DE112012002218B4

DE112012002218B4 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart

Info

Publication number: DE112012002218B4
Application number: DE112012002218.1T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Arihara
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2032-05-19
Also published as: JP2012241654A; DE112012002218T5; CN103562531A; US20140182557A1; CN103562531B; WO2012161127A1; JP5396430B2; US9181912B2

Abstract

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart, bei welchem Kraftstoff unterteilten Einspritzungen in eine Verbrennungskammer (106) mehrmals in einem Verbrennungstakt unterzogen wird,wobei dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer (106) wieder aufgenommen wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer (106) gemäß einem Betriebszustand eines Fahrzeugs zeitweilig unterbrochen wurde,in einem Fall, in dem eine Kraftstoffunterbrechungsperiode, von dem Zeitpunkt, an dem die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, bis zu der Wiederaufnahme der Kraftstoffeinspritzung lang ist, zumindest eine erste Einspritzmengenrate der unterteilten Einspritzungen so gesteuert wird, dass sie abnimmt im Vergleich mit den verbleibenden Einspritzmengenraten der unterteilten Einspritzungen, als in einem Fall, in dem die Kraftstoffunterbrechungsperiode kurz ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart.
Stand der Technik
Ein Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart, bei dem Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird, ist allgemein bekannt. Der Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart führt eine direkte Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer mittels eines Kraftstoffeinspritzventils durch und erreicht eine Reduzierung der Abgasmenge und des Kraftstoffverbrauchs, eine Leistungssteigerung und dergleichen.
Bei dem Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart kann der eingespritzte Kraftstoff in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzzeitgebung an einem Kolbenboden oder einer Zylinderbohrungswandoberfläche anhaften.
Wenn eine an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftende/verbleibende Kraftstoffmenge groß ist, wird in einigen Fällen dieser Kraftstoff bis zur Zündung nicht vollständig verdampft, so dass die Tendenz der Zunahme des unverbrannten Gases besteht. Daher offenbaren beispielsweise die JP 2009-102997 A und die JP 2009-102998 A eine Technik der Veränderung der Kraftstoffeinspritzzeitgebung aus einer Einspritzdüse bei niedriger Temperatur der Zylinderbohrungswandoberfläche in einem Ansaugtakt, so dass sich der Kraftstoff über die Oberfläche des Kolbenbodens ausbreiten kann und ohne weiteres verdampft werden kann.
Darüber hinaus offenbart die JP 2002-161790 A eine Technik, bei der die Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungstakt mehrmals durchgeführt wird und die Kraftstoffeinspritzmenge jedes Mal entsprechend klein gemacht wird, um dadurch die Anhaftung von Kraftstoff an der Zylinderbohrungswandoberfläche zu reduzieren, wobei ein Zeitabstand zwischen einer Einspritzung und der nächsten Einspritzung im Hinblick auf eine Veränderung der Betriebsbedingungen eines Motors bei einem ungefähren Kurbelwinkel konstant gehalten wird, das heißt der Einspritzungszeitabstand wird länger eingestellt, wenn die Umdrehung niedriger wird, und wird kürzer eingestellt, wenn die Umdrehung höher wird, um dadurch den Kraftstoff in verteilter Weise zu sprühen.
Wenn eine an der Kolbenbodenoberfläche und der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftende und verbleibende Kraftstoffmenge groß ist, besteht die Neigung, dass die Anzahl der Abgaspartikel von partikelförmigen Stoffen (nachfolgend als PM bezeichnet) ansteigt. Insbesondere wenn die an der Kolbenbodenoberfläche anhaftende Kraftstoffmenge groß ist, besteht die Neigung, dass die Anzahl der Abgaspartikel der PM zunimmt. In der jüngeren Vergangenheit besteht aufgrund der Luftverschmutzung und den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit ein gesteigerter Bedarf, dass bei dem Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart die Anzahl der Abgaspartikel der PM reduziert wird.
Die US 5 762 043 A betrifft eine Steuervorrichtung für einen Motor. Eine Kraftstoffeinspritzmenge für einen Motor wird basierend auf einer zylindervolumenequivalenten Kraftstoffeinspritzmenge und einer Wanddurchflusskorrekturmenge bestimmt. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird auch bei einer anfänglichen Einspritzung verringert, wenn die Kraftstoffeinspritzung erneut gestartet wird, nachdem sie gestoppt wurde.
Liste der Druckschriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-102997 A
Patentliteratur 2: JP 2009-102998 A
Patentliteratur 3: JP 2002-161790 A

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Legt man den Schwerpunkt auf die Anzahl der Abgaspartikel der PM, nimmt dann, wenn die Einspritzzeitgebung vorgestellt wird, um die Kraftstoffmenge zu reduzieren, die an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftet und verbleibt, die an der Kolbenbodenoberfläche anhaftende und verbleibende Kraftstoffmenge zu und die Anzahl der Abgaspartikel der PM nimmt zu. Wenn die Einspritzzeitgebung verzögert wird, um die Zunahme der Anzahl der Abgaspartikel der PM zu reduzieren, nimmt die an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftende und verbleibende Kraftstoffmenge zu und unverbranntes Gas nimmt zu.
Ferner ist im Fall der unterteilten Einspritzung, bei der eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen während eines Verbrennungstakts ausgeführt wird, ein Zeitabstand zwischen einer Einspritzung und der nächsten Einspritzung bei der unterteilten Einspritzung erforderlich, und somit liegt ein Endzeitpunkt der Einspritzung mehr auf der verzögerten Seite als im Fall der nur einmaligen Einspritzung von Kraftstoff während eines Verbrennungstakts. Als Resultat ist in einigen Fällen möglicherweise der bis zur Zündung eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig verdampft und der Grad der Homogenität des Gasgemischs im Zylinder wird reduziert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart zu schaffen, die eine an einer Kolbenbodenoberfläche und einer Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftende und verbleibende Kraftstoffmenge reduziert, um so eine Zunahme der Zahl der Abgaspartikel der PM zu unterdrücken, wenn die Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungstakt in dem Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart mehrmals erfolgt.
Um die Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart, bei welcher Kraftstoff unterteilten Einspritzungen in eine Verbrennungskammer mehrmals in einem Verbrennungstakt unterzogen wird, wobei dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer wieder aufgenommen wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer bedingt durch einen Betriebszustand eines Fahrzeugs zeitweilig unterbrochen wurde, in einem Fall, in dem eine Kraftstoffunterbrechungsperiode, von dem Zeitpunkt, an dem die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, bis zu der Wiederaufnahme der Kraftstoffeinspritzung lang ist, zumindest eine erste Einspritzmengenrate der unterteilten Einspritzungen so gesteuert wird, dass sie im Vergleich mit den verbleibenden Einspritzmengenraten der unterteilten Einspritzungen vermindert wird, als in einem Fall, in dem die Kraftstoffunterbrechungsperiode kurz ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß vorliegender Erfindung kann bei unterteilter mehrstufiger Einspritzung, bei welcher der in einem Verbrennungstakt einzuspritzende Kraftstoff in mehrmalige Einspritzvorgänge unterteilt wird, eine an einer Kolbenbodenfläche und einer Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftende und verbleibende Kraftstoffmenge reduziert werden und eine Zunahme der Anzahl der Abgaspartikel der PM kann unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration eines allgemeinen Steuersystems eines Verbrennungsmotors der Direkteinspritzungsbauart gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Beziehung von Eingangs-/Ausgangssignalen einer Motorsteuereinheit veranschaulicht, welche in einer Systemkonfiguration verwendet wird, die eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt.
3 ist ein Schaubild, das Beziehungen einer anhaftenden Kraftstoffmenge und einer PM-Emissionsmenge zu der Kraftstoffeinspritzzeitgebung veranschaulicht.
4 ist ein Schaubild, welches Beziehungen der PM-Emissionsmenge, einer Kraftstoffverbrauchsrate und einem Ausmaß der Ölverdünnung zu der Kraftstoffeinspritzzeitgebung zeigt.
5 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Anzahl der unterteilten Einspritzungen und der PM-Emissionsmenge zeigt.
6 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem unterteilten Einspritzungszeitabstand und der PM-Emissionsmenge zeigt.
Die Figuren'7(A) bis 7(C) sind Schaubilder, die eine Beziehung zwischen einer kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechungszeit und der PM-Emissionsmenge zeigen.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerungsinhalte der unterteilten mehrstufigen Einspritzungssteuerung des Verbrennungsmotors der Direkteinspritzungsbauart gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsinhalte der in 8 gezeigten Mengeneinstellung der unterteilten Einspritzung zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsinhalte einer in 8 veranschaulichten Zeitgebung der unterteilten Einspritzung zeigt.
11 ist ein Schaubild, das eine Map-Funktion zur Berechnung der Menge der in 9 veranschaulichen geteilten Einspritzung zeigt.
12 ist ein Schaubild, das eine eine Map-Funktion zur Berechnung der Menge der in 9 veranschaulichen geteilten Einspritzung zeigt.
13 ist ein Schaubild, das eine Map-Funktion zur Berechnung der in 10 veranschaulichten Einspritzzeitgebung zeigt.
14 ist ein Schaubild, das ein Steuerungsbeispiel der Steuerung der unterteilten mehrstufigen Einspritzung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist ein Schaubild, das ein Steuerungsbeispiel der Steuerung der unterteilten mehrstufigen Einspritzung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart
101: Motorsteuereinheit
102: Luftfilter
103: Luftmengenmesser
104: elektronische Drosselklappensteuerung
105: Ansaugrohr
106: Verbrennungskammer
107: Drosselklappenöffnungssensor
108: Hochdruck-Kraftstoffpumpe
109: Einspritzventil
110: Zündspule
111: Zündkerze
112: AGR-Rohr
113: AGR-Steuerventil
114: AGR-Durchflussmengensensor
115: Kurbelwelle
116: Kurbelwinkelsensor
117: Common Rail
118: Ansauglufttemperatursensor
201: Nockenwinkelsensor
202: Wassertemperatursensor
203: Sensor für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis
204: Kraftstoffdrucksensor
205: Öltemperatursensor
206: Hochdruckpumpensolenoid
207: Niederdruck-Kraftstoffpumpe

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht der Konfiguration eines allgemeinen Steuersystems für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart 1, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Durch einen Eingangsteil eines Luftfilters 102 angesaugte Ansaugluft tritt durch einen Ansaug-Luftmengenmesser (Luftmengensensor) 103, tritt durch ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 104, das eine Ansaugluftmenge steuert, wird in jedes Ansaugrohr 205, das mit jedem Zylinder verbunden ist, verteilt und anschließend in eine Verbrennungskammer 106 jedes Zylinders eingeführt. Zusätzlich wird ein die Ansaugluftmenge darstellendes Signal von dem Ansaugluftmengenmesser 103 an eine Motorsteuereinheit 101 ausgegeben. Ein Drosselklappenöffnungssensor 107, der das Ausmaß der Öffnung der elektronisch gesteuerten Drosselklappe 104 erfasst, ist vorgesehen und ein Signal von diesem wird ebenfalls an die Motorsteuereinheit 101 ausgegeben. Ferner ist ein Ansauglufttemperatursensor 118 an dem Ansaugrohr 105 angebracht, der eine Ansauglufttemperatur erfasst und ein Signal von diesem wird ebenfalls an die Motorsteuereinheit 101 ausgegeben.
Kraftstoff wird zuerst von einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) unter Druck gesetzt und anschließend durch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 108 unter einen höheren Druck gesetzt und über ein Common Rail 117 durch eine in jedem Zylinder vorgesehene Einspritzdüse 109 in die Verbrennungskammer 106 eingespritzt. Der in die Verbrennungskammer eingespritzte Kraftstoff wird verwendet, um ein Gasgemisch mit der Ansaugluft zu erzeugen, wird an einer Zündkerze 111 durch Zündenergie von einer Zündspule 110 gezündet und verbrennt innerhalb der Verbrennungskammer 106.
Aus der Verbrennungskammer 106 ausgestoßenes Abgas wird zu einem Auspuffrohr ausgestoßen und ein AGR-Einlass ist in der Mitte des Auspuffrohrs gebildet. Ein Teil des durch das Auspuffrohr strömenden Auspuffgases (AGR-Gas) tritt durch den AGR-Einlass in ein AGR-Rohr 112 ein, fließt in ein AGR-Steuerventil 113 und fließt durch einen AGR-Auslass zurück zu dem Ansaugrohr 105.
Eine Durchflussmenge des AGR-Gases wird durch das AGR-Steuerventil 113 eingestellt. Ein AGR-Durchflussmengensensor 114 zur Messung der Durchflussmenge des AGR-Gases ist innerhalb des AGR-Rohrs angebracht. Ein Durchflussmengen-Erfassungssignal des AGR-Durchflussmengensensors wird an die Motorsteuereinheit 101 ausgegeben.
Ein an einer Kurbelwelle 115 des Motors angebrachter Kurbelwinkelsensor 116 gibt ein Signal an die Motorsteuereinheit 101 aus, das eine Drehposition der Kurbelwelle darstellt.
2 veranschaulicht eine Eingangs-/Ausgangs-Beziehung der Motorsteuereinheit. Die Motorsteuereinheit 101 enthält eine I/O-LSI 101a, die einen A/D-Wandler, eine CPU 101b und dergleichen enthält. Die Motorsteuereinheit 101 ist so konfiguriert, dass sie als Eingänge Signale von verschiedenen Sensoren einschließlich des Luftmengensensors 103, des Drosselklappenöffnungssensors 107, des Kurbelwinkelsensors 116, eines Wassertemperatursensors 202, eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 203, eines Kraftstoffdrucksensors 204, eines Öltemperatursensors 205 und des AGR-Durchflussmengensensors 114 aufnimmt, eine vorbestimmte arithmetische Verarbeitung durchführt, verschiedene Steuersignale, die als Resultat der arithmetischen Verarbeitung berechnet wurden, ausgibt, und die vorbestimmten Steuersignale an das elektronisch gesteuerte Drosselventil 104, ein Hochdruckpumpensolenoid 206, die Zündspule 110 und jedes Einspritzventil 109 abgibt, welche Aktuatoren sind um eine Steuerung des Kraftstoffdrucks innerhalb des Common Rail, eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzventils, eine Steuerung der Zündzeitgebung und dergleichen durchzuführen. Die I/O-LSI ist mit einer Ansteuerschaltung versehen, welche jedes Einspritzventil ansteuert, eine Aufwärtswandlerschaltung (nicht dargestellt) veranlasst, eine von einer Batterie zugelieferte Spannung anzuheben und zuzuführen, und einen IC (nicht dargestellt) veranlasst, eine Strom zu steuern um somit jede Einspritzdüse anzusteuern.
Eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung und einer PM-Emissionsmenge wird unter Bezug auf 3 beschrieben.
3 zeigt Beziehungen einer anhaftenden Kraftstoffmenge an einer Kolbenbodenoberfläche, einer anhaftenden Kraftstoffmenge an einer Zylinderbohrung und der PM-Emissionsmenge zu der Einspritzzeitgebung, wenn der Kraftstoff einmal in einem Verbrennungstakt eingespritzt wird. Die horizontale Achse jedes Schaubilds stellt eine Einspritzzeitgebung während eines Ansaugtakts des Motors dar. OT bezeichnet einen oberen Totpunkt und UT bezeichnet einen unteren Totpunkt eines Kolbens. In dem Fall, indem die Kraftstoffeinspritzzeitgebung zu früh ist (nahe OT), nimmt die an der Kolbenbodenoberfläche anhaftende Kraftstoffmenge zu und es besteht die Tendenz zur Zunahme der erzeugten PM-Menge. In dem Fall, in dem die Kraftstoffeinspritzzeitgebung zu spät (nahe UT) ist, nimmt die an der Zylinderbohrung anhaftende Kraftstoffmenge zu und in ähnlicher Weise besteht die Tendenz zur Zunahme der erzeugten PM-Menge. Auf diese Weise nimmt in dem Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart dann, wenn die Einspritzzeitgebung vorgestellt wird, um die Menge des an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftenden/verbleibenden Kraftstoffs zu reduzieren, die Menge des an der Kolbenbodenoberfläche anhaftenden/verbleibenden Kraftstoffs zu und es besteht die Tendenz, dass die Anzahl der Abgaspartikel der PM zunimmt. Wenn die Einspritzzeitgebung verzögert wird, um eine Zunahme der Anzahl der Abgaspartikel der PM zu unterdrücken, nimmt die Menge des an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftenden/verbleibenden Kraftstoffs zu und es besteht die Tendenz, dass das unverbrannte Gas zunimmt.
Es sei angemerkt, dass der Einfluss der erzeugten PM-Menge auf die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderbohrung relativ kleiner als auf die Kraftstoffanhaftung an der Kolbenbodenoberfläche ist.
Um die erzeugte PM-Menge zu minimieren, wenn der Kraftstoff in einem Verbrennungstakt einmal eingespritzt wird, ist es wünschenswert, den Kraftstoff während einer mittleren Periode des Ansaugtakts einzuspritzen, in welcher die Summe der anhaftenden Kraftstoffmenge an der Kolbenbodenoberfläche und der anhaftenden Kraftstoffmenge an der Zylinderbohrung am kleinsten ist.
Die Beziehungen der erzeugten PM-Menge, der Kraftstoffverbrauchsrate und des Ausmaßes der Ölverdünnung werden unter Bezug auf 4 beschrieben.
4 veranschaulicht die PM-Emissionsmenge, die Kraftstoffverbrauchsrate und das Ausmaß der Ölverdünnung, wenn die Kraftstoffeinspritzzeitgebung verändert wird. Die Kraftstoffeinspritzzeitgebung, bei welcher die PM-Emissionsmenge am kleinsten wird, fällt in die mittlere Periode des Ansaugtakts, wohingegen die Kraftstoffeinspritzzeitgebungen, bei welchen die Kraftstoffverbrauchsrate und das Ausmaß der Ölverdünnung am kleinsten werden, in eine Anfangsperiode des Ansaugtakts fallen. Um alle Parameter optimal werden zu lassen ist es wünschenswert, PM bei einer frühen Kraftstoffeinspritzzeitgebung zu reduzieren.
Eine Beziehung zwischen der Anzahl der unterteilten Einspritzvorgänge und der PM-Emissionsmenge wird unter Bezug auf 5 beschrieben.
5 veranschaulicht die PM-Emissionsmengen in Bezug auf die Anzahl der Unterteilungen, wenn die in einem Verbrennungstakt erforderliche Kraftstoffmenge in mehrere Vorgänge unterteilt wird und eingespritzt wird. Da die Kraftstoffeinspritzmengenrate pro einer unterteilten Einspritzung vermindert wird, wenn die Anzahl der Unterteilungen erhöht wird, wird die Kraftstoffanhaftung an der Kolbenbodenoberfläche vermindert und die PM-Emissionsmenge wird reduziert.
Eine Beziehung zwischen einem Zeitabstand der unterteilten Einspritzung und der PM-Emissionsmenge wird unter Bezug auf 6 beschrieben.
Wenn der Zeitabstand der unterteilten Einspritzung zu kurz ist, kann ein Effekt der unterteilten Einspritzung nicht in ausreichender Weise erzielt werden und somit kann keine Reduzierung der PM-Emissionsmenge erreicht werden. Dies bedeutet, dass es erforderlich ist, einen Zeitabstand zwischen einer Einspritzung und der nächsten Einspritzung auf einen vorbestimmten Zeitabstand oder länger einzustellen, um die PM-Emissionsmenge zu reduzieren.
Auf diese Weise ist es bei der unterteilten Einspritzung wirksam, den Zeitabstand zwischen einer Einspritzung und der nächsten Einspritzung auf einen vorbestimmten Zeitabstand oder länger einzustellen, um die PM-Emissionsmenge zu reduzieren. Eine Endzeitgebung der Einspritzung liegt jedoch näher an der Seite der Verzögerung als im Fall der nur einmaligen Kraftstoffeinspritzung während eines Verbrennungstakts. Wenn die Endzeitgebung der letzten unterteilten Einspritzung auf der Seite der Verzögerung als ein vorbestimmter Kurbelwinkel ist, kann der bis zur Zündung eingespritzte Kraftstoff in einigen Fällen möglicherweise nicht vollständig verdampfen und es besteht die Tendenz, dass der Grad der Homogenität des Gasgemischs im Zylinder gesenkt wird.
Eine Beziehung zwischen einer kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechungszeit und der PM-Emissionsmenge wird unter Bezug auf die 7(A) bis 7(C) beschrieben.
Die 7(A) bis 7(C) veranschaulichen die PM-Emissionsmenge, wenn die Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von einem Betriebszustand, wie etwa Verzögerung, Start-Stopp, Elektromotorbetrieb eines Hybridfahrzeugs, zeitweilig gestoppt wird und die Kraftstoffeinspritzung dann in der unterteilten Einspritzung mit einer bestimmten Anzahl der Unterteilungen der Kraftstoffeinspritzungen wieder aufgenommen wird. Die PM-Emissionsmenge ist in Abhängigkeit von der Zeit, während der die Kraftstoffunterbrechung andauert, stark unterschiedlich. D.h., wenn die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung kurz ist, ist die PM-Emissionsmenge gering, wie in 7(A) dargestellt, wohingegen die Tendenz besteht, dass die PM-Emissionsmenge zunimmt, wenn die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung länger ist, wie in 7(C) dargestellt. Wenn die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung kurz ist, wird der Kraftstoff in einem Zustand eingespritzt, in welchem die Temperatur der inneren Zylinderbohrungswandoberfläche einschließlich der Kolbenbodenoberfläche hoch ist und aufgrund der Erleichterung der Verdampfung des Kraftstoffs ist der an der Oberfläche anhaftende/verbleibende Kraftstoff gering. Wenn jedoch die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung lang ist, wird der Kraftstoff in einem Zustand eingespritzt, in welchem die Temperatur der inneren Zylinderbohrungswandoberfläche einschließlich der Kolbenbodenoberfläche absinkt, die Verdampfung des Kraftstoffs reduziert wird und der an der Oberfläche anhaftende/verbleibende Kraftstoff zunimmt.
Auf diese Weise haben die an der Kolbenbodenoberfläche und der Zylinderbohrung anhaftenden Kraftstoffmengen eine enge Beziehung zu den Temperaturen der Kolbenbodenoberfläche und der Zylinderbohrungswandoberfläche, und die anhaftende Kraftstoffmenge wird mit sinkenden Temperaturen erhöht. Insbesondere im Fall, in dem die Kraftstoffunterbrechung ausgeführt wird, wird dann, wenn die Temperatur in dem Zylinder einschließlich der Kolbenbodenoberfläche absinkt, die anhaftende Kraftstoffmenge erhöht, wenn die Kraftstoffeinspritzung wieder aufgenommen wird.
Wie vorstehend beschrieben ist zur Unterdrückung der PM-Emissionsmenge die unterteilte Einspritzung, bei der die Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungstakt mehrmals ausgeführt wird, wirksam. Zu einem Zeitpunkt, an dem die Zylinderinnentemperatur abgesenkt ist, insbesondere an einem Zeitpunkt, an dem die Kraftstoffeinspritzung nach einem Kraftstoffunterbrechungszustand wieder aufgenommen wird, ist es erforderlich, eine erste Einspritzung aus der Vielzahl von Einspritzungen so weit wie möglich vorzustellen und den an der Kolbenbodenoberfläche anhaftenden/verbleibenden Kraftstoff zu reduzieren, um so den an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftenden/verbleibenden Kraftstoff zu reduzieren.
Nachfolgend werden spezifische Steuerungsinhalte der Steuerung der unterteilten mehrstufigen Einspritzung des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die 8 bis 11 beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerungsinhalte der Steuerung der unterteilten mehrstufigen Einspritzung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die Inhalte sind in einem Speicherbereich, wie etwa einem ROM (nicht dargestellt) der Motorsteuereinheit 101 gespeichert, werden in einem vorbestimmten Zyklus oder in einem vorbestimmten Zyklus gemäß einem Betriebszustand ausgelesen und werden in der CPU 101b wiederholt ausgeführt. Die Motorsteuereinheit 101 führt jedem Einspritzventil 109 ein vorbestimmtes Steuersignal zu und führt eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einem Verbrennungstakt basierend auf einer Einspritzimpulsbreite und einer Einspritzzeitgebung aus, die gemäß den Verarbeitungsinhalten aus 8 berechnet werden.
In Schritt 801 wird eine Gesamteinspritzimpulsbreite TI_TOTAL, welche die Gesamtmenge des in einem Verbrennungstakt von jeder Kraftstoffeinspritzdüse 109 eingespritzten Kraftstoffs ist, eingestellt. Die Gesamteinspritzimpulsbreite TI_TOTAL wird gemäß einer vom Luftmengensensor 103 gemessenen Ansaugluftmenge, einem gemäß einem Betriebszustand und dergleichen eingestellten Luft-/Kraftstoffverhältnis, einem unter Verwendung eines Signals des Kraftstoffdrucksensors 204 berechneten Kraftstoffdrucks und dergleichen eingestellt.
In Schritt 802 wird eine kleinste Einspritzimpulsbreite TI_MIN berechnet. Hier wird die kleinste Einspritzimpulsbreite gemäß verschiedener Kenngrößen, wie etwa einer Kraftstoffdruckkenngröße, einer elektrischen Kenngröße, einer mechanischen Kenngröße der Einspritzdüse 109 und einer Ansteuerungsstromwellenform der Einspritzdüse eingestellt.
In Schritt 803 wird der Einspritzungszeitabstand, der ein Einspritzungszeitabstand zwischen unterteilten Einspritzungen ist, berechnet. Der Einspritzungszeitabstand wird im Hinblick auf die Kraftstoffanhaftung und die Homogenität des Gasgemischs und im Hinblick auf die Sicherstellung eines Einspritzdüsenansteuerungsstroms auf einen vorbestimmten Zeitabstand oder länger eingestellt. Wenn der Einspritzungszeitabstand zu kurz ist, wird der Kraftstoffsprühzustand im Wesentlichen der gleiche wie bei der einmaligen Einspritzung. Als Ergebnis kann der Effekt der unterteilten Einspritzung nicht erzielt werden und die Kraftstoffanhaftung an der Kolbenbodenoberfläche und der Zylinderbohrung kann nicht vermindert werden. Darüber hinaus fällt jedes Mal dann, wenn die Einspritzdüsenansteuerungsschaltung die Einspritzdüse ansteuert, eine Spannung in der Aufwärtswandlerschaltung ab. Daher wird eine Zeitdauer bis zur Wiederherstellung ihrer ursprünglichen Spannung benötigt und ist es erforderlich, während dieser Aufwärtswandler-Rückstellzeitdauer auf die nächste Kraftstoffeinspritzung zu warten.
In Schritt 804 wird die Anzahl der Unterteilungen N eingestellt. Die Anzahl der Unterteilungen N wird in Übereinstimmung mit einer Motordrehzahl und einem Laststatusparameter des Motors bestimmt.
In Schritt 805 wird ein Zähler n initialisiert.
In Schritt 806 wird festgestellt, ob der Zähler n größer ist als die Anzahl der Unterteilungen N. Wenn ja (Einstellungen von n = 1 bis N sind vollendet), wird die Verarbeitung beendet. Wenn der Zähler n gleich oder kleiner als die Anzahl der Unterteilungen N ist, wird die Verarbeitung in Schritt 807 und den nachfolgenden Schritten durchgeführt.
In Schritt 807 wird eine Einspritzimpulsbreite TI_n (n = 1 bis N) jeder Einspritzung berechnet. Einzelheiten von Schritt 807 sind in 9 veranschaulicht.
In Schritt 808 wird eine Einspritzzeitgebung jeder Einspritzung in der unterteilten mehrstufigen Einspritzung eingestellt. Einzelheiten von Schritt 808 sind in 10 veranschaulicht.
In Schritt 809 wird eine inkrementale Verarbeitung des Zählers n durchgeführt und die Verarbeitung kehrt zu Schritt 806 zurück. Auf diese Weise wird die Verarbeitung von n = 1 bis N wiederholt und jede Einspritzimpulsbreite und jede Einspritzzeitgebung werden eingestellt.
Die Einzelheiten von Schritt 807 (Einspritzimpulsbreite jeder Einspritzung) von Schritt 807 aus 8 werden unter Bezug auf 9 beschrieben.
In Schritt 901 wird eine Basis-Einspritzimpulsbreite TIB (n = 1 bis N) jeder zu unterteilenden Einspritzung berechnet. Ein Unterteilungsausdruck von TI_TOTAL / N wird unter Verwendung der in Schritt 801 berechneten Gesamt-Einspritzimpulsbreite TI_TOTAL und der in Schritt 804 berechneten Anzahl der Unterteilungen N berechnet.
In Schritt 902 wird festgestellt, ob eine Steuerung zur Wiederherstellung nach einer Kraftstoffunterbrechung abläuft. Wenn keine Steuerung zur Wiederherstellung einer Kraftstoffunterbrechung vorliegt, wird festgestellt, dass jede zu unterteilende Einspritzung TI_n (n = 1 bis N) = TIB und die Verarbeitung wird beendet. Wenn eine Steuerung zur Wiederherstellung nach einer Kraftstoffunterbrechung vorliegt, geht die Verarbeitung mit Schritt 903 weiter.
In Schritt 903 wird eine Zeit TMFC berechnet, während der die Kraftstoffunterbrechung fortgeführt wird.
In Schritt 904 wird ein Korrekturkoeffizient einer unterteilten Einspritzrate bei der Wiederherstellung nach Kraftstoffunterbrechung gemäß der Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC berechnet. Ein Korrekturkoeffizient KFC wird unter Bezugnahme auf eine Map MKFC, wie in 11 dargestellt, unter Verwendung der in Schritt 903 berechneten Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC und einer Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI als Eingänge berechnet. Demgemäß wird die Korrektur der unterteilten Einspritzmenge gemäß der Temperatur im Zylinderinneren möglich.
Es ist wünschenswert, die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI durch Konfiguration eines thermischen Modells unter Verwendung einer Ansaugluftmenge, eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und einer Zündzeitgebung zu schätzen. Alternativ kann die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung der Steuerung unter Verwendung einer Wassertemperatur, einer Öltemperatur und einer Ansauglufttemperatur, die von dem Wassertemperatursensor 202, dem Öltemperatursensor 205 und dem Ansauglufttemperatursensor 118 erfasst werden, als Eingangswerte und Durchsuchen der Map geschätzt werden. Es sei angemerkt, dass bei der Berechnung des Korrekturkoeffizienten KFC entweder die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC oder die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI als Eingang verwendet werden können.
In Schritt 905 wird ein Korrekturausmaß KFCRA, das für die Rückkehr zu einer Kraftstoffeinspritzrate in einem Normalzustand von der Wiederherstellung nach der Kraftstoffunterbrechung verwendet wird, gemäß der Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC. Ein Rückkehr-Korrekturkoeffizient wird unter Bezugnahme auf eine Map MKFCRA, wie in 12 gezeigt, unter Verwendung der in Schritt 903 berechneten Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC und der Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI als Eingänge berechnet. Entsprechend wird es möglich, mit einer ordnungsgemäßen Zeitgebung in Übereinstimmung mit einer ZylinderInnentemperatur in Verbindung mit der Korrektur der geteilten Einspritzmenge zu einer normalen Einspritzmenge zurückzukehren.
Die Map MKFCRA wird unter Berücksichtigung eines Einflusses der Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI auf ein Ausmaß der Kraftstoffanhaftung und eine Verdampfungsrate eingestellt. Es sei angemerkt, dass bei der Berechnung des Korrekturkoeffizienten KFCRA entweder die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC oder die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI als ein Eingang verwendet werden können.
Es ist wünschenswert, die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI durch Konfiguration eines thermischen Modells unter Verwendung einer Luftmenge, eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und einer Zündzeitgebung zu schätzen. Alternativ kann die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung der Steuerung unter Verwendung einer Wassertemperatur, einer Öltemperatur und einer Ansauglufttemperatur, die von dem Wassertemperatursensor 202, dem Öltemperatursensor 205 und dem Ansauglufttemperatursensor 118 erfasst werden, als Eingangswerte und Durchsuchen der Map geschätzt werden. In Schritt 906 wird festgestellt, ob es sich um eine erste Einspritzung aus unterteilten Einspritzungen handelt.
Wenn n = 1, geht die Verarbeitung mit Schritt 907 weiter und die erste Einspritzmenge wird berechnet.
Die erste Einspritzmenge TI_1 wird mit dem folgenden Ausdruck (1) unter Verwendung von TIB als oberem Grenzwert berechnet. $TI_1=TIB \times KFC+KFCRA$
Wenn n ≠ 1, geht die Verarbeitung mit Schritt 908 weiter und eine zweite und nachfolgende Einspritzmengen werden berechnet.
Die zweite und die nachfolgenden Einspritzmengen TI_n werden mit dem folgenden Ausdruck (2) berechnet. $TI_n=TIB+ (TIB-TI_1) / N$
Einzelheiten von Schritt 808 (Einstellung der Einspritzzeitgebung) aus 8 werden unter Bezug auf 10 beschrieben.
In Schritt 1001 wird eine Basis-Einspritzzeitgebung berechnet.
Eine Basis-Einspritzzeitgebung ITB wird unter Bezugnahme auf eine Map MITB, wie in 13 dargestellt, berechnet, wobei als Eingänge die in Schritt 901 in 9 berechnete unterteilte Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TIB und die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI verwendet werden. Die Map MITB wird unter Berücksichtigung eines Einflusses der Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI auf das Ausmaß der Kraftstoffanhaftung und eine Verdampfungsrate eingestellt. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI durch Konfiguration eines thermischen Modells unter Verwendung einer Luftmenge, eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses, einer Zündzeitgebung und dergleichen zu schätzen. Alternativ kann die Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung der Steuerung unter Verwendung einer Wassertemperatur, einer Öltemperatur und einer Ansauglufttemperatur, die von dem Wassertemperatursensor 202, dem Öltemperatursensor 205 und dem Ansauglufttemperatursensor 118 erfasst werden, als Eingangswerte und durch Durchsuchen der Map geschätzt werden. Alternativ kann die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung TMFC in Verbindung mit der Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI anstatt der Kolbenbodenoberflächentemperatur TEPI als Eingang verwendet werden.
In Schritt 1002 wird festgestellt, ob es sich um die Einstellung einer ersten Einspritzzeitgebung unter den unterteilten Einspritzungen in einem Verbrennungstakt handelt. Wenn n = 1, geht die Verarbeitung zu Schritt 1004 weiter und es wird beendet, dass die erste Einspritzzeitgebung IT_1 = ITB. Wenn n ≠ 1 (im Fall der zweiten oder nachfolgender Einspritzzeitgebungen), geht die Verarbeitung mit Schritt 1003 weiter und der mögliche Winkel IT_n des n-ten Einspritzbeginns wird berechnet. Der mögliche Winkel IT_n des n-ten Einspritzbeginns wird berechnet, indem die Einspritzimpulsbreite TI_(n-1) nach der Unterteilung und der in Schritt 803 in 8 berechnete Einspritzungszeitabstand TI_INT zu der vorangehenden IT_(n-1) addiert werden.
Ein spezifisches Steuerungsbeispiel mit der in den 8 bis 13 veranschaulichten Konfiguration wird unter Verwendung der 14 und 15 beschrieben.
14 ist ein Schaubild, das einen Fall darstellt, in dem die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung kurz ist, und 15 ist ein Schaubild, das eine Einspritzrate bei einer unterteilten Einspritzung in einem Fall veranschaulicht, in dem die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung lang ist. Wenn die Kraftstoffunterbrechung begonnen wird, beginnt der Zähler der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung zu zählen, und wenn der Kraftstoff wieder eingespritzt wird, unterbricht der Zähler der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung den Zählvorgang und berechnet eine Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung.
In 15, in welcher im Vergleich zu 14, in welcher die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung kurz ist, die Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung lang ist, wird die erste Einspritzrate verringert und die zweite Einspritzrate wird um das Ausmaß der Verringerung erhöht. Hier ist die zweite Einspritzung beispielhaft dargestellt. Ein ähnlicher Prozess ist jedoch unabhängig von der Anzahl der Einspritzungen anwendbar und die erste verringerte Menge wird zu der zweiten und nachfolgenden Einspritzungen hinzugefügt.
Mit einer derartigen Konfiguration wird bei der unterteilten mehrstufigen Einspritzung, bei welcher der in einem Verbrennungstakt einzuspritzende Kraftstoff in mehrere Einspritzvorgänge unterteilt ist, da zu einem Zeitpunkt, an dem die Kraftstoffeinspritzung nach einem Zustand der Kraftstoffunterbrechung wieder aufgenommen wird, die Einspritzmengenrate der Einspritzung bei einer frühen Zeitgebung aus den in die Vielzahl der Einspritzvorgänge unterteilten Einspritzungen gemäß der Zeit der kontinuierlichen Kraftstoffunterbrechung eingestellt wird, die Einspritzung mit der frühen Zeitgebung so weit wie möglich vorgestellt und die Menge des an der Kolbenbodenoberfläche anhaftenden/verbleibenden Kraftstoffs kann vermindert werden und die Zunahme der Anzahl der Abgaspartikel der PM kann unterdrückt werden.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart, bei welchem Kraftstoff unterteilten Einspritzungen in eine Verbrennungskammer (106) mehrmals in einem Verbrennungstakt unterzogen wird, wobei dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer (106) wieder aufgenommen wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer (106) gemäß einem Betriebszustand eines Fahrzeugs zeitweilig unterbrochen wurde, in einem Fall, in dem eine Kraftstoffunterbrechungsperiode, von dem Zeitpunkt, an dem die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, bis zu der Wiederaufnahme der Kraftstoffeinspritzung lang ist, zumindest eine erste Einspritzmengenrate der unterteilten Einspritzungen so gesteuert wird, dass sie abnimmt im Vergleich mit den verbleibenden Einspritzmengenraten der unterteilten Einspritzungen, als in einem Fall, in dem die Kraftstoffunterbrechungsperiode kurz ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzungsbauart, bei welchem mehrmals in einem Verbrennungstakt Kraftstoff unterteilten Einspritzungen in eine Verbrennungskammer (106) unterzogen wird, wobei dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer (106) wieder aufgenommen wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer (106) gemäß einem Betriebszustand eines Fahrzeugs zeitweilig unterbrochen wurde, in einem Fall, in dem eine geschätzte Temperatur einer Kolbenbodenoberfläche der Verbrennungskammer (106) niedrig ist, zumindest eine erste Einspritzmengenrate der unterteilten Einspritzungen so gesteuert wird, dass sie abnimmt im Vergleich mit den verbleibenden Einspritzmengenraten der unterteilten Einspritzungen, als in einem Fall, in dem die geschätzte Temperatur hoch ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher zumindest die erste Einspritzmengenrate, die so gesteuert wurde, dass sie unter den unterteilten Einspritzungen vermindert ist, zu einer normalen Kraftstoffeinspritzmengenrate zurückgeführt wird, die anders ist als die Kraftstoffeinspritzmengenrate, wenn die Kraftstoffeinspritzung nach dem Verstreichen einer Rückführungszeit wieder aufgenommen wird, die auf der Grundlage von mindestens entweder der Kraftstoffunterbrechungsperiode oder der geschätzten Temperatur eingestellt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Rückführungszeit länger eingestellt wird, wenn die Kraftstoffunterbrechungsperiode länger ist oder die geschätzte Temperatur niedriger ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die geschätzte Temperatur auf der Grundlage von mindestens einem der Faktoren Kühlwassertemperatur, Schmiermitteltemperatur und Ansauglufttemperatur des Verbrennungsmotors der Direkteinspritzungsbauart, Ansaugluftmenge während der Kraftstoffunterbrechungsperiode, Luft-/Kraftstoff-Verhältnis und Zündperiode geschätzt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung wieder aufgenommen wird, eine erste Einspritzzeitgebung unter den unterteilten Einspritzungen verzögert wird, wenn die Kraftstoffunterbrechungsperiode länger ist oder die geschätzte Temperatur niedriger ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher zumindest die erste Einspritzmengenrate unter den unterteilten Einspritzungen im Vergleich mit den verbleibenden Einspritzmengenraten der unterteilten Einspritzungen basierend auf mindestens der geschätzten Temperatur vermindert wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Rückführungszeit auf der Grundlage von zumindest der Kraftstoffunterbrechungsperiode eingestellt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Rückführungszeit auf der Grundlage von zumindest der geschätzten Temperatur eingestellt wird.