieses Kurbelwinkelsensors 89 berechnet.
Andererseits ist der Ausgangsanschluss 77 der ECU 71 über entsprechende Treiberschaltungen 79 mit den Stellgliedern verbunden, welche den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 steuern. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist der Ausgangsanschluss 77 mit den Kraftstoffinjektoren 31, der Kraftstoffpumpe 34, dem Drosselventilantriebsstellglied 47 und dem AGR-Steuerungsventil 62 verbunden. Die ECU 71 gibt Steuersignale, welche diese Stellglieder steuern, von dem Ausgangsanschluss 77 aus, um den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 zu steuern.
Die wie vorstehend erläutert konfigurierte Steuerungsvorrichtung 70 weist einen Einlassdruckerfassungsteil, einen Einlasstemperaturerfassungsteil, einen Sauerstoffdichtenerfassungsteil und einen Einspritzsteuerungsteil auf.
Der Einlassdruckerfassungsteil erfasst den Druck des hin zu den Verbrennungskammern 15 der Zylinder 11 geführten Einlassgases. Der Einlassdruckerfassungsteil erfasst bei der vorliegenden Ausführungsform insbesondere den Druck des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases, wenn sich die Einlassventile 21 schließen. Der bei dem Einlasskrümmer 41 vorgesehene Einlassdrucksensor 85 wird insbesondere dazu verwendet, um den Druck des Einlassgases in dem Einlasskrümmer 41 zu erfassen. Wenn sich die Einlassventile 21 schließen, ist der Druck des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases im Wesentlichen gleich dem Druck in dem Einlasskrümmer 41, und dadurch ist es durch das Erfassen des Drucks des Einlassgases in dem Einlasskrümmer 41 möglich, den Druck des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases zu erfassen, wenn sich die Einlassventile 21 schließen.
Zu beachten ist, dass der Einlassdruckerfassungsteil den Einlassdrucksensor 85 nicht verwenden muss und den Druck des Einlassgases unter Verwendung von Modellgleichungen basierend auf dem Öffnungsgrad des Drosselventils 46, dem Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 62 usw. abschätzen kann. Ferner kann der Einlassdruckerfassungsteil als den Druck des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases ebenso den Druck in den Verbrennungskammern 15 bei dem Verdichtungs-OT verwenden, wenn angenommen wird, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern 15 nicht brennt. In diesem Fall wird der Druck in den Verbrennungskammern 15 bei dem Verdichtungs-OT (Kompressionsenddruck) basierend auf dem Druck und der Temperatur des Einlassgases abgeschätzt, wenn sich die Einlassventile 21 schließen.
Der Einlasstemperaturerfassungsteil erfasst die Temperatur des hin zu den Verbrennungskammern 15 der Zylinder 11 geführten Einlassgases. Der Einlasstemperaturerfassungsteil erfasst bei der vorliegenden Ausführungsform insbesondere die Temperatur des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases, wenn sich die Einlassventile 21 schließen. Der Einlasstemperatursensor 86, welcher bei dem Einlasskrümmer 41 vorgesehen ist, wird insbesondere dazu verwendet, um die Temperatur des Einlassgases in dem Einlasskrümmer 41 zu erfassen. Wenn sich die Einlassventile 21 schließen, ist die Temperatur des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases im Wesentlichen gleich der Temperatur in dem Einlasskrümmer 41, und daher ist es durch das Erfassen der Temperatur des Einlassgases in dem Einlasskrümmer 41 möglich, die Temperatur des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases zu erfassen, wenn sich die Einlassventile 21 schließen.
Zu beachten ist, dass der Einlasstemperaturerfassungsteil den Einlasstemperatursensor 86 nicht verwenden muss und die Temperatur des Einlassgases unter Verwendung von Modellgleichungen basierend auf dem Öffnungsgrad des Drosselventils 46, dem Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 62 usw. abschätzen kann. Der Einlasstemperaturerfassungsteil kann als die Temperatur des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases ferner ebenso die Temperatur in den Verbrennungskammern 15 bei dem Verdichtungs-OT verwenden, wenn angenommen ist, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Verbrennungskammern 15 nicht verbrennt (Kompressionsendtemperatur). In diesem Fall wird die Temperatur in den Verbrennungskammern 15 bei dem Verdichtungs-OT basierend auf dem Druck und der Temperatur des Einlassgases abgeschätzt, wenn sich die Einlassventile 21 schließen.
Der Sauerstoffdichtenerfassungsteil erfasst die Sauerstoffdichte des hin zu den Verbrennungskammern 15 der Zylinder 11 geführten Einlassgases oder schätzt diese ab. Diesbezüglich wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Teil des Abgases gemäß dem Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 62 erneut hin zu den Verbrennungskammern 15 der Zylinder 11 geführt, da der AGR-Mechanismus 60 vorgesehen ist. Wenn es möglich ist, die Ventilüberschneidungszeitdauer, in welcher sowohl die Einlassventile 21 als auch die Auslassventile 23 geöffnet sind, zu verändern, wird ferner ein Teil des einmal in die Auslasskanäle 18 abgegebenen Abgases gemäß der Ventilüberschneidungszeitdauer erneut hin zu den Verbrennungskammern 15 geführt. Wenn es zusätzlich möglich ist, die Schließzeiten der Auslassventile 22 zu verändern, verbleibt ein Teil des Abgases gemäß den Schließzeiten der Auslassventile 22 in den Verbrennungskammern 15, ohne von den Verbrennungskammern 15 hin zu dem Auslasskanal 18 abgegeben zu werden. Nachfolgend ist das Abgas, welches auf diese Art und Weise hin zu den Verbrennungskammern 15 geführt wird oder bei diesen zurückbleibt, als das „AGR-Gas“ bezeichnet. Das AGR-Gas entspricht einem Abgas, welches in den Verbrennungskammern 15 bereits einmal verbrannt wurde, und daher enthält das AGR-Gas überhaupt nicht viel Sauerstoff. Aus diesem Grund ist die Sauerstoffdichte des Einlassgases umso geringer, je größer das Verhältnis des AGR-Gases in dem hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgas ist (AGR-Rate).
Wie vorstehend erläutert ist, weist die Verbrennungskraftmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform ferner den Abgasturbolader 5 auf. Falls der Druck des Einlassgases nach einer Aufladung durch den Verdichter 5a des Abgasturboladers 5 (Ladedruck) höher wird, nimmt der pro Volumeneinheit enthaltene Sauerstoffbetrag zu und entsprechend wird die Sauerstoffdichte höher. Aus diesem Grund wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Sauerstoffdichte des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases basierend auf dem Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 62, den Ventilzeiten der Einlassventile 21 und der Auslassventile 22, dem Ladedruck usw. abgeschätzt. Zu beachten ist, dass der Sauerstoffdichtenerfassungsteil die Sauerstoffdichte beispielsweise ebenso durch eine andere Technologie, wie ein Erfassen der Sauerstoffdichte basierend auf einem Sauerstoffkonzentrationssensor usw., abschätzen oder erfassen kann.
Zu beachten ist, dass das Volumen in einer Verbrennungskammer 15 im Vorhinein bekannt ist, und daher ist möglich, die Sauerstoffdichte des hin zu der Verbrennungskammer 15 geführten Einlassgases abzuschätzen, falls der Sauerstoffbetrag des hin zu dem Inneren der Verbrennungskammer 15 geführten Einlassgases bekannt ist. Daher ist es ebenso möglich, die Sauerstoffdichte durch Abschätzen des Sauerstoffbetrags des hin zu dem Inneren der Verbrennungskammer 15 geführten Einlassgases basierend auf dem vorstehend erwähnten Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 62 usw. abzuschätzen.
Der Einspritzsteuerungsteil steuert die Kraftstoffinjektoren 31 usw., um die gewünschte Verbrennung in den Verbrennungskammern 15 basierend auf den Ausgängen der verschiedenen Sensoren und den Ausgängen des vorstehend erwähnten Einlassdruckerfassungsteils, des Einlasstemperaturerfassungsteils und des Sauerstoffdichtenerfassungsteils zu erreichen. Die spezifische Einspritzsteuerung durch den Einspritzsteuerungsteil wird nachstehend detailliert erläutert.
<Erläuterung des Verbrennungsmodus>
Nachfolgend wird mit Bezug auf 3 eine Einspritzsteuerung durch den Einspritzsteuerungsteil der Steuerungsvorrichtung 70 der vorliegenden Ausführungsform erläutert. 3 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Maschinenbetriebszustand, welcher basierend auf zumindest der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl bestimmt wird, und dem Betriebsmodus zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform betreibt der Einspritzsteuerungsteil der Steuerungsvorrichtung 70 die Verbrennungskraftmaschine 1 in den beiden Betriebsmodi des Vorgemisch-Kompressionszündungsmodus (nachfolgend als der „PCCI-Modus“ bezeichnet) und des Diffusionsverbrennungsmodus (nachfolgend als der „DC-Modus“ bezeichnet).
Der Einspritzsteuerungsteil der Steuerungsvorrichtung 70 steuert die Kraftstoffinjektoren 31 usw., so dass der in die Verbrennungskammern 15 eingespritzte Kraftstoff durch eine Diffusionsverbrennung verbrennt, wenn der Betriebsmodus dem DC-Modus entspricht. Diesbezüglich steht „Diffusionsverbrennung“ für den Verbrennungsmodus, bei welchem Kraftstoff im Wesentlichen ohne Verzögerung verbrennt, nachdem der Kraftstoff eingespritzt wird, das heißt, den Verbrennungsmodus, bei welchem Kraftstoff mit einer kurzen Zündverzögerungszeit verbrennt (Zeit ausgehend davon, wenn der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 15 eingespritzt wird, bis sich der Kraftstoff selbst entzündet) nachdem der Kraftstoff eingespritzt wird. Insbesondere wenn der Betriebsmodus dem DC-Modus entspricht, ist die Zeit ausgehend davon, wenn die später erläuterte Haupteinspritzung von den Kraftstoffinjektoren 31 gestartet wird, bis der Kraftstoff entzündet wird, kürzer als einige Millisekunden.
Ferner steuert der Einspritzsteuerungsteil die Kraftstoffinjektoren 31 usw., so dass sich, wenn der Betriebsmodus dem PCCI-Modus entspricht, der in die Verbrennungskammern 15 eingespritzte Kraftstoff durch eine Vorgemisch-Kompressionszündung entzündet. Diesbezüglich steht „Vorgemisch-Kompressionszündung“ für den Verbrennungsmodus, wenn der Kraftstoff verbrannt wird, nachdem eine Vormischzeit von Luft und Kraftstoff nach der Kraftstoffeinspritzung in einem gewissen Ausmaß verstreicht, das heißt, einen Verbrennungsmodus, bei welchem Kraftstoff durch eine längere Zündverzögerungszeit als zu der Zeit der Diffusionsverbrennung nach der Kraftstoffeinspritzung verbrennt. Insbesondere wenn der Betriebsmodus dem PCCI-Modus entspricht, ist die Zeit ausgehend davon, wenn die später erläuterte Haupteinspritzung von dem Kraftstoffinjektor 31 gestartet wird, bis der Kraftstoff entzündet wird, größer bzw. länger als einige Millisekunden. In einigen Fällen wird der bereits eingespritzte Haupteinspritzungskraftstoff entzündet, bevor die Einspritzung des Haupteinspritzungskraftstoffes beendet wird, in dieser Beschreibung ist ein solcher Verbrennungsmodus jedoch ebenso in der Vorgemisch-Kompressionszündung enthalten.
Bei einem Vergleich der Diffusionsverbrennung und der Vorgemisch-Kompressionszündung verbrennt bei der Vorgemisch-Kompressionszündung das Vormischgas nach dem Vorsehen eines bestimmten Ausmaßes einer Vormischphase bzw. Vormischzeitdauer von Kraftstoff und Luft nach der Kraftstoffeinspritzung. Folglich wird Kraftstoff während der Vormischphase verteilt und daher ist es möglich, den Anteil des Kraftstoffes zu reduzieren, welcher in dem Zustand einer hohen Kraftstoffkonzentration (das heißt, einem Zustand eines hohen Äquivalenzverhältnisses ϕ) verbrennt. Falls ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit hoher Kraftstoffkonzentration verbrennt, wird aufgrund des unzureichenden Sauerstoffs Ruß erzeugt, und daher ist es bei der Vorgemisch-Kompressionszündung möglich, die Erzeugung von Ruß zu unterdrücken, und es ist möglich, die Abgasemission zu verbessern.
Wenn der Maschinenbetriebszustand jedoch dem Hochlast-Betriebszustand entspricht, ist es nicht möglich, die Vorgemisch-Kompressionszündung durchzuführen. Dies liegt daran, da die Temperatur in den Verbrennungskammern 15 ansteigt und sich das Vorgemisch somit früh selbst entzündet, falls der Maschinenbetriebszustand dem Hochlast-Betriebszustand entspricht.
Bei der Diffusionsverbrennung wird das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch andererseits nicht vorgemischt, und daher wird sich das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Vorgemisch nie selbst entzünden, auch wenn die Temperatur in den Verbrennungskammern 15 ansteigt. Aus diesem Grund kann die Diffusionsverbrennung durchgeführt werden, auch wenn der Maschinenbetriebszustand dem Hochlast-Betriebszustand entspricht.
Bei der Diffusionsverbrennung verbrennt der Kraftstoff jedoch im Wesentlichen ohne Verzögerung nach der Kraftstoffeinspritzung, und daher verbrennt der Kraftstoff ohne wesentlich verteilt zu werden. Aus diesem Grund nimmt der Anteil des Kraftstoffes zu, welcher in einem Zustand einer hohen Kraftstoffkonzentration verbrennt, und Ruß wird wesentlich leichter erzeugt. Daher wird im Vergleich zu der Vorgemisch-Kompressionszündung Ruß auf einfache Art und Weise von den Verbrennungskammern 15 abgegeben.
Daher stellt der Einspritzsteuerungsteil bei der vorliegenden Ausführungsform den Betriebsmodus auf den PCCI-Modus ein, wenn der Maschinenbetriebszustand dem PCCI-Bereich entspricht, in welchem die Maschinenlast und die Maschinendrehzahl niedrig sind, wie in 3 gezeigt ist. Zusätzlich stellt der Einspritzsteuerungsteil den Betriebsmodus auf den DC-Modus ein, wenn der Maschinenbetriebszustand in dem DC-Bereich liegt, in welchem die Maschinenlast und/oder die Maschinendrehzahl hoch ist/sind. Aufgrund dessen ist es durch das Durchführen der Diffusionsverbrennung möglich, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine aufrecht zu erhalten, falls die Maschinenlast oder die Maschinendrehzahl hoch ist. Wenn die Maschinenlast oder die Maschinendrehzahl niedrig ist, ist es durch das Durchführen der Vorgemisch-Kompressionszündung möglich, die Erzeugung von Ruß in den Verbrennungskammern 15 zu unterdrücken.
<Einspritzsteuerung in dem stabilen Zustand>
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 die Kraftstoffeinspritzsteuerung von den Kraftstoffinjektoren 31 erläutert, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in dem Zustand, in welchem der Betriebsmodus dem PCCI-Modus entspricht, in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet. 4 ist eine Ansicht, welche den Trend bzw. die Entwicklung der Kraftstoffeinspritzraten und der Wärmeerzeugungsraten durch eine Verbrennung in den Verbrennungskammern 15 mit Bezug auf den Kurbelwinkel zeigt, wenn der Betriebsmodus dem PCCI-Modus entspricht.
Wie aus 4 ersichtlich ist, steuert der Einspritzsteuerungsteil der Steuerungsvorrichtung 70 bei der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffinjektoren 31, um eine Voreinspritzung mit einer vorbestimmten Anzahl und anschließend eine Haupteinspritzung durchzuführen. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel werden insbesondere zwei Voreinspritzungen aus der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 nacheinander durchgeführt und dann wird die Haupteinspritzung IJM durchgeführt.
<Allgemeines Steuerungsverfahren der Einspritzungen>
Das Steuerungsverfahren der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzbeträge dieser ersten Voreinspritzung IJ1, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Haupteinspritzung IJM wird kurz erläutert. Zunächst wird der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM eingestellt, so dass der Zeitpunkt Tig der Selbstzündung des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases zu dem Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt wird.
Der Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt ist derart eingestellt, dass dieser nach dem Verdichtungs-OT liegt und die Forderung nach einem Konstantvolumengrad erfüllt. Der Konstantvolumengrad wird maximal, wenn der Selbstzündungszeitpunkt dem Verdichtungs-OT entspricht, und dieser wird kleiner, wenn der Selbstzündungszeitpunkt von dem Verdichtungs-OT weiter entfernt wird. Aus diesem Grund wird der Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt auf einen Zeitpunkt nach dem Verdichtungs-OT und nahe an dem Verdichtungs-OT eingestellt, um den Konstantvolumengrad zu erhöhen, das heißt, um den thermischen Wirkungsgrad in der Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen.
Ferner verändert sich die Zündverzögerungszeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM hin zu dem Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt in Abhängigkeit des Maschinenbetriebszustands. Beispielsweise sind der Zylinderdruck und die Zylindertemperatur umso höher, je höher die Maschinenlast ist, und daher wird die Zündverzögerungszeit kürzer. Aus diesem Grund ist der Einspritzzeitpunkt TijM der Haupteinspritzung IJM beispielsweise basierend auf der Maschinenlast L und der Maschinendrehzahl N unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 5A gezeigt, das heißt, basierend auf dem Maschinenbetriebszustand, eingestellt. Nachfolgend wird der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM, der auf diese Art und Weise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt ist, ebenso als der „Basis-Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM“ bezeichnet.
Der Einspritzbetrag der Haupteinspritzung IJM ist auf den gemäß der Maschinenlast geforderten Gesamteinspritzbetrag weniger den Einspritzbeträgen der ersten Voreinspritzung IJ 1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 eingestellt. Der Gesamteinspritzbetrag ist so eingestellt, dass dieser größer wird, wenn die Maschinenlast höher wird. Insbesondere ist der Einspritzbetrag QijM der Haupteinspritzung IJM beispielsweise basierend auf der Maschinenlast L und der Maschinendrehzahl N unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 5B gezeigt, das heißt, basierend auf dem Maschinenbetriebszustand, eingestellt. Nachfolgend wird der Einspritzbetrag der Haupteinspritzung IJM, welcher auf diese Art und Weise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt ist, ebenso als der „Basis-Einspritzbetrag der Haupteinspritzung IJM“ bezeichnet.
Die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ 1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 sind so eingestellt, dass vor dem Start der Haupteinspritzung IJM aufgrund der Verbrennung der durch die erste Voreinspritzung IJ1 und die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgase überhaupt keine Wärme oder beinahe keine Wärme erzeugt wird. Das heißt, die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ 1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 sind so eingestellt, dass die durch die Voreinspritzungen IJ 1 und IJ2 gebildeten Vormischgase nach dem Start der Haupteinspritzung IJM damit beginnen, durch eine Kompressions-Selbstzündung zu verbrennen. Falls die Einspritzzeitpunkte der ersten Voreinspritzung IJ 1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 früher liegen, neigen die durch diese Einspritzungen gebildeten Vormischgase dazu, sich früh zu entzünden. Ferner neigen die durch diese Einspritzungen gebildeten Vormischgase dazu, sich früh zu entzünden, falls die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 größer werden.
Falls die erste Voreinspritzung IJ1 und die zweite Voreinspritzung IJ2 andererseits zu nahe an der Haupteinspritzung IJM liegen oder falls die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ 1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 zu klein sind, sind die Zeitpunkte der Wärmeerzeugung der durch die Einspritzungen gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemische nicht länger verteilt bzw. getrennt. Folglich wird der später erläuterte Effekt des Reduzierens des Verbrennungsgeräusches geringer. Daher sind die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 bei der vorliegenden Ausführungsform so eingestellt, dass der Effekt des Reduzierens des Verbrennungsgeräuschs in einem Bereich größer ist, in welchem die durch diese Einspritzungen gebildeten Vormischgase nicht vor dem Start der Einspritzung der Haupteinspritzung IJM verbrennen.
Ferner sind die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 bei der vorliegenden Ausführungsform jeweils derart eingestellt, dass sich, nachdem die Haupteinspritzung IJM gestartet ist, zunächst das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas selbst entzündet, sich dann das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete Vormischgas selbst entzündet und sich schließlich das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Vormischgas selbst entzündet. Das heißt, die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 sind jeweils so eingestellt, dass die durch die Einspritzungen gebildeten Vormischgase in Stufen damit beginnen, durch eine Kompressions-Selbstzündung zu verbrennen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Einspritzzeitpunkte der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 darüber hinaus unter Berücksichtigung ebenso der Stabilität der Verbrennung usw. eingestellt. Das spezifische Verfahren zum Einstellen der Einspritzzeitpunkte der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 wird später detailliert erläutert.
Das Wärmeerzeugungsratenmuster A von 4 zeigt den Trend bzw. die Entwicklung bei den Wärmeerzeugungsraten in den Verbrennungskammern 15, wenn eine solche Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Das Wärmeerzeugungsratenmuster A zeigt das Wärmeerzeugungsratenmuster, welches durch Kombinieren der Wärmeerzeugungsraten des Wärmeerzeugungsratenmusters A1, des Wärmeerzeugungsratenmusters A2 und des Wärmeerzeugungsratenmusters AM erhalten wird. Das Wärmeerzeugungsratenmuster A1 zeigt die Entwicklung der Wärmeerzeugungsrate, wenn das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Ferner zeigt das Wärmeerzeugungsratenmuster A2 die Entwicklung der Wärmeerzeugungsrate, wenn das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Zusätzlich zeigt das Wärmeerzeugungsratenmuster AM die Entwicklung der Wärmeerzeugungsrate, wenn das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt.
Wie vorstehend erläutert ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 31 eingespritzt, so dass die durch die Einspritzungen gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemische in Stufen damit beginnen, durch eine Kompressionszündungsverbrennung zu verbrennen. Aus diesem Grund ist es möglich, die Zeitpunkte der Wärmeerzeugung durch die Luft-Kraftstoff-Gemische, welche entsprechend durch die erste Voreinspritzung IJ1, die zweite Voreinspritzung IJ2 und die Haupteinspritzung IJM gebildet werden, zu verteilen bzw. zu trennen. Aufgrund dessen ist es möglich, die Kurbelwinkel zu verschieben, zu welchen die Spitzen bei den Wärmeerzeugungsratenmustern A1, A2 und AM auftreten. Folglich kann der Spitzenwert des tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmusters A, welches durch Kombinieren dieser Wärmeerzeugungsratenmuster A1, A2 und AM erhalten wird, beispielsweise im Vergleich mit einem Einspritzverfahren reduziert werden, bei welchem der gesamte Kraftstoff durch eine einzelne Haupteinspritzung eingespritzt wird. Falls der Spitzenwert des tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmusters A kleiner wird, neigt das Verbrennungsgeräusch dazu, geringer zu werden, und daher kann das Verbrennungsgeräusch bei der vorliegenden Ausführungsform durch Einspritzen von Kraftstoff durch den vorstehend erläuterten Modus reduziert werden.
Zu beachten ist, dass es schwierig ist, das Wärmeerzeugungsratenmuster AM, welches durch das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch gebildet wird, tatsächlich zu messen. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform beim Erhalten des Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkts von dem tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmuster A der Kurbelwinkel (bei dem Beispiel von 4, Tig), bei welchem sich die Tangente bei der Position, bei welcher die Neigung der Wärmeerzeugungsrate bei dem tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmuster A maximal wird (bei dem in 4 gezeigten Beispiel P1), und die Abszissenachse schneiden, als der Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt betrachtet.
<Steuerungsverfahren der ersten Voreinspritzung>
Wie vorstehend erläutert ist, werden der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 so eingestellt, dass das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas nicht vor dem Start der Haupteinspritzung IJM verbrennt und sich erst selbst entzündet, nachdem die Haupteinspritzung IJM gestartet ist. Zusätzlich werden der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 so eingestellt, dass das Verbrennungsgeräusch reduziert ist. Das spezifische Einstellverfahren wird nachstehend erläutert.
In diesem Zusammenhang verändert sich das Verbrennungsgeräusch aufgrund des Spitzenwerts des tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmusters und zusätzlich der Neigung bzw. Steigung der Wärmeerzeugungsrate zu der Zeit, wenn die Wärmeerzeugungsrate ansteigt (insbesondere dem Maximalwert dieser Neigung. Nachfolgend als die „Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate“ bezeichnet). Jede größer die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate ist, desto größer ist das Verbrennungsgeräusch. Daher ist es durch Verkleinern des Spitzenwerts des tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmusters und zusätzliches Verkleinern der Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate möglich, das Verbrennungsgeräusch gering zu halten.
Wie vorstehend erläutert ist, entspricht das tatsächliche Wärmeerzeugungsratenmuster A einer Kombination der Wärmeerzeugungsratenmuster A1, A2 und AM. Falls es möglich ist, den Spitzenwert und die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate bei dem Wärmeerzeugungsratenmuster A1 klein zu halten, wäre es daher möglich, den Spitzenwert und die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate bei dem tatsächlichen Wärmeerzeugungsratenmuster A zu reduzieren, und folglich wäre es möglich, das Verbrennungsgeräusch zu reduzieren.
Wenn in diesem Zusammenhang veranlasst wird, dass ein Vormischgas durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt, ist die Verbrennungsgeschwindigkeit umso langsamer und die Verbrennungszeit umso länger, je kleiner das Äquivalenzverhältnis ϕ des Vormischgases ist. Folglich werden der Spitzenwert des Wärmeerzeugungsratenmusters und die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate, was aufgrund der Verbrennung auftritt, kleiner. Aus diesem Grund ist es durch das Einstellen des Einspritzzeitpunkts und des Einspritzbetrags der ersten Voreinspritzung IJ1, so dass das Vormischgas durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt, nachdem das Äquivalenzverhältnis ϕ des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases in einem gewissen Ausmaß kleiner wird, möglich, den Spitzenwert des Wärmeerzeugungsratenmusters und die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate kleiner zu machen. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 insbesondere so eingestellt, dass das Vormischgas durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt, nachdem das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases kleiner als 1,0 wird. Zu beachten ist, dass, falls das Äquivalenzverhältnis ϕ gleich 1,0 ist, dies zeigt, dass sich das Vormischgas auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis befindet, falls dieses kleiner als 1,0 ist, dies zeigt, das Luft im Überschuss vorliegt, das heißt, das Vormischgas mager ist, und falls dieses größer als 1,0 ist, dies zeigt, dass Kraftstoff im Überschuss vorliegt, das heißt, das Vormischgas fett ist.
Diesbezüglich hängt das Äquivalenzverhältnis ϕ des Vormischgases, welches durch den von den Kraftstoffinjektoren 31 eingespritzten Kraftstoff gebildet wird, grundsätzlich von der verstrichenen Zeit ausgehend davon, wenn Kraftstoff eingespritzt wird, ab, falls die Beträge der Kraftstoffeinspritzung konstant sind. Falls die verstrichene Zeit ausgehend von der Kraftstoffeinspritzung länger wird, verteilt sich der Kraftstoff weiter und daher wird das Äquivalenzverhältnis ϕ kleiner. Um zu veranlassen, dass das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten Vormischgases, welches durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildet wird, kleiner als 1,0 wird, ist daher eine Vormischzeit (nachfolgend wird diese als „die erste Vormischzeit“ bezeichnet) entsprechend dem Kraftstoffeinspritzbetrag notwendig. Andererseits entzündet sich das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas nach dem Verstreichen der Zündverzögerungszeit τ ausgehend von der Kraftstoffeinspritzung durch die erste Voreinspritzung IJ1 selbst. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die Zündverzögerungszeit τ länger als die vorstehend erwähnte erste Vormischzeit ist, um zu veranlassen, dass das Vormischgas durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt, nachdem das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases kleiner als 1,0 wird.
In diesem Zusammenhang wird die Zündverzögerungszeit τ ausgehend von der Einspritzung von Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 31 bis zu der Zündung des Vormischgases länger, wenn der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 ausgehend von dem Verdichtungs-OT stärker vorverlagert bzw. nach früh verschoben wird. Daher ist es durch geeignetes Steuern des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1 möglich, die Zündverzögerungszeit τ des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases länger als die erste Vormischzeit zu machen. Falls der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 jedoch zu stark nach vorne bzw. früh verschoben wird, haftet ein Teil des durch die erste Voreinspritzung IJ1 eingespritzten Kraftstoffes an den Wandoberflächen der Verbrennungskammern 15. Daher ist der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 bei der vorliegenden Ausführungsform in einem Bereich, in welchem ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes nicht an den Wandoberflächen der Verbrennungskammern 15 haftet, so eingestellt, dass die Zündverzögerungszeit τ des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases länger als die erste Vormischzeit wird.
Ferner wird der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 so eingestellt, dass das Verhältnis des Einspritzbetrags der ersten Voreinspritzung IJ 1 zu dem Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2 so groß wie möglich wird. Falls der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJI jedoch zu groß wird, wird ein Teil des durch die erste Voreinspritzung IJ1 eingespritzten Kraftstoffes schließlich an den Wandoberflächen der Verbrennungskammern 15 haften. Daher wird der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 so eingestellt, dass dieser in einem Bereich, in welchem ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes nicht an den Wandoberflächen der Verbrennungskammer 15 haftet, so groß wie möglich wird.
Zu beachten ist, dass der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 basierend auf der Maschinenlast so eingestellt wird, dass der Einspritzbetrag grundsätzlich größer wird, wenn die Maschinenlast höher wird. Ferner wird der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 ebenso basierend auf der Maschinendrehzahl eingestellt, so dass ein Teil des durch die erste Voreinspritzung IJ1 eingespritzten Kraftstoffes nicht an den Wandoberflächen der Verbrennungskammern 15 haftet. Daher wird der Einspritzbetrag Qij1 der ersten Voreinspritzung IJ1 beispielsweise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand unter Verwendung eines Kennfelds ähnlich zu dem in 5B gezeigten Kennfeld eingestellt. Nachfolgend wird der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1, welcher basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt ist, ebenso als der „Basis-Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1“ bezeichnet.
Ferner wird die erste Vormischzeit, welche erforderlich ist, dass das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases kleiner als 1,0 wird, länger, wenn der Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1 größer wird. Um die erste Vormischzeit sicherzustellen, ist es ferner notwendig, die erste Voreinspritzung IJ1 weiter auf der frühen Seite durchzuführen, wenn die Maschinendrehzahl höher wird. Daher wird der Einspritzzeitpunkt Tij1 der ersten Voreinspritzung IJ1 beispielsweise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand unter Verwendung eines Kennfelds ähnlich zu dem in 5A gezeigten Kennfeld eingestellt. Nachfolgend wird der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1, welcher auf diese Art und Weise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt wird, ebenso als der „Basis-Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1“ bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden durch das Einstellen des Einspritzzeitpunkts und des Einspritzbetrags der ersten Voreinspritzung auf diese Art und Weise der Spitzenwert des Wärmeerzeugungsratenmusters A1 und die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate, wenn sich das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas durch eine Kompression selbst entzündet, kleiner als die Spitzenwerte der Wärmeerzeugungsratenmuster A2 und AM und die Neigungen zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate, wenn die durch die zweite Voreinspritzung IJ2 und die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgase durch eine Kompressionszündung verbrennen.
<Steuerungsverfahren der zweiten Voreinspritzung>
Wie vorstehend erläutert ist, werden der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2 so eingestellt, dass das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete Vormischgas nicht vor dem Start der Haupteinspritzung IJM verbrannt wird, und so dass sich dieses selbst entzündet, nachdem die Haupteinspritzung IJM gestartet ist und nachdem das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas damit beginnt, verbrannt zu werden. Zusätzlich wird der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 eingestellt, um den Zündzeitpunkt des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases zu stabilisieren. Das spezifische Einstellverfahren wird später erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zweite Voreinspritzung IJ2 direkt vor der Haupteinspritzung IJM durchgeführt, um sich zu entzünden, bevor sich das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Vormischgas entzündet. Aufgrund dessen bewirkt die Verbrennungswärme, wenn das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete Vormischgas verbrennt, dass die Zylindertemperatur ansteigt. Folglich ist es möglich, eine Selbstzündung des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases hervorzurufen. Mit anderen Worten, bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Zündzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 auf einen Zeitpunkt gesteuert, bei welchem eine Selbstentzündung des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases durch die Wärme hervorgerufen wird, welche durch die Selbstzündung des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases erzeugt wird, nach dem Start der Einspritzung der Haupteinspritzung IJM.
Um den Zündzeitpunkt des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases in diesem Fall zu stabilisieren, ist es in diesem Zusammenhang notwendig, den Zündzeitpunkt des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases zu stabilisieren. Dies wird unter Bezugnahme auf 6 erläutert. 6 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Äquivalenzverhältnis ϕ und der Zündverzögerungszeit τ für jede Sauerstoffdichte in den Verbrennungskammern 15 zeigt.
Wie aus 6 ersichtlich ist, wird die Zündverzögerungszeit τ länger, falls das Äquivalenzverhältnis ϕ kleiner als 1 ist. Ferner verändert sich die Zündverzögerungszeit τ stark, falls sich die Sauerstoffdichte verändert. Die Tatsache, dass die Zündverzögerungszeit τ auf diese Art lang ist, bedeutet, dass es schwierig wird, das Vormischgas zu entzünden. Entsprechend bedeutet dies, dass der Selbstzündungszeitpunkt des Vormischgases auf einfache Art und Weise schwankt. Ferner verändert sich die Zündverzögerungszeit τ aufgrund der Sauerstoffdichte. Daher bedeutet dies beispielsweise, dass sich der Zündzeitpunkt des Vormischgases stark verändert, falls sich die AGR-Rate verändert und sich somit die Sauerstoffdichte verändert.
Falls das Äquivalenzverhältnis ϕ andererseits zu 1,0 oder mehr wird, liegt ausreichend Kraftstoff vor, und daher wird es im Vergleich dazu, wenn das Äquivalenzverhältnis kleiner als 1,0 ist, einfacher, das Vormischgas zu entzünden. Aus diesem Grund wird die Zündverzögerungszeit τ kürzer und entsprechend wird es schwieriger, dass der Selbstzündungszeitpunkt des Vormischgases schwankt. Ferner wird die Veränderung der Zündverzögerungszeit τ, wenn sich die Sauerstoffdichte verändert, kleiner, und daher wird die Schwankung des Zündzeitpunkts des Vormischgases kleiner bzw. geringer, auch wenn sich die AGR-Rate verändert und sich somit die Sauerstoffdichte verändert. Falls das Äquivalenzverhältnis ϕ ferner größer als 2,0 wird, fällt die Umgebungstemperatur aufgrund der latenten Wärme der Verdampfung des Kraftstoffes und es wird schwieriger, das Vormischgas zu entzünden. Folglich wird die Zündverzögerungszeit τ länger.
Aus dem Vorstehenden folgt, wie aus 6 ersichtlich ist, dass die Zündverzögerungszeit τ kürzer ist und ferner die Veränderung der Zündverzögerungszeit τ, wenn sich die Sauerstoffdichte verändert, kleiner ist, wenn das Äquivalenzverhältnis ϕ zwischen 1,0 und 2,0 liegt. Wenn das Äquivalenzverhältnis ϕ des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases gleich 1,0 bis 2,0 ist, ist es durch Veranlassen, dass sich dieses Vormischgas selbst entzündet, daher möglich, den Selbstzündungszeitpunkt des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases zu stabilisieren. Folglich ist es ebenso möglich, den Selbstzündungszeitpunkt des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases zu stabilisieren, und daher ist es möglich, den Selbstzündungszeitpunkt der Haupteinspritzung präzise auf den Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt zu steuern.
Wie vorstehend erläutert ist, hängt in diesem Zusammenhang das Äquivalenzverhältnis ϕ des durch den von dem Kraftstoffinjektor 31 eingespritzten Kraftstoff gebildeten Vormischgases grundsätzlich von der Zeit ab, welche ausgehend von der Kraftstoffeinspritzung verstrichen ist, falls die Beträge der Kraftstoffeinspritzung konstant sind. Wenn die ausgehend von der Einspritzung des Kraftstoffes verstrichene Zeit länger wird, wird das Äquivalenzverhältnis ϕ kleiner. Um zu veranlassen, dass das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases gleich 1,0 bis 2,0 ist, ist daher die Vormischzeit gemäß dem Betrag der Kraftstoffeinspritzung (nachfolgend wird diese ebenso als „die zweite Vormischzeit“ bezeichnet) notwendig (zweite Vormischzeit < erste Vormischzeit).
Andererseits entzündet sich das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete Vormischgas nach dem Verstreichen der Zündverzögerungszeit ausgehend von der Kraftstoffeinspritzung durch die zweite Voreinspritzung IJ2 selbst. Aus diesem Grund müssen die vorstehend erwähnte zweite Vormischzeit und die Zündverzögerungszeit zu dem gleichen Ausmaß werden, wenn das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases zwischen 1,0 bis 2,0 liegt, um zu veranlassen, dass dieses Vormischgas durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt. Daher ist der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 bei der vorliegenden Ausführungsform so eingestellt, dass die Zündverzögerungszeit des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases gleich der zweiten Vormischzeit ist.
Zu beachten ist, dass die zweite Voreinspritzung IJ2 zu der Zeit des Zustands durchgeführt wird, bei welchem die Zylindertemperatur und der Zylinderdruck höher als bei der ersten Voreinspritzung IJ1 sind, und das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete Vormischgas einem Vormischgas entspricht, welches fetter als das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas ist. Aus diesem Grund neigt die Zündverzögerungszeit τ des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases dazu, kürzer zu werden als die Zündverzögerungszeit τ des durch die erste Voreinspritzung IJ 1 gebildeten Vormischgases.
Um zu veranlassen, dass das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildete, fette Vormischgas durch eine Selbstzündung verbrennt, nachdem die Haupteinspritzung IJM durchgeführt wird und nachdem das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas durch eine Selbstzündung verbrennt, muss sich der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 daher notwendigerweise dem Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM annähern.
Andererseits wird die erste Voreinspritzung IJ1 zu der Seite des Zustands durchgeführt, bei welchem die Zylindertemperatur und der Zylinderdruck niedrig sind. Das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas entspricht einem mageren Vormischgas. Aus diesem Grund neigt die Zündverzögerungszeit τ des durch die erste Voreinspritzung IJ 1 gebildeten Vormischgases dazu, umgekehrt zu der Zündverzögerungszeit τ des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases länger zu werden. Um zu veranlassen, dass das durch die erste Voreinspritzung IJ 1 gebildete Vormischgas erst durch eine Selbstzündung verbrennt, nachdem die Haupteinspritzung IJM durchgeführt wird, muss der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 daher von dem Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM entfernt liegen.
Aus diesem Grund wird das Kurbelintervall ausgehend von der ersten Voreinspritzung IJ 1 hin zu der zweiten Voreinspritzung IJ2 größer als das Kurbelintervall ausgehend von der zweiten Voreinspritzung IJ2 hin zu der Haupteinspritzung IJM, um eine aufgeteilte Einspritzung durchzuführen und zu veranlassen, dass sich die durch die Einspritzungen gebildeten Vorgemische nach dem Durchführen der Haupteinspritzung IJM selbst in Stufen entzünden, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 gezeigt ist.
Zu beachten ist, dass der Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2 basierend auf der Maschinenlast eingestellt ist, so dass der Einspritzbetrag grundsätzlich umso größer ist, je höher die Maschinenlast ist. Ferner ist der Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2 basierend auf dem Einspritzbetrag der ersten Voreinspritzung IJ1, welcher gemäß der Maschinendrehzahl eingestellt ist, eingestellt, so dass der Gesamteinspritzbetrag aus der ersten Voreinspritzung IJ1 und der zweiten Voreinspritzung IJ2 konstant ist, auch wenn sich die Maschinendrehzahl verändert. Daher wird der Einspritzbetrag Qij2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds ähnlich zu dem in 5B gezeigten Kennfeld basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt. Nachfolgend ist der Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2, welcher auf diese Art und Weise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt wird, ebenso als der „Basis-Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2“ bezeichnet.
Ferner wird die zweite Vormischzeit, welche erforderlich ist, dass das Äquivalenzverhältnis ϕ beinahe des gesamten durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases gleich 1,0 bis 2,0 ist, länger, wenn der Einspritzbetrag der zweiten Voreinspritzung IJ2 größer wird. Ferner muss die zweite Voreinspritzung IJ2 umso weiter auf der vorverlagerten bzw. frühen Seite durchgeführt werden, je höher die Maschinendrehzahl ist, um die zweite Vormischzeit sicherzustellen. Daher wird der Einspritzzeitpunkt Tij2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds ähnlich zu dem in 5A gezeigten Kennfeld basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt. Nachfolgend wird der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2, welcher auf diese Art und Weise basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt wird, ebenso als der „Basis-Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2“ bezeichnet.
<Probleme zu der Zeit eines Übergangsbetriebs>
Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, ist es durch das Durchführen einer Steuerung basierend auf dem Maschinenbetriebszustand, wie vorstehend erläutert, möglich, die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge von dem Kraftstoffinjektor 31 auf geeignete Einspritzzeitpunkte und Einspritzbeträge zu steuern, welche das Unterdrücken eines Verbrennungsgeräuschs ermöglichen, während der thermische Wirkungsgrad erhöht wird. Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine jedoch in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, besteht lediglich mit der vorstehend erwähnten Steuerung das Problem, dass es nicht möglich ist, die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge von dem Kraftstoffinjektor 31 geeignet zu steuern. Nachstehend wird dieses Problem unter Bezugnahme auf 7 erläutert.
Zu beachten ist, dass in dieser Beschreibung die Zeit, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, für die Zeit steht, wenn sich der Maschinenbetriebszustand verändert und sich infolge des sich verändernden Maschinenbetriebszustands weitere Parameter mit Bezug auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (beispielsweise der Ladedruck, die AGR-Rate usw.) verändern. Daher kann gesagt werden, dass sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, wenn die Maschinenlast zunimmt und folglich die Maschinendrehzahl zunimmt, der Ladedruck zunimmt und sich die AGR-Rate verändert.
Andererseits steht die Zeit, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, für die Zeit, wenn der Maschinenbetriebszustand ohne Veränderung aufrechterhalten wird, und die Zeit, wenn sich andere Parameter mit Bezug auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ohne wesentliche Veränderung einpendeln. Daher kann gesagt werden, dass sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, wenn die Maschinenlast und die Maschinendrehzahl im Wesentlichen konstant gehalten werden und die Veränderungsbeträge pro Zeiteinheit des Ladedrucks und der AGR-Rate kleinen Beträgen entsprechen, die kleiner oder gleich vorbestimmten Werten sind.
7 ist ein Zeitdiagramm des Drosselöffnungsgrads, des Ladedrucks und der bei dem Zündzeitpunkt auftretenden Abweichung, wenn sich die Maschinenlast verändert. Die bei dem Zündzeitpunkt auftretende Abweichung zeigt den Abweichungsbetrag zwischen dem tatsächlichen Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt und dem Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt.
Bei dem in 7 gezeigten Beispiel wird die Maschinenlast zu der Zeit t₁ ausgehend von L₁ auf L₂ schrittweise erhöht. Einhergehend damit wird der Drosselöffnungsgrad zu der Zeit t₁ erhöht. Zusätzlich verändert sich einhergehend mit der Zunahme der Maschinenlast ebenso der Ladedruck ausgehend von dem Ladedruck SP₁ gemäß der Maschinenlast L₁ auf SP₂ gemäß der Maschinenlast L₂. Die Reaktionsgeschwindigkeit des Ladedrucks ist jedoch nicht so schnell und daher ist eine Zeit ausgehend davon, wenn die Maschinenlast zu der Zeit t₁ auf L₂ zunimmt, bis der Ladedruck den Ladedruck SP₂ gemäß der Maschinenlast L2 erreicht (in dem dargestellten Beispiel wird dieser zu der Zeit t₂ erreicht), erforderlich.
Andererseits werden die Einspritzzeitpunkte und die Einspritzbeträge von dem Kraftstoffinjektor 31 basierend auf dem Maschinenbetriebszustand eingestellt, wie vorstehend erläutert ist, so dass der Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt zu dem Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt wird, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet. Daher tritt, wenn eine Verzögerung des Ladedrucks dazu führt, dass sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet (Zeit t₁ bis zu der Zeit t₂ in der Figur), das Problem auf, dass der Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt von dem Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt abweicht. Aus diesem Grund wird es notwendig, die Einspritzzeitpunkte usw. von dem Kraftstoffinjektor 31 zu korrigieren, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, so dass der Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt zu dem Ziel-Haupteinspritzungs-Selbstzündungszeitpunkt wird.
<Probleme bei der Korrektur des Einspritzzeitpunkts>
In diesem Zusammenhang werden bei der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend erläutert ist, die drei Kraftstoffeinspritzungen der ersten Voreinspritzung IJ1, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Haupteinspritzung IJM durchgeführt. Daher ist es bei dem Korrigieren der Einspritzzeitpunkte von dem Kraftstoffinjektor 31 notwendig, die Einspritzzeitpunkte dieser drei Kraftstoffeinspritzungen zu korrigieren, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet. Beim Korrigieren der Einspritzzeitpunkte der drei Kraftstoffeinspritzungen auf diese Art und Weise kann in Betracht gezogen werden, diese Einspritzzeitpunkte allgemein um einen konstanten Kurbelwinkel (oder eine konstante Zeit) zu korrigieren.
8 ist eine Ansicht, welche die Tendenzen bzw. Entwicklungen der Kraftstoffeinspritzraten und der Wärmeerzeugungsraten durch eine Verbrennung in den Verbrennungskammern vor und nach der Korrektur des Einspritzzeitpunkts bezüglich des Kurbelwinkels zeigt. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Fall des Korrigierens der drei Kraftstoffeinspritzungen der ersten Voreinspritzung IJ1, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Haupteinspritzung IJM allgemein um einen bestimmten Kurbelwinkel hin zu der vorverlagerten bzw. frühen Seite gezeigt. Ferner zeigt das Wärmeerzeugungsratenmuster A in 8 das Wärmeerzeugungsratenmuster, wenn Kraftstoff bei einem Einspritzzeitpunkt vor der Korrektur eingespritzt wird, während das Wärmeerzeugungsratenmuster B das Wärmeerzeugungsratenmuster zeigt, wenn Kraftstoff bei einem Einspritzzeitpunkt nach der Korrektur eingespritzt wird.
Zusätzlich zeigt das Wärmeerzeugungsratenmuster B1 die Entwicklung der Wärmeerzeugungsrate aufgrund der die erste Voreinspritzung IJ1 begleitenden Verbrennung, welche zu dem Einspritzzeitpunkt nach der Korrektur eingespritzt wird, während das Wärmeerzeugungsratenmuster B2 die Entwicklung der Wärmeerzeugungsrate aufgrund der die zweite Voreinspritzung IJ2 begleitenden Verbrennung, welche zu dem Einspritzzeitpunkt nach der Korrektur eingespritzt wird, entsprechend zeigt. Zusätzlich zeigt das Wärmeerzeugungsratenmuster BM die Entwicklung der Wärmeerzeugungsrate aufgrund der die Haupteinspritzung IJM begleitenden Verbrennung, welche zu dem Einspritzzeitpunkt nach der Korrektur eingespritzt wird.
Wie aus 8 ersichtlich ist, besitzt das Wärmeerzeugungsratenmuster B einen größeren Spitzenwert und eine stärkere Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate im Vergleich zu dem Wärmeerzeugungsratenmuster A. Entsprechend wird das Verbrennungsgeräusch bei dem Wärmeerzeugungsratenmuster B größer bzw. lauter als dieses bei dem Wärmeerzeugungsratenmuster A.
Wenn die drei Kraftstoffeinspritzungen der ersten Voreinspritzung IJ1, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Haupteinspritzung IJM andererseits allgemein um einen konstanten Kurbelwinkel hin zu der verzögerten bzw. späten Seite korrigiert werden, tritt ein Phänomen umgekehrt zu dem in 8 gezeigten Phänomen auf. In diesem Fall sind der Spitzenwert des Wärmeerzeugungsratenmusters und die Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate kleiner und entsprechend nimmt das Verbrennungsgeräusch ab. Jedoch wird die Verbrennung selbst in den Verbrennungskammern 15 langsamer und ein Abfall des thermischen Wirkungsgrads wird herbeigeführt.
Aus dem Vorstehenden folgt, dass das Verbrennungsgeräusch zunimmt oder ein Abfall des thermischen Wirkungsgrads herbeigeführt wird, falls die Einspritzzeitpunkte allgemein um einen konstanten Kurbelwinkel korrigiert werden. Nachfolgend wird der Grund dafür erläutert, dass eine Zunahme des Verbrennungsgeräuschs usw. herbeigeführt wird, falls die Einspritzzeitpunkte der drei Kraftstoffeinspritzungen auf diese Art und Weise allgemein um einen konstanten Kurbelwinkel korrigiert werden.
In diesem Zusammenhang sind die Livengood-Wu-Integralgleichungen als die Gleichung zum Abschätzen der Zündverzögerungszeit bis zu einer Selbstzündung des Kraftstoffes allgemein bekannt. ${(\frac{1}{τ})}_{P, T} = A P^{n} exp (- \frac{E}{R T})$
$\int_{t = 0}^{t = t e} {(\frac{1}{τ})}_{P, T} d t = 1$
${(\frac{1}{τ})}_{P, T} = A' P^{b} D O^{c} D F^{d} exp (- \frac{E}{R T})$
$\sum (\frac{1}{τ}) = \int {(\frac{1}{τ})}_{P, T} d t$
Die vorstehende Gleichung (1) und die Gleichung (2) sind als Livengood-Wu-Integralgleichungen bezeichnet. Die Livengood-Wu-Integralgleichungen passen gut zu den Testwerten. Zu beachten ist, dass in Gleichung (1) τ der Zündverzögerungszeit bis zu einer Selbstzündung entspricht, A dem Frequenzfaktor entspricht, P dem Druck („n“ ist positiv) entspricht, E der Aktivierungsenergie entspricht, R der allgemeinen Gaskonstante entspricht und T der Temperatur entspricht. Die linke Seite der Gleichung (1) zeigt den Kehrwert (1/τ) der Zündverzögerungszeit bei dem Druck P und der Temperatur T.
Das heißt, falls die Temperatur T höher wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (Arrhenius-Gleichung auf der rechten Seite) schneller, und daher wird die Zündverzögerungszeit τ kürzer, wohingegen, falls der Druck P höher wird, die Kraftstoffdichte höher wird und somit die Zündverzögerungszeit τ kürzer wird. Daher wird die Beziehung so wie in Gleichung (1). Andererseits verstreicht unter der Annahme, dass der Zustand, in welchem die Zündverzögerungszeit gleich τ ist, für die Zeit dt angedauert hat, während dieser Zeit dt, dt/τ in der Zeit τ bis zur Selbstzündung. Daher tritt eine Selbstzündung auf, wenn der Zustand, in welchem die Zündverzögerungszeit gleich τ1 ist, für die Zeit dt andauert, der Zustand, in welchem die Zündverzögerungszeit gleich τ2 ist, für die Zeit dt andauert und dann gleichermaßen der Zustand, in welchem die Zündverzögerungszeit gleich τn ist, für die Zeit dt andauert, falls die Summe aus dt/τ1, dt/τ2, ... dt/τn... zu 1 wird. Daher wird, wie in der Gleichung (2) gezeigt ist, wenn der Kehrwert (1/τ) der Zündverzögerungszeit bei dem Druck P und der Temperatur T nach der Zeit integriert wird, die Zeit t_e, wenn das Integral zu 1 wird, zu der Zündverzögerungszeit τ.
Gleichung (3) zeigt eine Gleichung, welche häufig als eine Gleichung verwendet wird, die den Kehrwert (1/τ) der Zündverzögerungszeit zeigt, wenn ebenso weitere von dem Druck P und der Temperatur T abweichende Faktoren berücksichtigt werden, welche tatsächlich einen Einfluss bei einer Verbrennungskraftmaschine vom Selbstzündungstyp unter Verwendung von Dieselöl besitzen. Zu beachten ist, dass in der vorstehenden Gleichung (3) DO die Sauerstoffdichte angibt, DF die Kraftstoffdichte angibt und A‘, „b“, „c“ und „d“ Identifikationskonstanten angeben. Die weiteren Abkürzungen sind gleich diesen in Gleichung (1). Zu beachten ist, dass bei der vorliegenden Ausführungsform das Zeitintegral von Gleichung (3) durch Σ (1/τ) ausgedrückt ist, wie in Gleichung (4) gezeigt ist. Aus Gleichung (3) ist ersichtlich, dass die Zündverzögerungszeit τ umso kürzer ist, je höher der Druck P ist, und die Zündverzögerungszeit τ umso kürzer ist, je höher die Temperatur T ist, und die Zündverzögerungszeit τ umso kürzer ist, je höher die Sauerstoffdichte DO ist.
Die Konzepte des Einspritzzeitpunkts von dem Kraftstoffinjektor 31, des Selbstzündungszeitpunkts und der Zündverzögerungszeit basierend auf dem Schätzverfahren unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (2) und der Gleichung (3) werden unter Verwendung von 9 erläutert. 9 ist eine Ansicht, welche die Entwicklungen der Kraftstoffeinspritzrate, der Wärmeerzeugungsrate, der Reaktionsgeschwindigkeit 1/τ und des Zeitintegrals zeigt. 9 zeigt den Fall, in welchem die Kraftstoffeinspritzung IJ von den Kraftstoffinjektoren 31 lediglich einmal durchgeführt wird.
Gemäß der vorstehenden Gleichung (3) verändert sich der Kehrwert (1/τ) der Zündverzögerungszeit (nachfolgend als die „Reaktionsgeschwindigkeit“ bezeichnet) gemäß der Temperatur, dem Druck und der Sauerstoffdichte in den Verbrennungskammern 15. Daher nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) in Richtung hin zu dem Verdichtungs-OT allmählich zu, wird bei dem Verdichtungs-OT maximal, und fällt dann allmählich ab, wenn sich der Kurbelwinkel von dem Verdichtungs-OT entfernt, wie in 9 gezeigt ist.
Bei dem in 9 gezeigten Beispiel wird die Kraftstoffeinspritzung 1J von den Kraftstoffinjektoren 31 zu dem Einspritzzeitpunkt Tij gestartet. Wie vorstehend erläutert ist, wird bei der Berechnung der Zündverzögerungszeit τ unter Verwendung von Gleichung (2) und Gleichung (3) damit begonnen, die Reaktionszeit (1/τ) zu integrieren, nachdem Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 31 eingespritzt wird. Aus diesem Grund wird der Wert von Σ (1/τ) nach dem Einspritzzeitpunkt Tij allmählich erhöht.
Falls der Wert von Σ (1/τ) allmählich zunimmt, erreicht der Wert von Σ (1/τ) schließlich 1. Zu dem Zeitpunkt Tig, zu welchem Σ (1/τ) auf diese Art und Weise 1 erreicht, entzündet sich das durch die Kraftstoffeinspritzung IJ gebildete Vormischgas selbst. Ferner steht die Zündverzögerungszeit τx zu dieser Zeit für die Zeitdauer ausgehend von dem Start zum kumulativen Addieren von Σ (1/τ) bis zu dem Zeitpunkt, wenn Σ (1/τ) gleich 1 wird, das heißt, die Zeitdauer ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij bis zu dem Zündzeitpunkt Tig.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 10 der Fall erläutert, in welchem die Kraftstoffinjektoren 31, wie vorstehend erläutert, Kraftstoff zu drei Zeiten bei zwei Voreinspritzungen IJ1 und IJ2 und einer Haupteinspritzung IJM einspritzen. 10 ist eine Ansicht ähnlich zu 9 in dem Fall, in welchem die Kraftstoffinjektoren 31 Kraftstoff zu mehreren Zeiten bzw. mehrfach einspritzen.
In diesem Zusammenhang werden die Kraftstoffeinspritzungen von den Kraftstoffinjektoren 31 bei der vorliegenden Ausführungsform so gesteuert, dass die durch die Voreinspritzungen gebildeten Vorgemische durch eine Kompressionsselbstzündung nach dem Start der Haupteinspritzung verbrennen. Daher wird bis zum Start der Haupteinspritzung IJM im Inneren der Verbrennungskammern 15 keine Wärme erzeugt. Ferner wird, auch wenn sich die durch die Voreinspritzungen IJ1 und IJ2 gebildeten Vorgemische vor der Selbstzündung des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases selbst entzünden, die Wärmeerzeugungsrate bei dem Start der Selbstzündung nicht so groß. Daher gilt, wie vorstehend erläutert ist, im Allgemeinen eine Logik ähnlich zu der unter Verwendung von 8 erläuterten Logik, auch wenn drei Kraftstoffeinspritzungen aus den beiden Voreinspritzungen IJ 1 und IJ2 und der Haupteinspritzung IJM durchgeführt werden.
Daher entzündet sich das durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildete Vormischgas bei Tig1 selbst, zu welcher das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) von dem Einspritzzeitpunkt Tij 1 der ersten Voreinspritzung IJ1 gleich 1 wird. Ferner entzündet sich das durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgas bei Tig2 selbst, zu welchem das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) von dem Einspritzzeitpunkt Tij2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 gleich 1 wird. Darüber hinaus entzündet sich das durch die Haupteinspritzung IJM gebildete Vormischgas bei TigM selbst, zu welcher das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) von dem Einspritzzeitpunkt TijM der Haupteinspritzung IJM gleich 1 wird.
Zu beachten ist, dass die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) in der Nähe des Einspritzzeitpunkts Tij1 der ersten Voreinspritzung IJ1 relativ klein bzw. gering ist und entsprechend die Geschwindigkeit der Zunahme von Σ (1/τ) direkt nach der Einspritzung langsam ist. Andererseits entspricht die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) in der Nähe des Einspritzzeitpunkts TijM der Haupteinspritzung IJM einem relativ großen Wert, und entsprechend ist die Geschwindigkeit der Zunahme von Σ (1/τ) direkt nach der Einspritzung schnell. Folglich ist die Zündverzögerungszeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij1 der ersten Voreinspritzung IJ1 bis zu dem Zündzeitpunkt Tig1 länger als die Zündverzögerungszeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt TijM der Haupteinspritzung IJM bis zu dem Zündzeitpunkt TigM.
Basierend auf der vorstehenden Logik und unter Bezugnahme auf 11 wird der Fall des Korrigierens der Einspritzzeitpunkte der drei Kraftstoffeinspritzungen allgemein um einen konstanten Kurbelwinkel betrachtet. 11 ist eine Ansicht ähnlich zu 10 in dem Fall des Korrigierens der Einspritzzeitpunkte der drei Kraftstoffeinspritzungen allgemein um einen konstanten Kurbelwinkel. In 11 sind die Entwicklungen des Integrals Σ (1/τ), wenn die drei Kraftstoffeinspritzungen zu den Einspritzzeitpunkten ähnlich zu den in 10 gezeigten Einspritzzeitpunkten durchgeführt werden, durch die unterbrochenen Linien gezeigt. Zusätzlich sind die Entwicklungen des Integrals Σ (1/τ), wenn die Einspritzzeitpunkte der drei Kraftstoffeinspritzungen von den Einspritzzeitpunkten ähnlich zu den in 10 gezeigten Einspritzzeitpunkten allgemein um den konstanten Kurbelwinkel ΔT korrigiert werden, mit den durchgehenden Linien gezeigt.
Wie aus 11 ersichtlich ist, wird die Zündverzögerungszeit τ1' des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases nach der Korrektur deutlich länger als die Zündverzögerungszeit τ1 des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases vor der Korrektur. Dies liegt daran, da der Einspritzzeitpunkt Tij1 der ersten Voreinspritzung IJ1 von dem Verdichtungs-OT entfernt liegt und die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) in der Nähe des Einspritzzeitpunkts Tij1 relativ klein wird. Folglich ist das Integral Σ (1/τ) von Tij1' bis Tij1 klein. Auch wenn der Einspritzzeitpunkt Von Tij1 auf Tij1' verändert wird, verändert sich der Zeitpunkt, zu welchem das Integral Σ (1/τ) 1 erreicht, nicht wesentlich. Entsprechend ist der Veränderungsbetrag des Zündzeitpunkts (Tig1' - Tig1) deutlich kleiner als der Veränderungsbetrag ΔT des Einspritzzeitpunkts. Aus diesem Grund wird die Zündverzögerungszeit τ1' nach der Korrektur der Einspritzzeitpunkte deutlich länger als die Zündverzögerungszeit τ1 vor der Korrektur der Zündzeitpunkt.
Andererseits ist die Zündverzögerungszeit τM‘ des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases nach der Korrektur im Wesentlichen gleich der Zündverzögerungszeit τM des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases vor der Korrektur. Dies liegt daran, da der Einspritzzeitpunkt TijM der Haupteinspritzung IJM nahe an dem Verdichtungs-OT liegt und die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) in der Nähe des Einspritzzeitpunkts TijM groß bzw. hoch ist. Folglich ist das Integral Σ (1/τ) von TijM‘ bis TijM groß. Falls der Einspritzzeitpunkt von TijM auf TijM‘ verändert wird, verändert sich der Zeitpunkt, zu welchem das Integral Σ (1/τ) 1 erreicht, in hohem Ausmaß. Folglich entspricht der Veränderungsbetrag des Zündzeitpunkts (TigM‘ - TigM) dem gleichen Ausmaß wie der Veränderungsbetrag ΔT des Einspritzzeitpunkts. Aus diesem Grund ist die Zündverzögerungszeit τM‘ nach der Korrektur des Einspritzzeitpunkts im Wesentlichen gleich der Zündverzögerungszeit τM vor der Korrektur des Einspritzzeitpunkts wird.
Ferner ist der Veränderungsbetrag des Zündzeitpunkts (Tig2' - Tig2) für die zweite Voreinspritzung etwas kleiner als der Veränderungsbetrag ΔT des Einspritzzeitpunkts, wie aus 11 ersichtlich ist. Aus diesem Grund wird die Zündverzögerungszeit τ2' nach der Korrektur des Einspritzzeitpunkts für die zweite Voreinspritzung etwas länger als die Zündverzögerungszeit τ2 vor der Korrektur des Einspritzzeitpunkts.
Falls die Zeitdauer ausgehend von dem Zündzeitpunkt des durch die erste Voreinspritzung gebildeten Vormischgases bis zu dem Zündzeitpunkt des durch die Haupteinspritzung gebildeten Vormischgases als die „Zündabweichungszeitdauer“ bezeichnet ist, ist die Zündabweichungszeitdauer X‘ nach der Korrektur der Einspritzzeitpunkte folglich kürzer als die Zündabweichungszeitdauer X vor der Korrektur der Einspritzzeitpunkte. Das heißt, falls Kraftstoff bei Einspritzzeitpunkten nach der Korrektur eingespritzt wird, entzünden sich die durch die beiden Voreinspritzungen IJ1 und IJ2 und die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vorgemische innerhalb einer kurzen Zeitdauer selbst. Folglich werden die Wärmeerzeugungsratenmuster B1, B2 und BM, wie in 8 gezeigt, nicht länger verteilt bzw. getrennt, das durch die Addition dieser Muster gebildete Wärmeerzeugungsratenmuster B ist hinsichtlich des Spitzenwerts und der Neigung zu der Zeit des Anstiegs der Wärmeerzeugungsrate größer und entsprechend nimmt das Verbrennungsgeräusch zu.
Zu beachten ist, dass bei dem in 11 gezeigten Beispiel der Fall des Vorverlegens der Einspritzzeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen allgemein um ΔT gezeigt wurde. Falls jedoch eine Korrektur durchgeführt wird, welche die Einspritzzeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen allgemein um ΔT verzögert, tritt ein entgegengesetztes Phänomen zu dem in 11 gezeigten Fall auf. In diesem Fall verändern sich die Zündzeitpunkte der durch die Einspritzungen gebildeten Vorgemische nach der Korrektur der Einspritzzeitpunkte im Vergleich zu dem Fall vor der Korrektur der Einspritzzeitpunkte in einer Richtung voneinander weg. Folglich wird die Verbrennung in den Verbrennungskammern 15 langsamer und es wird ein Abfall des thermischen Wirkungsgrads herbeigeführt.
Wenn die Einspritzzeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen in der Mitte eines Übergangsbetriebs der Verbrennungskraftmaschine korrigiert werden, um das Verbrennungsgeräusch niedrig zu halten und zu verhindern, dass die Verbrennung langsam wird, wird es daher notwendig, zu verhindern, dass sich das Integral zwischen den Selbstzündungszeitpunkten der durch die Einspritzungen gebildeten Vorgemische vor und nach der Korrektur verändert.
<Korrektursteuerung des Einspritzzeitpunkts bei der vorliegenden Ausführungsform>
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 12 eine Korrektursteuerung zum Korrigieren der Einspritzzeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen ausgehend von dem Basis-Einspritzzeitpunkt erläutert, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet. 12 ist eine Ansicht ähnlich zu 11 in dem Fall des Korrigierens der Einspritzzeitpunkte der drei Kraftstoffeinspritzungen durch die Korrektursteuerung der vorliegenden Ausführungsform.
Falls die erste Voreinspritzung IJ1 in diesem Zusammenhang als ein Beispiel betrachtet wird, entspricht in dem in 12 gezeigten Beispiel der Zündzeitpunkt des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases Tig1, falls die erste Voreinspritzung IJ1 zu dem Einspritzzeitpunkt Tij1 durchgeführt wird. Falls der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 andererseits korrigiert wird, um die erste Voreinspritzung IJ1' zu dem Einspritzzeitpunkt Tj1' durchzuführen, entspricht der Zündzeitpunkt des durch die erste Voreinspritzung IJ1' gebildeten Vormischgases Tig1'. Diesbezüglich ist das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij1 bis zu dem Zündzeitpunkt Tig1 vor der Korrektur gleich 1, während das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij1' bis zu dem Zündzeitpunkt Tig1' nach der Korrektur ebenso gleich 1 ist. Daher ist das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij1' nach der Korrektur bis zu dem Einspritzzeitpunkt Tij1 vor der Korrektur (gemäß dem Bereich S1 von 12) gleich dem Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Zündzeitpunkt Tig1' hin zu dem Zündzeitpunkt Tig1 (gemäß dem Bereich Z1 von 12).
Umgekehrt gesagt, um den Zündzeitpunkt des durch die erste Voreinspritzung IJ1 gebildeten Vormischgases von Tig1 auf Tig1' zu korrigieren, ist es ausreichend, den Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 zu korrigieren, so dass der Bereich Z1 und der Bereich S1 gleich werden. In ähnlicher Art und Weise ist es ausreichend, den Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 zu korrigieren, so dass der Bereich Z2 und der Bereich S2 in der Figur gleich werden, um den Zündzeitpunkt des durch die zweite Voreinspritzung IJ2 gebildeten Vormischgases von Tig2 auf Tig2' zu korrigieren. Um den Zündzeitpunkt des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Vormischgases von TigM auf TigM‘ zu korrigieren, ist es ferner ausreichend, den Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM zu korrigieren, so dass der Bereich ZM und der Bereich SM in der Figur gleich werden.
Diesbezüglich fallen, wie vorstehend erläutert ist, die Zündzeitpunkte der durch diese Einspritzungen gebildeten Vorgemische in eine kurze Zeitdauer, wenn die erste Voreinspritzung, die zweite Voreinspritzung und die Haupteinspritzung durchgeführt werden. Ferner liegen die Zündzeitpunkte der durch diese Einspritzungen gebildeten Vorgemische nahe an dem Verdichtungs-OT, und daher verändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit 1/τ in der Nähe der Zündzeitpunkte nicht so stark. Daher sollten die Bereiche Z1, Z2 und ZM von 12 im Wesentlichen gleich sein, wenn gewünscht wird, die Zündzeitpunkte der ersten Voreinspritzung, der zweiten Voreinspritzung und der Haupteinspritzung gleich zu verändern.
Daher wird bei der Korrektursteuerung der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Zündzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM von TigM auf TigM‘ verschoben wird, der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung korrigiert, so dass das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt TigM‘ der Haupteinspritzung nach der Korrektur hin zu dem Einspritzzeitpunkt TigM der Haupteinspritzung vor der Korrektur (entsprechend dem Bereich SM in der Figur) gleich dem Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit von TigM‘ bis TigM (entsprechend dem Bereich ZM in der Figur) ist. Gleichermaßen wird bei der Korrektursteuerung der vorliegenden Ausführungsform in einem solchen Fall der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung korrigiert, so dass das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij1' der ersten Voreinspritzung nach der Korrektur bis zu dem Einspritzzeitpunkt Tij1 der ersten Voreinspritzung vor der Korrektur (entsprechend dem Bereich S1 in der Figur) gleich dem Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von TigM‘ bis TigM (entsprechend dem Bereich ZM in der Figur) ist. Zusätzlich wird bei der Korrektursteuerung der vorliegenden Ausführungsform in einem solchen Fall der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung korrigiert, so dass das Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit ausgehend von dem Einspritzzeitpunkt Tij2' der zweiten Voreinspritzung nach der Korrektur bis zu dem Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung vor der Korrektur (entsprechend dem Bereich S2 in der Figur) gleich dem Integral Σ (1/τ) der Reaktionsgeschwindigkeit von TigM‘ bis TigM (entsprechend dem Bereich ZM in der Figur) ist.
In diesem Zusammenhang wird, wie vorstehend erläutert ist, die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) bei dem Verdichtungs-OT am größten und diese wird bei einer weiteren Entfernung von dem Verdichtungs-OT kleiner. Folglich ist zwangsläufig der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung, welcher von dem Verdichtungs-OT am weitesten getrennt bzw. entfernt ist, am größten und der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung, welcher am dichtesten an dem Verdichtungs-OT liegt, ist am kleinsten, wenn die Bereiche S1, S2 und SM allesamt gleich dem Bereich ZM gemacht werden. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Korrektur der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen gesteuert, so dass die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer sind, je größer der Kurbelwinkel ausgehend von dem Verdichtungs-OT der Einspritzzeitpunkte vor der Korrektur ist.
Eine solche Korrektursteuerung wird unter Bezugnahme auf 13A bis 13C detaillierter erläutert. 13A bis 13C sind Ansichten, welche Entwicklungen der Kraftstoffeinspritzrate von den Kraftstoffinjektoren 31 vor und nach der Korrektur durch die vorstehend erwähnte Korrektursteuerung mit Bezug auf den Kurbelwinkel zeigen.
13A zeigt den Fall, in welchem die erste Voreinspritzung IJ1, die zweite Voreinspritzung IJ2 und die Haupteinspritzung IJM durch ähnliche Einspritzzeitpunkte wie bei der vorstehend erwähnten Ausführungsform durchgeführt werden. Daher werden die erste Voreinspritzung IJ1, die zweite Voreinspritzung IJ2 und die Haupteinspritzung IJM allesamt vor dem Verdichtungs-OT durchgeführt. Aus diesem Grund ist, wie vorstehend erläutert ist, bei der Korrektursteuerung der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, welcher von dem Verdichtungs-OT am weitesten entfernt liegt, am größten und der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM, welcher am dichtesten an dem Verdichtungs-OT liegt, ist am kleinsten.
13B zeigt ein Beispiel, bei welchem die erste Voreinspritzung IJ1 und die zweite Voreinspritzung IJ2 vor dem Verdichtungs-OT durchgeführt werden, die Haupteinspritzung IJM jedoch nach dem Verdichtungs-OT durchgeführt wird. 13B zeigt insbesondere den Fall, in welchem der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 vor der Korrektur bei -18° nach OT (n. OT) oder so liegt, der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 vor der Korrektur bei -9° nach OT oder so liegt und der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM vor der Korrektur bei 1° nach OT oder so liegt.
In dem Fall, wie in 13B gezeigt, ist der Kurbelwinkel ausgehend von dem Verdichtungs-OT in der Reihenfolge der Haupteinspritzung IJM, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der ersten Voreinspritzung größer. Aus diesem Grund ist bei der Korrektursteuerung in diesem Fall der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, welcher von dem Verdichtungs-OT am weitesten entfernt ist, am größten, während der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM, welcher am dichtesten an dem Verdichtungs-OT liegt, am kleinsten ist.
13C zeigt ein Beispiel, bei welchem die erste Voreinspritzung IJ1 vor dem Verdichtungs-OT durchgeführt wird, die zweite Voreinspritzung IJ2 und die Haupteinspritzung IJM jedoch nach dem Verdichtungs-OT durchgeführt werden. 13C zeigt insbesondere den Fall, in welchem der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 vor der Korrektur bei -7° nach OT oder so liegt, der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 vor der Korrektur bei 1° nach OT oder so liegt und der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM vor der Korrektur bei 10° nach OT oder so liegt.
In dem Fall, wie in 13C gezeigt, ist der Kurbelwinkel ausgehend von dem Verdichtungs-OT in der Reihenfolge der zweiten Voreinspritzung IJ2, der ersten Voreinspritzung und der Haupteinspritzung IJM größer. Aus diesem Grund ist bei der Korrektursteuerung in diesem Fall der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM, welcher von dem Verdichtungs-OT am weitesten entfernt liegt, am größten, während der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der zweiten Voreinspritzung IJ2, welcher am dichtesten an dem Verdichtungs-OT liegt, am kleinsten ist.
Durch das Durchführen der Korrektursteuerung der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen auf diese Art und Weise ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Intervalle zwischen den Selbstzündungszeitpunkten der durch die Einspritzungen gebildeten Vorgemische vor und nach der Korrektur stark verändern. Folglich ist es aufgrund der Korrektur der Einspritzzeitpunkte möglich, zu verhindern, dass das Verbrennungsgeräusch größer bzw. lauter wird und die Verbrennung langsamer wird.
Zu beachten ist, dass bei der vorliegenden Ausführungsform bei jedem Zyklus drei Einspritzungen der ersten Voreinspritzung, der zweiten Voreinspritzung und der Haupteinspritzung durchgeführt werden. Die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen von den Kraftstoffinjektoren 31 in jedem Zyklus beträgt jedoch nicht notwendigerweise drei. Die Anzahl kann vier oder mehr betragen, solange zwei Voreinspritzungen und eine Haupteinspritzung umfasst sind. Auf diese Art und Weise werden bei der Korrektursteuerung, auch wenn vier oder mehr Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt werden, die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen korrigiert, so dass die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer sind, je größer der Kurbelwinkel ausgehend von dem Verdichtungs-OT der Einspritzzeitpunkte vor der Korrektur ist.
<Korrektursteuerung in der Mitte eines Übergangsbetriebs>
Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, pendeln sich in diesem Zusammenhang der Druck Ptdc in den Verbrennungskammern 15 bei dem Verdichtungs-OT (Kompressionsenddruck), die Temperatur Ttdc in den Verbrennungskammern 15 bei dem Verdichtungs-OT (Kompressionsendtemperatur) und die Sauerstoffdichte DO auf konstante Werte gemäß dem Maschinenbetriebszustand ein. Nachstehend sind die Werte des Kompressionsenddrucks Ptdc, der Kompressionsendtemperatur Ttdc, der Sauerstoffdichte DO, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, entsprechend als der „Basisdruck Pb“, die „Basistemperatur Tb“ und die „Basis-Sauerstoffdichte DOb“ bezeichnet. Daher entsprechen der Basisdruck Pb, die Basistemperatur Tb und die Basis-Sauerstoffdichte DOb Werten, welche basierend auf dem Maschinenbetriebszustand bestimmt werden.
Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine andererseits in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, unterscheiden sich der Kompressionsenddruck Ptdc, die Kompressionsendtemperatur Ttdc und die Sauerstoffdichte DO, auch wenn der Maschinenbetriebszustand einem bestimmten Maschinenbetriebszustand entspricht, von dem Basisdruck Pb, der Basistemperatur Tb und der Basis-Sauerstoffdichte DOb gemäß diesem bestimmten Maschinenbetriebszustand. In diesem Zusammenhang verändert sich die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) gemäß dem Druck P, der Temperatur T und der Sauerstoffdichte DO in der Verbrennungskammer 15, wie in der vorstehenden Gleichung (3) gezeigt ist. Falls der Kompressionsenddruck Ptdc, die Kompressionsendtemperatur Ttdc und die Sauerstoffdichte DO von dem Basisdruck Pb, der Basistemperatur Tb und der Basis-Sauerstoffdichte DOb einhergehend damit abweichen, verändert sich aus diesem Grund die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) und folglich verändert sich der Zeitpunkt, wenn der Integralwert Σ der Reaktionsgeschwindigkeit 1 erreicht, das heißt, der Zündzeitpunkt.
Insbesondere wenn der Kompressionsenddruck Ptdc höher als der Basisdruck Pb wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) schneller und entsprechend wird der Zündzeitpunkt vorverlagert bzw. nach früh verschoben. Falls umgekehrt der Kompressionsenddruck Ptdc niedriger als der Basisdruck Pb wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) langsamer und entsprechend wird der Zündzeitpunkt verzögert bzw. nach spät verschoben. Falls ferner die Kompressionsendtemperatur Ttdc höher als die Basistemperatur Tb wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) schneller und entsprechend wird der Zündzeitpunkt vorverlagert. Falls die Kompressionsendtemperatur Ttdc umgekehrt niedriger als die Basistemperatur Tb wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) verzögert und entsprechend wird der Zündzeitpunkt verzögert. Falls die Sauerstoffdichte DO darüber hinaus höher als die Basis-Sauerstoffdichte DOb wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) schneller und entsprechend wird der Zündzeitpunkt vorverlagert. Falls die Sauerstoffdichte DO umgekehrt niedriger als die Basis-Sauerstoffdichte DOb wird, wird die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) langsamer und entsprechend wird der Zündzeitpunkt verzögert.
Daher werden bei der vorliegenden Ausführungsform der Basisdruck Pb, die Basistemperatur Tb und die Basis-Sauerstoffdichte DOb basierend auf dem aktuellen Maschinenbetriebszustand berechnet. Zusätzlich wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Kompressionsenddruck Ptdc basierend auf dem Druck des Einlassgases abgeschätzt, welcher durch den Einlassdruckerfassungsteil der Steuerungsvorrichtung 70 erfasst oder abgeschätzt wird, während die Kompressionsendtemperatur Ttdc basierend auf der Temperatur des Einlassgases abgeschätzt wird, die durch den Einlasstemperaturerfassungsteil erfasst oder abgeschätzt wird. Darüber hinaus wird die Sauerstoffdichte des Einlassgases durch den Sauerstoffdichtenerfassungsteil der Steuerungsvorrichtung 70 abgeschätzt oder erfasst.
Ferner werden die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen bei der vorliegenden Ausführungsform basierend auf dem Druckverhältnis α des aktuellen Kompressionsenddrucks Ptdc mit Bezug auf den Basisdruck Pb (= Ptdc/Pb) unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 14 gezeigt, berechnet. Wie aus 14 ersichtlich ist, sind die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso mehr bzw. weiter hin zu der verzögerten bzw. späten Seite korrigiert, je größer das Druckverhältnis α ist. Daher sind die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der verzögerten bzw. späten Seite korrigiert, je höher der aktuelle Kompressionsenddruck Ptdc ist. Wie vorstehend erläutert ist, sind die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen ferner umso größer, je weiter der Kurbelwinkel vom Verdichtungs-OT entfernt ist.
Daher wird beispielsweise bei dem in 14 gezeigten Beispiel, wenn das Druckverhältnis des aktuellen Kompressionsenddrucks Ptdc mit Bezug auf den Basisdruck Pb gleich α₁ ist, der Einspritzzeitpunkt der ersten Voreinspritzung IJ1 mit einem Basis-Einspritzzeitpunkt von Tij1 um den Korrekturbetrag KD1 vorverlagert bzw. nach früh verschoben. In ähnlicher Art und Weise wird der Einspritzzeitpunkt der zweiten Voreinspritzung IJ2 mit einem Basis-Einspritzzeitpunkt von Tij2 um den Korrekturbetrag KD2 vorverlagert bzw. nach früh verschoben. Zusätzlich wird der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung IJM mit einem Basis-Einspritzzeitpunkt von TijM um den Korrekturbetrag KDM vorverlagert bzw. nach früh verschoben.
Zu beachten ist, dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen bei der vorliegenden Ausführungsform basierend auf dem Kompressionsenddruck Ptdc und dem Kompressionsenddruck, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, das heißt, dem Basisdruck Pb, korrigiert. Falls die Tatsache berücksichtigt wird, dass sich der Kompressionsenddruck gemäß dem Druck des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases (nachfolgend als „Einlassdruck“ bezeichnet) verändert, können die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen jedoch beispielsweise ebenso basierend auf dem Einlassdruck und dem dementsprechenden Basisdruck korrigiert werden.
Ferner werden bei der vorliegenden Ausführungsform basierend auf der Temperaturdifferenz β der aktuellen Kompressionsendtemperatur Ttdc mit Bezug auf die Basistemperatur Tb (= Ttdc/Tb) die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 15 gezeigt, berechnet. Wie aus 15 ersichtlich ist, werden die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso mehr bzw. weiter hin zu der verzögerten bzw. späten Seite korrigiert, je größer die Temperaturdifferenz β ist. Daher werden die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der verzögerten bzw. späten Seite korrigiert, je höher die aktuelle Kompressionsendtemperatur Ttdc ist. Ferner sind die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer, je weiter der Kurbelwinkel von dem Verdichtungs-OT entfernt liegt, wie vorstehend erläutert ist.
Zu beachten ist, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen basierend auf der Kompressionsendtemperatur Ttdc und der Kompressionsendtemperatur, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, das heißt, der Basistemperatur Tb, korrigiert werden. Falls jedoch die Tatsache berücksichtigt wird, dass sich die Kompressionsendtemperatur gemäß der Temperatur des hin zu den Verbrennungskammern 15 geführten Einlassgases (nachfolgend als die „Einlasstemperatur“ bezeichnet) verändert, können die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen beispielsweise ebenso basierend auf der Einlasstemperatur und dem Basisdruck, welcher derselben entspricht, korrigiert werden.
Ferner werden bei der vorliegenden Ausführungsform basierend auf dem Dichteverhältnis γ der aktuellen Sauerstoffdichte DO mit Bezug auf die Basis-Sauerstoffdichte DOb (= DO/DOb) die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 16 gezeigt, berechnet. Wie aus 16 ersichtlich ist, sind die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso mehr bzw. weiter hin zu der verzögerten bzw. späten Seite korrigiert, je größer das Dichteverhältnis γ ist. Daher werden die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der verzögerten Seite korrigiert, je höher die aktuelle Sauerstoffdichte DO ist. Ferner sind die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer, je weiter der Kurbelwinkel von dem Verdichtungs-OT entfernt liegt.
Zu beachten ist, dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen bei der vorliegenden Ausführungsform basierend auf der Sauerstoffdichte DO und der Basis-Sauerstoffdichte DOb, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, korrigiert werden. Falls jedoch die Tatsache berücksichtigt wird, dass sich die Sauerstoffdichte beispielsweise gemäß der AGR-Rate des hin zu den Verbrennungskammern 15 der Zylinder 11 geführten Einlassgases oder dem Sauerstoffbetrag in dem Einlassgas verändert, können die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen basierend auf der AGR-Rate und dem Sauerstoffbetrag und der Basis-AGR-Rate und dem Basis-Sauerstoffbetrag, welche diesen entsprechen, korrigiert werden.
<Flussdiagramm>
17 ist ein Flussdiagramm, welches eine Steuerroutine der Basis-Kraftstoffeinspritzungs-Berechnungssteuerung zum Berechnen des Basis-Einspritzzeitpunkts und des Basis-Einspritzbetrags zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird durch eine Unterbrechung bei bestimmten Zeitintervallen durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf 17 wird bei Schritt S11 zunächst die Maschinenlast L durch den Lastsensor 88 erfasst und die Maschinendrehzahl N wird basierend auf dem Kurbelwinkelsensor 89 berechnet. Das heißt, bei Schritt S11 wird der aktuelle Maschinenbetriebszustand berechnet.
Nachfolgend wird bei Schritt S12 ein Kennfeld, wie in 3 gezeigt, verwendet, um zu beurteilen, ob der bei Schritt S11 berechnete aktuelle Maschinenbetriebszustand in dem PCCI-Bereich liegt. Falls beurteilt wird, dass der aktuelle Maschinenbetriebszustand in dem PCCI-Bereich liegt, schreitet die Routine zu Schritt S13 voran. Bei Schritt S13 wird ein Kennfeld, wie in 5B gezeigt, verwendet, um den Einspritzbetrag Qij1 der ersten Voreinspritzung IJ1, den Einspritzbetrag Qij2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 und den Einspritzbetrag QijM der Haupteinspritzung IJM aus dem aktuellen Maschinenbetriebszustand zu berechnen.
Nachfolgend wird bei Schritt S14 ein Kennfeld, wie in 5A gezeigt, verwendet, um den Basis-Einspritzzeitpunkt Tijb1 der ersten Voreinspritzung IJ1, den Basis-Einspritzzeitpunkt Tijb2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 und den Basis-Einspritzzeitpunkt TijbM der Haupteinspritzung IJM aus dem aktuellen Maschinenbetriebszustand zu berechnen, und anschließend wird die Steuerroutine beendet. Wenn bei Schritt S12 andererseits beurteilt wird, dass der Maschinenbetriebszustand nicht in dem PCCI-Bereich liegt, schreitet die Routine zu Schritt S15 voran. Bei Schritt S15 wird die Verbrennungskraftmaschine durch den DC-Modus betrieben und anschließend wird die Steuerroutine beendet.
18 ist ein Flussdiagramm, welches die Korrektursteuerung des Basis-Einspritzzeitpunkts zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird durch eine Unterbrechung bei bestimmten Zeitintervallen durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf 18 wird bei Schritt S21 zunächst beurteilt, ob sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet. Ob sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, wird beispielsweise basierend auf den Veränderungsbeträgen pro Zeiteinheit der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl und den Veränderungsbeträgen pro Zeiteinheit des Ladedrucks und der AGR-Rate beurteilt. In diesem Fall wird beurteilt, dass sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, wenn ein Veränderungsbetrag einem vorbestimmten Schwellenwert oder mehr entspricht, wohingegen beurteilt wird, dass sich die Verbrennungskraftmaschine 1 nicht in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, sondern in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, wenn dieser kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Falls beurteilt wird, dass sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, schreitet die Routine zu Schritt S22 voran.
Bei Schritt S22 werden der Basisdruck Pb, die Basistemperatur Tb und die Basisdichte DOb unter Verwendung eines Kennfelds usw. berechnet, welches im Vorhinein basierend auf der durch den Lastsensor 88 erfassten Maschinenlast L und der basierend auf dem Kurbelwinkelsensor 89 berechneten Maschinendrehzahl N erhalten wird.
Nachfolgend wird bei Schritt S23 der Kompressionsenddruck Ptdc durch den Einlassdruckerfassungsteil berechnet. Nachfolgend wird bei Schritt S24 die Kompressionsendtemperatur Ttdc durch den Einlasstemperaturerfassungsteil berechnet. Nachfolgend wird bei Schritt S25 die Sauerstoffdichte DO durch den Sauerstoffdichtenerfassungsteil berechnet.
Bei Schritt S26 wird das Druckverhältnis α basierend auf dem bei Schritt S22 berechneten Basisdruck Pb und dem bei Schritt S23 berechneten Kompressionsenddruck Ptdc berechnet. Ferner wird die Temperaturdifferenz β basierend auf der bei Schritt S22 berechneten Basistemperatur Tb und der bei Schritt S24 berechneten Kompressionsendtemperatur Ttdc berechnet. Zusätzlich wird das Dichteverhältnis γ basierend auf der bei Schritt S22 berechneten Basisdichte DOb und der bei Schritt S25 berechneten Sauerstoffdichte DO berechnet.
Nachfolgend werden bei Schritt S27 der Korrekturbetrag KP1 des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, der Korrekturbetrag KP2 des Einspritzzeitpunkts der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Korrekturbetrag KPM des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 14 gezeigt, basierend auf den Basis-Einspritzzeitpunkten Tijb1, Tijb2 und TijbM, welche bei Schritt S14 von 17 berechnet werden, und dem bei Schritt S26 berechneten Druckverhältnis α berechnet.
Nachfolgend werden bei Schritt S28 der Korrekturbetrag KT1 des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, der Korrekturbetrag KT2 des Einspritzzeitpunkts der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Korrekturbetrag KTM des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 15 gezeigt, basierend auf den bei Schritt S14 von 17 berechneten Basis-Einspritzzeitpunkten Tijb1, Tijb2 und TijbM und der bei Schritt S26 berechneten Temperaturdifferenz β berechnet.
Nachfolgend werden bei Schritt S29 der Korrekturbetrag KD1 des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, der Korrekturbetrag KD2 des Einspritzzeitpunkts der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Korrekturbetrag KDM des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 16 gezeigt, basierend auf den bei Schritt S14 von 17 berechneten Basis-Einspritzzeitpunkten Tijb1, Tijb2 und TijbM und dem bei Schritt S26 berechneten Dichteverhältnis γ berechnet.
Nachfolgend werden bei Schritt S30 die folgenden Gleichungen (5) bis (7) verwendet, um den Einspritzzeitpunkt Tij1 der ersten Voreinspritzung IJ1, den Einspritzzeitpunkt Tij2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 und den Einspritzzeitpunkt TijM der Haupteinspritzung IJM basierend auf den bei Schritt S14 von 17 berechneten Basis-Einspritzzeitpunkten Tijb1, Tijb2 und TijbM und dem bei den Schritten S27 bis S29 berechneten Korrekturbetrag zu berechnen, und anschließend wird die Steuerroutine beendet. $Tij1 = Tijb1 + KP1 + KT1 + KD1$
$Tij2 = Tijb2 + KP2 + KT2 + KD2$
$TijM = TijbM + KPM + KTM + KDM$
Wenn bei Schritt S21 andererseits beurteilt wird, dass sich die Verbrennungskraftmaschine 1 nicht in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, schreitet die Routine zu Schritt S31 voran. Bei Schritt S31 werden die bei Schritt S14 von 17 berechneten Basis-Einspritzzeitpunkte Tijb1, Tijb2 und TijbM entsprechend zu dem Einspritzzeitpunkt Tij1 der ersten Voreinspritzung IJ1, dem Einspritzzeitpunkt Tij2 der zweiten Voreinspritzung IJ2 und dem Einspritzzeitpunkt TijM der Haupteinspritzung IJM gemacht und anschließend wird die Steuerroutine beendet. Kraftstoff wird von den Kraftstoffinjektoren 31 basierend auf den auf diese Art und Weise berechneten Einspritzzeitpunkten Tij1, Tij2 und TijM eingespritzt.
<Zweite Ausführungsform>
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 19 eine Steuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert. 19 ist eine Ansicht, welche die Entwicklung der Kraftstoffeinspritzraten von den Kraftstoffinjektoren 31 vor und nach einer Korrektur durch die Korrektursteuerung der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf den Kurbelwinkel zeigt. Die Konfiguration und die Steuerung der Steuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind grundsätzlich ähnlich zu der Konfiguration und der Steuerung der Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Daher werden nachstehend lediglich unterschiedliche Teile zu der ersten Ausführungsform erläutert.
Bei der Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform werden die drei Kraftstoffeinspritzungen der ersten Voreinspritzung IJ1, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Haupteinspritzung IJM durchgeführt. Ferner werden diese Einspritzungen so durchgeführt, dass das durch die Einspritzungen gebildete Vormischgas in Stufen damit beginnt, durch eine Kompressions-Selbstzündung zu verbrennen.
Zusätzlich zu solchen Einspritzungen kann jedoch ebenso berücksichtigt werden, eine frühe Einspritzung, welche einen kleinen Betrag von Kraftstoff auf einer extrem vorverlagerten bzw. frühen Seite (beispielsweise -40° nach OT) einspritzt, durchzuführen. Falls bei einer solch frühen Einspritzung der Einspritzbetrag erhöht wird, haftet der eingespritzte Kraftstoff an den Wandoberflächen der Verbrennungskammern 15 und daher ist es lediglich möglich, einen geringen Betrag von Kraftstoff einzuspritzen.
Die Reaktionsgeschwindigkeit (1/τ) ist jedoch auch bei einer solch frühen Einspritzung direkt nach der Kraftstoffeinspritzung niedrig. Ferner wird die Reaktionsgeschwindigkeit schneller, je höher die Kraftstoffdichte des Vormischgases ist, bei einer frühen Einspritzung ist der Betrag der Kraftstoffeinspritzung jedoch klein und daher ist die Reaktionsgeschwindigkeit langsam. Folglich ist es durch geeignetes Steuern des Einspritzzeitpunkts und des Einspritzbetrags usw. auch für die Kraftstoffeinspritzung durch die frühe Einspritzung möglich, den Selbstzündungszeitpunkt auf nach dem Start der Einspritzung der Haupteinspritzung zu steuern. Daher führt der Einspritzsteuerungsteil bei der vorliegenden Ausführungsform eine frühe Einspritzung IJE, welche Kraftstoff bei einem Einspritzzeitpunkt auf der vorverlagerten bzw. frühen Seite von -20° nach OT einspritzt, zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung durch.
In diesem Zusammenhang wurde basierend auf Experimenten bestimmt, dass sich der Selbstzündungszeitpunkt eines auf der extrem vorverlagerten bzw. frühen Seite eingespritzten Kraftstoffes, wie bei der frühen Einspritzung, nicht stark verändert, auch wenn der Einspritzzeitpunkt verändert wird. Beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine, bei welcher eine PCCI-Verbrennung durch ein Verdichtungsverhältnis von 14 bis 16 oder ähnlich durchgeführt wird, wird eine solche Entwicklung für einen zu einem Einspritzzeitpunkt auf der vorverlagerten bzw. frühen Seite von -20° nach OT bedeutend.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 19 gezeigt ist, wenn zusätzlich zu den Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung IJM eine frühe Einspritzung IJE durchgeführt wird, verhindert, dass der Einspritzzeitpunkt der frühen Einspritzung IJE verändert wird, falls eine Korrektursteuerung durchgeführt wird, während sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet.
Falls diesbezüglich der Einspritzzeitpunkt der frühen Einspritzung IJE weiter vorverlagert wird, haftet der eingespritzte Kraftstoff auf einfache Art und Weise an den Wandoberflächen der Zylinder 11 und folglich tritt eine Ölverdünnung auf. Falls eine solche Ölverdünnung auftritt, fällt ferner der Wärmebetrag, welcher aufgrund der Verbrennung des durch die frühe Einspritzung IJE gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugt wird, um diesen Betrag ab. Ein solcher Abfall des Betrags der erzeugten Wärme führt zu einer Verschlechterung der Verbrennung des durch die Haupteinspritzung IJM gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches, und dieser führt folglich zu einer Zunahme von unverbranntem Kraftstoff, welcher von den Verbrennungskammern 15 ausgestoßen wird. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Einspritzzeitpunkt der frühen Einspritzung IJE nicht verändert und daher kann eine Ölverdünnung unterdrückt werden und ein Abfall des Betrags an erzeugter Wärme und eine Verschlechterung der Abgasemissionen können unterdrückt werden.
Zu beachten ist, dass der Einspritzzeitpunkt der frühen Einspritzung IJE vor und nach der Korrektur durch die Korrektursteuerung nicht notwendigerweise gleich sein muss. Daher kann beispielsweise der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der frühen Einspritzung IJE einem kleineren Betrag als einer oder sämtliche Beträge aus dem Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, dem Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der zweiten Voreinspritzung IJ2 und dem Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM entsprechen.
Ferner kann zusätzlich zu den drei Kraftstoffeinspritzungen der ersten Voreinspritzung IJ1, der zweiten Voreinspritzung IJ2 und der Haupteinspritzung IJM in Betracht gezogen werden, eine Nacheinspritzung durchzuführen, welche einen kleinen Betrag von Kraftstoff einspritzt, nachdem durch das Verbrennen des durch die Haupt-Kraftstoffeinspritzung IJM gebildeten Luft-Kraftstoff-Gemisches ausreichend Wärme erzeugt ist. Eine solche Nacheinspritzung wird beispielsweise dazu verwendet, um zu veranlassen, dass die Temperatur des von den Verbrennungskammern 15 abgegebenen Abgases ansteigt.
In diesem Zusammenhang verbrennt der durch die Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff direkt, nachdem dieser eingespritzt ist, und es besteht beinahe keine Zündverzögerungszeit, da das Innere der Verbrennungskammern 15 eine hohe Temperatur aufweist. Aus diesem Grund besteht keine Notwendigkeit, den Einspritzzeitpunkt vor und nach der Korrektur durch die Korrektursteuerung zu verändern.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 19 gezeigt ist, wenn zusätzlich zu den Voreinspritzungen und der Haupteinspritzung IJM eine Nacheinspritzung IJP durchgeführt wird, falls sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, verhindert, dass die Nacheinspritzung IJP verändert wird, falls eine Korrektursteuerung durchgeführt wird.
Zu beachten ist, dass der Einspritzzeitpunkt der Nacheinspritzung IJP vor und nach der Korrektur durch die Korrektursteuerung nicht notwendigerweise gleich sein muss. Daher kann der Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Nacheinspritzung IJP einem kleineren Betrag als einer oder sämtliche Beträge aus dem Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der ersten Voreinspritzung IJ1, dem Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der zweiten Voreinspritzung IJ2, und dem Korrekturbetrag des Einspritzzeitpunkts der Haupteinspritzung IJM entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
10: Maschinenkörper
15: Verbrennungskammer
31: Kraftstoffinjektor
70: Steuerungsvorrichtung
71: Elektronische Steuerungseinheit (ECU)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009209943 A [0003]
JP 2012041892 A [0003]
JP 2012041896 A [0003]

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoffinjektor, welcher Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt, wobei die Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine einen Einspritzsteuerungsteil aufweist, welcher die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor steuert, wobei der Einspritzsteuerungsteil derart konfiguriert ist, dass dieser die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor steuert, so dass der Kraftstoffinjektor zu mehreren Zeiten eine Voreinspritzung durchführt und dann eine Haupteinspritzung durchgeführt, und so dass nach dem Starten der Haupteinspritzung zumindest ein Teil eines durch die Voreinspritzungen gebildeten Vormischgases durch eine Kompressionsselbstzündung verbrennt, wobei der Einspritzsteuerungsteil derart konfiguriert ist, dass dieser den Kraftstoffinjektor steuert, um die Voreinspritzungen und die Haupteinspritzung zu Basis-Einspritzzeitpunkten durchzuführen, welche basierend auf einem Maschinenbetriebszustand berechnet werden, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines stabilen Betriebs befindet, und wobei der Einspritzsteuerungsteil derart konfiguriert ist, dass dieser, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte eines Übergangsbetriebs befindet, eine Korrektursteuerung durchführt, welche die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen ausgehend von den Basis-Einspritzzeitpunkten mit Bezug auf die Zeit, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in der Mitte des stabilen Betriebs befindet, korrigiert, und wobei bei der Korrektursteuerung die Korrekturbeträge der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso größer sind, je größer die Kurbelwinkel ausgehend vom OT der Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen vor der Korrektur sind.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Einlassdruckerfassungsteil, welcher einen Druck eines Einlassgases in der Verbrennungskammer erfasst oder abschätzt, wobei der Einspritzsteuerungsteil derart konfiguriert ist, dass dieser bei der Korrektursteuerung die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen korrigiert, so dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der späten Seite verschoben sind, je höher der durch den Einlassdruckerfassungsteil erfasste oder abgeschätzte Druck des Einlassgases ist.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Einlasstemperaturerfassungsteil, welcher eine Temperatur eines Einlassgases in der Verbrennungskammer erfasst oder abschätzt, wobei der Einspritzsteuerungsteil derart konfiguriert ist, dass dieser bei der Korrektursteuerung die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen korrigiert, so dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der späten Seite verschoben sind, je höher die durch den Einlasstemperaturerfassungsteil erfasste oder abgeschätzte Temperatur des Einlassgases ist.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen Sauerstoffdichtenerfassungsteil zum Erfassen oder Abschätzen einer Sauerstoffdichte des Einlassgases in der Verbrennungskammer, wobei der Einspritzsteuerungsteil derart konfiguriert ist, dass dieser die Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung und der Voreinspritzungen korrigiert, so dass die Einspritzzeitpunkte der Einspritzungen umso weiter hin zu Einspritzzeitpunkten auf der späten Seite verschoben sind, je höher die durch den Sauerstoffdichtenerfassungsteil erfasste oder abgeschätzte Sauerstoffdichte ist.