DE10246405A1

DE10246405A1 - Verbrennungsmotorsteuerungssystem

Info

Publication number: DE10246405A1
Application number: DE10246405A
Authority: DE
Inventors: Tsukasa Kuboshima; Kiyonori Sekiguchi; Masumi Kinugawa; Makoto Saito; Shigeto Yahata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2022-10-05
Also published as: US20030066510A1; DE10246405B4; US6571765B2; JP2003176741A; JP3997477B2

Abstract

Das Verbrennungsmotorsteuerungssystem hat eine ECU (80), die eine relativ große Menge eines EGR-Gases zuführt und eine Einspritzzeitabstimmung verzögert, um eine Temperatur in einer Brennkammer zu verringern. Wenn ein Verbrennungsmotor (10) bei einem Aufwärmbetrieb oder einer niedrigen Verbrennungsmotorlast betrieben wird, deaktiviert die ECU (80) einen EGR-Kühler (72), um die Einlasslufttemperatur zu erhöhen, um den Verbrennungsmotorbetrieb zu stabilisieren. Wenn der Verbrennungsmotor bei einer hohen Verbrennungsmotorlast betrieben wird, aktiviert die ECU (80) den EGR-Kühler (72), verzögert eine Schließzeitabstimmung eines Einlassventils (12) und erhöht einen Verstärkungsdruck eines Zwangsinduziersystems (60). Als Folge werden sowohl die Verdichtungsendtemperatur als auch eine maximale Verbrennungstemperatur verringert, so dass die Emissionen von NO¶x¶ und Staub verringert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem bzw. ein Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor).
Es ist vorzuziehen, eine maximale Verbrennungstemperatur eines Kraftstoffs in einer Brennkammer zu verringern, um Emissionen von Stickstoffoxiden (NO_x) und Staub bzw. Partikeln zu verringern. Herkömmlicherweise wird eine Erhöhung der Menge einer Abgasrezirkulation oder eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, um die Temperatur in der Brennkammer zu verringern. Jedoch wird die Temperatur in der Brennkammer noch in einer Verbrennungsmotorhochlastbedingung gemäß den herkömmlichen Maßnahmen erhöht.
Die Druckschrift JP-A-11-315739 offenbart eine Kombination eines Verbrennungsmotors eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses und eine Verbrennungsmotorsteuerungsvorrichtung. Gemäß der JP-A-11-315739 kann der Verbrennungsmotor mit einem relativ niedrigen theoretischen Verdichtungsverhältnis eine Verdichtungsendtemperatur verringern. Das theoretische Verdichtungsverhältnis wird geometrisch auf der Grundlage der Verbrennungsmotorabmessungen ermittelt. Die Verdichtungsendtemperatur ist eine Temperatur in der Brennkammer gerade vor dem Beginn der Verbrennung.
Jedoch ist die Temperatur in der Brennkammer ursprünglich während des Verbrennungsmotorstarts und einer Verbrennungsmotorniedriglastbedingung ursprünglich niedrig. Daher kann das Verringern des theoretischen Verdichtungsverhältnisses eine unstabile Zündung des Kraftstoffs verursachen und es schwierig machen, den Verbrennungsmotor stabil zu betreiben. Um solche Nachteile zu vermeiden, offenbart die JP-A-11-315739 die Verbrennungsmotorsteuervorrichtung, die die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung vorstellt und die Schließzeitabstimmung von Einlassventilen vorstellt, so dass die Verdichtungsendtemperatur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Das vorgestellte Schließen der Einlassventile erhöht das tatsächliche Verdichtungsverhältnis, da es eine Rückströmung von Einlassluft verringert. Das tatsächliche Verdichtungsverhältnis kann als ein wirksames Verdichtungsverhältnis bezeichnet werden. Eine vorgestellte Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung gestattet eine Kraftstoffeinspritzung wenn eine verdichtete Luft in der Brennkammer noch eine hohe Temperatur beibehält, und sieht eine relativ stabile Zündung und Verbrennung vor. Gemäß der JP-A-11-315739 ist es möglich, die Emissionen bei einer mittleren Verbrennungsmotorlast zu verringern und die Verbrennungen bei einer niedrigen Verbrennungsmotorlast stabil zu halten.
Für den Fall eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug wird der Verbrennungsmotor regulär unter der Verbrennungsmotorniedriglastbedingung verwendet, wie zum Beispiel beim Fahren in einer Stadt. Bei derartigen Verbrennungsmotorniedriglastbedingungen kann das vorgestellte Schließen des Einlassventils oder die vorgestellte Kraftstoffeinspritzung eine übermäßige Erhöhung der Verbrennungstemperatur verursachen und eine Erhöhung der Emissionen verursachen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, das in der Lage ist, einen Verbrennungsmotor stabil zu betreiben und Emissionen von NO_x und Staub zu verringern.
Es ist des weiteren die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Verbrennungsmotor stabil zu betreiben und die Emissionen zu verringern, ohne das theoretischen Verdichtungsverhältnis zu verringern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Temperatur in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors zu verringern. Während der hohen Verbrennungsmotorlast wird in der Brennkammer erzeugte Wärme aufgrund einer Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge erhöht. Wenn der Verbrennungsmotor unter einer hohen Verbrennungsmotorlast betrieben wird, wird ein tatsächliches Verdichtungsverhältnis verringert. Beispielsweise wird eine Schließzeitabstimmung des Einlassventils des Verbrennungsmotors verzögert. Jedoch kann das Verringern des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses eine Verringerung der Wärmekapazität in der Brennkammer verursachen und eine Erhöhung der maximalen Verbrennungstemperatur verursachen. Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, wird eine Menge einer Einlassluft, die in die Brennkammer eingeführt wird, erhöht. Beispielsweise wird ein Verstärkungsdruck eines Zwangseinführsystems erhöht. Der erhöhte Verstärkerdruck ist höher als ein Verstärkerdruck gesetzt, der gesetzt ist, bevor das tatsächliche Verdichtungsverhältnis verringert wird. Als Folge ist es möglich, die Verringerung der Wärmekapazität zu verhindern und die maximale Verbrennungstemperatur zu verringern. Daher ist es möglich, die Emissionen von NO_x und Staub zu verringern. Des weiteren können derartige Vorteile ohne Verringern eines theoretischen Verdichtungsverhältnisses erzielt werden.
Des weiteren kann ein EGR-Kühler gemäß der Verbrennungsmotorlast gesteuert werden. Beispielsweise wird der EGR-Kühler deaktiviert, wenn die Verbrennungsmotorlast sich in einem Verbrennungsmotorniedriglastbereich befindet, um die Temperatur der Einlassluft zu erhöhen. Daher ist es möglich, die Stabilität des Verbrennungsmotors bei der niedrigen Verbrennungsmotorlast zu verbessern. Der EGR-Kühler kann deaktiviert werden, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem Aufwärmbetrieb befindet.
Des weiteren ist die vorliegende Erfindung wirksam für einen Verbrennungsmotor, der unter einer relativ großen Menge von EGR und einer relativ verzögerten Einspritzzeitabstimmung betrieben wird. Es ist möglich, die Verringerung der Emissionen von NO_x zu erzielen und Staub zu verringern und einen stabilen Betrieb des Verbrennungsmotors vorzusehen. Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele werden ebenso wie Verfahren des Betriebs und die Funktion der zugehörigen Teile aus einem Studium der folgenden genauen Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen erkennbar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems für den Verbrennungsmotor, der in Fig. 1 gezeigt ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des Steuerungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Verbrennungsmotordrehzahl und einem Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einer Temperatur in dem Zylinder (Brennkammer) zeigt, wobei eine dicke durchgezogene Linie das erste Ausführungsbeispiel, eine Strich-Punkt-Linie einen herkömmlichen Verbrennungsmotor und eine Strichellinie einen Verbrennungsmotor unter einer herkömmlichen Steuerung zeigt und wobei eine dünne durchgezogene Linie einen Verbrennungsmotor mit einem niedrigen theoretischen Verdichtungsverhältnis zeigt;
Fig. 6 ist eine Grafik, die Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einer Temperatur in dem Zylinder zeigt, wobei eine dicke durchgezogene Linie das erste Ausführungsbeispiel, eine Strich-Punkt-Linie einen herkömmlichen Verbrennungsmotor und eine Strichellinie einen Verbrennungsmotor unter einer herkömmlichen Steuerung zeigt; und
Fig. 7 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Verbrennungsmotorlast und einem Verstärkungsdruck zeigt, wobei eine Strichellinie die herkömmliche Steuerung zeigt und eine durchgezogene Linie ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Dieselverbrennungsmotorsystem für ein Fahrzeug mit einem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart. Fig. 2 zeigt ein Steuerungssystem für den Verbrennungsmotor. Das Dieselverbrennungsmotorsystem 1 hat einen Verbrennungsmotor 10, ein Einlasssystem 20, ein Abgassystem bzw. Auslasssystem 30, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 40, ein Abgasrezirkulationssystem (EGR) 50, ein Zwangsinduziersystem 60 und ein Kühlsystem 70. Der Verbrennungsmotor 1 ist durch ein elektronisches Steuerungssystem gesteuert, das eine Verbrennungsmotorsteuerungseinheit (ECU) 80 hat, wie zum Beispiel einen Microcontroller.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 10 ein Viertaktmehrzylinderverbrennungsmotor mit einer Vielzahl von Brennkammern 11. Der Verbrennungsmotor 10 hat Einlassventile 12, Auslassventile 13 und ein Ventilantriebssystem zum Antreiben der Einlass- und Auslassventile. Die Einlassventile 12 gestatten bzw. unterbrechen die Einlassluftströmung in die Brennkammern 11. Die Auslassventile 13 steuern eine Abgasströmung aus den Brennkammern 11 zu dem Abgassystem 30. Das Ventilantriebssystem hat eine Einlassnockenwelle und eine Auslassnockenwelle, die durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben werden.
Das Ventilantriebssystem hat des weiteren eine Vorrichtung zur variablen Ventilzeitabstimmung (VVT) 14. Die WT 14 variiert zumindest eine Öffnungs- und Schließzeitabstimmung der Einlassventile 12 in eine Verzögerungsrichtung und in eine Vorstellrichtung gemäß einem Steuerungssignal von der ECU 80. Die WT 14 variiert eine Rotationsphasendifferenz zwischen einer Antriebswelle (Kurbelwelle) und der Einlassnockenwelle sowie der Auslassnockenwelle.
Das Einlasssystem 20 hat ein Einlassrohr 21, einen Einlasskrümmer 22 und ein Einlassdrosselventil 23. Das Einlassrohr bzw. Ansaugrohr 21 ist mit einem Luftfilter bzw. Luftreiniger verbunden. Das Zwangsinduziersystem 60 ist an dem Einlassrohr 21 angeordnet. Das Einlassrohr 21 ist mit dem Einlasskrümmer 22 verbunden, der zu den Brennkammern 11 abzweigt. Das Einlassrohr 21 hat das Einlassdrosselventil 23 stromabwärts von dem Zwangsinduziersystem 60. Das Einlassdrosselventil 23 hat eine Antriebsvorrichtung 231, wie zum Beispiel einen Motor, und ein Ventil 232, das durch die Antriebsvorrichtung 231 angetrieben wird. Das Ventil 232 variiert einen Öffnungsgrad des Einlassrohrs 21 zum Steuern der Menge der Luftströmung. Die Antriebsvorrichtung 231 ist mit der ECU 80 verbunden und treibt das Ventil 232 an. Ein Einlasszwischenkühler 24 ist an dem Einlassrohr 21 zwischen dem Zwangsinduziersystem 60 und dem Einlassdrosselventil 23 angeordnet. Der Einlasszwischenkühler 24 kühlt eine Einlassluft.
Das Auslasssystem bzw. Abgassystem 30 hat ein Abgasrohr 31 und einen Abgaskrümnmer 32. Das Abgasrohr 31 führt das Abgas zu einem katalytischen Wandler und einem Schalldämpfer. Das Zwangsinduziersystem 60 ist in dem Abgasrohr 31 angeordnet. Der Abgaskrümmer 32 verbindet das Abgasrohr 31 und die Brennkammern 11.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 40 hat eine Kraftstoffeinspritzpumpe 41, eine gemeinsame Leitung bzw. Common Rail 42 und Einspritzeinrichtungen 43. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 41 druckbeaufschlagt Kraftstoff von einem Kraftstofftank und führt den druckbeaufschlagten Kraftstoff der gemeinsamen Leitung 42 zu. Die gemeinsame Leitung 42 sammelt den druckbeaufschlagten Kraftstoff bei einem vorbestimmten Druck. Die Einspritzeinrichtungen 43 sind mit der gemeinsamen Leitung 42 verbunden und nehmen den druckbeaufschlagten Kraftstoff von der gemeinsamen Leitung 42 auf. Jede der Einspritzeinrichtungen 43 hat ein elektromagnetisches Ventil 431, das mit der ECU 80 verbunden ist. Das elektromagnetische Ventil 431 steuert die Kraftstoffeinspritzung im Ansprechen auf ein Steuerungssignal von der ECU 80. Daher kann die ECU 80 eine Menge der Kraftstoffeinspritzung und eine Zeitabstimmung für das Einspritzen von Kraftstoff bezüglich eines Kurbelwinkels des Verbrennungsmotors 10 steuern.
Das EGR-System 50 hat ein EGR-Rohr 51 und ein EGR-Ventil 52. Das EGR-Rohr 51 verbindet das Abgasrohr 31 und das Einlassrohr 21. Das EGR-Rohr 51 führt einen Teil des Abgases als ein EGR-Gas in die Einlassluft zurück. Das EGR-Ventil 52 ist an dem EGR-Rohr 51 zum Steuern einer Menge des EGR-Gases, das in dem EGR-Rohr 51 strömt, im Ansprechen auf ein Steuerungssignal von der ECU 80 angeordnet.
Das Zwangsinduziersystem 60 ist ein variabler Turbolader wie zum Beispiel ein Turbolader mit einer variablen Düse, der in der Lage ist, einen Verstärkungsdruck zu variieren. Der Turbolader hat eine Abgasturbine 61, eine Einlassturbine 62 und ein Turbobetätigungsglied 63. Die Abgasturbine 61 ist in dem Abgasrohr 31 angeordnet und durch die Abgasströmung angetrieben. Die Einlassturbine 62 ist in dem Einlassrohr 21 angeordnet und durch die Abgasturbine 61 für eine gezwungene Induzierung angetrieben. Das Turbobetätigungsglied 63 variiert in erster Linie eine Durchgangsfläche, die zwischen den Turbinenblättern der Abgasturbine 61 und einem Turbinengehäuse gebildet sind, und ändert einen Verstärkungsdruck. Der Einlasszwischenkühler 24 kühlt die Einlassluft, die durch die Einlassturbine 62 erwärmt werden kann. Das Kühlsystem 70 hat einen Verbrennungsmotorkühlabschnitt 71, einen EGR-Kühler 72, einen Wärmetauscher 73 und eine Wasserpumpe 74. Der Verbrennungsmotorkühlabschnitt 71 kühlt den Verbrennungsmotor 10. Eine Leitung 701 ist zwischen dem Verbrennungsmotorkühlabschnitt 71, dem Wärmetauscher 73 und der Wasserpumpe 74 zum Ausbilden einer geschlossenen Schleife des Kühlwassers vorgesehen. Eine Leitung 702 ist zum Ausbilden eines Abzweigdurchgangs des EGR-Kühlers 72 vorgesehen. Der EGR-Kühler 72 kühlt das EGR-Gas, das in dem EGR-Rohr 51 strömt. Die Wasserpumpe 74 ist mit der ECU 80 verbunden und aktiviert oder deaktiviert, um die Kühlwasserströmung in den Leitungen 701 und 702 zu steuern. Somit wird eine Kühlung des EGR-Gases durch den EGR-Kühler 72 ausgeführt und angehalten im Ansprechen auf ein Steuerungssignal von der ECU 80. Alternativ kann ein elektromagnetisches Ventil in den Leitungen zum Steuern des Kühlwassers angeordnet sein.
Die ECU 80 ist ein Microcontroller mit einem gut bekannten Aufbau, wie zum Beispiel eine CPU, RAM und ein ROM. Die ECU ist mit Sensoren und Betätigungsgliedern gekoppelt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Ein NE-Sensor 81 erfasst eine Verbrennungsmotordrehzahl NE. Ein Beschleunigersensor 82 erfasst eine Betätigungsposition eines Beschleunigerpedals. Ein Temperatursensor 83 erfasst eine Temperatur von Kühlwasser in einem Wassermantel des Verbrennungsmotors 10. Ein Drucksensor erfasst einen Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung 42. Die ECU 80 ist mit dem elektromagnetischen Ventil 431 für die Einspritzeinrichtung 43, der Antriebsvorrichtung 231 für das Drosselventil 23, dem EGR-Ventil 52, der Wasserpumpe 74, der VVT 14 und dem Turbobetätigungsglied 63 gekoppelt.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb der ECU 80 zeigt. Der Verbrennungsmotor 10 wird gewöhnlich unter einer gewissen Menge von EGR und einer vorbestimmten verzögerten Einspritzzeitabstimmung betrieben. Eine derartige Verbrennungsmotorbasissteuerung verringert eine Temperatur während einer Kraftstoffverbrennung und verringert die Emissionen von NO_x und Staub. Die ECU 80 ermittelt die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung und die Verbrennungsmotorlastbedingung auf der Grundlage einer erfassten Temperatur Tw, die durch ein Ausgabesignal des Temperatursensors 83 angezeigt wird und eine erfasste Betätigungsposition des Beschleunigerpedals, die durch ein Ausgabesignal des Beschleunigersensors 82 angezeigt wird. Die ECU 80 steuert einen Betrieb des EGR-Kühlers 72 in einem aktivierten Zustand oder einem deaktivierten Zustand gemäß der ermittelten Verbrennungsmotorlast. Die ECU 80 steuert auch eine Ventilzeitabstimmung des Einlassventils 12 über die VVT 14 gemäß der ermittelten Verbrennungsmotorlast. Die ECU 80 steuert des weiteren einen Verstärkungsdruck über das Zwangsinduziersystem 60 gemäß der ermittelten Verbrennungsmotorlast.
Bei einem Schritt S100 gibt die ECU 80 die Wassertemperatur Tw von dem Temperatursensor 83 ein. Die ECU 80 ermittelt die Verbrennungsmotorbetriebsbedingung gemäß der Wassertemperatur Tw. Beispielsweise ermittelt die ECU 80, ob der Verbrennungsmotor 10 unter einem Aufwärmzeitraum betrieben wird oder ob der Verbrennungsmotor 10 nach einer Beendigung des Aufwärmens betrieben wird. In Schritt S101 vergleicht die ECU 80 die erfasste Temperatur Tw mit einer vorbestimmten Grenztemperatur Tws. Beispielsweise ist Tws zu 50°C gesetzt. Wenn die Temperatur Tw höher als die Grenztemperatur Tws ist, ermittelt die ECU 80, dass der Verbrennungsmotor 10 nach der Beendigung des Aufwärmens betrieben wird. Anderenfalls ermittelt die ECU 80, dass der Verbrennungsmotor 10 unter dem Aufwärmbetrieb betrieben wird und schreitet zu Schritt S104 vor. Als Folge unterbindet der Schritt S101 die anderen Steuerungen, insbesondere die Schritte S106 bis S108, wenn der Verbrennungsmotor unter dem Aufwärmbetrieb betrieben wird.
Wenn das Aufwärmen beendet ist, gibt die ECU 80 die Betätigungsposition des Beschleunigerpedals in Schritt S102 ein.
Bei Schritt S103 ermittelt die ECU 80 die Verbrennungsmotorlast auf der Grundlage der Betätigungsposition des Beschleunigerpedals. Die Verbrennungsmotorlast wird durch Betrachten einer Darstellung ermittelt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Verbrennungsmotorlast als drei Bereiche erhalten, ein Bereich der niedrigen Verbrennungsmotorlast, ein Bereich der mittleren Verbrennungsmotorlast und ein Bereich der hohen Verbrennungsmotorlast.
Wenn die ECU ermittelt, dass der Verbrennungsmotor 10 unter dem Aufwärmbetrieb betrieben wird oder ermittelt, dass der Verbrennungsmotor 10 unter der niedrigen Verbrennungsmotorlast betrieben wird, führt die ECU 80 den Schritt S104 aus. In Schritt S104 deaktiviert die ECU 80 die Wasserpumpe 74, um den Kühlbetrieb des Verbrennungsmotors 10 und des EGR-Kühlers 72 anzuhalten. Die Deaktivierung des EGR-Kühlers 72 verursacht eine Erhöhung der Temperatur der Einlassluft, da das EGR-Gas nicht gekühlt wird. Daher ist es möglich, die Verdichtungsendtemperatur zu erhöhen und eine Fähigkeit einer Kraftstoffzündung zu verbessern. Die ECU 80 behält die verzögerte Einspritzzeitabstimmung während des Aufwärmbetriebs und der niedrigen Verbrennungsmotorlast bei.
Fig. 5 zeigt die Temperatur in der Brennkammer, wenn der Verbrennungsmotor unter der niedrigen Verbrennungsmotorlast betriebene wird. Eine dicke durchgezogene Linie zeigt dieses Ausführungsbeispiel an. Eine Strich-Punkt-Linie zeigt einen gewöhnlichen Verbrennungsmotor an. Eine gestrichelte Linie zeigt eine Technik an, die in JP-A-11-315739 offenbart ist. Eine dünne durchgezogene Linie zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem niedrigen theoretischen Verdichtungsverhältnis an. Tp1, Tp2, Tp3 und Tp4 bezeichnen die Verdichtungsendtemperaturen. Tm1, Tm2, Tm3 und Tm4 bezeichnen Maximaltemperaturen während des Verbrennungszyklus. Tp1 des Ausführungsbeispiels ist fast die gleiche wie Tp2 und ist viel höher als Tp3 und Tp4. Daher wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der in die Brennkammer eingespritzte Kraftstoff sofort gezündet. Da zusätzliche Tp1 höher als eine untere Grenze für eine Zündung ist und ausreichend ist, um die Temperatur oberhalb des unteren Grenzwertes zu halten, ist es möglich, die verzögerte Einspritzzeitabstimmung zu halten. Als Folge ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel möglich, Tml und eine Verbrennungstemperatur zu verringern und die Emissionen von NO_x und Staub zu verringern.
Dagegen ist Tp4 zu niedrig um die Temperatur oberhalb der unteren Grenze zu halten. Daher wird die Zündung unstabil.
Darüber hinaus ist Tm4 nicht erhöht aufgrund der instabilen Zündung. Tp3 ist noch niedrig, um die Zündung sicherzustellen. Daher stellt die JP-A-11-315739 die Einspritzzeitabstimmung vor, um den Verbrennungsmotor von Zündfehlern bzw. Zündaussetzern zu bewahren. Jedoch verursacht eine derartige vorgestellte Einspritzzeitabstimmung eine übermäßige Erhöhung der Verbrennungstemperatur. Beispielsweise kann Tm3 nahezu Tm2 erreichen. Als Folge werden die Emissionen schlechter.
Wenn die ECU 80 ermittelt, dass der Verbrennungsmotor 10 unter der mittleren Verbrennungsmotorlast betrieben wird, in Schritt 5103, aktiviert die ECU 80 die Wasserpumpe 74, um die Kühlung des Verbrennungsmotors 10 und des EGR-Kühlers 72 in Schritt S105 auszuführen. Die ECU 80 erhält die verzögerte Einspritzzeitabstimmung während der mittleren Verbrennungsmotorlast. Daher wird die Temperatur des EGR-Gases verringert und wird die Temperatur der Einlassluft nicht erhöht, auch wenn der Verbrennungsmotor 10 unter der mittleren Verbrennungsmotorlast betrieben wird. Als Folge ist es möglich, die Emissionen zu verringern.
Wenn die ECU 80 ermittelt, dass der Verbrennungsmotor 10 unter der hohen Verbrennungsmotorlast im Schritt S103 betrieben wird, zweigt die Routine zu Schritt S106 ab. In Schritt S106 aktiviert die ECU 80 die Wasserpumpe 74. In Schritt S107 verzögert die ECU 80 eine Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 durch Steuern der WT 14. In Schritt S108 erhöht die ECU 80 einen Verstärkungsdruck des Zwangsinduziersystems 60. Die ECU 80 behält die verzögerte Einspritzzeitabstimmung während der hohen Verbrennungsmotorlast bei.
Bei der hohen Verbrennungsmotorlast kühlt der EGR-Kühler 72 das EGR-Gas um die Einlasslufttemperatur zu verringern. Jedoch wird bei der hohen Verbrennungsmotorlast eine Wärmemenge, die durch die Verbrennung erzeugt wird, aufgrund einer erhöhten Kraftstoffmenge entsprechend einem relativ betrachtet größeren Öffnungsgrad des Beschleunigerpedals und des Drosselventils erhöht. Um den Anstieg der Temperatur in der Brennkammer zu vermeiden, stellt die ECU 80 die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 ein. Durch Verzögern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis aufgrund einer Verringerung des wirksamen Verdichtungshubs des Verbrennungsmotors 12 verringert. Daher arbeitet die verzögerte Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 auch als ein Mittel zum Verringern der Verdichtungsendtemperatur. Jedoch verringert die verzögerte Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 auch die Wärmekapazität in der Brennkammer 11 und resultiert in einer Erhöhung der maximalen Verbrennungstemperatur. Um die maximale Verbrennungstemperatur zu verringern, stellt die ECU 80 eine Menge der Einlassluft ein, die in die Brennkammer 11 induziert wird. Die ECU 80 treibt das Turbobetätigungsglied 63 in eine Richtung zum Erhöhen des Verstärkungsdrucks an, so dass die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 11 induziert wird, erhöht wird. Als Folge ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel möglich, die Verdichtungsendtemperatur und die maximale Verbrennungstemperatur auch in der hohen Verbrennungsmotorlast zu verringern.
Fig. 6 zeigt die Temperatur in der Brennkammer, wenn der Verbrennungsmotor unter der hohen Verbrennungsmotorlast betrieben wird. Eine dicke durchgezogene Linie zeigt dieses Ausführungsbeispiel. Eine Strich-Punkt-Linie zeigt den gewöhnlichen Verbrennungsmotor an. Eine gestrichelte Linie zeigt eine herkömmliche Technik, die in JP-A-11-315739 offenbart ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 sind Tp3 und Tm3 niedriger als Tp2 bzw. Tm2. Die herkömmliche Technik kann sowohl die Verdichtungsendtemperatur als auch die Verbrennungsmaximaltemperatur von dem gewöhnlichen Verbrennungsmotor verringern. Jedoch sind die verringerten Temperaturen nicht ausreichend, um die Emissionen zu verringern. Tp1 und Tm1 sind niedriger als Tp2, Tp3, Tm2 bzw. Tm3. Das Ausführungsbeispiel sieht des weiteren eine Verringerung der Temperaturen vor. Daher ist es möglich, die Emissionen in der hohen Verbrennungsmotorlast zu verringern.
Die vorstehend beschriebenen Vorteile in der hohen Verbrennungsmotorlast werden unter den folgenden Bedingungen erhalten. (1) Die Verbrennungsmotordrehzahl NE des Verbrennungsmotors 10 nach der Beendigung des Aufwärmbetriebs ist auf 2600 Upm (Umdrehungen pro Minute) gesetzt. (2) Die Verbrennungsmotorlast ist auf 50% gesetzt. (3) Die verzögerte Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 ist auf ABDC 50° CA (50° Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt) gesetzt. Eine normale Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 ist auf ABDC 30° CA (30° Kurbelwinkel nach unterem Totpunkt) gesetzt. (4) Der Verstärkungsdruck ist auf 210 kpa gesetzt, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils verzögert ist. Der Verstärkungsdruck ist auf 154 kpa gesetzt, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils nicht verzögert ist. (5) Ein EGR-Verhältnis ist auf 30% gesetzt. (6) Die Einspritzzeitabstimmung ist auf 1° CA BTDC (1° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt) gesetzt.
In dem Ausführungsbeispiel arbeitet der EGR-Kühler 72 als ein Mittel zum Einstellen der Einlasslufttemperatur. Die VVT 14 arbeitet als ein Mittel zum Einstellen eines tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses. Das Zwangsinduziersystem 60 arbeitet als ein Mittel zum Einstellen einer Menge der Einlassluft, die effektiv in die Brennkammer induziert wird. Die ECU 80 steuert das System so, dass der Verbrennungsmotor 10 unter einem relativ hohen Verhältnis der EGR-Menge und der verzögerten Einspritzzeitabstimmung betrieben wird. Daher arbeitet das EGR-System 70 als ein Mittel zum Verringern der Verdichtungsendtemperatur und der maximalen Verbrennungstemperatur. Das Einspritzsystem 40 für die verzögerte Einspritzzeitabstimmung arbeitet als ein Mittel zum Verringern der maximalen Verbrennungstemperatur. Die ECU 80 steuert des weiteren das System, wenn der Verbrennungsmotor 10 unter dem relativ hohen EGR-Verhältnis und der verzögerten Einspritzzeitabstimmung betrieben wird, so dass die Einlasslufttemperatur verringert wird, wenn die Verbrennungsmotorlast erhöht wird, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis verringert wird, wenn die Verbrennungsmotorlast erhöht wird, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis verringert wird, wenn die Verbrennungsmotorlast erhöht wird, und die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer induziert wird, erhöht wird, wenn die Verbrennungsmotorlast erhöht wird. Als Folge ist es möglich, das System vorzusehen, das in der Lage ist, die Zündung des Kraftstoffs in der niedrigen Verbrennungsmotorlast und beim Verbrennungsmotorstart zu stabilisieren und die Emissionen von NO_x und Staub ungeachtet der Verbrennungsmotorlast zu verringern.
Obwohl in dem Ausführungsbeispiel das EGR-System mit dem EGR- Kühler 72 zum Verringern der Verdichtungsendtemperatur verwendet wird, kann die vorliegende Erfindung auf ein System angewendet werden, das kein EGR-System hat. Bei einer derartigen Abwandlung werden die Schritte S104, S105 und S106 von dem Steuerungsablauf der ECU 80 entfernt. Die ECU 80 steuert das Zwangsinduziersystem 60, so dass der Verstärkungsdruck gemäß einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl NE und einer Erhöhung der Verbrennungsmotorlast erhöht wird. Eine derartige Zwangsinduziercharakteristik verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Emissionen. Fig. 7 zeigt den Verstärkungsdruck bezüglich der Verbrennungsmotorlast. Obwohl das Zwangsinduziersystem 60 eine Kapazität hat, die höher als eine obere Grenze ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist der Verstärkungsdruck unter einer normalen Bedingung unterhalb der oberen Grenze begrenzt, um den Verbrennungsmotor 10 zu schützen. In der Abwandlung wird die Verbrennungsmotorlast auf der Grundlage der Betätigungsposition des Beschleunigerpedals ermittelt.
Die ECU führt den Schritt S107 und S108 aus, wenn die Verbrennungsmotorlast sich in dem Bereich der hohen Verbrennungsmotorlast befindet. In Schritt S108 gestattet die ECU 80, dass der Verstärkungsdruck die obere Grenze übersteigt. Gemäß dieser Abwandlung kann die Verdichtungsendtemperatur aufgrund einer Verringerung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses verringert werden, das durch Verzögern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 12 erhalten wird. Des weiteren kann die maximale Verbrennungstemperatur aufgrund einer Erhöhung der Menge der Einlassluft verringert werden, die durch Erhöhen des Verstärkungsdrucks erreicht wird. In der Abwandlung wirkt der Zwischenkühler 24 ebenso zum Verringern der Einlasslufttemperatur, die durch das Zwangsinduziersystem 60 erwärmt werden kann. Daher kann der Zwischenkühler 24 als der EGR-Kühler 72 zum Verringern der Einlasslufttemperatur dienen, wenn die Verbrennungsmotorlast erhöht wird.
Des weiteren kann die vorliegende Erfindung auf einen Benzinverbrennungsmotor angewendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist es anzumerken, dass verschiedenartige Änderungen und Abwandlungen dem Fachmann bekannt sind. Derartige Änderungen und Abwandlungen sind so zu verstehen, dass sie innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung enthalten sind, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Das Verbrennungsmotorsteuerungssystem hat somit die ECU 80, die eine relativ große Menge eines EGR-Gases zuführt und eine Einspritzzeitabstimmung verzögert, um eine Temperatur in einer Brennkammer zu verringern. Wenn ein Verbrennungsmotor 10 unter einem Aufwärmbetrieb oder einer niedrigen Verbrennungsmotorlast betrieben wird, deaktiviert die ECU 80 einen EGR-Kühler 72, um die Einlasslufttemperatur zu erhöhen, um den Verbrennungsmotorbetrieb zu stabilisieren. Wenn der Verbrennungsmotor unter einer hohen Verbrennungsmotorlast betrieben wird, aktiviert die ECU 80 den EGR-Kühler 72, verzögert eine Schließzeitabstimmung eines Einlassventils 12 und erhöht einen Verstärkungsdruck eines Zwangsinduziersystems 60. Als Folge werden sowohl die Verdichtungsendtemperatur und eine maximale Verbrennungstemperatur verringert, so dass die Emissionen von NO_x und Staub verringert werden.

Claims

1. Steuerungssystem für ein Verbrennungsmotor, wobei das System folgendes aufweist:
eine Verbrennungsmotorlastermittlungseinrichtung (81, 82 S102, S103) zum Ermitteln einer Verbrennungsmotorlast;
eine Verdichtungsverhältnisverringerungseinrichtung (14 S107) zum Verringern eines tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses von einem theoretischen Verdichtungsverhältnis, wenn die Verbrennungsmotorlast höher als ein vorbestimmtes Niveau ist; und
eine Einlasslufterhöhungseinrichtung (60, S108) zum Erhöhen einer Menge einer Einlassluft, die in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors induziert bzw. eingeführt wird, wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis durch die Verringerungseinrichtung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses verringert ist.

2. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor eine Vorrichtung (14) zur variablen Einlassventilzeitabstimmung und eine Zwangsinduziervorrichtung (60) hat, wobei die Verringerungseinrichtung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses eine Schließzeitabstimmung eines Einlassventils des Verbrennungsmotors durch Steuern der Vorrichtung zur variablen Einlassventilzeitabstimmung verzögert und die Einlasslufterhöhungseinrichtung einen Verstärkungsdruck der Zwangsinduziervorrichtung durch Steuern der Zwangsinduziervorrichtung erhöht.

3. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmotorlastermittlungseinrichtung einen Sensor (82) zum Erfassen einer Betätigungsposition eines Beschleunigerpedals aufweist.

4. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Kraftstoffeinspritzsystem (40) zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in die Brennkammer aufweist.

5. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinspritzeinrichtung (40, 43, 431, 80) zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer bei einer relativ verzögerten Zeitabstimmung, wenn die Verbrennungsmotorlast sich in einem niedrigen Verbrennungsmotorlastbereich befindet.

6. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verzögerungszündeinrichtung (40, 43, 431, 80) zum Zünden von Kraftstoff in der Brennkammer bei einer relativ verzögerten Zeitabstimmung, wenn die Verbrennungsmotorlast sich in einem niedrigen Verbrennungsmotorlastbereich befindet.

7. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine EGR-Einrichtung (50) zum Ausführen einer Abgasrezirkulation.

8. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen EGR-Kühler (72) zum Kühlen eines EGR-Gases und eine EGR-Kühlersteuerungseinrichtung (S104, S105, S106) zum Aktivieren des EGR-Kühlers, wenn die Verbrennungsmotorlast höher als das vorbestimmte Niveau ist, und zum Deaktivieren des EGR-Kühlers, wenn sich die Verbrennungsmotorlast in einem niedrigen Verbrennungsmotorlastbereich befindet.

9. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch eine Einlasslufttemperatursteuerungseinrichtung (72, 24) zum Verringern einer Temperatur der Einlassluft, wenn die Verbrennungsmotorlast erhöht wird.

10. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Aufwärmsteuerungseinrichtung (S101) zum Unterbinden der Verdichtungsverhältnisverringerungseinrichtung (14, S107) und der Einlasslufterhöhungseinrichtung (60, S108), wenn der Verbrennungsmotor sich in einem Aufwärmbetrieb befindet.

11. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbrennungsmotor eine Vorrichtung (14) zur variablen Einlassventilzeitabstimmung und eine Zwangsinduziervorrichtung (60) hat,
wobei die Verbrennungsmotorlastermittlungseinrichtung eine Einrichtung (82) zum Erfassen einer Betätigungsposition eines Beschleunigerpedals aufweist und ermittelt, ob die Verbrennungsmotorlast sich in einem niedrigen Verbrennungsmotorlastbereich, einem mittleren Verbrennungsmotorlastbereich oder einem hohen Verbrennungsmotorlastbereich entsprechend einem Bereich höher als das vorbestimmte Niveau befindet,
wobei die Verringerungseinrichtung (14, S107) des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses eine Schließzeitabstimmung eines Einlassventils des Verbrennungsmotors durch Steuern der Vorrichtung zur variablen Einlassventilzeitabstimmung verzögert und
wobei die Einlasslufterhöhungseinrichtung (60, S108) einen Verstärkungsdruck der Zwangsinduziervorrichtung durch Steuern der Zwangsinduziervorrichtung erhöht, wobei der erhöhte Verstärkungsdruck höher als derjenige ist, der gesetzt wurde, bevor das tatsächliche Verdichtungsverhältnis verringert wurde.

12. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 11, gekennzeichnet durch
eine EGR-Vorrichtung (50), die einen Teil des Abgases zu einer Einlassseite des Verbrennungsmotors zurückführt;
einen EGR-Kühler (72), der das Abgas kühlt, das zu der Einlassseite über die EGR-Vorrichtung zurückkehrt;
eine Temperaturerfassungseinrichtung (83, S100) zum Erfassen einer Temperatur von Kühlwasser zum Kühlen des Verbrennungsmotors; und
eine EGR-Kühlersteuerungseinrichtung (S104, S105, S106) zum Steuern des EGR-Kühlers in einer aktivierten Bedingung oder einer deaktivierten Bedingung auf der Grundlage der Temperatur, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird, und der Verbrennungsmotorlast, die durch die Verbrennungsmotorlastermittlungseinrichtung ermittelt wird.

13. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die EGR-Kühlersteuerungseinrichtung (S104) den EGR-Kühler deaktiviert, wenn die Verbrennungsmotorlast sich in dem niedrigen Verbrennungsmotorlastbereich befindet oder die Temperatur niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist.

14. Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die EGR-Kühlersteuerungseinrichtung (S105, S106) den EGR- Kühler aktiviert, wenn die Verbrennungsmotorlast sich in dem mittleren oder dem hohen Verbrennungsmotorlastbereich befindet.