DE10317903B4

DE10317903B4 - Brennkraftmaschinensteuergerät

Info

Publication number: DE10317903B4
Application number: DE10317903.8A
Authority: DE
Inventors: Osamu Fukasawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP4092940B2; DE10317903A1; JP2003314314A

Abstract

Brennkraftmaschinensteuergerät zum Steuern einer Verbrennungsbedingung für eine Brennkraftmaschine, wobei das Brennkraftmaschinensteuergerät folgendes aufweist: eine Einrichtung (30, 100, 200, 300) zum Erzeugen einer Anforderung zum Schalten einer Verbrennungssteuerung; eine Einrichtung (30, 400, 500, 600) zum Schalten einer Verbrennungssteuerung zwischen mindestens einem Modus für geschichtete Verbrennung und einem Modus für homogene Verbrennung durch Steuern von Steuerparametern für ein Einlassluftsystem, ein Kraftstoffsystem und ein Zündsystem der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf die Schaltanforderung, und eine Einrichtung (30, 405) zum Festlegen mindestens eines speziellen Steuerparameters für das Einlassluftsystem der Brennkraftmaschine, der von dem Steuerparameter, der einem Öffnungsgrad eines Drosselventils entspricht, verschieden ist, wenn die Verbrennungssteuerung im Ansprechen auf die Schaltanforderung schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der spezielle Steuerparameter eine Ansprecheigenschaft hat, die verglichen mit der der anderen Parameter in dem Einlassluftsystem breit variiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennkraftmaschinensteuergerät zum Steuern eines Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine durch Schalten der Verbrennungssteuerung entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und Zuständen von Fahrzeugeinrichtungen, die durch die Brennkraftmaschine angetrieben werden, zwischen mindestens zwei Modi.
Um den Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern und Emissionen einer Brennkraftmaschine zu verringern, ist es vorgeschlagen, eine Brennkraftmaschine einzusetzen, die mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeiten kann. Eine Brennkraftmaschine mit einem Direkteinspritzsystem kann ein besonders mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Betreiben der Brennkraftmaschine mit einer geschichteten Verbrennung umgesetzt haben. Die geschichtete Verbrennung kann durch Einspritzen einer geringen Menge an Kraftstoff bei dem Kompressionshub der Brennkraftmaschine, um die Verbrennungskammer mit einem geschichteten Luft-/Kraftstoffgemisch zu laden, und durch Zünden der geschichteten Ladung erreicht werden.
Um verschiedene Erfordernisse für die Brennkraftmaschine zu erfüllen, muss ein Verbrennungszustand in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und Fahrzeugeinrichtungen eingestellt werden. Zum Beispiel ist die Verbrennungssteuerung programmiert, um wahlweise mehrere Verbrennungsmodi auszuführen, wie beispielsweise den Modus für geschichtete Verbrennung und einen Modus für homogene Verbrennung. Die homogene Verbrennung kann durch Einspritzen von Kraftstoff bei dem Saughub der Brennkraftmaschine zum Füllen der Brennkammer mit einem homogenen Luft-/Kraftstoffgemisch und durch Zünden der homogenen Ladung erreicht werden. Gewöhnlich ist in den Modus für homogene Verbrennung eine bei dem Saughub eingespritzte Kraftstoffmenge größer als die Menge an Kraftstoff, die bei dem Modus für geschichtete Verbrennung eingespritzt wird. In dem Modus für homogene Verbrennung arbeitet die Brennkraftmaschine verglichen mit dem Modus für geschichtete Verbrennung mit einem verhältnismäßig fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Im Fall des Anstiegs der Anforderungen für mehr Ausgangsleistung kann beispielsweise die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine durch Schalten der Verbrennungssteuerung von dem Modus für geschichtete Verbrennung in den Modus für homogene Verbrennung erhöht werden.
Im Falle der Verwendung eines NOx Absorptionskatalysators in einem Abgaskanal ist es beispielsweise erforderlich, absorbiertes NOx abzuführen und das absorbierte NOx bei jedem vorgegebenen Intervall aufzubereiten. In diesem Fall kann die Verbrennungssteuerung vorübergehend in den Modus für homogene Verbrennung geschalten werden.
Die Brennkraftmaschine erzeugt verglichen mit der homogenen Verbrennung beispielsweise ein kleineres Vakuum, wenn sie mit der geschichteten Verbrennung betrieben wird. Daher ist es im Fall, dass ein Kraftfahrzeug einen Bremskraftverstärker einsetzt, der durch Unterdruck angetrieben wird, der von dem Lufteinlasskanal der Brennkraftmaschine zugeführt wird, erforderlich in dem Bremskraftverstärker einen Unterdruck zu halten. In diesem Fall kann die Verbrennungssteuerung vorübergehend ebenfalls in den Modus für homogene Verbrennung geschalten werden.
Um das Schalten der Verbrennungssteuerung auszuführen, schaltet ein Brennkraftmaschinensteuergerät Sollwerte für Steuerparameter. Das japanische Patent JP 3201936 B2 offenbart beispielsweise ein Brennkraftmaschinensteuergerät, das Verbrennungsmodi durch Schalten von Sollwerten für Steuerparameter schaltet. Die Sollwerte werden in zu Verbrennungsmodi zugehörigen Kennfeldern festgelegt.
Das Schalten der Verbrennungssteuerung kann jedoch zu verschiedenen Nachteilen führen. Zum Beispiel kann das Schalten der Verbrennungssteuerung eine Fehlzündung oder eine abrupte Änderung eines Ausgangsdrehmoments in einem Übergangszeitraum erzeugen. Zum Beispiel wird, im Fall des Einsetzens eines EGR Systems, wenn Abgas zu der Verbrennungskammer zurückgeführt wird, ein instabiler Verbrennungsbereich ausgeweitet und entsteht zwischen einem stabilen geschichteten Verbrennungsbereich und einem stabilen homogenen Verbrennungsbereich, wie in 8(a) gezeigt ist. Daher kann, wenn die Verbrennungssteuerung geschalten wird, während eine EGR weiterläuft, die Brennkraftmaschine eine instabile Verbrennung erhalten und eine abrupte Änderung eines Ausgangsdrehmoments erzeugen.
Zusätzlich wird es, da eine Zahl von steuerbaren Komponenten erhöht worden ist, um eine Leistung der Brennkraftmaschine zu verbessern, und in der Zukunft erhöht werden wird, durch Einflüsse zwischen den Steuerparametern erschwert, eine stabile Verbrennung zu erhalten, während zwischen Verbrennungsmodi geschalten wird. Zum Beispiel zeigen eine Einlassluftmenge, eine Ladeluftmenge in der Verbrennungskammer, ein Zustand des Luftstromes in der Verbrennungskammer, eine externe EGR Menge und eine interne EGR Menge ein komplexes Verhalten, wenn alle Steuerparameter gleichzeitig geschalten werden.
Zusätzlich wird im Falle eines gleichzeitigen Schaltens einer Vielzahl von Steuerparametern eine Komplexität des Entwicklungsprozesses für das Brennkraftmaschinensteuergerät, um optimale Werte für die Steuerparameter zu finden, erheblich erhöht. Daher nimmt es einen längeren Zeitraum in Anspruch, um das Brennkraftmaschinensteuergerät, die Brennkraftmaschine und das Kraftfahrzeug zu entwickeln.
Ferner ist aus EP 1 179 672 A2 ein Brennkraftmaschinensteuergerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Weitere Brennkraftmaschinensteuergeräte sind in EP 1 114 925 A2 und EP 0 884 461 A2 offenbart.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Brennkraftmaschinensteuergerät zu schaffen, das Verbrennungsmodi schalten kann, während eine stabile Verbrennung erhalten bleibt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Brennkraftmaschinensteuergerät zu schaffen, das Verbrennungsmodi schnell schalten kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ein Brennkraftmaschinensteuergerät zu schaffen, das mit einem vereinfachten Prozess ohne komplexen Anpassungsprozess für die Steuerparameter entwickelt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Brennkraftmaschinensteuergerät eine Einrichtung zum Erzeugen einer Anforderung zum Schalten einer Verbrennungssteuerung, eine Einrichtung zum Schalten einer Verbrennungssteuerung zwischen mindestens einem Modus für geschichtete Verbrennung und einem Modus für homogene Verbrennung durch Steuern von Steuerparametern für ein Einlassluftsystem, ein Kraftstoffsystem und ein Zündsystem der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf die Schaltanforderung, und eine Einrichtung zum Fixieren von mindestens einem speziellen Steuerparameter für das Einlassluftsystem der Brennkraftmaschine, der von dem Steuerparameter verschieden ist, der zu einem Öffnungsgrad eines Drosselventils korrespondiert, wenn die Verbrennungssteuerung im Ansprechen auf die Schaltanforderung schaltet.
Der spezielle Steuerparameter hat eine Ansprechcharakteristik, die verglichen mit der der anderen Parameter in dem Einlassluftsystem breit variiert. Dadurch ist es möglich, Einflüsse der festgelegten Steuerparameter auf die Verbrennungssteuerung zu eliminieren oder zu verringern.
Daher ist es möglich, die Zahl der zu schaltenden Steuerparameter zu senken, wenn die Verbrennungssteuerung geschalten wird. Als Ergebnis ist die Schaltsteuerung für die Steuerparameter des Einlassluftsystems vereinfacht. Es ist möglich, eine stabile Verbrennung während einem Schalten der Verbrennungssteuerung zu erhalten. Es ist möglich, die Verbrennungssteuerung schnell zu schalten. Es ist möglich, den Anpassungsprozess zum Anpassen optimaler Werte der Steuerparameter und den Entwicklungsprozess des Brennkraftmaschinensteuergeräts zu vereinfachen.
Das Einlassluftsystem kann neben dem Drosselventil mindestens eine Komponente enthalten. Die Komponenten können mindestens eine von: einer Einrichtung zum Variieren einer Ventilzeitgebung und/oder eines Ventilhubs eines Einlassventils; einer Einrichtung zum Variieren einer Ventilzeitgebung und/oder eines Ventilhubs eines Abgasventils; einer Einrichtung zum Einstellen einer Rückführmenge eines Abgases; und einer Einrichtung zum Einstellen einer Strömung in einer Verbrennungskammer enthalten. In diesem Fall liegt die Festlegungseinrichtung Steuerparameter für mindestens eine der Komponenten fest.
Die Schaltanforderung kann eine Kurzzeitschaltanforderung zum vorübergehenden Schalten der Verbrennungssteuerung für einen kurzen Zeitraum enthalten. In diesem Fall legt die Festlegungseinrichtung Steuerparameter im Ansprechen auf die Kurzzeitschaltanforderung fest. Die Festlegungseinrichtung kann die Steuerparameter während einem Zeitraum festlegen, der durch die Kurzzeitschaltanforderung angefordert wird.
Der spezielle Steuerparameter kann z. B. mindestens eins von einer Ventilzeitgebung eines Einlassventils, einem Ventilhub eines Einlassventils, einer Ventilzeitgebung eines Auslassventils und einem Ventilhub eines Auslassventils umfassen.
Die Schalteinrichtung kann die Verbrennungssteuerung von einem vorherigen Modus zu einem derzeitigen Modus im Ansprechen auf die Schaltanforderung schalten, wobei die Festlegungseinrichtung den speziellen Steuerparameter festlegt, bis die Schalteinrichtung den vorherigen Modus wiederaufnimmt. Es ist möglich, den Schaltprozess zu vereinfachen und Rattern zu vermeiden.
Die Festlegungseinrichtung kann den speziellen Steuerparameter durch Festlegen eines Sollwerts des speziellen Steuerparameters auf einen Sollwert des vorherigen Modus festlegen. Es ist möglich, den Schaltprozess zu vereinfachen und Rattern zu vermeiden.
Alternativ kann die Festlegungseinrichtung den speziellen Steuerparametern durch Festlegen eines Sollwerts des speziellen Steuerparameters auf einen Sollwert zum Schalten der Verbrennungssteuerung festlegen. Es ist möglich, eine Verbrennungsbedingung in einem gewünschten Zustand während dem Schalten zu steuern.
Die Brennkraftmaschine kann ein Direkteinspritzsystem, das Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt und einen NOx Absorptionskatalysator in einem Abgaskanal haben, die Brennkraftmaschine kann Unterdruck zu einem Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug zuführen, und die Anforderungserzeugungseinrichtung kann die Schaltanforderung erzeugen, wenn es notwendig ist, in dem NOx Absorptionskatalysator absorbiertes NOx abzuführen oder einen Unterdruck in dem Bremskraftverstärker zu erhalten.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen ebenso wie Betriebsverfahren und der Funktion der zugehörigen Teile werden aus einem Studium der nachstehenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Patentansprüche und der Zeichnungen gewürdigt, die alle einen Teil dieser Anmeldung ausbilden. In den Zeichnungen:
ist 1 ein Blockdiagramm, das eine Brennkraftmaschine und ein Brennkraftmaschinensteuersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 2 ein Ablaufdiagramm, das eine Hauptroutine des Brennkraftmaschinensteuersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 3 ein Ablaufdiagramm, das eine Verbrennungsmodusbestimmungsroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 4 ein Ablaufdiagramm, das eine Verbrennungsmodusschaltroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 5 ein Ablaufdiagramm, das eine Luftsteuerroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 6 ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffsteuerroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 7 ein Ablaufdiagramm, das eine Zündsteuerroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 8(a) ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Bereichen für einen Modus für geschichtete Verbrennung M1 und einen Modus für homogene Verbrennung M2 zeigt;
ist 8(b) ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Bereichen eines Modus für geschichtete Verbrennung M1 und eines Modus für homogene Verbrennung M2 zeigt;
ist 9(a) ein Zeitdiagramm, das eine Ventilzeitgebung für einen Modus für geschichtete Verbrennung M1 und einen kurzzeitigen Modus für homogene Verbrennung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 9(b) ein Zeitdiagramm, das eine Ventilzeitgebung für einen Modus für homogene Verbrennung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 10 ein Zeitdiagramm, das Verläufe von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bei einer Steuerung ohne festgelegter Ventilzeitgebung zeigt; und
ist 11 ein Zeitdiagramm, das Verläufe von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bei einer Steuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung auf ein Brennkraftmaschinensteuerungssystem mit Verbrennungsmodussteuerfunktion angewandt. Das Brennkraftmaschinensteuersystem kann die Verbrennungssteuerung der Brennkraftmaschine zwischen mindestens einem Modus für geschichtete Verbrennung und einen Modus für homogene Verbrennung schalten. Die Brennkraftmaschine ist eine Viertaktmehrzylinderbrennkraftmaschine mit direktem Kraftstoffeinspritzsystem, das Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt, und ist in einem Fahrzeug montiert.
Unter Bezugnahme auf 1 hat die Brennkraftmaschine 11 einen Einlasskanal 12. Der Einlasskanal 12 hat einen Luftfilter 13 an seiner Stromeinlassseite. Ein Luftdurchflusszähler 14 zum Erfassen eines Luftdurchflusses ist genau stromabwärts des Luftfilters 13 angeordnet. Ein Drosselventil 16 zum Einstellen einer Luftdurchflussmenge entsprechend seinem Öffnungsgrad TH ist in dem Einlasskanal 12 stromabwärts des Luftdurchflusszählers 14 angeordnet. Das Drosselventil 16 wird durch einen Antrieb wie beispielsweise einen Motor, zum Beispiel ein Gleichstrommotor, angetrieben. Ein Drosselsensor 17 ist an dem Ende einer Drosselwelle angeordnet, um den Öffnungsgrad TH des Drosselventils 16 zu erfassen.
Ein Ausgleichsbehälter 18 ist stromabwärts des Drosselventils 16 ausgebildet. Ein Einlassdrucksensor 19 zum Erfassen eines Drucks der eingelassenen Luft ist an dem Ausgleichsbehälter 18 angeordnet. Der Einlasskanal 12 hat ferner einen Einlasssammler 20 zwischen dem Ausgleichsbehälter 18 und Einlassanschlüssen der Brennkraftmaschine 11. Der Einlasssammler 20 hat Zweigkanäle, die jeweils zu den Einlassanschlüssen führen. Der Einlasssammler 20 hat ein Durchflusssteuerventil 31 für jeden Zylinder. Das Durchflusssteuerventil 31 variiert entsprechend seinem Betätigungsgrad SH mindestens eins von Richtung, Intensität und Verteilung eines Einlassluftstromes. Der Betätigungsgrad SH wird eingestellt, um eine Wirbelströmung oder eine Taumelströmung in einer Verbrennungskammer zu erhalten.
Die Brennkraftmaschine 11 hat Kraftstoffinjektoren 21 für jeweils jeden Zylinder. Der Kraftstoffinjektor 21 ist an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 11 angeordnet und spritzt Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer ein. Jeder Zylinder hat ferner eine Zündkerze 22 zum Zünden eines geladenen Luft- und Kraftstoffgemisches und ist innerhalb der Verbrennungskammer ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 11 hat einen Wassertemperatursensor 23 zum Erfassen einer Temperatur von Kühlwasser, das in einem Zylinderblock angeordnet ist. Das Signal des Wassertemperatursensors 23 zeigt einen thermischen Zustand der Brennkraftmaschine 11 an. Ein Kurbelwinkelsensor 24 ist an der Brennkraftmaschine 11 angeordnet. Der Kurbelwinkelsensor 24 erfasst eine Brennkraftmaschinendrehzahl NE. Zusätzlich ist ein Klopfsensor 32 zum Erfassen einer Brennkraftmaschinenvibration, die kennzeichnend für Klopfen der Brennkraftmaschine ist, an dem Zylinderblock angeordnet.
Die Brennkraftmaschine 11 hat einen Abgaskanal 25. Der Abgaskanal 25 hat einen ersten Katalysator 26, der stromaufwärts angeordnet ist, und einen zweiten Katalysator 27, der stromabwärts angeordnet ist. Der erste Katalysator 26 ist ein Dreiwegekatalysator zum Aufbereiten von CO, HC und NOx im Abgas. Der zweite Katalysator 27 ist ein NOx-Absorptionsdreiwegekatalysator. Der zweite Katalysator 27 absorbiert NOx, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und gibt das absorbierte NOx ab und desoxidiert es, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird. Bestandteile des Dreiwegekatalysators in dem ersten und dem zweiten Katalysator 26, 27 arbeiten wirksam, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einem stöchiometrischen Verhältnis gehalten wird. Ein Gassensor 28 ist stromabwärts des ersten Katalysators 26 im Abgas zum Erfassen eines fetten oder eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf einer Sauerstoffkonzentration angeordnet. Der Gassensor 28 kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor oder ein O₂-Sensor sein.
Die Brennkraftmaschine 11 ist mit einem Abgasrückführungssystem (EGR) ausgestattet das einen EGR-Kanal 33 und ein EGR-Ventil 34 hat. Der EGR Kanal 33 kommuniziert mit dem Abgaskanal 25 und dem Ausgleichsbehälter 18 zum Zuführen eines Teils des Abgases in die Einlassluft. Das EGR-Ventil 34 regelt eine Menge an Abgas, das heißt eine EGR Menge, entsprechend einem EGR-Öffnungsgrad des EGR-Ventils 34.
Ein Gaspedal 35 hat eine Pedalsensor 36 zum Erfassen eines Durchdrückungsgrades ACCP des Gaspedals 35.
Die Brennkraftmaschine 11 hat mindestens ein Einlassventil 37 und mindestens ein Auslassventil 38 für jeden Zylinder. Mindestens eins von dem Einlass- und dem Auslassventil 37, 38 wird durch einen variablen Ventilantriebsmechanismus angetrieben, der eine Ventilbetriebscharakteristik, wie beispielsweise eine Ventilzeitgebung und/oder einen Ventilhub, einstellen kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Einlassventil 37 durch einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus 39 zum Variieren einer Ventilzeitgebung IN-VCT in einer Vorlauf- oder Verzögerungsrichtung angetrieben. Zusätzlich wird das Auslassventil 38 auch durch einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus 40 zum Variieren einer Ventilzeitgebung EX-VCT in einer Vorlauf- oder Rücklaufrichtung angetrieben. In diesem Ausführungsbeispiel treiben hydraulische Antriebe, die durch Öldruck der Brennkraftmaschine 11 angetrieben werden, die variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39 bzw. 40 an. Die variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39 und 40 haben Ölsteuerventile, die einen Ölfluss und/oder Druck regulieren, der zu dem hydraulischen Antrieb im Ansprechen auf Steuersignale zugeführt wird.
Das Brennkraftmaschinensteuersystem hat eine Brennkraftmaschinensteuereinheit (ECU) 30, die einen Mikrocomputer hat. Die ECU 30 führt einen vorgegebenen Prozess aus, der in einer Speichervorrichtung, wie beispielsweise einer ROM, in der ECU 30 gespeichert ist. Im Allgemeinen gibt die ECU 30 Signale von den vorstehend beschriebenen Sensoren ein und gibt auch Steuersignale zu den vorstehend beschriebenen Antrieben aus. Insbesondere führt die ECU 30 eine Luftsteuerung, eine Kraftstoffsteuerung und eine Zündsteuerung aus. Die Luftsteuerung steuert die Bestandteile in dem Einlassluftsystem der Brennkraftmaschine 11. Die Kraftstoffsteuerung steuert die Bestandteile in dem Kraftstoffsystem der Brennkraftmaschine 11. Zum Beispiel wird eine Kraftstoffmenge und eine Kraftstoffeinspritzzeitgebung gesteuert. Die Zündsteuerung steuert die Komponenten in dem Zündsystem der Brennkraftmaschine 11. Zum Beispiel wird die Zeitgebung für die Zündung gesteuert. Die ECU 30 realisiert ferner eine Vielzahl von Verbrennungsmodi durch Einstellen von Betriebssteuerparametern in der Luftsteuerung, der Kraftstoffsteuerung und der Zündsteuerung.
Die ECU 30 sieht ferner mindestens zwei Verbrennungsmodi vor und schaltet diese Verbrennungsmodi entsprechend den Brennkraftmaschinenbetriebszuständen, wie beispielsweise einem Solldrehmoment TQ und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE. Die ECU 30 sieht einen Modus für geschichtete Verbrennung (SC-Modus) M1, einen Modus für homogene Verbrennung (HC-Modus) M2 und eine kurzzeitigen Modus für homogene Verbrennung vor.
In dem SC-Modus M1 wird, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, die Brennkraftmaschine 11 bei einer geschichteten Verbrennung betrieben. Die geschichtete Verbrennung kann durch Zuführen eines geschichteten Gemisches um die Zündkerze 22 erhalten werden. Das geschichtete Gemisch kann durch Einspritzen einer kleinen Menge an Kraftstoff bei dem Kompressionshub zugeführt werden.
In dem HC-Modus M2 arbeitet, um eine Ausgangsleistung zu erhöhen, die Brennkraftmaschine 11 mit einer homogenen Verbrennung. Die homogene Verbrennung kann durch Zuführen eines homogenen Gemisches in die Verbrennungskammer erreicht werden. Das homogene Gemisch kann durch Einspritzen von Kraftstoff bei dem Saughub zugeführt werden. In dem HC-Modus M2 ist eine Kraftstoffmenge größer als in dem SC-Modus M1.
Wenn die ECU 30 die Verbrennungssteuerung von dem SC-Modus M1 zu dem HC-Modus M2 schaltet, schließt die ECU 30 das EGR-Ventil 34 vollständig. Durch vollständiges Schließen des EGR-Ventils 34 ist es möglich, Bereiche zu vergrößern, in denen die Verbrennung stabil gehalten ist, wie in 8(a) und 8(b) gezeigt ist. In 8(a), 8(b) zeigt die horizontale Achse eine Brennkraftmaschinenlast LD und die vertikale Achse zeigt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. In 8(a) kann die geschichtete Verbrennung und die homogene Verbrennung in Bereichen gehalten werden, die mit einer Schraffur markiert sind. Zwischen ihnen ist jedoch ein unstetiger Bereich ausgebildet. Dieser unstetige Bereich kann eine ungewünschte Änderung im Ausgangsdrehmoment und/oder in den Emissionen erzeugen. Die Breite der Bereiche, in denen der Verbrennungsmodus stabil gehalten werden kann, kann in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gehalten werden. Eine Menge an EGR beeinflusst zum Beispiel die Breite der Bereiche, wie in 8(b) gezeigt ist. In 8(b) kennzeichnet EGR = 0 einen vollständig geschlossenen Zustand des EGR-Ventils 34 und EGR = 1 kennzeichnet einen vollständig geöffneten Zustand des EGR-Ventils 34. Daher ist es in diesem Ausführungsbeispiel durch Schließen des EGR-Ventils 34 möglich, den unstetigen Bereich zwischen zwei Verbrennungsbereichen zu entfernen oder zu unterdrücken und ungewünschte Änderungen zu vermeiden. Wenn die ECU 30 die Verbrennungssteuerung von dem HC-Modus M2 zu dem SC-Modus M1 schaltet, kann die ECU 30 das EGR-Ventil 34 ebenfalls schließen.
Die ECU 30 erzeugt in dem HC-Modus M2 für eine vorgegebene kurze Zeitdauer eine Kurzzeitanforderung zum Betätigen der Brennkraftmaschine 11, wenn die Brennkraftmaschine 11 in dem HC-Modus M2 betrieben werden muss, um das in dem Katalysator 27 absorbierte NOx abzuführen und/oder einen Unterdruck in einer Unterdruckkammer für einen Bremskraftverstärker herzustellen. Wenn die Kurzzeitanforderung erzeugt wird, schaltet die ECU 30 die Verbrennungssteuerung von dem SC-Modus M1 zu dem HC-Modus M2, hält den HC-Modus M2 vorübergehend für eine kurze Zeitdauer, beispielsweise für ein paar Sekunden oder weniger, und kehrt dann zu dem SC-Modus M1 zurück. Im Falle des vorübergehenden Vorsehens des HC-Modus M2 im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung, ändert die ECU 30 mindestens einen speziellen Steuerparameter in einem Einlassluftsystem nicht, der verschieden von dem Öffnungsgrad des Drosselventils 16 ist. D. h., dass trotzdem dass der HC-Modus M2 vorübergehend ausgeführt wird, ein Sollwert der speziellen Steuerparameter weiterhin bei dem Wert gehalten wird, der der gleiche wie ein Sollwert für den SC-Modus M1 ist.
Der spezielle Steuerparameter wird aus einstellbaren Steuerparametern in dem Einlassluftsystem ausgewählt. Es ist gewünscht, dass der spezielle Steuerparameter eine Ansprecheigenschaft hat, wie beispielsweise die Ansprechverzögerung, die verglichen mit der der anderen Steuerparameter in dem Einlassluftsystem weit variiert. Es ist ferner gewünscht, dass der spezielle Steuerparameter eine verhältnismäßig längere Ansprechverzögerung als der der anderen Steuerparameter in dem Einlassluftsystem hat. Zum Beispiel hat der spezielle Steuerparameter eine Ventilzeitgebung IN-VCT für das Einlassventil 37 und eine Ventilzeitgebung EX-VCT für das Abgasventil 38. Die anderen Steuerparameter werden zu den Sollwerten für den HC-Modus M2 im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung geschalten. Die anderen Steuerparameter beinhalten den Öffnungsgrad TH des Drosselventils 15, den Öffnungsgrad EGR des EGR-Ventils 34 und den Betätigungsgrad SH des Durchflusssteuerventils 31. Dementsprechend wird die Steuerung, die im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung ausgeführt wird, als eine kurzzeitige Steuerung für homogene Verbrennung oder als ein vorübergehender homogener Modus mit festgelegter Ventilzeitgebung bezeichnet.
In dem SC-Modus M1 und der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung werden die variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39, 40 gesteuert, um eine Ventilüberlappung zu verkürzen, wie in 9(a) gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird eine Menge an internem EGR verringert. Zusätzlich macht es diese Steuerung einfach, eine gewünschte Strömung zum Ausbilden eines geschichteten Gemisches in der Verbrennungskammer zu erzeugen. Zum Beispiel ist Wirbelströmung oder taumelförmige Strömung zum Ausbilden des geschichteten Gemischs vorteilhaft. Im Gegensatz dazu werden in dem HC-Modus M2 die variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39, 40 gesteuert, um die Ventilüberlappung zu vergrößern, wie in 9(b) gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird die Menge an internem EGR erhöht und dadurch die Konzentration von NOx und HC in dem Abgas verringert. Zusätzlich ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch wegen dem Verringern der Pumpenverluste zu verbessern.
Wenn es notwendig ist, in dem Katalysator 27 absorbiertes NOx abzuführen oder Unterdruck zu dem Bremskraftverstärker zuzuführen, während die Brennkraftmaschine 11 in dem SC-Modus M1 betrieben wird, erzeugt die ECU 30 die Kurzzeitanforderung. Im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung führt die ECU 30 die kurzzeitige Steuerung für homogene Verbrennung durch.
Wenn die Brennkraftmaschinenbetriebsbedingung, wie beispielsweise das Solldrehmoment TQ oder die Brennkraftmaschinenlast LD geändert wird, kann die ECU 30 eine unbeschränkte Schaltanforderung zum Schalten der Verbrennungssteuerung erzeugen. Die ECU 30 schaltet im Ansprechen auf die unbegrenzte Schaltanforderung Sollwerte von Steuerparametern für das Einlassluftsystem inklusive IN-VCT und EX-VCT sofort. In diesem Fall legt die ECU 30 nicht die Ventilzeitgebungen IN-VCT und EX-VCT fest.
In beiden Fällen der Kurzzeitanforderung und der unbeschränkten Schaltanforderung werden die Steuerparameter für Kraftstoffsystem und Zündsystem gehalten, bis die Steuerparameter für das Einlassluftsystem bestimmte Bedingungen werden, in denen die Brennkraftmaschine 11 geeignet in dem gewünschten Verbrennungsmodus betrieben werden kann. Daher werden Sollwerte der Steuerparameter für das Kraftstoffsystem und das Zündsystem zu den Sollwerten für den gewünschten Verbrennungsmodus mit einer bestimmten Verzögerung von den Anforderungen geschalten.
Die ECU 30 führt den nachstehenden Ablauf zum Realisieren der vorstehend beschriebenen Funktionen durch. Bezugnehmend auf 2 wird eine Hauptroutine des Brennkraftmaschinensteuersystems bei jedem vorgegebenen Intervall ausgeführt, während ein Zündschalter des Kraftfahrzeugs angeschalten ist. Bei Schritt 100 berechnet die ECU 30 ein Solldrehmoment TQ, das durch die Brennkraftmaschine 11 erzeugt werden soll, auf der Basis der derzeitigen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 11. Das Solldrehmoment TQ kann beispielsweise entsprechend dem Durchdrückungsgrad ACCP des Gaspedals 35 und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE erhalten werden. Die ECU 30 erzeugt eine Kurzzeitanforderung für vorübergehendes Schalten der Verbrennungssteuerung zu einem Modus für homogene Verbrennung. Bei Schritt 200 bestimmt die ECU 30 einen gewünschten Verbrennungsmodus als einen Sollmodus TM und erzeugt die Anforderungen. Bei Schritt 300 steuert die ECU 30 das Schalten der Verbrennungssteuerung. Dann steuert die ECU 30 das Einlassluftsystem, das Kraftstoffsystem bzw. das Zündsystem bei den Schritten 400 bis 600.
Bei Schritt 200 führt die ECU 30 eine Verbrennungsmodusbestimmungsroutine aus, wie in 3 gezeigt ist. Bei Schritt 201 bestimmt die ECU 30 den Sollmodus TM entsprechend dem Solldrehmoment TQ und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE basierend auf einem Kennfeld, wie in Schritt 201 in 3 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, das Kennfeld definiert, um den SC-Modus M1 als den Sollmodus TM zu erhalten, wenn das Solldrehmoment TQ in einem vorgegebenen niedrigeren Bereich ist und die Brennkraftmaschinendrehzahl NE in einem vorgegebenen niedrigeren Bereich ist. Andererseits wird das Kennfeld definiert, um den HC-Modus M2 als den Sollmodus TM zu erhalten, wenn das Solldrehmoment TQ in einem vorgegebenen höheren Bereich und die Brennkraftmaschinendrehzahl NE in einem vorgegebenen höheren Bereich sind, um eine höhere Ausgangsleistung zu erzeugen.
Bei Schritt 202 wird bestimmt, ob der Sollmodus TM der HC-Modus M2 ist oder ob nicht. Wenn der Sollmodus TM der HC-Modus M2 ist, schreitet die Routine zu Schritt 203 fort. Bei Schritt 203 wird bestimmt, ob der gegenwärtige Modus der HC-Modus M2 ist oder ob nicht. Wenn der gegenwärtige Modus nicht der HC-Modus M2 ist, wird angenommen, dass es der Beginn des Schaltens der Verbrennungssteuerung zwischen zwei Modi ist, weshalb die ECU 30 1 in einem Merker F bei Schritt 204 einstellt. Der Merker F kennzeichnet einen Zeitraum zum Schalten von Verbrennungsmodi. Wenn der gegenwärtige Modus schon der HC-Modus M2 ist, springt die Routine zu Schritt 205 und stellt einen Luftsteuermodus auf den HC-Modus M2 ein.
Wenn die Bestimmung bei Schritt 202 negativ ist, schreitet die Routine zu Schritt 206 fort. Bei Schritt 206 wird bestimmt, ob die Kurzzeitanforderung ausgeführt wird, oder ob nicht. Wenn die ECU 30 die Kurzzeitanforderung erzeugt hat, verzweigt die Routine zu Schritt 203 und die ECU 30 bereitet sich vor, die Verbrennungssteuerung in den HC-Modus M2 zu schalten.
Wenn die Bestimmung bei Schritt 206 negativ ist, schreitet die Routine zu Schritt 207 vor und bestimmt, ob der derzeitige Modus der SC-Modus M1 ist oder ob nicht. Wenn der derzeitige Modus nicht der SC-Modus M1 ist, wird angenommen, dass es der Beginn des Schaltens zwischen den Verbrennungsmodi ist, weshalb die ECU 30 in dem Merker F bei Schritt 208 1 einstellt. Wenn der derzeitige Modus schon der SC-Modus M1 ist, springt die Routine zu Schritt 209 und stellt den Luftsteuermodus auf den SC-Modus M1 ein.
Bei Schritt 300 führt die ECU 30 eine Verbrennungsmodusschaltroutine aus, wie in 4 gezeigt ist. Bei Schritt 301 überprüft die ECU 30 den Merker F. Wenn der Merker F = 0 ist, überspringt die Routine die nachfolgenden Schritte. Wenn der Merker F = 1 ist, schreitet die Routine zu Schritt 302 fort. Bei Schritt 302 überprüft die ECU 30 den Sollmodus TM. Wenn der Sollmodus TM der HC-Modus M2 ist, zweigt die Routine zu Schritt 303 ab. Wenn der Sollmodus TM der SC-Modus M1 ist, zweigt die Routine zu Schritt 306 ab.
Bei Schritt 303 wird bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F geringer als ein vorgegebener Schwellwert CAF2 ist oder ob nicht. Das heißt, dass bestimmt wird, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fetter als der Schwellwert CAF2 ist. Der Schwellwert CAF2 entspricht dem magersten Wert eines Bereichs, in dem die homogene Verbrennung stabil beibehalten werden kann. Daher kann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F magerer als der Schwellwert CAF2 ist, angenommen werden, dass die Luftsteuerung einen ausreichenden Wert noch nicht erreicht hat, um die homogene Verbrennung zu verwirklichen, weshalb die Routine zu den nachfolgenden Schritten springt und die geschichtete Verbrennung beibehält. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fetter als der Schwellwert CAF2 wird, ermöglicht die ECU 30, die Kraftstoffsteuerung und die Zündsteuerung in dem HC-Modus M2 zu schalten. Für diesen Zweck stellt die ECU 30 den Kraftstoffsteuermodus und den Zündsteuermodus auf den HC-Modus M2 bei Schritt 304 ein und führt den Merker bei Schritt 305 auf 0 zurück. In dem HC-Modus M2 wird die Kraftstoffsteuerung ausgeführt, um eine bestimmte Kraftstoffmenge bei dem Saughub des Brennkraftmaschinenzyklus einzuspritzen, um die Verbrennungskammer mit gut gemischten Luft- und Kraftstoffgemisch zu laden.
Bei Schritt 305 wird bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F größer als ein vorgegebener Schwellwert CAF2 ist oder ob nicht. Das heißt es wird bestimmt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F magerer als der Schwellwert CAF1 ist. Der Schwellwert CAF1 entspricht dem fettesten Wert in einem Bereich, in dem die Vorteile der geschichteten Verbrennung erhalten werden können. Daher kann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F fetter als der Schwellwert CAF1 ist, angenommen werden, dass die Luftsteuerung einen ausreichenden Level noch nicht erreicht hat, um die geschichtete Verbrennung zu verwirklichen, weshalb die Routine zu den nachfolgenden Schritten springt und die homogene Verbrennung beibehält. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F magerer als der Schwellwert CAF1 wird, ermöglicht die ECU 30 selber, die Kraftstoffsteuerung und die Zündsteuerung in den SC-Modus M1 zu schalten. Zu diesem Zweck stellt die ECU 30 den Kraftstoffsteuermodus und den Zündsteuermodus auf den SC-Modus M1 bei Schritt 307 ein, und stellt den Merker bei Schritt 308 auf Null zurück. In dem SC-Modus M1 wird die Kraftstoffsteuerung ausgeführt, um Kraftstoff bei dem Kompressionshub des Brennkraftmaschinenzyklus einzuspritzen, um die Verbrennungskammer mit geschichtetem Luft- und Kraftstoffgemisch zu laden.
Bei Schritt 400 führt die ECU 30 eine Luftsteuerroutine aus, wie in 5 gezeigt ist. Bei Schritt 401 bestimmt die ECU 30, ob die Kurzzeitanforderung existiert oder ob nicht. Wenn die Kurzzeitanforderung zu diesem Zeitpunkt nicht existiert, überprüft die ECU 30 den Luftsteuermodus bei Schritt 402. Wenn der Luftsteuermodus als der HC-Modus M2 eingestellt worden ist, schreitet die Routine zu Schritt 403 fort. Bei Schritt 403 führt die ECU 30 eine Steuerung für homogene Verbrennung durch. Zum Beispiel berechnet die ECU 30 Sollwerte zum Steuern der Bestandteile des Einlassluftsystems, um die homogene Verbrennung zu verwirklichen. Ebenso treibt die ECU 30 die Komponenten an und steuert sie entsprechend den Sollwerten für die homogene Verbrennung. Die Komponenten in dem Einlassluftsystem umfassen das Drosselventil 16, das EGR-Ventil 34, das Durchflusssteuerventil 31 und die variablen Ventilsteuermechanismen 39, 40.
Wenn der Luftsteuermodus der SC-Modus M1 bei Schritt 402 ist, schreitet die Routine zu Schritt 404 fort. Bei Schritt 404 führt die ECU 30 eine Steuerung für geschichtete Verbrennung durch. Die ECU 30 berechnet zum Beispiel Sollwerte zum Steuern der Komponenten des Einlassluftsystems, um die geschichtete Verbrennung zu verwirklichen. Ferner treibt die ECU 30 die Komponenten an und steuert sie entsprechend den Sollwerten für die geschichtete Verbrennung. Bei Schritt 403 und Schritt 405 wird der Sollwert für das EGR-Ventil 34 bei einem vollständig geschlossenen Wert für mindestens einen Zeitraum gehalten, in dem der Merker F mit 1 eingestellt ist, um den stabilen Bereich zu vergrößern, wie in 8(b) gezeigt ist.
Wenn die Kurzzeitanforderung bei Schritt 401 vorhanden ist, schreitet die Routine zu Schritt 405 fort. Die ECU 30 führt die kurzzeitige Steuerung für homogene Verbrennung aus. Bei Schritt 405 berechnet die ECU 30 die Sollwerte zum Steuern des Drosselventils 16 des EGR-Ventils 34 und des Durchflusssteuerventils 31 auf die gleiche Weise, wie in der Steuerung für homogene Verbrennung in Schritt 403. Zusätzlich berechnet die ECU 30 die Sollwerte für die variablen Ventilsteuermechanismen 39, 40 auf dieselbe Weise wie in der Steuerung für geschichtete Verbrennung bei Schritt 404. Die ECU 30 treibt die Komponenten an und steuert sie entsprechend den Sollwerten. Bei Schritt 405 wird der Sollwert für das EGR-Ventil 34 bei einem vollständig geschlossenem Wert während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung gehalten, um den stabilen Bereich zu vergrößern, wie in 8(b) gezeigt ist. Beide, der Sollwert für den Öffnungsgrad TH und der Sollwert für den Betätigungsgrad SH, werden verringert, um diese Ventile 16 und 31 während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung zu schließen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird, da der Luftsteuermodus bei Schritt 205 oder Schritt 209 unabhängig von der Einstellbedingung des Merkers F oder dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F eingestellt ist, die Luftsteuerung sofort im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung oder die unbegrenzte Schaltanforderung, die durch Schritt 201 erhalten wird, geschalten. In dem Fall der Kurzzeitanforderung behält die ECU 30 jedoch mindestens einen Sollwert für eine Einlassluftsystemkomponente bei, die eine verhältnismäßig längere Ansprechverzögerung hat. Zum Beispiel werden die Sollwerte für die variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39, 40 bei den gleichen Werten wie in dem SC-Verbrennungsmodus M1 beibehalten, sogar wenn die Kurzzeitanforderung, die Schalten zu dem HC-Modus M2 anfordert, erzeugt worden ist.
Bei Schritt 500 führt die ECU 30 die Kraftstoffsteuerroutine aus, wie in 6 gezeigt ist. Bei Schritt 501 überprüft die ECU 30 den Kraftstoffsteuermodus. Wenn der Kraftstoffsteuermodus der HC-Modus M2 ist, führt die ECU 30 eine Steuerung für homogene Verbrennung in Schritt 502 aus. Bei der Steuerung für homogene Verbrennung berechnet die ECU 30 Sollwerte für die Kraftstoffsystemkomponenten, um die homogene Verbrennung zu verwirklichen. Beispielsweise berechnet die ECU 30 die Kraftstoffmenge und die Einspritzzeitgebung bei dem Saughub. Dann treibt die ECU 30 die Komponenten an und steuert sie entsprechend den Sollwerten der homogenen Verbrennung. Wenn der Kraftstoffsteuermodus der SC-Modus M1 ist, führt die ECU 30 eine Steuerung für geschichtete Verbrennung in Schritt 503 aus. Bei der Steuerung für geschichtete Verbrennung berechnet die ECU 30 Sollwerte für die Kraftstoffsystemkomponenten, um die geschichtete Verbrennung zu verwirklichen. Beispielsweise berechnet die ECU 30 die Kraftstoffmenge und die Einspritzzeitgebung bei dem Kompressionshub. Dann treibt die ECU 30 die Komponenten entsprechend der Sollwerte für die geschichtete Verbrennung an und steuert sie.
Bei Schritt 600 führt die ECU 30 die Zündsteuerroutine aus, wie in 7 gezeigt ist. Bei Schritt 601 überprüft die ECU 30 den Zündsteuermodus. Wenn der Zündsteuermodus der HC-Modus M2 ist, führt die ECU 30 eine Steuerung für homogene Verbrennung in Schritt 602 aus. Bei der Steuerung für homogene Verbrennung berechnet, um die homogene Verbrennung zu verwirklichen, die ECU 30 Sollwerte für die Zündsystemkomponenten, wie beispielsweise Zündzeitgebung. Dann treibt die ECU 30 die Komponenten an und steuert sie entsprechenden den Sollwerten für die homogene Verbrennung. Wenn der Zündsteuermodus der SC-Modus M1 ist, führt die ECU 30 eine Steuerung für geschichtete Verbrennung in Schritt 603 aus. Bei der Steuerung für geschichtete Verbrennung berechnet die ECU 30 Sollwerte für die geschichtete Verbrennung. Dann treibt die ECU 30 die Komponenten an und steuert sie entsprechend den Sollwerten für die geschichtete Verbrennung.
Der Kraftstoffsteuermodus und der Zündsteuermodus werden in Schritt 304 oder Schritt 307 eingestellt, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F den Schwellwert erreicht. Daher wird die Kraftstoffsteuerung und die Zündsteuerung geschalten, wenn ein gegebener Zeitraum abgelaufen ist, nachdem die Luftsteuerung im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung oder die unbegrenzte Schaltanforderung geschalten wird.
10 ist ein Zeitgebungsdiagramm, das Verläufe von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine mit einer kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung ohne feste Ventilzeitgebungsfunktion zeigt. 11 ist ein Zeitgebungsdiagramm, das Verläufe von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine mit der Steuerung des Ausführungsbeispiels zeigt. In 10 und 11 zeigen gestrichelte Linien Verläufe der Istwerte. In 10 und 11 bezeichnet SR die Kurzzeitanforderung. M1 bezeichnet den Modus für geschichtete Verbrennung. M2 bezeichnet den Modus für homogene Verbrennung. TH bezeichnet des Öffnungsgrad des Drosselventils 16. EGR bezeichnet den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 34. Das Zeichen + bezeichnet eine Öffnungsrichtung. Das Zeichen – bezeichnet eine Schließrichtung. IN-VCT bezeichnet die Ventilzeitgebung des Einlassventils 37. EX-VCT bezeichnet die Ventilzeitgebung des Auslassventils 38. Das Zeichen + bezeichnet eine Vorlaufrichtung. Das Zeichen – bezeichnet eine Verzögerungsrichtung. SH bezeichnet den Betätigungsgrad des Durchflusssteuerventils 31. Das Zeichen + bezeichnet eine Öffnungsrichtung. Das Zeichen – bezeichnet eine Schließrichtung. QI bezeichnet eine Kraftstoffeinspritzmenge bei dem Saughub. QC bezeichnet eine Kraftstoffeinspritzmenge bei dem Kompressionshub. Das Zeichen + bezeichnet eine Erhöhungsrichtung. Das Zeichen – bezeichnet eine Verringerungsrichtung. FI bezeichnet den Kraftstoffsteuermodus und den Zündsteuermodus. F bezeichnet den Merker. A/F bezeichnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Zeichen + bezeichnet eine fette Richtung. Das Zeichen – bezeichnet eine magere Richtung. CAF1 und CAF2 bezeichnen die Schwellwerte. Ta und Tb bezeichnen Verzögerungszeiten.
Wie in 10 gezeigt ist, dauert es im Fall des Schaltens der Sollwerte für die variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39, 40 einen Zeitraum Ta bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F den Schwellwert CAF2 erreicht. Folglich wird ein Schalten von FI um den Zeitraum Ta verzögert. Daher startet der HC-Modus M2 tatsächlich nachdem der Zeitraum Ta ab der Kurzzeitanforderung SR abgelaufen ist. Diese Verzögerung kann durch eine verhältnismäßig längere Ansprechverzögerung der variablen Ventilzeitgebungsmechanismen 39, 40 verursacht werden. Zusätzlich, in dem Fall von 10, da zu viele Steuerparameter gleichzeitig zu den Sollwerten für die homogene Verbrennung geschalten werden, können gegenseitige Wirkungen der Steuerparameter den Zeitraum Ta verlängern. Zum Beispiel zeigen die Einlassluftmenge, die Menge an geladener Luft in der Verbrennungskammer, der Zustand der Luftströmung in der Verbrennungskammer, die externe EGR-Menge und die interne EGR-Menge jeweils komplexes Verhalten. Die Verzögerung tritt ferner auf, wenn der SC-Modus M1 nach der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung wieder beginnt.
Im Gegenteil ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel möglich, da beide, IN-VCT und EX-VCT, während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung festgelegt sind, Einflüsse unter den Steuerparametern zu vereinfachen. Folglich kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F den Schwellwert CAF2 innerhalb eines kürzeren Zeitraums Tb erreichen. Es ist möglich die Verzögerung zu verkürzen. Die Verzögerung wird auch verkürzt, wenn die ECU 30 den SC-Modus M1 wieder beginnt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel, wenn die ECU 30 die Verbrennungssteuerung im Ansprechen auf die Kurzzeitanforderung schaltet, legt die ECU 30 die Sollwerte der variablen Ventilzeitgebungsmechanismen fest. Die Sollwerte werden kontinuierlich bis zu dem vorhergehenden Verbrennungsmodus festlegt, das heißt, dass der SC-Modus M1 wieder begonnen wird. Daher ist es möglich, eine Anzahl an zu schaltenden Steuerparametern zu verringern. Folglich ist es in einem Entwicklungsprozess möglich, Schritte und Zeit zum Anpassen von Steuereigenschaften der Steuerparameter für das Brennkraftmaschinensteuersystem und das Fahrzeug zu verringern, wodurch es möglich ist, einen Zeitraum zum Entwickeln des Brennkraftmaschinensteuersystems und des Fahrzeugs zu kürzen. In einem anderen Aspekt ist es möglich, den Zeitraum zum Schalten der Verbrennungsmodi zu verkürzen.
Zusätzlich hat der variable Ventilzeitgebungsmechanismus durch seinen Grundaufbau eine verhältnismäßig niedrige Steuergenauigkeit. In dem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise das Ansprechen des variablen Ventilzeitgebungsmechanismus sehr stark durch die Öltemperatur, Ölviskosität, den Öldruck und die Brennkraftmaschinendrehzahl NE beeinflusst. Daher senkt es, sogar wenn die Ventilzeitgebungen während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennungen festgelegt sind, die Brennkraftmaschinenleistung nicht erheblich. Daher ist es möglich, einen Einfluss auf die Brennkraftmaschinenleistung während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung so klein als möglich zu machen. Des Weiteren kann die festgelegte Ventilzeitgebung Stabilität der Verbrennung bei bestimmten Bedingungen verbessern.
Alternativ kann der Sollwert für das EGR-Ventil 34 während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung festgelegt werden. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilhubmechanismus angewandt werden. In diesem Fall kann der Ventilhub des Einlass- und/oder Auslassventils während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung festgelegt werden. Ähnlich kann die vorliegende Erfindung auf eine Brennkraftmaschine mit beiden, dem variablen Ventilzeitgebungsmechanismus und dem variablen Ventilhubmechanismus, angewandt werden. In diesem Fall können beide, die Ventilzeitgebung und der Ventilhub für das Einlass- und/oder Auslassventil, während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung festgelegt werden.
Die variable Ventilzeitgebung und/oder der Ventilhubmechanismus kann einen elektromagnetischen Antrieb anstelle des hydraulischen Antriebs haben.
Des Weiteren kann der Sollwert für den variablen Ventilzeitgebungsmechanismus bei einem Sollwert festgelegt werden, der speziell für den Übergangssteuerzeitraum während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung erhalten wird. Der Sollwert für den Übergangssteuerzeitraum kann beispielsweise so definiert werden, dass eine Verbrennungssteuerung während der kurzzeitigen Steuerung für homogene Verbrennung stabilisiert ist. Es ist möglich, die Verbrennungsbedingung während des Verbrennungsmodus schaltend zu halten.
Des Weiteren kann der Sollwert für den variablen Ventilzeitgebungsmechanismus im Ansprechen auf die unbegrenzte Schaltanforderung festgelegt werden, die entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 11 erzeugt werden. In dem Ausführungsbeispiel können beispielsweise die Sollwerte für den variablen Ventilzeitgebungsmechanismus in Schritt 403 und Schritt 404 festgelegt werden. In diesem Fall können die Sollwerte an den Sollwerten für den früheren Verbrennungsmodus festgelegt werden, während der Merker F 1 anzeigt. Dann können die Sollwerte zu den Sollwerten für den gegenwärtigen Verbrennungsmodus geschalten werden, nachdem der Merker F zu 0 zurückkehrt.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung auf jegliche Brennkraftmaschine angewandt werden, die eine Verbrennungssteuerungsschaltfunktion hat. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf eine Magerbrennkraftmaschine angewandt werden, die ein Einlasseinspritzsystem und eine Verbrennungssteuerungschaltfunktion hat.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist es anzumerken, dass verschiedenen Änderungen und Modifikationen dem Fachmann ersichtlich werden. Derartige Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, beinhaltend zu verstehen.
Eine Brennkraftmaschinensteuereinheit 30 führt eine Verbrennungssteuerung aus, in der die Brennkraftmaschine 11 in einem Modus für geschichtete Verbrennung M1 oder einem Modus für homogene Verbrennung M2 betrieben wird. Die Brennkraftmaschinensteuereinheit 30 schaltet die Verbrennungssteuerung vorübergehend von dem Modus für geschichtete Verbrennung M1 in den Modus für homogene Verbrennung M2 im Ansprechen auf eine Kurzzeitschaltanforderung. Die Brennkraftmaschinensteuereinheit 30 schaltet Sollwerte zum Steuern eines Drosselventils 16, eines EGR-Ventils 34 und eines Durchflusssteuerventils 31 zu Werten für den Modus für homogene Verbrennung M2. Die Brennkraftmaschinensteuereinheit 30 hält und legt den Sollwert zum Steuern eines variablen Ventilzeitgebungsmechanismus 39, 40 bei einem Wert für den Modus für geschichtete Verbrennung M1 fest. Es ist möglich die Schaltzeit zu verkürzen, während die Stabilität der Verbindung erhalten bleibt.

Claims

Brennkraftmaschinensteuergerät zum Steuern einer Verbrennungsbedingung für eine Brennkraftmaschine, wobei das Brennkraftmaschinensteuergerät folgendes aufweist: eine Einrichtung (30, 100, 200, 300) zum Erzeugen einer Anforderung zum Schalten einer Verbrennungssteuerung; eine Einrichtung (30, 400, 500, 600) zum Schalten einer Verbrennungssteuerung zwischen mindestens einem Modus für geschichtete Verbrennung und einem Modus für homogene Verbrennung durch Steuern von Steuerparametern für ein Einlassluftsystem, ein Kraftstoffsystem und ein Zündsystem der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf die Schaltanforderung, und eine Einrichtung (30, 405) zum Festlegen mindestens eines speziellen Steuerparameters für das Einlassluftsystem der Brennkraftmaschine, der von dem Steuerparameter, der einem Öffnungsgrad eines Drosselventils entspricht, verschieden ist, wenn die Verbrennungssteuerung im Ansprechen auf die Schaltanforderung schaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der spezielle Steuerparameter eine Ansprecheigenschaft hat, die verglichen mit der der anderen Parameter in dem Einlassluftsystem breit variiert.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach Anspruch 1, wobei das Einlassluftsystem mindestens eine der Komponenten neben dem Drosselventil umfasst, wobei die Komponenten beinhalten: eine Einrichtung (39, 40) zum Variieren einer Ventilzeitgebung und/oder eines Ventilhubs eines Einlassventils; eine Einrichtung (39, 40) zum Variieren einer Ventilzeitgebung und/oder eines Ventilhubs eines Auslassventils; eine Einrichtung (34) zum Einstellen einer Rückführmenge für Abgas; und eine Einrichtung (31) zum Einstellen eines Stromes in eine Verbrennungskammer.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltanforderung, die durch die Anforderungserzeugungseinrichtung (30, 100, 200, 300) erzeugt wird, eine Kurzzeitschaltanforderung zum vorübergehenden Schalten der Verbrennungssteuerung für einen kurzen Zeitraum enthält.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach Anspruch 1, wobei der spezielle Steuerparameter mindestens eins von einer Ventilzeitgebung eines Einlassventils, einem Ventilhub eines Einlassventils, einer Ventilzeitgebung eines Auslassventils oder einem Ventilhub eines Auslassventils umfasst.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schalteinrichtung (30, 400, 500, 600) die Verbrennungssteuerung von einem vorherigen Modus zu einem derzeitigen Modus im Ansprechen auf die Schaltanforderung schaltet, und die Festlegungseinrichtung (30, 405) den speziellen Steuerparameter festlegt bis die Schalteinrichtung den vorherigen Modus wieder aufnimmt.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schalteinrichtung (30, 400, 500, 600) die Verbrennungssteuerung von einem vorherigen Modus zu einem derzeitigen Modus im Ansprechen auf die Schaltanforderung schaltet, und die Festlegungseinrichtung (30, 405) den speziellen Steuerparameter durch Festlegen eines Sollwerts des speziellen Steuerparameters auf einen Sollwert für den vorherigen Modus festlegt.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schalteinrichtung (30, 400, 500, 600) die Verbrennungssteuerung von einem vorherigen Modus zu einem derzeitigen Modus im Ansprechen auf die Schaltanforderung schaltet, und die Festlegungseinrichtung (30, 405) den speziellen Steuerparameter durch Festlegen eines Sollwerts des speziellen Steuerparameters auf einen Sollwert zum Schalten der Verbrennungssteuerung festlegt.
Brennkraftmaschinensteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Brennkraftmaschine ein Direkteinspritzsystem, das Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt, und einen NOx-Absorptionskatalysator (27) in einem Abgaskanal hat, die Brennkraftmaschine Unterdruck zu einem Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug zuführt, und die Anforderungserzeugungseinrichtung (30, 100, 200) die Schaltanforderung erzeugt, wenn es notwendig ist, um in dem NOx-Absorptionskatalysator absorbiertes NOx abzuführen oder Unterdruck in dem Bremskraftverstärker beizubehalten.