DE102021117114A1

DE102021117114A1 - Kraftmaschinenvorrichtung

Info

Publication number: DE102021117114A1
Application number: DE102021117114.8A
Authority: DE
Inventors: Masanao Idogawa; Takahiro Uchida; Koji Ichikawa; Hiroaki Mizoguchi; Takuya Okubo; Sohichi IMAI; Hirokazu Andoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2022-01-13
Also published as: US20220010749A1; JP2022014634A; JP7283450B2; CN113915016A; CN113915016B; US11365701B2

Abstract

Eine Kraftmaschinenvorrichtung umfasst eine Kraftmaschine (12), die ein zylinderinternes Einspritzventil und eine Zündkerze umfasst, eine Abgassteuerungsvorrichtung (34) und eine Steuerungseinrichtung (70). Die Steuerungseinrichtung (70) ist konfiguriert, eine letzte Kraftstoffeinspritzung von dem zylinderinternen Einspritzventil in einem Ausdehnungshub auszuführen und eine Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in einer Ausdehnungshubeinspritzansteuerung auf der Grundlage einer Kühlmittelstarttemperatur, einer Nachstartzeit und eines volumetrischen Wirkungsgrades einzustellen. Die Ausdehnungshubeinspritzansteuerung ist eine Steuerung, die ausgeführt wird, indem die Zündung durch die Zündkerze synchron mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Kraftmaschinenvorrichtungen.
2. Beschreibung des Verwandtenstandes der Technik
Eine Kraftmaschinenvorrichtung ist vorgeschlagen worden, die eine Kraftmaschine umfasst, die ein zylinderinternes Einspritzventil für ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer und eine Zündkerze, die nahe dem oberen Teil der Verbrennungskammer angeordnet ist, aufweist (siehe beispielsweise japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2018-131948 ( JP 2018 - 131 948 A )). Diese Kraftmaschinenvorrichtung verzögert den Zündzeitpunkt, wenn ein Klopfen erfasst wird, während die Kraftmaschine in einer Schichtladungsverbrennungsbetriebsart arbeitet. Die Schichtladungsverbrennungsbetriebsart ist eine Betriebsart, in der Kraftstoff von dem zylinderinternen Einspritzventil in dem Verdichtungshub eingespritzt wird, um ein geschichtetes Luft-Kraftstoff-Gemisch nahe der Zündkerze zu bilden, und die Schichtladungsverbrennung ausgeführt wird. Wenn der Verzögerungsbetrag des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts entsprechend dem Zündzeitpunkt kleiner als ein Referenzbetrag ist, wird die Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungshub bei dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ausgeführt, der entsprechend dem Verzögerungsbetrag verzögert ist.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend beschriebene Kraftmaschinenvorrichtung verzögert typischerweise den Zündzeitpunkt, wenn eine Abgassteuerungsvorrichtung, die einen Katalysator zur Steuerung von Abgasen aufweist, aufgewärmt wird, um der Abgassteuerungsvorrichtung mehr Wärme zuzuführen. In der vorstehend beschriebenen Kraftmaschinenvorrichtung kann der Ausdehnungshub als der Zündzeitpunkt verwendet werden. In diesem Fall ist es möglich, dass mehr als die Hälfte der Kraftstoffeinspritzmenge, die beispielsweise durch den Kraftmaschinenbelastungsfaktor bestimmt wird, in einer oder mehreren Einspritzungen in dem Einlasshub oder dem Verdichtungshub eingespritzt wird und die letzte Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungshub oder dem Ausdehnungshub ausgeführt wird. Die Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub kann nicht nur ausgeführt werden, wenn die Abgassteuerungsvorrichtung aufgewärmt wird, sondern auch, wenn beispielsweise die Kraftmaschine gestartet wird. Es ist erforderlich, die Kraftstoffeinspritzmenge für die Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub in geeigneterer Weise einzustellen, da, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge zu klein ist, ein Ausstoßen möglicherweise nicht induziert werden kann, wobei, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge zu groß ist, Feinpartikel, wie beispielsweise Ruß, aus einer unvollständigen Verbrennung erzeugt werden kann.
Die Erfindung stellt eine Kraftmaschinenvorrichtung bereit, die die Kraftstoffeinspritzmenge für eine Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub in geeigneterer Weise einstellt.
Eine Kraftmaschinenvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst: eine Kraftmaschine, die ein zylinderinternes Einspritzventil, das konfiguriert ist, Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einzuspritzen, und eine Zündkerze umfasst, die konfiguriert ist, den Kraftstoff, der von dem zylinderinternen Einspritzventil eingespritzt wird, zu zünden; eine Abgassteuerungsvorrichtung, die einen Abgassteuerungskatalysator umfasst, der konfiguriert ist, Abgase von der Kraftmaschine zu steuern; und eine Steuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen von dem zylinderinternen Einspritzventil und eine Zündung durch die Zündkerze zu steuern. Die Steuerungseinrichtung ist konfiguriert, eine letzte Einspritzung von dem zylinderinternen Einspritzventil in einem Ausdehnungshub auszuführen, und eine Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in einer Ausdehnungshubeinspritzansteuerung auf der Grundlage einer Kühlmittelstarttemperatur, einer Nachstartzeit und eines volumetrischen Wirkungsgrades einzustellen, wobei die Kühlmittelstarttemperatur eine Temperatur eines Kühlmittels für die Kraftmaschine ist, wenn die Kraftmaschine gestartet wird, die Nachstartzeit eine Zeit ist, die seit dem Start der Kraftmaschine abgelaufen ist, der volumetrische Wirkungsgrad ein Verhältnis eines Volumens von Luft, die tatsächlich in einem Zyklus angesogen wird, zu einem Hubvolumen pro Zyklus der Kraftmaschine ist, und die Ausdehnungshubeinspritzansteuerung eine Steuerung ist, die ausgeführt wird, indem die Zündung durch die Zündkerze synchron mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird.
In der Kraftmaschinenvorrichtung der einen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die letzte Kraftstoffeinspritzung von dem zylinderinternen Einspritzventil in dem Ausdehnungshub ausgeführt, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung, in der die Zündung durch die Zündkerze synchron mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird, eingestellt wird auf der Grundlage von: der Kühlmittelstarttemperatur, die die Temperatur des Kühlmittels für die Kraftmaschine ist, wenn die Kraftmaschine gestartet wird; der Nachstartzeit, die die Zeit ist, die seit dem Start der Kraftmaschine abgelaufen ist; und dem volumetrischen Wirkungsgrad, der das Verhältnis des Volumens von Luft, die tatsächlich in einem Zyklus angesogen wird, zu dem Hubvolumen pro Zyklus der Kraftmaschine ist. Die Kühlmittelstarttemperatur reflektiert die Temperatur innerhalb eines Zylinders bei dem Start der Kraftmaschine (der Anfangswert der Temperatur innerhalb des Zylinders), die Nachstartzeit reflektiert die Temperatur innerhalb des Zylinders nach dem Start der Kraftmaschine und der volumetrische Wirkungsgrad reflektiert die Einlassluftmenge. Da die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Kühlmittelstarttemperatur, der Nachstartzeit und des volumetrischen Wirkungsgrades eingestellt wird, kann die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung auf eine geeignetere Menge eingestellt werden.
In der Kraftmaschinenvorrichtung der einen Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung konfiguriert sein, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung in einer derartigen Art und Weise einzustellen, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur ist, desto besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung größer wird, dass je länger die Nachstartzeit ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung kleiner wird, und dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung größer wird. Entsprechend der Kraftmaschinenvorrichtung der einen Ausgestaltung der Erfindung beruht der Grund, warum die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung in einer derartigen Art und Weise eingestellt wird, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung größer wird, auf der Tatsache, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur ist, desto weniger Feinpartikel, wie beispielsweise Ruß, werden produziert. Der Grund, warum die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung in einer derartigen Art und Weise eingestellt wird, dass je länger die Nachstartzeit ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung kleiner wird, beruht auf der Tatsache, dass je länger die Nachstartzeit ist, desto mehr wird die Innenseite des Zylinders erwärmt. Der Grund, warum die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung in einer derartigen Art und Weise eingestellt wird, dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung größer wird, beruht auf der Tatsache, dass, um eine Verbrennung in dem gesamten Zylinder zu verbreiten, nachdem eine Pilotflamme durch die Zündung gezündet worden ist, eine größere Pilotflamme als notwendig betrachtet wird, wenn der volumetrische Wirkungsgrad zunimmt.
In der Kraftmaschinenvorrichtung der einen Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung konfiguriert sein, einen Öffnungsgrad des zylinderinternen Einspritzventils auf vollständig offen für die Kraftstoffeinspritzungen zu steuern, die zu der letzten Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung unterschiedlich sind, und den Öffnungsgrad des zylinderinternen Einspritzventils auf teilweise offen für die letzte Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „teilweise offen“, dass das Ventil nicht vollständig geöffnet ist, wobei dies die Öffnungsgrade von 5%, 10%, 20%, 50% usw. umfasst.
In der Kraftmaschinenvorrichtung der einen Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerungseinrichtung konfiguriert sein, Kraftstoffeinspritzmengen für die Kraftstoffeinspritzungen, die zu der letzten Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung unterschiedlich sind, durch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung zu korrigieren und die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung nicht zu korrigieren. Entsprechend der Kraftmaschinenvorrichtung der einen Ausgestaltung der Erfindung ist es, da die letzte Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, um ein Ausstoßen für die Zündung durch die Zündkerze zu induzieren, nicht notwendig, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung zu korrigieren. Demgegenüber werden, da es erforderlich ist, Gesamtkraftstoffeinspritzmengen für die Kraftstoffeinspritzungen durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungen zu korrigieren, die Kraftstoffeinspritzmengen für die Kraftstoffeinspritzungen, die zu der letzten Kraftstoffeinspritzung unterschiedlich sind, durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung korrigiert.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie eine technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

1 ein Konfigurationsdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
2 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Ausdehnungshubeinspritzaufwärmkraftstoffeinspritzmengenberechnungsvorgangs, der durch die ECU 70 ausgeführt wird;
3 einen Graphen, der ein Beispiel der Beziehung zwischen einer Kühlmittelstarttemperatur Tws, einem volumetrischen Wirkungsgrad KL und einer Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb unmittelbar nach dem Start einer Kraftmaschine 12 veranschaulicht;
4 einen Graphen, der ein Beispiel der Beziehung zwischen einer Nachstartzeit Taft, dem volumetrischen Wirkungsgrad KL und der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb veranschaulicht; und
5 einen Graphen, der ein Beispiel von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten in einem Kurbelwinkel für drei Kraftstoffeinspritzungen und Kraftstoffeinspritzmengen der drei Kraftstoffeinspritzungen veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Als nächstes wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das schematisch die Konfiguration einer Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Wie es in der Figur gezeigt ist, umfasst die Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Kraftmaschine 12 und eine elektronische Steuerungseinheit (nachstehend als „ECU“ bezeichnet) 70 zur Steuerung der Kraftmaschine 12. Die Kraftmaschinenvorrichtung 10 ist beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug, das lediglich mit der Leistung von der Kraftmaschine 12 fährt, einem Hybridfahrzeug, das einen Motor zusätzlich zu der Kraftmaschine 12 aufweist, und einer Baumaschine angebracht, die mit der Leistung von der Kraftmaschine 12 fährt. Das Ausführungsbeispiel wird unter der Annahme beschrieben, dass die Kraftmaschinenvorrichtung 10 bei einem Kraftfahrzeug angebracht ist. Die ECU 70 ist ein Beispiel der Steuerungseinrichtung.
Die Kraftmaschine 12 ist als eine Verbrennungskraftmaschine konfiguriert, die einen Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin oder Leichtöl, verwendet, um eine Leistung in vier Hüben bzw. Takten auszugeben, nämlich Einlass-, Verdichtungs-, Ausdehnungs- und Ausstoßhübe. Die Kraftmaschine 12 weist ein zylinderinternes Einspritzventil 26 für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder und eine Zündkerze 30 auf. Das zylinderinterne Einspritzventil 26 ist im Wesentlichen in der Mitte des oberen Teils einer Verbrennungskammer 29 angeordnet und sprüht Kraftstoff bzw. spritzt diesen ein. Die Zündkerze 30 ist nahe dem zylinderinternen Einspritzventil 26 derart angeordnet, dass die Zündkerze 30 den Kraftstoff, der von dem zylinderinternen Einspritzventil 26 eingespritzt wird, zünden kann. Die Kraftmaschine 12 saugt Luft, die durch eine Luftreinigungseinrichtung 22 gereinigt wird, in die Verbrennungskammer 29 über ein Einlassrohr 25 an, spritzt Kraftstoff von dem zylinderinternen Einspritzventil 26 in einer oder mehreren Einspritzungen in dem Einlasshub oder dem Verdichtungshub ein, zündet und verbrennt das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch einen elektrischen Funken von der Zündkerze 30 und wandelt die Kolbenbewegung eines Kolbens 32, der durch die Energie der sich ausdehnenden Gase nach unten gedrückt wird, in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 16 um. Die Kraftmaschine 12 ist ein Beispiel der Kraftmaschine.
Abgase, die aus der Verbrennungskammer 29 der Kraftmaschine 12 zu einem Abgasrohr 33 ausgestoßen werden, werden zu der Atmosphäre durch eine Abgassteuerungsvorrichtung 34 ausgestoßen, die einen Abgassteuerungskatalysator (Drei-Wege-Katalysator) 34a zum Entfernen von schädlichen Bestandteilen, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HCs) und Stickoxiden (NOx) von den Abgasen aufweist. Die Abgassteuerungsvorrichtung 34 ist ein Beispiel der Abgassteuerungsvorrichtung.
Obwohl es in der Figur nicht gezeigt ist, ist die ECU 70 als ein Mikroprozessor konfiguriert, der hauptsächlich aus einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) aufgebaut ist und einen Nur-Lese-Speicher (ROM), der Verarbeitungsprogramme speichert, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) zum zeitweiligen Speichern von Daten sowie Eingabe- und Ausgabeanschlüsse zusätzlich zu der CPU umfasst. Signale von verschiedenen Sensoren, die zur Steuerung der Kraftmaschine 12 erforderlich sind, werden in die ECU 70 über den Eingabeanschluss eingegeben. Einige Beispiele der Signale, die in die ECU 70 eingegeben werden, umfassen: einen Kurbelwinkel θcr von einem Kurbelpositionssensor 40 zur Erfassung der Drehposition der Kurbelwelle 16; eine Kühlmitteltemperatur Tw von einem Kühlmitteltemperatursensor 42 zur Erfassung der Temperatur eines Kühlmittels für die Kraftmaschine 12; und Nockenwinkel θci, θco von einem Nockenpositionssensor 44 zur Erfassung der Drehposition einer Einlassnockenwelle, die ein Einlassventil 28 öffnet und schließt, und der Drehposition einer Auslassnockenwelle, die ein Auslassventil bzw. Abgasventil 31 öffnet und schließt. Andere Beispiele der Signale umfassen: einen Drosselventilöffnungsgrad TH von einem Drosselventilpositionssensor 46 zur Erfassung der Position eines Drosselventils 24, das in dem Einlassrohr 25 angeordnet ist; eine Einlassluftmenge Qa von einem Luftströmungsmessinstrument 48, das bei dem Einlassrohr 25 angebracht ist; eine Einlasslufttemperatur Ta von einem Temperatursensor 49, der bei dem Einlassrohr 25 angebracht ist; und einen Einlassluftdruck Pin von einem Einlassluftdrucksensor 58 zur Erfassung des Drucks in dem Einlassrohr 25. Andere Beispiele der Signale umfassen ferner: eine Katalysatortemperatur Tc von einem Temperatursensor 34b zur Erfassung der Temperatur des Abgassteuerungskatalysators 34a der Abgassteuerungsvorrichtung 34; ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 35a, der bei dem Auslassrohr bzw. Abgasrohr 33 angebracht ist; ein Sauerstoffsignal O2 von einem Sauerstoffsensor 35b, der bei dem Abgasrohr 33 angebracht ist; und ein Klopfsignal Ks von einem Klopfsensor 59, der an einem Zylinderblock angebracht ist, zur Erfassung einer Schwingung, die durch ein Klopfen verursacht wird.
Verschiedene Steuerungssignale zur Steuerung der Kraftmaschine 12 werden von der ECU 70 über den Ausgabeanschluss ausgegeben. Beispiele der Signale, die von der ECU 70 ausgegeben werden, umfassen: ein Antriebssteuerungssignal für einen Drosselmotor 36 zum Justieren der Position des Drosselventils 24; ein Antriebssteuerungssignal für das zylinderinterne Einspritzventil 26; und ein Antriebssteuerungssignal für die Zündkerze 30.
Die ECU 70 berechnet die Drehzahl der Kurbelwelle 16, d.h. die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 auf der Grundlage des Kurbelwinkels θcr von dem Kurbelpositionssensor 40. Die ECU 70 berechnet ebenso den volumetrischen Wirkungsgrad (das Verhältnis des Volumens von Luft, die tatsächlich in einem Zyklus angesogen wird, zu dem Hubvolumen pro Zylinder der Kraftmaschine 12) KL, der die Last der Kraftmaschine 12 ist, auf der Grundlage der Einlassluftmenge Qa von dem Luftströmungsmessinstrument 48 und der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12.
Die ECU 70 der Kraftmaschinenvorrichtung 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, führt eine Einlassluftmengensteuerung, eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung und eine Zündsteuerung für die Kraftmaschine 12 aus, sodass die Kraftmaschine 12 auf der Grundlage einer gewünschten Drehzahl Ne* und eines gewünschten Drehmoments Te* betrieben wird. In der Einlassluftmengensteuerung stellt die ECU 70 eine gewünschte Luftmenge Qa* auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments Te* der Kraftmaschine 12 ein, sie stellt einen gewünschten Drosselventilöffnungsgrad TH* für eine Steuerung der Einlassluftmenge Qa auf die gewünschte Luftmenge Qa* ein und sie steuert den Drosselmotor 36, um den Drosselventilöffnungsgrad TH des Drosselventils 24 auf den gewünschten Drosselventilöffnungsgrad TH* zu steuern. In der Kraftstoffeinspritzungssteuerung stellt die ECU 70 eine gewünschte Kraftstoffeinspritzung Qfd* des zylinderinternen Einspritzventils 26 für eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF auf ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF* (beispielsweise ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) auf der Grundlage der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 und des volumetrischen Wirkungsgrades KL ein, wobei sie das zylinderinterne Einspritzventil 26 derart steuert, dass die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge Qfd* von dem zylinderinternen Einspritzventil 26 in einer oder in mehreren Kraftstoffeinspritzungen eingespritzt wird. In vielen zylinderinternen Einspritzventilen wird der Ventilöffnungsgrad justiert, indem ein Nadelventil angehoben wird. In diesem Fall wird der vollständig offene Zustand des zylinderinternen Einspritzventils vollständiges Anheben genannt, wobei der teilweise offene Zustand des zylinderinternen Einspritzventils teilweises Anheben genannt wird. In der Zündsteuerung stellt die ECU 70 einen gewünschten Zündzeitpunkt Tp* auf der Grundlage der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 und des volumetrischen Wirkungsgrades KL ein und steuert eine Zündung durch die Zündkerze 30.
Als nächstes wird der Betrieb der Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, insbesondere der Betrieb der Kraftmaschinenvorrichtung 10, wenn der Abgassteuerungskatalysator (Drei-Wege-Katalysator) 34a der Abgassteuerungsvorrichtung 34 rasch aufgewärmt wird, beschrieben. Das rasche Aufwärmen der Abgassteuerungsvorrichtung 34 wird ausgeführt, wenn eine Bedingung, dass eine Katalysatortemperatur Tc kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperatur unter der Temperatur, bei der der Abgassteuerungskatalysator 34a aktiviert wird, oder eine Beschleunigungseinrichtungs-Aus-Bedingung erfüllt ist. Entweder ein Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen oder ein Verdichtungshubeinspritzaufwärmen wird ausgewählt, um das rasche Aufwärmen auszuführen. Das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen ist ein Vorgang, bei dem eine Kraftstoffeinspritzung einmal bis dreimal in dem Einlasshub oder dem Verdichtungshub ausgeführt wird, die letzte Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird und eine Zündung synchron mit dieser Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird. Das Verdichtungshubeinspritzaufwärmen ist ein Vorgang, bei dem eine Kraftstoffeinspritzung einmal bis dreimal in dem Einlasshub oder dem Verdichtungshub ausgeführt wird, die letzte Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungshub ausgeführt wird und eine Zündung in dem Ausdehnungshub nachfolgend zu dem Verdichtungshub ausgeführt wird. Diese Auswahl wird entsprechend der Kühlmitteltemperatur Tw bei dem Start der Kraftmaschine 12, der Schaltposition usw. ausgeführt. Beispielsweise wird, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw bei dem Start der Kraftmaschine 12 niedriger als eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 35°C oder 45°C) ist, das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen ausgewählt, um den Abgassteuerungskatalysator 34a schneller aufzuwärmen und Emissionen zu verbessern. Wenn die Kühlmitteltemperatur Tw bei dem Start der Kraftmaschine 12 größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist, wird ein Verdichtungshubeinspritzaufwärmen ausgewählt, um zufriedenstellende Emissionen aufrecht zu erhalten. Die vorstehend beschriebene vorbestimmte Temperatur kann umgeschaltet werden, sodass das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen wahrscheinlicher ausgewählt wird, wenn die Schaltposition eine Nicht-Fahrposition (neutrale (N-)Position oder Park-(P-) Position) ist, als wenn die Schaltposition eine Fahrposition (Fahr-(D-)Position oder Rückwärts-(R-)Position) ist. Das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen ist ein Beispiel der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung.
Ein derartiges rasches Aufwärmen wird gesteuert, um den Zündzeitpunkt Tp soweit wie möglich zu verzögern. Da ein Verzögern des Zündzeitpunkts Tp den Verbrennungswirkungsgrad verringert, wird die Einlassluftmenge vergrößert, um die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 aufrecht zu erhalten. Als Ergebnis nimmt die Menge von verbrannten Gasen zu, wobei die absolute Menge von Emissionsbestandteilen ebenso zunimmt, wobei aber ein Katalysatoraufwärmen erleichtert wird. In dem Verdichtungshubeinspritzaufwärmen wird der Abgassteuerungskatalysator 34a aufgewärmt, während zufriedenstellende Emissionen aufrecht erhalten werden. Der Verzögerungsbetrag des Zündzeitpunkts Tp in dem Verdichtungshubeinspritzaufwärmen ist folglich keiner als in dem Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen. In dem Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen wird ein Zündzeitpunktbasiswert Tpb auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur bei dem Start der Kraftmaschine 12 (nachstehend auch als die „Kühlmittelstarttemperatur Tws“ bezeichnet) und der Zeit Tel eingestellt, die seit dem Start der Kraftmaschine 12 abgelaufen ist (nachstehend auch als die „Nachstartzeit Tel“ bezeichnet), wobei ein gewünschter Zündzeitpunkt Tp* eingestellt wird, indem ein Korrekturwert Tpfb, der durch eine Regelung auf der Grundlage der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 erhalten wird, von dem Zündzeitpunktbasiswert Tpb subtrahiert wird. Der Zündzeitpunktbasiswert Tpb wird derart eingestellt, dass je niedriger die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der Zündzeitpunktbasiswert Tpb weiter auf der vorgerückten Seite ist (je höher die Kühlmitteltemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der Zündzeitpunktbasiswert Tpb auf der verzögerten Seite ist), und dass je länger die Nachstartzeit Tel ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der Zündzeitpunktbasiswert Tpb weiter auf der verzögerten Seite liegt (je kürzer die Nachstartzeit Tel ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der Zündzeitpunktbasiswert Tpb mehr auf der vorgerückten Seite liegt). Der Zündzeitpunktbasiswert Tpb kann derart eingestellt werden, dass Zündzeitpunktbasiswert Tpb mehr auf der verzögerten Seite liegt, wenn die Schaltposition SP die Nicht-Fahrposition (N-Position oder P-Position) ist, als wenn die Schaltposition SP die Fahrposition (D-Position oder R-Position) ist. Die Zündzeitpunktregelung ist eine Steuerung, bei der der Zündzeitpunkt Tp in einer Richtung, in der die Differenz zwischen der Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 und der gewünschten Drehzahl Ne* (beispielsweise 1.500 Upm) beseitigt ist, vorgerückt oder verzögert wird. Diese Regelung besteht aus einem Proportionalausdruck und einem Integralausdruck. Der Korrekturwert Tpfb für die Zündzeitpunktregelung wird auf einen Wert eingestellt, der den Zündzeitpunkt Tp zu der verzögerten Seite korrigiert, wenn die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 höher als die gewünschte Drehzahl Ne* ist, und der den Zündzeitpunkt Tp zu der vorgerückten Seite korrigiert, wenn die Drehzahl Ne der Kraftmaschine 12 niedriger als die gewünschte Drehzahl Ne* ist. In dem Verdichtungshubeinspritzaufwärmen kann der Zündzeitpunkt Tp in einer Art und Weise bestimmt werden, die ähnlich zu der in dem Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen ist. Der Verzögerungsbetrag des Zündzeitpunkts Tp in dem Verdichtungshubeinspritzaufwärmen ist jedoch kleiner als in dem Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen, wie es vorstehend beschrieben ist.
Als nächstes wird die Kraftstoffeinspritzmenge für das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen beschrieben. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Vorgangs zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge für das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen (nachstehend als der „Anführungshubeinspritzaufwärmkraftstoffeinspritzmengenberechnungsvorgang“ bezeichnet), der durch die ECU 70 ausgeführt wird, wenn die Abgassteuerungsvorrichtung 34 durch das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen rasch aufgewärmt wird. Die ECU 70 führt den Ausdehnungshubeinspritzaufwärmkraftstoffeinspritzmengenberechnungsvorgang beispielsweise bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel wiederholt aus.
Wenn die ECU 70 den Ausdehnungshubeinspritzaufwärmkraftstoffeinspritzmengenberechnungsvorgang ausführt, berechnet die ECU 70 eine Basiseinspritzmenge Qfb (Schritt S100), sie gibt ein gewünschtes Äquivalenzverhältnis p ein (Schritt S110) und sie stellt einen Kraftstoffnichtbeitragskorrekturfaktor kun ein (Schritt S120). Die Basiseinspritzmenge Qfb kann als eine Kraftstoffeinspritzmenge berechnet werden, die dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, beispielsweise auf der Grundlage der Einlassluftmenge Qa. Das gewünschte Äquivalenzverhältnis p wird durch „gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis/stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ gegeben, wobei die ECU 70 das gewünschte Äquivalenzverhältnis p eingeben, das auf die fette Seite (höher als der Wert „1“) oder die magere Seite (niedriger als der Wert „1“) in Abhängigkeit beispielsweise von der Leistung, die von der Kraftmaschine 12 zu der Zeit des volumetrischen Wirkungsgrades KL usw. angefordert wird, eingestellt ist. Das gewünschte Äquivalenzverhältnis p kann synonym mit einem Verbrennungsbeitragskorrekturfaktor kcon verwendet werden. Der Verbrennungsbeitragskorrekturfaktor kcon ist das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmenge, die zu einer Verbrennung beiträgt, zu der Basiseinspritzmenge Qfb. Der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun wird als das Verhältnis der Basiseinspritzmenge Qfb zu der Menge von Kraftstoff, die an der Wandoberfläche des Zylinders der Kraftmaschine 12 und der oberen Oberfläche des Kolbens anhaftet und die nicht zu einer Verbrennung beiträgt, berechnet. In dem Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun und der Kühlmitteltemperatur Tw für die Kraftmaschine 12 und der Basiseinspritzmenge Qfb im Voraus durch Experimente usw. erhalten und im Voraus als eine Abbildung zur Einstellung des Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktors kun gespeichert. Wenn die Kühlmitteltemperatur Tw oder die Basiseinspritzmenge Qfb gegeben ist, wird der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun auf einen entsprechenden Korrekturfaktor eingestellt, der aus der Abbildung hergeleitet wird. In der Abbildung wird für eine Einstellung des Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktors kun gemäß dem Ausführungsbeispiel der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun derart eingestellt, dass je höher die Kühlmitteltemperatur Tw ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun kleiner wird, und dass je größer die Basiseinspritzmenge Qfb ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun kleiner wird. Dies beruht auf der Tatsache, dass je höher die Kühlmitteltemperatur Tw für die Kraftmaschine 12 ist, desto kleiner ist die Menge von Kraftstoff, die an der Wandoberfläche des Zylinders und der oberen Oberfläche des Kolbens anhaftet, und der Tatsache, dass die Menge von Kraftstoff, die an der Wandoberfläche des Zylinders und der oberen Oberfläche des Kolbens anhaftet, die gleiche ist unabhängig von der Basiseinspritzmenge Qfb.
Als nächstes wird eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Qfd berechnet, indem die Basiseinspritzmenge Qfb mit einem Kraftstoffkorrekturfaktor kf multipliziert wird, wie es durch die nachstehende Gleichung (1) angegeben ist (Schritt S130). Der Kraftstoffkorrekturfaktor kf ist die Summe des gewünschten Äquivalenzverhältnis p und des Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktors kun (kf ist = p + kun). Der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun nimmt ab, wenn die Kühlmitteltemperatur Tw für die Kraftmaschine 12 mit der Zeit zunimmt. Die Summe des gewünschten Äquivalenzverhältnisses p und des Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktors kun bedeutet folglich einen Kraftstoffverringerungskorrekturfaktor. Das gewünschte Äquivalenzverhältnis p (Verbrennungsbeitragskorrekturfaktor kcon) und der Verbrennungsnichtbeitragskorrekturfaktor kun werden jedoch individuell erhalten. Dementsprechend ist, wenn das gewünschte Äquivalenzverhältnis p (Verbrennungsbeitragskorrekturfaktor kcon) sich beispielsweise aufgrund eines Fahrens des Fahrzeugs ändert, die Abweichung zwischen der Summe der Menge von Kraftstoff, die zu einer Verbrennung beiträgt, und der Menge von Kraftstoff, die nicht zu einer Verbrennung beiträgt, und der Basiskraftstoffeinspritzmenge Qfd kleiner als in dem Fall, bei dem der Kraftstoffverringerungskorrekturfaktor aus einer Abbildung erhalten wird. $Qfd = Qfb \times (ρ + kun)$
Nachfolgend gibt die ECU 70 einen Regelungskorrekturfaktor kfb für eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung (Schritt S140) ein und gibt einen Lernwert kinj für ein Korrigieren einer Variation zwischen den zylinderinternen Einspritzventilen 26 ein (Schritt S150). Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung ist eine Steuerung, in der die Differenz zwischen dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF* und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 35a verringert wird. Der Regelungskorrekturfaktor kfb wird durch die Proportional- und Integralausdrücke bei der Differenz (AF* - AF) berechnet. Der Lernwert kinj wird auf der Grundlage der Differenz zwischen dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF* und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 35a berechnet.
Die ECU 70 stellt dann eine Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb für die letzte Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur bei dem Start der Kraftmaschine 12 (Kühlmittelstarttemperatur Tws), der Zeit Taft, die seit dem Start der Kraftmaschine 12 abgelaufen ist (Nachstartzeit Taft) und dem volumetrischen Wirkungsgrad KL ein (Schritt S160). In dem Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen der Kühlmittelstarttemperatur Tws, der Nachstartzeit Taft, dem volumetrischen Wirkungsgrad KL und der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb im Voraus durch Experimente usw. erhalten und im Voraus als eine Abbildung für ein Einstellen der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb gespeichert. Wenn die Kühlmittelstarttemperatur Tws, die Nachstartzeit Taft und der volumetrische Wirkungsgrad KL vorgegeben sind, wird die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb auf eine entsprechende Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb eingestellt, die aus der Abbildung hergeleitet wird. 3 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Kühlmittelstarttemperatur Tws, dem volumetrischen Wirkungsgrad KL und der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine 12 veranschaulicht. 4 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Nachstartzeit Taft, dem volumetrischen Wirkungsgrad KL und der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb veranschaulicht. In dem Ausführungsbeispiel wird die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb derart eingestellt, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb größer wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb kleiner wird, und dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad KL ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb größer wird. Der Grund, warum die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb derart eingestellt wird, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb größer wird, beruht auf der Tatsache, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto weniger Feinpartikel, wie beispielsweise Ruß, gibt es in den Abgasen. Der Grund, warum die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb derart eingestellt wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb kleiner ist, beruht auf der Tatsache, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr wird die Innenseite des Zylinders erwärmt. Der Grund, warum die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb derart eingestellt wird, dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad KL ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb größer wird, beruht auf der Tatsache, dass, um eine Verbrennung in dem gesamten Zylinder zu verbreiten, nachdem eine Pilotflamme bzw. Startflamme durch eine Zündung gezündet worden ist, eine größere Pilotflamme als notwendig betrachtet wird, wenn der volumetrische Wirkungsgrad KL zunimmt. Da die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb eine Menge (eine sehr kleine Menge) sein kann, die klein genug ist, einen Ausstoß durch eine Zündung zu induzieren, ist die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb im Vergleich mit den Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzmengen sehr klein.
Nach einer Einstellung der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb stellt die ECU 70 eine Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend ein, indem die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb mit dem Lernwert kinj multipliziert wird (Schritt S170). Das Multiplizieren der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb mit dem Lernwert kinj verringert eine Variation zwischen den zylinderinternen Einspritzventilen 26. Da die Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend auf der Grundlage der Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb berechnet wird, wird die Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend derart eingestellt, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend größer wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend kleiner wird, und dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad KL ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend größer wird.
Die ECU 70 stellt dann die Kraftstoffeinspritzmengen Qn für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen, die zu der letzten Kraftstoffeinspritzung unterschiedlich sind, ein (Schritt S170). Die Kraftstoffeinspritzmengen Qn für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen können erhalten werden, indem die Basisausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qendb von der Basiskraftstoffeinspritzmenge Qfd, die mit dem Korrekturwert kfb für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung multipliziert ist, subtrahiert wird und das Subtraktionsergebnis mit einem geteilten Anteil kn und dem Lernwert kinj multipliziert wird. Die Summe des geteilten Anteils k1 für die erste Kraftstoffeinspritzung bis zu dem geteilten Anteil kn für die N-te Kraftstoffeinspritzung ist gleich dem Wert „1“, wobei der geteilte Anteil kn durch die Kühlmittelstarttemperatur Tws, die Nachstartzeit Taft und die Schaltposition SP justiert wird. In dem Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen dem geteilten Anteil kn und der Kühlmittelstarttemperatur Tws, der Nachstartzeit Taft und der Schaltposition SP im Voraus durch Experimente usw. bestimmt und im Voraus als eine Abbildung zur Einstellung des geteilten Anteils kn gespeichert. Wenn die Kühlmittelstarttemperatur Tws, die Nachstartzeit Taft oder die Schaltposition SP vorgegeben ist, wird der geteilte Anteil kn auf einen entsprechenden geteilten Anteil eingestellt, der aus der Abbildung hergeleitet wird. Es wird hierbei angenommen, dass von drei Kraftstoffeinspritzungen die dritte Kraftstoffeinspritzung die letzte Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ist, die erste Kraftstoffeinspritzung die Kraftstoffeinspritzung in einer Zwischenstufe des Einlasshubs ist und die zweite Kraftstoffeinspritzung die Kraftstoffeinspritzung in einer frühen Stufe des Verdichtungshubs ist. 5 veranschaulicht ein Beispiel der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte bezüglich eines Kurbelwinkels für die drei Kraftstoffeinspritzungen und die Kraftstoffeinspritzmengen für die drei Kraftstoffeinspritzungen. In der Figur entsprechen die schraffierten Abschnitte den Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten, zweiten und letzten Kraftstoffeinspritzungen. In der Figur sind die Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten, zweiten und letzten Kraftstoffeinspritzungen als Kraftstoffeinspritzmengen Q1, Q2 und Qend gezeigt, die durch den Lernwert kinj zur Verringerung einer Variation zwischen den zylinderinternen Einspritzventilen 26 geteilt werden. In diesem Fall wird in dem Ausführungsbeispiel der geteilte Anteil k1 für die erste Kraftstoffeinspritzung derart eingestellt, dass je niedriger die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der geteilte Anteil k1 größer wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der geteilte Anteil k1 kleiner wird, und dass die Neigung besteht, dass der geteilte Anteil k1 größer wird, wenn die Schaltposition SP die Fahrposition (D-Position oder R-Position) ist, als wenn die Schaltposition die Nicht-Fahrposition (N-Position oder P-Position) ist. Der Grund, warum der geteilte Anteil k1 für die erste Kraftstoffeinspritzung derart eingestellt wird, dass je niedriger die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der geteilte Anteil k1 größer ist, beruht auf der Tatsache, dass je niedriger die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass Kraftstoff an der Wandoberfläche des Zylinders und der oberen Oberfläche des Kolbens anhaftet, wobei folglich die Anhaftung von Kraftstoff im Vergleich zu dem Fall verringert werden kann, bei dem eine Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungshub ausgeführt wird. Der Grund, warum der geteilte Anteil k1 für die erste Kraftstoffeinspritzung derart eingestellt wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass der geteilte Anteil k1 kleiner ist, beruht auf der Tatsache, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto höher ist die Temperatur innerhalb des Zylinders, wobei folglich eine kleinere Menge von Kraftstoff an der Wandoberfläche des Zylinders und der oberen Oberfläche des Kolbens auch in der Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungshub anhaftet. Der Grund, warum der geteilte Anteil k1 für die erste Kraftstoffeinspritzung derart eingestellt wird, dass je mehr die Neigung besteht, dass der geteilte Anteil k1 größer ist, wenn die Schaltposition SP die Fahrposition (N-Position oder P-Position) ist, beruht auf der Tatsache, dass, da der volumetrische Wirkungsgrad KL größer ist, wenn die Schaltposition SP die Fahrposition (D-Position oder R-Position) ist, als wenn die Schaltposition SP die Nicht-Fahrposition (N-Position oder P-Position) ist, das Luft-Kraftstoff-Gemisch fetter und gleichförmiger gemacht wird. Der Grund, warum der Korrekturfaktor kfb für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung für die Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen berücksichtigt wird und für die Kraftstoffeinspritzmenge Qend für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) nicht berücksichtigt wird, beruht auf der Tatsache, dass, da die letzte Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, um einen Ausstoß für eine Zündung durch die Zündkerze 30 zu induzieren, es nicht notwendig ist, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung bei der Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung auszuführen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 35a kann auf das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF* gesteuert werden, indem der Korrekturfaktor kfb für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung für die Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen berücksichtigt wird. Ein Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmengen Qn für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen mit dem Lernwert kinj verringert eine Variation zwischen zylinderinternen Einspritzventilen 26.
Wenn die Kraftstoffeinspritzmengen für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) und die Kraftstoffeinspritzmengen Qn für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen auf diese Art und Weise eingestellt werden, wird jede der ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen durch ein vollständiges Öffnen des zylinderinternen Einspritzventils 26 (vollständiger Hub) bei einem entsprechenden der eingestellten Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkte (Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkte, die für den Einlasshub und den Verdichtungshub eingestellt werden) und ein Schließen des zylinderinternen Einspritzventils 26, wenn die Zeit entsprechend einer entsprechenden der Kraftstoffeinspritzmengen Qn abgelaufen ist, ausgeführt. Der Grund, warum die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen mit dem zylinderinternen Einspritzventil 26, das vollständig geöffnet ist (vollständiger Hub), ausgeführt werden, beruht auf der Notwendigkeit, eine bestimmte Menge von Kraftstoff genau einzuspritzen. In der letzten Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub) wird das zylinderinternen Einspritzventil 26 synchron mit dem Zündzeitpunkt der Zündkerze 30 teilweise geöffnet (teilweiser Hub), d.h. zu einem Zeitpunkt, der ein wenig früher als der Zeitpunkt ist (beispielsweise zwei oder drei Grad früher bezüglich des Kurbelwinkels), sodass ein Ausstoß induziert wird, wobei das zylinderinternen Einspritzventil 26 geschlossen ist, wenn die Zeit entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) abgelaufen ist. Der Grund, warum die letzte Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub) mit dem zylinderinternen Einspritzventil 26, das teilweise geöffnet ist (teilweise Hub), ausgeführt wird, beruht auf der Tatsache, dass die letzte Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, um einen Ausstoß zu induzieren, und dass es zu bevorzugen ist, Kraftstoffpartikel, die so klein wie möglich sind, in der letzten Kraftstoffeinspritzung einzuspritzen bzw. zu sprühen. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „teilweise geöffnet (teilweise Hub)“, dass das Ventil nicht vollständig geöffnet ist, wobei er die Öffnungsgrade von 5%, 10%, 20% usw. umfasst. In dem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass, wenn eine Kraftstoffeinspritzung mit dem zylinderinternen Einspritzventil 26, das teilweise geöffnet ist (teilweise Hub), ausgeführt wird, das zylinderinterne Einspritzventil 26 auf einen Öffnungsgrad geöffnet wird, der im Voraus durch Experimente usw. bestimmt wird.
In der Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird, wenn die Abgassteuerungsvorrichtung 34 durch das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen aufgewärmt wird, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) auf der Grundlage der Kühlmittelstarttemperatur Tws, der Nachstartzeit Taft und des volumetrischen Wirkungsgrades KL eingestellt. Die Kühlmittelstarttemperatur Tws reflektiert die Temperatur innerhalb des Zylinders bei dem Start der Kraftmaschine 12 (den Anfangswert der Temperatur innerhalb des Zylinders), die Nachstartzeit Taft reflektiert die Temperatur innerhalb des Zylinders nach dem Start der Kraftmaschine 12 und der volumetrische Wirkungsgrad KL reflektiert die Einlassluftmenge Qa. Da die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) auf der Grundlage der Kühlmittelstarttemperatur Tws, der Nachstartzeit Taft und des volumetrischen Wirkungsgrades KL eingestellt wird, kann die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) auf eine geeignetere Menge eingestellt werden. Die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) wird derart eingestellt, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) größer wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) kleiner wird, und dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad KL ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) größer wird. Die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) kann somit auf eine geeignetere Menge eingestellt werden.
In der Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel werden die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen mit dem zylinderinternen Einspritzventil 26, das vollständig geöffnet ist (vollständiger Hub), ausgeführt. Die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen können somit genauer ausgeführt werden. Die letzte Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub) wird mit dem zylinderinternen Einspritzventil 26 ausgeführt, das teilweise geöffnet ist (teilweiser Hub). Eine sehr kleine Menge von Feinpartikeln kann somit in der letzten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt werden, wobei ein Ausstoß zuverlässiger induziert werden kann.
In der Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) nicht durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung korrigiert, sondern wird durch den Lernwert kinj zur Verringerung einer Variation zwischen den zylinderinternen Einspritzventilen 26 korrigiert. Die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) kann somit auf eine geeignetere Menge eingestellt werden. Demgegenüber werden die Kraftstoffeinspritzmengen Qn für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen, die zu der letzten Einspritzung (Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub) unterschiedlich sind, durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung korrigiert und werden ebenso durch den Lernwert kinj zur Verringerung einer Variation zwischen den zylinderinternen Einspritzventilen 26 korrigiert. Dementsprechend kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 35a auf das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF* gesteuert werden, wobei die Kraftstoffeinspritzmengen Qn für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen auf geeignetere Mengen eingestellt werden können.
In der Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel wird, wenn es erforderlich ist, jede der Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen auf eine größere Menge auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 35a zu korrigieren, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) ebenso auf eine größere Menge korrigiert. In diesem Fall wird die Menge, um die die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) durch die Korrektur vergrößert wird, derart eingestellt, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur Tws ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Menge, um die die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) durch die Korrektur vergrößert wird, größer wird, dass je länger die Nachstartzeit Taft ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Menge, um die die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) durch die Korrektur vergrößert wird, kleiner wird, und dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad KL ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Menge, um die die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) durch die Korrektur vergrößert wird, größer wird. Auch wenn es notwendig ist, jede der Kraftstoffeinspritzmengen für die ersten bis N-ten Kraftstoffeinspritzungen auf eine größere Menge auf der Grundlage des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AF von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 35a zu korrigieren, kann die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) möglicherweise nicht auf eine größere Menge korrigiert werden.
In der Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel wird, wenn die Abgassteuerungsvorrichtung 34 durch das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen aufgewärmt wird, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) auf der Grundlage der Kühlmittelstarttemperatur Tws, der Nachstartzeit Taft und des volumetrischen Wirkungsgrades KL eingestellt. Die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung (Ausdehnungshubkraftstoffeinspritzmenge Qend) kann jedoch ebenso auf der Grundlage der Kühlmittelstarttemperatur Tws, der Nachstartzeit Taft und des volumetrischen Wirkungsgrades KL in Fällen eingestellt werden, die zu dem Fall unterschiedlich sind, bei dem die Abgassteuerungsvorrichtung 34 durch das Ausdehnungshubeinspritzaufwärmen aufgewärmt wird, wie beispielsweise bei dem Fall, bei dem die letzte Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungshub bei dem Start der Kraftmaschine 12 ausgeführt wird usw.
Die Kraftmaschinenvorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug angebracht sein, das ein Automatikgetriebe in einer hinteren Stufe aufweist, oder sie kann bei einem Hybridfahrzeug zusammen mit einem Motor angebracht sein, der eine Leistung für einen Antrieb ausgibt.
Die Entsprechung zwischen den Hauptelementen des Ausführungsbeispiels und den Hauptelementen der Erfindung, die in der Kurzzusammenfassung der Erfindung beschrieben sind, wird beispielhaft gezeigt, um die Ausführungsformen der Erfindung, die in der Kurzzusammenfassung der Erfindung beschrieben sind, spezifisch zu beschreiben. Folglich soll das Ausführungsbeispiel die Elemente der Erfindung, die in der Kurzzusammenfassung der Erfindung beschrieben sind, nicht begrenzen. Das heißt, die Erfindung, die in der Kurzzusammenfassung der Erfindung beschrieben ist, sollte auf der Grundlage der Beschreibung in der Kurzzusammenfassung der Erfindung ausgelegt werden, wobei das Ausführungsbeispiel lediglich ein spezifisches Beispiel der Erfindung ist, die in der Kurzzusammenfassung der Erfindung beschrieben ist.
Obwohl die Ausführungsform der Erfindung vorstehend unter Verwendung des Ausführungsbeispiels beschrieben ist, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel begrenzt ist, wobei die Erfindung in verschiedenerlei Weise ausgeführt werden kann, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Die Erfindung kann beispielsweise in der Herstellungsindustrie von Kraftmaschinenvorrichtungen verwendet werden.
Eine Kraftmaschinenvorrichtung umfasst eine Kraftmaschine (12), die ein zylinderinternes Einspritzventil und eine Zündkerze umfasst, eine Abgassteuerungsvorrichtung (34) und eine Steuerungseinrichtung (70). Die Steuerungseinrichtung (70) ist konfiguriert, eine letzte Kraftstoffeinspritzung von dem zylinderinternen Einspritzventil in einem Ausdehnungshub auszuführen und eine Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in einer Ausdehnungshubeinspritzansteuerung auf der Grundlage einer Kühlmittelstarttemperatur, einer Nachstartzeit und eines volumetrischen Wirkungsgrades einzustellen. Die Ausdehnungshubeinspritzansteuerung ist eine Steuerung, die ausgeführt wird, indem die Zündung durch die Zündkerze synchron mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018131948 A [0002]

Claims

Kraftmaschinenvorrichtung mit: einer Kraftmaschine (12), die ein zylinderinternes Einspritzventil, das konfiguriert ist, Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einzuspritzen, und eine Zündkerze umfasst, die konfiguriert ist, den Kraftstoff, der von dem zylinderinternen Einspritzventil eingespritzt wird, zu zünden; einer Abgassteuerungsvorrichtung (34), die einen Abgassteuerungskatalysator umfasst, der konfiguriert ist, Abgase von der Kraftmaschine (12) zu steuern; und einer Steuerungseinrichtung (70), die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen von dem zylinderinternen Einspritzventil und eine Zündung durch die Zündkerze zu steuern, wobei die Steuerungseinrichtung (70) konfiguriert ist, eine letzte Einspritzung von dem zylinderinternen Einspritzventil in einem Ausdehnungshub auszuführen, und die Steuerungseinrichtung (70) konfiguriert ist, eine Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in einer Ausdehnungshubeinspritzansteuerung auf der Grundlage einer Kühlmittelstarttemperatur, einer Nachstartzeit und eines volumetrischen Wirkungsgrades einzustellen, wobei die Kühlmittelstarttemperatur eine Temperatur eines Kühlmittels für die Kraftmaschine (12) ist, wenn die Kraftmaschine (12) gestartet wird, die Nachstartzeit eine Zeit ist, die seit dem Start der Kraftmaschine (12) abgelaufen ist, der volumetrische Wirkungsgrad ein Verhältnis eines Volumens von Luft, die tatsächlich in einem Zyklus angesogen wird, zu einem Hubvolumen pro Zyklus der Kraftmaschine (12) ist, und die Ausdehnungshubeinspritzansteuerung eine Steuerung ist, die ausgeführt wird, indem die Zündung durch die Zündkerze synchron mit der Kraftstoffeinspritzung in dem Ausdehnungshub ausgeführt wird.
Kraftmaschinenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung (70) konfiguriert ist, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung in einer derartigen Art und Weise einzustellen, dass je höher die Kühlmittelstarttemperatur ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung größer wird, dass je länger die Nachstartzeit ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung kleiner wird, und dass je höher der volumetrische Wirkungsgrad ist, desto mehr besteht die Neigung, dass die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung größer wird.
Kraftmaschinenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungseinrichtung (70) konfiguriert ist, einen Öffnungsgrad des zylinderinternen Einspritzventils auf vollständig offen für die Kraftstoffeinspritzungen, die zu der letzten Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung unterschiedlich sind, zu steuern und den Öffnungsgrad des zylinderinternen Einspritzventils auf teilweise offen für die letzte Kraftstoffeinspritzung zu steuern.
Kraftmaschinenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Steuerungseinrichtung (70) konfiguriert ist, Kraftstoffeinspritzmengen für die Kraftstoffeinspritzungen, die zu der letzten Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung unterschiedlich sind, durch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung zu korrigieren; und die Steuerungseinrichtung (70) konfiguriert ist, die Kraftstoffeinspritzmenge für die letzte Kraftstoffeinspritzung in der Ausdehnungshubeinspritzansteuerung nicht durch die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelung zu korrigieren.