DE112010005988B4

DE112010005988B4 - Steuergerät für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112010005988B4
Application number: DE112010005988.8T
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Urano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2030-11-13
Also published as: CN102822487A; DE112010005988T5; WO2012063362A1; US20130213354A1; JPWO2012063362A1; JP5273317B2; US8651088B2; CN102822487B

Abstract

Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (10), die folgendes aufweist: einen Innenzylinderdrucksensor zum Ausgeben eines Innenzylinderdruckerfassungswerts eines vorbestimmten Zylinders an einem vorbestimmten Kurbelwinkel in der Brennkraftmaschine (10); ein Innenzylinderdruckerfassungsmittel zum Erfassen von Innenzylinderdruckerfassungswerten P1 und P2 an vorbestimmten Kurbelwinkeln θ1 und θ2 während einem adiabatischen Kompressionstakt des vorbestimmten Zylinders ab der Schließzeitgebung eines Einlassventils bis zur Zündzeitgebung unter Verwendung des Innenzylinderdrucksensors (34); ein Absolutdruckkorrekturwertberechnungsmittel, das einen Absolutdruckkorrekturwert Pr gemäß folgender Gleichung berechnet Pr = (P2V2 κ – P1V1 κ)/(V1 κ – V2 κ)wobei ein Innenzylindervolumen des vorbestimmten Zylinders an dem Kurbelwinkel θ1 den Wert V1 hat, ein Innenzylindervolumen des vorbestimmten Zylinders an dem Kurbelwinkel θ2 den Wert V2 hat, ein Isentropenkoeffizient des Innenzylindergases in dem vorbestimmten Zylinder mit κ bezeichnet ist, P1V1 κ der Wert von PVκ an dem Kurbelwinkel θ1 ist, und P2V2 κ der Wert von PVκ an dem Kurbelwinkel θ2 ist; und ein Absolutdruckkorrekturmittel zum Korrigieren des Innenzylinderdruckerfassungswerts unter Verwendung des Absolutdruckkorrekturwerts; wobei das Gerät folgendes aufweist: ein Vergleichsmittel zum Vergleichen des adiabatischen Kompressionstakts mit einer vorbestimmten Zeitspanne; und ein Adiabatischer-Kompressionstakt-Änderungsmittel zum Verlängern des adiabatischen Kompressionstakts dann, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, an der ein Innenzylinderdrucksensor montiert ist.
In letzter Zeit wurde beispielsweise in der JP 2007-146785 A ein Steuergerät offenbart, das eine Menge von in eine Brennkammer eingesaugter Luft unter Verwendung eines durch einen Innenzylinderdrucksensor (der im Weiteren als „CPS” bezeichnet ist) erfassten Werts berechnet und eine optimale Zündzeitgebung unter Verwendung der berechneten Luftmenge bestimmt. Der Innenzylinderdrucksensor erfasst einen Innenzylinderdruck als einen Relativdruck mit Bezug auf einen Einlassrohrdruck. Somit muss ein durch den Innenzylinderdrucksensor erfasster Wert auf seinen absoluten Druck korrigiert werden, damit er für verschiedene Steuerungen verwendet werden kann. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass PV^κ (κ ist ein Isentropenkoeffizient) während eines Kompressionstakts nach einem unteren Einlasstotpunkt theoretisch konstant ist, berechnet das vorstehend beschriebene herkömmliche Steuergerät einen Fehler (einen Absolutdruckkorrekturwert Pr) des Absolutdrucks des durch den Innenzylinderdrucksensor erfassten Werts durch die folgende Gleichung (1) unter Verwendung der während des Kompressionstakts aufgestellten Poisson-Gleichung. Im Übrigen sind in der folgenden Gleichung (1) die Werte Pc(θ_a) und Pc(θ_b) Werte, die durch den Innenzylinderdrucksensor an zwei vorbestimmten Kurbelwinkeln θ_a und θ_b während des Kompressionstakts erfasst werden und V(θ_a) und V(θ_b) sind Innenzylinder-(Kompressionskammer-)-Volumina zu dem Zeitpunkt, zu dem Pc(θ_a) und Pc(θ_b) erfasst werden. Absolutdruckkorrekturwert Pr = (Pc(θ_b)·V^κ(θ_b) – Pc(θ_a)·V^κ(θ_a))/(V^κ(θa) – V^κ(θ_b)) (1)
In Übereinstimmung mit der obigen Gleichung (1) wird der Absolutdruckkorrekturwert unter Verwendung zweier Werte berechnet, die während eines adiabatischen Kompressionstakts durch den Innenzylinderdrucksensor erfasst werden. Beispielsweise dann, wenn die Schließzeitgebung eines Einlassventils (IVC) spät ist, werden dementsprechend durch den Innenzylinderdrucksensor zwei Werte Pc(θ_a) und Pc(θ_b) während eines kurzen adiabatischen Kompressionstakts erfasst. Somit kann eine Differenz zwischen den Innenzylindervolumina V^κ(θ_a) – V^κ(θ_b)) extrem klein werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Nenner der obigen Gleichung (1) nahezu zu null werden und daher wird der Absolutdruckkorrekturwert stark variieren. Unter einem solchen Betriebszustand, in dem der adiabatische Kompressionstakt einer Brennkraftmaschine kurz ist, kann ein Absolutdruckkorrekturwert nicht präzise berechnet werden. Somit sind weitere Verbesserungen wünschenswert.
Aus der US 2008/0201056 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Bestimmung des Zylinderdrucks während einer adiabaten Zustandsänderung bekannt.
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um das zuvor beschriebene Problem zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine zum Korrigieren eines durch einen Innenzylinderdrucksensor erfassten Werts in einen Absolutdruck mit hoher Genauigkeit ungeachtet der Länge eines adiabatischen Kompressionstakts der Brennkraftmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Steuergerät nach Patentanspruch 1. Weiterbildungen des Steuergeräts sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Mit dem Steuergerät für die Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 wird zum Korrigieren des durch den Innenzylinderdrucksensor (CPS) erfassten Innenzylinderdruckerfassungswerts unter Verwendung des Absolutdruckkorrekturwerts der adiabatische Kompressionstakt ab der Schließzeitgebung des Einlassventils (IVC) des vorbestimmten Zylinders bis zu der Zündzeitgebung mit der vorbestimmten Zeitspanne verglichen. Wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist, dann wird der adiabatische Kompressionstakt verlängert. Somit wird die Berechnungsgenauigkeit des Absolutdruckkorrekturwerts verbessert und daher kann der Innenzylinderdruckerfassungswert mit hoher Genauigkeit korrigiert werden.
Mit dem Steuergerät nach Anspruch 2 wird die Zündzeitgebung dann verzögert, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist und wenn die Drehmomentvariation der Brennkraftmaschine kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Somit kann der adiabatische Kompressionstakt effektiv verlängert werden, ohne die Fahreigenschaften stark zu beeinträchtigen.
Mit dem Steuergerät nach Anspruch 3 wird der Verzögerungswinkelbetrag der Zündzeitgebung in dem Bereich festgelegt, in dem die Drehmomentvariation den vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Somit kann gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung die Korrekturgenauigkeit des Innenzylinderdrucks verbessert werden, während die Verschlechterung der Fahreigenschaft unterdrückt werden kann.
Mit dem Steuergerät nach Anspruch 4 wird die Schließzeitgebung des Einlassventils vorgerückt, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist und wenn die Drehmomentvariation der Brennkraftmaschine größer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist. Somit kann der adiabatische Kompressionstakt effektiv verlängert werden, während die Drehmomentvariation in dem Bereich unterdrückt wird, in dem die Fahreigenschaft stark beeinträchtigt werden kann, wenn die Zündzeitgebung verzögert wird.
Mit dem Steuergerät nach Anspruch 5 wird die Drehmomentschwankung durch Steuern der Zündzeitgebung eines jeden Zylinders in der Brennkraftmaschine unterdrückt, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist und wenn die Drehmomentvariation der Brennkraftmaschine größer als oder gleich wie der vorbestimmte Wert ist. Somit kann durch Unterdrücken der Drehmomentvariation vor dem Verlängern des adiabatischen Kompressionstakts die Verschlechterung der Fahreigenschaft effektiv unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Blockschaubild zum Erläutern eines Systemaufbaus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Darstellung, die die Änderung des Innenzylinderdrucks P, des Innenzylindervolumens V und von PV^κ während des Kompressionstakts der Brennkraftmaschine zeigt.
3 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Intervall zwischen den Kurbelwinkeln CA₁ und CA₂ und der rechten Seite der obigen Gleichung (3) zeigt.
4 ist eine Darstellung, die die Variation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr relativ zu dem adiabatischen Kompressionstakt (Zündzeitgebung-Einlassventil) zeigt.
5 ist eine Darstellung, die eine Beziehung der Drehmomentvariation relativ zu einem Zündverzögerungsbetrag zeigt.
6 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Beispiels, wenn die Zündzeitgebung eines Zylinders je einem Zyklus verzögert wird.
7 ist eine Darstellung, die eine Beziehung eines Verschlechterungsgrads des Kraftstoffverbrauchs relativ zu einem Zündverzögerungsbetrag für jede Zündverzögerungszylinderanzahl zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Art zum Ausführen der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die gleichen oder entsprechenden Elemente in den Zeichnungen sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren doppelte Erläuterung ist ausgelassen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
Erstes Ausführungsbeispiel
[Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels]
1 ist ein schematisches Blockschaubild zum Erläutern eines Systemaufbaus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie dies in 1 gezeigt ist, hat ein System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eine Brennkraftmaschine 10. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer funkengezündeten, mehrzylindrischen Kraftmaschine versehen, die mit Benzin betrieben wird. Ein Kolben 12 wird in dem Zylinder der Brennkraftmaschine 10 hin und her bewegt. Die Brennkraftmaschine 10 hat einen Zylinderkopf 14. Eine Brennkammer 16 ist zwischen dem Kolben 12 und dem Zylinderkopf 14 ausgebildet. Ein Ende eines Einlassdurchlasses 18 und ein Ende eines Auslassdurchlasses 20 sind mit der Brennkammer 16 in Verbindung. Ein Einlassventil 22 und ein Auslassventil 24 sind jeweils an einem Verbindungsabschnitt des Einlassdurchlasses 18 mit der Brennkammer 16 und an einem Verbindungsabschnitt des Auslassdurchlasses 20 mit der Brennkammer 16 angeordnet.
Das Einlassventil 22 hat eine Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 zum variablen Steuern der Ventilzeitgebung. In diesem Ausführungsbeispiel wird als die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 ein variabler Ventilzeitgebungsmechanismus (VVT) verwendet, der die Öffnungs- und Schließzeitgebung während der Beibehaltung eines Arbeitswinkels so, dass er konstant ist, durch Ändern eines Phasenwinkels einer (nicht gezeigten) Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle vorrückt oder verzögert. Im weiteren Verlauf wird die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 als „VVT 36” bezeichnet.
An einem Einlass des Einlassdurchlasses 18 ist ein Luftreiniger 26 angebracht. Das Drosselventil 28 ist stromabwärts des Luftreinigers 26 angeordnet. Das Drosselventil 28 ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, das auf Grundlage eines Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgrads durch einen Drosselmotor angetrieben wird.
Eine Zündkerze 30 ist an dem Zylinderkopf 14 montiert, sodass sie von einem Scheitelpunkt der Brennkammer 16 in diese vorragt. Der Zylinderkopf 14 hat zudem ein Kraftstoffeinspritzventil 32 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder. Ferner ist ein Innenzylinderdrucksensor (CPS) 34 zum Erfassen eines Innenzylinderdrucks in jedem Zylinder in dem Zylinderkopf 14 eingegliedert.
Das System gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine ECU (elektronische Steuereinheit) 40, die in 1 gezeigt ist. Der vorstehend beschriebene Innenzylinderdrucksensor 34 und andere verschiedene Sensoren, etwa ein Kurbelwinkelsensor 42 zum Erfassen einer Rotationsposition der Kurbelwelle sind an einer Eingabeeinheit der ECU 40 angeschlossen. Zudem sind verschiedene Stellglieder, etwa das vorstehend beschriebene Drosselventil 28, die Zündkerze 30 und das Kraftstoffeinspritzventil 32 an einer Ausgabeeinheit der ECU 40 angeschlossen. Die ECU 40 steuert einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 auf Grundlage verschiedener eingegebener Informationen.
[Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels]
(Grundlegende Arbeitsweise der Absolutdruckkorrektur)
Der Innenzylinderdrucksensor 34 ist ein bemerkenswert effektiver Sensor, da der Innenzylinderdrucksensor 34 einen Verbrennungszustand in dem Zylinder direkt erfassen kann. Somit wird eine Ausgabe des Innenzylinderdrucksensors 34 als ein Steuerparameter für verschiedene Steuerungen der Brennkraftmaschine 10 verwendet. Beispielsweise wird ein erfasster Innenzylinderdruck zum Berechnen einer Menge von in den Zylinder eingesaugter Einlassluft oder zum Berechnen von Variationen eines gezeigten Drehmoments verwendet. Außerdem werden unter Verwendung des erfassten Innenzylinderdrucks eine Menge der Wärmeerzeugung PV^κ und ein MFB (ein Massenanteil des verbrannten Kraftstoffs) berechnet. Diese werden zum Erfassen einer unbeabsichtigten Zündung, zum Steuern der optimalen Zündzeitgebung oder dergleichen verwendet.
Jedoch erfasst der Innenzylinderdrucksensor 34 den Innenzylinderdruck als einen Relativdruck mit Bezug auf einen Einlassrohrdruck. Somit muss ein durch den Innenzylinderdrucksensor 34 erfasster Wert auf einen Absolutdruck korrigiert werden, damit er für verschiedene Steuerungen verwendet werden kann. Die grundlegende Arbeitsweise der Absolutdruckkorrektur wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert.
2 zeigt die Änderung des Innenzylinderdrucks P, des Innenzylinder-(Brennkammer 16)-volumens V und von PV^κ (κ ist ein Isentropenkoeffizient) während des Kompressionstakts der Brennkraftmaschine 10. Im Übrigen ist 2 unter der Bedingung dargestellt, dass das Einlassventil nach einem unteren Einlasstotpunkt geschlossen wird.
Wie dies in 2 gezeigt ist, wird der Innenzylinderdruck P mit dem Ansteigen des Kolbens 12 erhöht und das Innenzylindervolumen V wird mit dem Ansteigen des Kolbens 12 nach dem Einlassventil verringert. Der Innenzylinderdrucksensor 34 erfasst während dieses Prozesses den Relativdruck unter Bezugnahme auf den Einlassrohrdruck. Somit unterscheidet sich der durch den Innenzylinderdrucksensor erfasste Wert P_CPSDV, der in 2 als eine gestrichelte Linie dargestellt ist, von einem tatsächlichen Wert P_TV (durchgezogene Linie) des Innenzylinderdrucks, der in 2 mit einer durchgezogenen Linie gezeigt ist, um einen Fehler Pr.
Die durch die folgende Gleichung (2) gezeigte Beziehung ist zwischen dem tatsächlichen Wert P_TV und dem erfassten Wert P_CPSDV aufgestellt. Dann führt die ECU 40 die Absolutdruckkorrektur aus, um den einer solchen Differenz entsprechenden Fehler Pr von dem erfassten Wert P_CPSDV zu beseitigen. Genauer gesagt wird der Fehler Pr unter Berücksichtigung der Tatsache, dass PV^κ während des adiabatischen Kompressionstakt von dem Einlassventil zu der Zündzeitgebung theoretisch konstant ist und unter Verwendung der durch die folgende Gleichung (2) gezeigten Beziehung durch die Gleichung (3) unter Verwendung der Poisson-Gleichung, die während des adiabatischen Kompressionstakts aufgestellt wird, als ein Absolutdruckkorrekturwert Pr berechnet. Im Übrigen sind in der folgenden Gleichung (3) die Werte P₁ und P₂ durch den Innenzylinderdrucksensor an zwei vorbestimmten Kurbelwinkeln während des Kompressionstakts erfasste Werte und die Werte V₁ und V₂ sind Innenzylindervolumina zum Zeitpunkt der Erfassung von P₁ und P₂. P_TV = P_CPSDV + Pr (2) Pr = (P₂V₂ ^κ – P₁V₁ ^κ)/(V₁ ^κ – V₂ ^κ) (3)
Unter Verwendung der obigen Gleichungen (2) und (3) kann der erfasste Wert P_CPSDV ohne eine Konfiguration, die den Einlassrohrdruck erfasst auf den Absolutwert korrigiert werden,. Wenn die Anzahl an Zylindern in der Brennkraftmaschine 10 den Wert n hat (n ist im weiteren Verlauf eine ganze Zahl von 2 oder mehr), dann ist ein adiabatischer Kompressionstakt eines Zylinders, der in seinen Absolutdruck zu korrigieren ist, nahezu gleich wie ein adiabatischer Kompressionstakt eines anderen Zylinders, der dem einen Zylinder um einen 1/n – Zyklus (720°/n) vorausgeht. Wenn der erfasste Wert P_CPSDV des anderen Zylinders, der dem einen zu korrigierenden Zylinder um einen 1/n-Zyklus vorausgeht, als P₁ und P₂ in der Gleichung (3) verwendet wird, kann somit der Absolutdruckkorrekturwert Pr des Zylinders, der in den Absolutdruck zu korrigieren ist, präzise unterstellt bzw. angenommen werden.
Wenn die Kurbelwinkel zum Zeitpunkt der Erfassung von P₁ und P₂ jeweils durch CA₁ und CA₂ (CA₂ < CA₁) bezeichnet sind, dann ist es vorzuziehen, dass CA₁ so nahe wie möglich an die Zündzeitgebung des zu korrigierenden Zylinders auf die Vorrückungswinkelseite festgelegt wird und CA₂ so nahe wie möglich an die Schließzeitgebung des Einlassventils auf die Verzögerungswinkelseite festgelegt wird. Dementsprechend kann das Intervall zwischen CA₁ und CA₂ auf das Maximum verlängert werden. Somit kann die Berechnungsgenauigkeit des Absolutdruckkorrekturwerts Pr verbessert werden.
(Kennzeichnende Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels)
Als Nächstes wird unter Bezugsnahme auf 3 bis 7 eine kennzeichnende Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Als ein System zum Verbessern des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine 10 wird ein Atkinson-Zyklus vorgeschlagen. Der Atkinson-Zyklus ist ein System zum effektiven Nutzen thermischer Energie durch Erhöhen eines Ausdehnungsverhältnisses derart, dass es größer als ein Kompressionsverhältnis ist, und durch Verringern des Pumpverlusts. Wenn ein solches System auf das System dieses Ausführungsbeispiels angewendet wird, kann die Schließzeitgebung durch die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 auf die Verzögerungswinkelseite des unteren Einlasstotpunkts geändert werden.
Ein tatsächliches Kompressionsverhältnis kann durch Ändern der Schließzeitgebung des Einlassventils auf die Verzögerungswinkelseite des unteren Einlasstotpunkts verringert werden. Wenn jedoch das tatsächliche Kompressionsverhältnis verringert wird, dann wird eine Klopfgrenze an einer optimalen Zündzeitgebung (MBT) auf die Verzögerungswinkelseite versetzt. Dann wird die Zeitspanne zwischen der Schließzeitgebung des Einlassventils und der Zündzeitgebung, d. h., der adiabatische Kompressionstakt verkürzt. Folglich wird das Intervall zwischen den Kurbelwinkeln CA₁ und CA₂ zum Erfassen der Innenzylinderdrücke P₁ und P₂ eingeengt.
3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Intervall zwischen den Kurbelwinkeln CA₁ und CA₂ und der rechten Seite der obigen Gleichung (3). Wie dies in 3 gezeigt ist, sind dann beide Werte (P₂V₂ ^κ – P₁V₁ ^κ) und (V₁ ^κ – V₂ ^κ) groß, wenn das erfasste Intervall (CA₁ – CA₂) ausreichend lang ist. Dementsprechend ist die Variation in dem berechneten Absolutdruckkorrekturfehler Pr klein. Wenn jedoch das Intervall (CA₁ – CA₂) kurz ist, dann sind beide Werte (P₂V₂ ^κ – P₁V₁ ^κ) und (V₁ ^κ – V₂ ^κ) klein. Dementsprechend wird die Variation in dem berechneten Absolutdruckkorrekturfehler Pr allmählich groß.
In dem System gemäß diesem Ausführungsbeispiel führt somit dann, wenn ein adiabatischer Kompressionstakt zwischen der Schließzeitgebung des Einlassventils und der Zündzeitgebung kürzer als eine vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist, das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Steuerung zum Verlängern des adiabatischen Kompressionstakts durch und führt die Absolutdruckkorrektur auf Grundlage eines durch den Innenzylinderdrucksensor zu dieser Zeit erfassten Werts aus. 4 zeigt die Variation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr relativ zu dem adiabatischen Kompressionstakt (Zündzeitgebung – Schließzeitgebung des Einlassventils). Wie dies in 4 gezeigt ist, wird die Variation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr plötzlich groß, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer ist. Somit ist es vorzuziehen, dass die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th so festgelegt wird, dass sie die minimale Kurbelwinkelzeitspanne ist, und zwar unmittelbar bevor die Variation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr plötzlich groß wird. Genauer gesagt kann beispielsweise durch Vergleichen der Variation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr oder dessen Änderungsbetrag mit einem vorbestimmten Bestimmungswert ein Kurbelwinkel, bei dem die Variation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr plötzlich geändert wird, effektiv identifiziert werden.
Die Steuerung zum Verlängern des adiabatischen Kompressionstakts kann eine Zündverzögerungssteuerung zum Verzögern der Zündzeitgebung oder eine Einlassventilschließzeitgebungsvorrücksteuerung zum Vorrücken der Schließzeitgebung des Einlassventils sein. Jede dieser Steuerungen wird nachstehend ausführlich erläutert.
(Zündverzögerungssteuerung)
Zuerst wird die Zündverzögerungssteuerung nachstehend erläutert. Die Zündverzögerungssteuerung kann den adiabatischen Kompressionstakt effektiv verlängern. Wenn jedoch die zugehörige Steuerung ausgeführt wird, dann ist die Zündzeitgebung von der optimalen Zündzeitgebung (MBT) verschieden. 5 stellt eine Beziehung einer Drehmomentvariation relativ zu einem Zündverzögerungsbetrag dar. Wie in 5 gezeigt ist, verschlechtert sich die Drehmomentvariation mit größer werdendem Zündverzögerungsbetrag. Dementsprechend ist es anzunehmen, dass die Fahreigenschaftsanforderung dann nicht erfüllt werden kann, wenn die vorstehend beschriebene Zündverzögerungssteuerung in dem Betriebszustand ausgeführt wird, in dem die Drehmomentvariation groß ist.
Daher führt das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Zündverzögerungssteuerung dann aus, wenn eine Drehmomentvariation TF der Brennkraftmaschine 10 kleiner als eine vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist, die im Vorfeld als eine Drehmomentvariation festgelegt wird, die die Fahreigenschaftsanforderung erfüllen kann. Die Drehmomentvariation kann durch die folgende Gleichung (4) auf Grundlage des an jedem Zylinder angeordneten Innenzylinderdrucksensors 34 berechnet werden. In der folgenden Gleichung (4) gibt BPF eine Bandpassfilterverarbeitungsfunktion (hier liegt die Bandpassfilterverarbeitung in dem Bereich von 1 bis 4 Hz) an und STD gibt eine Standardabweichungsberechnungsfunktion an.
[Formel 1]
Die vorstehend beschriebene Zündverzögerungssteuerung wird für jeden Zylinder ausgeführt. 6 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Beispiels, bei dem die Zündzeitgebung eines Zylinders je einem Zyklus verzögert wird. Da die Zündzeitgebung eines Zylinders je einem Zyklus in dem in 6 gezeigten Beispiel verzögert wird, wird der Absolutdruckkorrekturwert Pr eines jeden Zylinders einmal je vier Zyklen nachgeführt. Wenn die Zündzeitgebungen von zwei Zylindern je einem Zyklus verzögert werden, wird auf eine ähnliche Weise der Absolutdruckkorrekturwert Pr eines jeden Zylinders einmal je zwei Zyklen nachgeführt.
Es ist vorzuziehen, dass die Anzahl der Zylinder, von denen die Zündzeitgebungen je einem Zyklus verzögert werden (die im Weiteren als „Zündverzögerungszylinderanzahl” bezeichnet wird) erhöht wird, um die Nachführhäufigkeit des Absolutdruckkorrekturwerts Pr zu erhöhen. Jedoch hat die Zündverzögerungssteuerung einen Bezug zu der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs. 7 stellt eine Beziehung eines Verschlechterungsgrads des Kraftstoffverbrauchs relativ zu einem Zündverzögerungsbetrag für jede Zündverzögerungszylinderanzahl dar. Wie dies in 7 gezeigt ist, wird nachgewiesen, dass der Kraftstoffverbrauch sich verschlechtert, wenn der Zündverzögerungsbetrag größer wird und die Zündverzögerungszylinderzahl größer wird.
Daher sollte in dem System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Zündzeitgebungszylinderzahl für jeden Betriebsbereich in Hinsicht auf den Verschlechterungsgrad des Kraftstoffverbrauchs festgelegt werden, wenn die Zündverzögerungssteuerung ausgeführt wird. Beispielsweise ist es genauer gesagt vorzuziehen, dass die Zündverzögerungszylinderanzahl in einem Betriebsbereich (beispielsweise einem MBT-Bereich), in dem der Verschlechterungsgrad des Kraftstoffverbrauchs infolge der Verzögerung der Zündzeitgebung klein ist, erhöht werden sollte, und dass die Zündverzögerungszylinderanzahl in einem Betriebsbereich, in dem der Verschlechterungsgrad des Kraftstoffverbrauchs groß ist, verringert werden sollte. Somit kann die Nachführhäufigkeit des Absolutdruckkorrekturwerts Pr verbessert werden, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs unterdrückt wird.
(Einlassventilschließzeitgebungsvorrücksteuerung)
Als Nächstes wird nachstehend die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung erläutert. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die Zündverzögerungssteuerung in dem Betriebszustand, in dem die Drehmomentvariation TF groß ist, nicht geeignet. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung dann ausgeführt wird, wenn die Drehmomentvariation TF größer als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist. Somit kann der adiabatische Kompressionstakt effektiv verlängert werden, während die Drehmomentvariation unterdrückt werden kann. Da jedoch die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung durch Antreiben der Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 ausgeführt wird, verschlechtert sich deren Steuerungsansprechverhalten verglichen mit der Zündzeitgebungssteuerung. Da zudem der Pumpverlust erhöht wird, wenn das IVC vorgerückt wird, verschlechtert sich der Kraftstoffverbrauch.
Wenn die Drehmomentvariation TF größer als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist, ist es daher vorzuziehen, dass die Steuerung zum Unterdrücken der Drehmomentvariation durch Steuern der Zündzeitgebung eines jeden Zylinders (die im Weiteren als ”Drehmomentvariationsausgleichssteuerung” bezeichnet ist) ausgeführt wird, bevor die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung ausgeführt wird. Wenn die Drehmomentvariation TF durch Ausführen einer solchen Steuerung so unterdrückt werden kann, dass sie kleiner als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th wird, dann wird die Zündverzögerungssteuerung anstelle der Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung ausgeführt. Somit kann die Genauigkeit der Absolutdruckkorrektur verbessert werden, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs unterdrückt wird.
[Spezifische Verarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels]
Als Nächstes wird eine spezifische Verarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 8 erläutert. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die von der ECU 40 in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird. In der in 8 gezeigten Routine wird zuerst bestimmt, ob eine Differenz von Kurbelwinkeln zwischen der gegenwärtigen Zündzeitgebung und dem IVC (adiabatischer Kompressionstakt) größer als eine vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist oder nicht (Schritt 100). Ein Wert, der in Übereinstimmung mit der in 4 gezeigten Beziehung voreingestellt wird, wird als die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th verwendet. Wenn die Beziehung: Zündzeitgebung – IVC > CA_th erfüllt ist, wird bestimmt, dass die Variation der Absolutdruckkorrektur klein ist. Dann schreitet die Verarbeitung zu einem nächsten Schritt vor, um die Absolutdruckkorrektur für jeden Zylinder auf Grundlage der obigen Gleichungen (2) und (3) auszuführen (Schritt 102).
Wenn andererseits die Beziehung: die Zündzeitgebung – IVC > CA_th in dem zuvor beschriebenen Schritt 100 nicht erfüllt ist, dann wird bestimmt, dass die Variation der Absolutdruckkorrektur groß ist. Dann schreitet die Verarbeitung zu einem nächsten Schritt vor, um zu bestimmen, ob die Drehmomentvariation TF kleiner als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist oder nicht (Schritt 104). Genauer gesagt werden die unter Verwendung der obigen Gleichung (4) berechnete Drehmomentvariation TF und die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th miteinander verglichen. Ferner wird ein Wert, der als eine Drehmomentvariation zum Erfüllen des Fahreigenschaftserfordernisses voreingestellt wird, als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th verwendet. Als ein Ergebnis wird dann, wenn die Beziehung: die Drehmomentvariation TF < TF_th erfüllt ist, bestimmt, dass die gegenwärtige Drehmomentvariation in einem zulässigen Bereich liegt, in dem das Fahreigenschaftserfordernis erfüllt ist. Dann schreitet die Verarbeitung zu einem nächsten Schritt vor, um der Reihe nach die Verzögerungssteuerung der Zündzeitgebung eines jeden Zylinders auszuführen (Schritt 106). Genauer gesagt, wird der Zündverzögerungsbetrag derart festgelegt, dass die Drehmomentvariation in dem Bereich liegt, in dem die Drehmomentvariation den Wert TF_th mit Hinblick auf die Beziehung zwischen dem Zündverzögerungsbetrag und der in 6 gezeigten Drehmomentvariation nicht überschreitet. Zudem ist die Zündverzögerungszylinderanzahl so festgelegt, dass sie im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Zündverzögerungszylinderanzahl und dem Kraftstoffverbrauch, die in 7 gezeigt ist, in dem festgelegten Zündverzögerungsbetrag zulässig ist.
Nachdem die Zündverzögerungssteuerung in dem vorstehend beschriebenen Schritt 106 ausgeführt wurde, wird bestimmt, ob der adiabatische Kompressionstakt des Zylinders, für den die Zündverzögerungssteuerung ausgeführt wird, länger als die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist oder nicht (Schritt 108).
Genauer gesagt wird die gleiche Verarbeitung wie die Verarbeitung in dem vorstehend beschriebenen Schritt 100 für den Zylinder ausgeführt, für den die Zündzeitgebung verzögert ist. Wenn die Beziehung: die Zündzeitgebung – IVC > CA_th nicht erfüllt ist, dann wird bestimmt, dass die Variation der Absolutdruckkorrektur noch groß ist. Dann wird diese Routine nochmals von dem vorstehend beschriebenen Schritt 104 gestartet.
Wenn andererseits die Beziehung: die Zündzeitgebung – IVC > CA_th in dem zuvor beschriebenen Schritt 108 erfüllt ist, dann wird bestimmt, dass die Variation der Absolutdruckkorrektur klein ist. Dann schreitet die Verarbeitung zu einem nächsten Schritt vor, um die Absolutdruckkorrektur für den Zylinder durchzuführen, dessen Zündzeitgebung verzögert ist (Schritt 110).
Wenn ferner die Beziehung: die Drehmomentvariation TF < TF_th in dem vorstehend beschriebenen Schritt 104 nicht erfüllt ist, wird bestimmt, dass das Fahreigenschaftserfordernis nicht erfüllt ist. Dann schreitet die Verarbeitung zu einem nächsten Schritt vor, um die Drehmomentvariationsausgleichssteuerung (Schritt 112) auszuführen. Genauer gesagt wird die Zündzeitgebung eines jeden Zylinders derart gesteuert, dass die Drehmomentvariation optimal ist.
Als Nächstes wird bestimmt, ob die Drehmomentvariation TF kleiner als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist oder nicht (Schritt 114). Genauer gesagt wird die gleiche Verarbeitung wie die Verarbeitung in dem zuvor beschriebenen Schritt 104 ausgeführt. Wenn die Beziehung: die Drehmomentvariation TF < TF_th erfüllt ist, dann wird bestimmt, dass das Fahreigenschaftserfordernis infolge der Verarbeitung in dem zuvor beschriebenen Schritt 112 erfüllt ist. Dann wird diese Routine sofort beendet. Wenn andererseits die Beziehung: die Drehmomentvariation TF < TF_th in dem zuvor beschriebenen Schritt 114 nicht erfüllt ist, dann wird bestimmt, dass das Fahreigenschaftserfordernis sogar nach der Verarbeitung in dem zuvor beschriebenen Schritt 112 nicht erfüllt ist. Dann schreitet die Verarbeitung zu einem nächsten Schritt vor, um die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung zum Vorrücken des IVC auszuführen (Schritt 116).
Wie dies zuvor beschrieben ist, führt das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Zündverzögerungssteuerung oder die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung dann aus, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist. Dementsprechend kann der adiabatische Kompressionstakt wirkungsvoll verlängert werden. Somit kann eine höchstpräzise Absolutdruckkorrektur durchgeführt werden, während die Berechnungsvariation des Absolutdruckkorrekturwerts Pr unterdrückt wird.
Genauer gesagt führt das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Zündverzögerungssteuerung dann aus, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist und wenn die Drehmomentvariation TF kleiner als die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist. Somit kann die Genauigkeit der Absolutdruckkorrektur verbessert werden, während die Fahreigenschaftsanforderung erfüllt ist.
Außerdem führt das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung dann durch, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist und wenn die Drehmomentvariation TF größer als oder gleich wie die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist. Somit kann die Genauigkeit der Absolutdruckkorrektur verbessert werden, während die Drehmomentvariation unterdrückt wird.
Ferner führt das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Drehmomentvariationsausgleichsteuerung vor der Einlassventilschließzeitvorrücksteuerung aus, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte. Kurbelwinkelzeitspanne CA_th ist und wenn die Drehmomentvariation TF größer als oder gleich wie die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th ist. Somit kann die Drehmomentvariation durch die Zündzeitgebungssteuerung, die ein gutes Steuerungsansprechverhalten hat, unmittelbar unterdrückt werden, und die Gelegenheit zum Ausführen der Zündverzögerungssteuerung kann effektiv verbessert werden.
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird als die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung verwendet, das die Öffnungs- und Schließzeitgebung vorrückt oder verzögert, während ein Arbeitswinkel instand gehalten wird, indem ein Phasenwinkel der Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle geändert wird. Jedoch ist eine Vorrichtung, die als die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 verwendet werden kann, nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten kann beispielsweise die Schließzeitgebung des Einlassventils für jeden Zylinder individuell unter Verwendung eines Solenoidventils oder dergleichen gesteuert werden, das die Schließzeitgebung des Einlassventils eines jeden Zylinders variieren kann.
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel entspricht der durch den Innenzylinderdrucksensor erfasste Wert dem „Innenzylinderdruckerfassungswert” gemäß Anspruch 1, der Innenzylinderdrucksensor 34 entspricht dem „Innenzylinderdrucksensor” gemäß Anspruch 1 und die vorbestimmte Kurbelwinkelzeitspanne CA_th entspricht der „vorbestimmten Zeitspanne” gemäß Anspruch 1. Zudem führt die ECU 40 die Verarbeitung in dem vorstehend beschriebenen Schritt 100 durch das „Vergleichsmittel” gemäß Anspruch 1 aus, die ECU 40 führt die Verarbeitung in den vorstehend beschriebenen Schritten 102 und 108 durch das „Absolutdruckkorrekturmittel” gemäß Anspruch 1 aus und die ECU 40 führt die Verarbeitung in den zuvor beschriebenen Schritten 106 und 116 durch das „Adiabatischer-Kompressionstakt-Änderungsmittel” gemäß Anspruch 1 aus.
Ferner entspricht in dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th dem „vorbestimmten Wert” gemäß Anspruch 2. Die ECU 40 führt die Verarbeitung in dem zuvor beschriebenen Schritt 104 durch das „Drehmomentvariationsberechnungsmittel” gemäß Anspruch 2 aus und die ECU 40 führt die Verarbeitung in dem zuvor beschriebenen Schritt 106 durch das „Zündverzögerungsmittel” gemäß Anspruch 2 aus.
Ferner führt die ECU 40 in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Verarbeitung in dem oben beschriebenen Schritt 106 durch das „Verzögerungswinkelbetragfestlegungsmittel” gemäß Anspruch 3 aus.
Außerdem entspricht in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die vorbestimmte Drehmomentvariation TF_th dem „vorbestimmten Wert” gemäß Anspruch 4 und die Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung 36 entspricht dem „variablen Ventilmechanismus” gemäß Anspruch 4. Die ECU 40 führt die Verarbeitung in dem oben beschriebenen Schritt 114 durch das „Drehmomentvariationsberechnungsmittel” gemäß Anspruch 4 aus und die ECU 40 führt die Verarbeitung in dem oben beschriebenen Schritt 116 durch das „Einlassventilschließzeitgebungsvorrückmittel” gemäß Anspruch 4 aus.
Ferner führt die ECU 40 in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Verarbeitung in dem oben beschriebenen Schritt 112 durch das „Drehmomentvariationsausgleichssteuerungsmittel” gemäß Anspruch 5 aus.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
12: Kolben
14: Zylinderkopf
16: Brennkammer
18: Einlassdurchlass
20: Auslassdurchlass
22: Einlassventil
24: Auslassventil
26: Luftreiniger
28: Drosselventil
30: Zündkerze
32: Kraftstoffeinspritzventil
34: Innenzylinderdrucksensor
36: Einlassventilzeitgebungssteuereinrichtung (VVT)
40: ECU (elektronische Steuereinheit)
42: Kurbelwinkelsensor

Claims

Steuergerät für eine Brennkraftmaschine (10), die folgendes aufweist: einen Innenzylinderdrucksensor zum Ausgeben eines Innenzylinderdruckerfassungswerts eines vorbestimmten Zylinders an einem vorbestimmten Kurbelwinkel in der Brennkraftmaschine (10); ein Innenzylinderdruckerfassungsmittel zum Erfassen von Innenzylinderdruckerfassungswerten P1 und P2 an vorbestimmten Kurbelwinkeln θ₁ und θ₂ während einem adiabatischen Kompressionstakt des vorbestimmten Zylinders ab der Schließzeitgebung eines Einlassventils bis zur Zündzeitgebung unter Verwendung des Innenzylinderdrucksensors (34); ein Absolutdruckkorrekturwertberechnungsmittel, das einen Absolutdruckkorrekturwert Pr gemäß folgender Gleichung berechnet Pr = (P₂V₂ ^κ – P₁V₁ ^κ)/(V₁ ^κ – V₂ ^κ) wobei ein Innenzylindervolumen des vorbestimmten Zylinders an dem Kurbelwinkel θ₁ den Wert V₁ hat, ein Innenzylindervolumen des vorbestimmten Zylinders an dem Kurbelwinkel θ₂ den Wert V₂ hat, ein Isentropenkoeffizient des Innenzylindergases in dem vorbestimmten Zylinder mit κ bezeichnet ist, P₁V₁ ^κ der Wert von PV^κ an dem Kurbelwinkel θ₁ ist, und P₂V₂ ^κ der Wert von PV^κ an dem Kurbelwinkel θ₂ ist; und ein Absolutdruckkorrekturmittel zum Korrigieren des Innenzylinderdruckerfassungswerts unter Verwendung des Absolutdruckkorrekturwerts; wobei das Gerät folgendes aufweist: ein Vergleichsmittel zum Vergleichen des adiabatischen Kompressionstakts mit einer vorbestimmten Zeitspanne; und ein Adiabatischer-Kompressionstakt-Änderungsmittel zum Verlängern des adiabatischen Kompressionstakts dann, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist.
Steuergerät für die Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 1, das ferner folgendes aufweist: ein Drehmomentvariationsberechnungsmittel zum Berechnen einer Drehmomentvariation der Brennkraftmaschine (10), die durch eine Zündverzögerung hervorgerufen wird, wobei das Adiabatischer-Kompressionstakt-Änderungsmittel ein Zündverzögerungsmittel zum Verzögern der Zündzeitgebung aufweist, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist und wenn die Drehmomentvariation kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Steuergerät für die Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 2, wobei das Zündverzögerungsmittel ein Verzögerungswinkelbetragfestlegungsmittel zum Festlegen eines Verzögerungswinkelbetrags an der Zündzeitgebung in einem Bereich aufweist, in dem die Drehmomentvariation den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Steuergerät für die Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das folgendes aufweist: ein Drehmomentvariationsberechnungsmittel zum Berechnen der Drehmomentvariation der Brennkraftmaschine (10), die durch eine Zündverzögerung hervorgerufen wird; und einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus (36) zum Variieren der Schließzeitgebung des Einlassventils, wobei das Adiabatischer-Kompressionstakt-Änderungsmittel ein Einlassventilvorrückmittel zum Vorrücken der Schließzeitgebung des Einlassventils durch Steuern des variablen Ventilzeitgebungsmechanismus (36) hat, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist, und wenn die Drehmomentvariation größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert ist.
Steuergerät für die Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, das ferner folgendes aufweist: ein Drehmomentvariationsausgleichssteuerungsmittel, das eine Drehmomentvariationsausgleichssteuerung zum Unterdrücken der Drehmomentvariation durch Steuern der Zündzeitgebung eines jeden Zylinders in der Brennkraftmaschine (10) ausführt, wenn der adiabatische Kompressionstakt kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist und wenn die Drehmomentvariation größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert ist.