DE112012002686B4

DE112012002686B4 - Steuervorrichtung für Direkteinspritzmotor

Info

Publication number: DE112012002686B4
Application number: DE112012002686.1T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Arihara
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: US20140123956A1; DE112012002686T5; JP5562910B2; CN103635679A; JP2013015023A; WO2013002340A1; CN103635679B

Abstract

Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor (1), aufweisend eine Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung, welche so konfiguriert ist, dass sie eine Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus eine Vielzahl von Malen ausführt,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus so konfiguriert ist, dass die Kraftstoffeinspritzung durch die aufgeteilte Einspritzung mindestens in einem Ansaugtakt ausgeführt wird und die Kraftstoffeinspritzung für eine Zeitspanne, in welcher eine Hubposition eines Einlassventils (119) innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, unterbunden wird;wobei die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung ferner eingerichtet ist die Kraftstoffeinspritzung für eine Zeitspanne, in welcher die Hubposition des Einlassventils (119) von einer mittleren Hubposition in die Nähe einer maximalen Hubposition verlagert ist, zu unterbinden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor, der ein Einspritzventil enthält, welches Kraftstoff in einen Zylinder (in einen Brennraum) direkt einspritzt.
Stand der Technik
Aus Umweltschutzgründen wird in letzter Zeit von Fahrzeugen (Automobilen) verlangt, Verbrennungsgase (Abgase), das heißt in den Verbrennungsgasen enthaltene Treibhausgase, Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) usw., zu verringern und eine Partikelanzahl von emittiertem Feinstaub (im folgenden als „PM“ bezeichnet) zu verringern (insgesamt als „Verbesserung des Emissionsverhaltens“ bezeichnet) und den Kraftstoffverbrauch zu senken (Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs). Um solche Verbesserungen von Emissionsverhalten und Kraftstoffverbrauch sowie eine Verbesserung der Motorleistung zu vollbringen, wurden Direkteinspritzmotoren entwickelt, bei welchen ein Einspritzventil den Kraftstoff direkt in einen Brennraum jedes Zylinders einspritzt.
In dem Direkteinspritzmotor kann der eingespritzte Kraftstoff, je nach dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, an einem Kolbenboden oder einer Zylinderbohrungs-Wandoberfläche anhaften.
In dem Fall, in welchem eine Menge des Kraftstoffs, die an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche anhaftet oder darauf liegt, groß ist, wird der Kraftstoff während der Zeit bis zur Zündung möglicherweise nicht vollständig verdampft, und infolgedessen ergibt sich eine Tendenz, dass unverbranntes Gas zunimmt. Aus diesem Grund wird zum Beispiel in PTL 1 oder PTL 2 eine Technologie offenbart, bei welcher der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (der gewöhnlich den Zeitpunkt zum „Starten“ der Kraftstoffeinspritzung angibt) eines Einspritzventils in einem Ansaugtakt so verändert wird, dass der Kraftstoff über einen Kolbenboden verteilt wird, um in dem Fall, in welchem eine Temperatur der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche niedrig ist, leicht verdampft zu werden.
Ferner wird in PTL 3 eine weitere Technologie offenbart, bei welcher eine Kraftstoffmenge bei jeder Einspritzung verringert wird, indem die Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus eine Vielzahl von Malen ausgeführt wird (aufgeteilte Einspritzung). Bei dieser Konfiguration wird die Menge des an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche anhaftenden Kraftstoffs verringert und wird ein Intervall zwischen einem vorhergehenden Einspritzzeitpunkt und einem nachfolgenden Einspritzzeitpunkt (im folgenden als „Einspritzintervall“ bezeichnet) über einen Kurbelwinkel im wesentlichen konstant gehalten. Genauer gesagt, wird ein Sprühnebel durch Einstellen des Einspritzintervalls auf einen langen Wert bei niedriger Drehzahl und auch durch Einstellen des Einspritzintervalls auf einen kurzen Wert bei hoher Drehzahl feinst verteilt.
In den letzten Jahren wird zunehmend verlangt, insbesondere die Partikelanzahl des aus dem Direkteinspritzmotor emittierten Feinstaubs (im folgenden als „PM“ bezeichnet) zu verringern.
Druckschriftenverzeichnis
Patentliteratur

PTL 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2009 - 102 997 A
PTL 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2009 - 102 998 A
PTL 3: Offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2002 - 161 790 A

Die DE 11 2009 000 390 T5 betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsraum und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die eine frühe Kraftstoffeinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff zu einer Innenfläche des Zylinders und eine späte Kraftstoffeinspritzung durchführt.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Im Direkteinspritzmotor hat die Zunahme oder Abnahme der Partikelanzahl des emittierten PM mit der Menge der Kraftstoffanhaftung am Kolbenboden und an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche und der Homogenität eines Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder zu tun.
Die Kraftstoffanhaftung am Kolbenboden und an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche wird stark durch den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt beeinflusst. Bei einem zu frühen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt nimmt die Menge des am Kolbenboden anhaftenden und darauf liegenden Kraftstoffs zu, und bei einem zu späten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt nimmt die Menge des an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche anhaftenden und darauf liegenden Kraftstoffs zu. Je größer die Menge der Kraftstoffanhaftung am Kolbenboden und an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche, desto mehr nimmt die Partikelanzahl des emittierten PM zu.
Zusätzlich reagiert die Partikelanzahl des emittierten PM empfindlich auf die Konzentration des Kraftstoff/Luft-Gemischs. Die Partikelanzahl des emittierten PM wird in hohem Maß nicht nur durch eine durchschnittliche Konzentration des Kraftstoff/Luft-Gemischs, sondern auch durch eine Homogenität (einen Gemischzustand von Luft und Kraftstoff) des Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder beeinflusst. Um die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder zu verbessern, ist es bekannt, einen in den Zylinder strömenden Luftstrom (eine Umwälzung = ein senkrechter Wirbel) zu verstärken. Um die Umwälzung zu verstärken und die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder zu verbessern, sind der Zeitpunkt des Luftstroms und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder von Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung wird in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme vollbracht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor bereitzustellen, welche fähig ist, die Kraftstoffanhaftung am Kolbenboden und an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche zu unterdrücken und die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder zu verbessern, wodurch sie die Partikelanzahl des emittierten PM verringert.
Problemlösung
Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, weist eine Steuervorrichtung für den Direkteinspritzmotor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung auf, welche so konfiguriert ist, dass sie die Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus eine Vielzahl von Malen ausführt, und unterbindet die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung die Kraftstoffeinspritzung für eine Zeitspanne, in welcher eine Hubposition eines Einlassventils in einem einzelnen Verbrennungszyklus innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Bei der Steuervorrichtung für den Direkteinspritzmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kraftstoff in einem einzelnen Verbrennungszyklus in einer Vielzahl von Teileinspritzungen eingespritzt. Mit dieser Konfiguration wird die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder möglicherweise verbessert und kann die Partikelanzahl des emittierten PM verringert werden, weil die Kraftstoffeinspritzung für die Zeitspanne, in welcher die Hubposition des Einlassventils in einem einzelnen Verbrennungszyklus innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, genauer gesagt, die Zeitspanne, in welcher die Umwälzung durch den eingespritzten Kraftstoff-Sprühnebel im Zylinder geschwächt ist, unterbunden wird.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung, welche eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie einen Direkteinspritzmotor, bei welchem die Ausführungsform verwendet wird, veranschaulicht.
[2] 2 ist ein Blockschaubild, welches eine interne Konfiguration eines in 1 veranschaulichten Motorsteuermoduls und Eingangs- und Ausgangsbeziehungen desselben veranschaulicht.
[3] 3 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einer Frequenz einer aufgeteilten Einspritzung und einer Partikelanzahl von emittiertem PM veranschaulicht.
[4] 4 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einem aufgeteilten Einspritzintervall und der Partikelanzahl des emittierten PM veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt, Umwälzungsstärke in einem Zylinder und der Partikelanzahl des emittierten PM veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Ablaufplan von Vorgängen beim Steuern der aufgeteilten Einspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[7] 7 ist ein ausführlicher Ablaufplan von Vorgängen in Schritt 607 (Berechnung einer Einspritzimpulsdauer bei jeder Einspritzung der aufgeteilten Einspritzung) in 6.
[8] 8 ist ein ausführlicher Ablaufplan von Vorgängen in Schritt 608 (Berechnung eines Einspritzbeginn-Zeitpunkts bei jeder Einspritzung der aufgeteilten Einspritzung) in 6.
[9] 9 ist ein Schaubild, welches eine Kennfeld-Funktion zum Berechnen des Einspritzbeginn-Zeitpunkts in 7 veranschaulicht.
[10] 10 ist ein erläuterndes Schaubild eines Beispiels des Steuerns der aufgeteilten Einspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[11] 11 ist ein erläuterndes Schaubild eines weiteren Beispiels des Steuerns der aufgeteilten Einspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[12] 12 ist ein erläuterndes Schaubild noch eines weiteren Beispiels des Steuerns der aufgeteilten Einspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung, welche eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie einen Direkteinspritzmotor, bei welchem die Ausführungsform verwendet wird, veranschaulicht.
Ein in der Zeichnung veranschaulichter Direkteinspritzmotor 1 ist zum Beispiel ein vier Zylinder (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) enthaltender 4-Zylinder-Reihen-Ottomotor, bei welchem Ansaugluft von einem einen obersten Strömungsabschnitt eines Ansaugluftkanals 130 bildenden Einlass eines Luftfilters 102 eingeleitet wird und die Luft durch einen Luftmengenmesser 103 und eine Drosselklappe 104 strömt und dann auf einen mit jedem Zylinder verbundenen Ansaugkrümmer (Krümmer) 105 und außerdem auf eine Ansaugluftöffnung verteilt wird. Anschließend wird die Luft über ein Einlassventil 119, welches durch eine mit einem veränderlichen Ventilsteuerungsmechanismus (nicht gezeigt) ausgestattete Einlassnockenwelle 120 geöffnet und geschlossen wird, in einen über einem Kolben 132 definierten Brennraum 106 geleitet.
Nachdem durch eine Kraftstoffförderpumpe (nicht gezeigt) eine primäre Druckbeaufschlagung auf den Kraftstoff ausgeübt wurde, wird durch eine durch eine Auslassnockenwelle 144 angetriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe 108 eine sekundäre Druckbeaufschlagung auf den Kraftstoff ausgeübt, um über einen höheren Druck zu verfügen. Dann wird der Kraftstoff über ein Common Rail 117 zu einem auf jedem Zylinder angebrachten Einspritzventil 109 geleitet und zu einem im Hinblick auf einen Kurbelwinkel vorgeschriebenen Zeitpunkt aus dem Einspritzventil 109 direkt in den Brennraum 106 eingespritzt (aufgeteilte Einspritzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie später beschrieben). Der in das Innere des Brennraums 106 eingespritzte Kraftstoff erzeugt ein mit der Ansaugluft gemischtes Kraftstoff/Luft-Gemisch, und das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird durch eine durch Zündenergie aus einer Zündspule 110 ausgelöste Zündkerze 111 gezündet und explosionsartig verbrannt. Dann werden die Verbrennungsgase (Abgase) über ein Auslassventil 142, welches durch die Auslassnockenwelle 144 geöffnet und geschlossen wird, in einen Auslasskanal 140 abgegeben.
Ein Ende (Anfangspunkt) eines AGR-Kanals 112 ist mit der Mitte des Auslasskanals 140 verbunden, und die andere Seite des AGR-Kanals ist mit dem Ansaugluftkanal 130 verbunden. Ein AGR-Steuerventil 113 und ein AGR-Durchflusssensor 114 sind am AGR-Kanal 112 angeordnet, und ein Teil der durch den Auslasskanal 140 strömenden Abgase (AGR-Gas) wird je nach Notwendigkeit über ein AGR-Steuerventil 113 in den Ansaugluftkanal 130 zurückgeleitet. Die AGR-Durchflussmenge wird durch das AGR-Steuerventil 113 eingestellt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in ein Motorsteuermodul 101 ein Mikrocomputer eingebaut, um die Ansteuerung des Einspritzventils 109, der Drosselklappe 104, der Zündspule 110, der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (Solenoid) 108, des AGR-Steuerventils 113 und so weiter wie oben erwähnt auszuführen.
Das Motorsteuermodul 101 enthält einen einen A/D-Wandler aufweisenden E/A-LSI 101a, eine CPU 101b, einen EP-ROM 101c, einen RAM 101d usw. wie in der internen Konfiguration und einer veranschaulichten Eingangs- und Ausgangsbeziehung desselben in 2 gezeigt. Signale werden von verschiedenen Arten von Sensoren wie dem Luftmengenmesser 103, einem Drosselklappensensor 107, einem an der Einlassnockenwelle 120 befestigten Nockenwinkelsensor 121, einem an der Kurbelwelle 115 befestigten Kurbelwinkelsensor 116, einem Wassertemperatursensor 202, einem Kraftstoffdrucksensor 204, einem Öltemperatursensor 205, einem Kraftstoff/Luft-VerhältnisSensor, einem Ansauglufttemperatur- (Außenlufttemperatur-) sensor eingegeben. Anschließend wird eine vorgeschriebene Berechnungsverarbeitung ausgeführt und werden verschiedene Steuersignale als Berechnungsergebnisse ausgegeben, um die Ansteuerung für das Einspritzventil 109, die Drosselklappe 104, die Zündspule 110, die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 108, das AGR-Steuerventil 113 usw., welche Stellglieder sind, auszuführen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Berechnung auf der Grundlage der Signale vom Kurbelwinkelsensor 116 und vom Nockenwinkelsensor 121 ausgeführt, um zum Beispiel herauszufinden, in welchem Takt eines einzelnen Verbrennungszyklus (Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt oder Auspufftakt) sich jeder Zylinder befindet, wo ein Kolben sich befindet (z.B. bei wieviel Grad vor dem oberen Totpunkt im Verdichtungstakt, in der Kurbelwinkel-Sichtweise, der Kolben sich befindet), und eine Hubposition des Einlassventils 119 herauszufinden.
Um die Kraftstoffeinspritzung zu steuern, berechnet das Motorsteuermodul 101 eine Einspritzfrequenz (Frequenz der aufgeteilten Einspritzung), einen Einspritzbeginn-Zeitpunkt, ein aufgeteiltes Einspritzintervall, eine Gesamt-Einspritzzeit (gesamte eingespritzte Menge = Gesamt-Einspritzimpulsdauer) usw. in einem einzelnen Verbrennungszyklus und stellt es diese ein.
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 eine Beziehung zwischen der Frequenz der aufgeteilten Einspritzung und der Partikelanzahl des emittierten PM beschrieben.
3 veranschaulicht die Partikelanzahl des emittierten PM für verschiedene Anzahlen von Teileinspritzungen in dem Fall, in welchem die in einem einzelnen Verbrennungszyklus erforderliche Kraftstoffmenge in einer Vielzahl von Teileinspritzungen eingespritzt wird. Je größer die Anzahl von Teileinspritzungen ist, desto kleiner ist die Kraftstoffeinspritzmenge bei jeder Einspritzung. Demgemäß wird eine Kraftstoffanhaftung an einem Kolbenboden verringert und wird auch die Partikelanzahl des emittierten PM verringert.
Nun wird unter Bezugnahme auf 4 eine Beziehung zwischen dem aufgeteilten Einspritzintervall und der Partikelanzahl des emittierten PM beschrieben.
In dem Fall, in welchem das aufgeteilte Einspritzintervall zu kurz ist, kann die Wirkung der aufgeteilten Einspritzung nicht in ausreichendem Maß erzielt werden und kann auch die Partikelanzahl des emittierten PM nicht verringert werden. Wie aus 4 abzuschätzen ist, muss das Einspritzintervall länger als ein Intervall eines vorgeschriebenen Kurbelwinkels sein, um die Partikelanzahl des emittierten PM zu verringern.
Nun werden unter Bezugnahme auf 5 Beziehungen zwischen dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt und der Partikelanzahl des emittierten PM (A), zwischen dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt und der Umwälzungsstärke in einem Zylinder (B) und zwischen dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt und der Einlassventil-Hubposition (C) beschrieben.
5 veranschaulicht die Beziehungen zwischen dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt und der Partikelanzahl des emittierten PM (A), zwischen dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt und der Umwälzungsstärke in einem Zylinder (B) und zwischen dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt und der Einlassventil-Hubposition (C) in dem Fall, in welchem der Kraftstoff in einem einzelnen Verbrennungszyklus einmal eingespritzt wird.
Im Gegensatz zur Umwälzungsstärke im Zylinder in dem Fall, in welchem keine Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, wird die Umwälzungsstärke im Zylinder in dem Fall, in welchem der Kraftstoff eingespritzt wird, je nach dem Kraftstoffeinspritzbeginn-Zeitpunkt stärker und schwächer. Das liegt daran, dass der in den Zylinder eintretende Luftstrom durch den eingespritzten Kraftstoff gesteuert wird.
Einer der Faktoren, welche die Partikelanzahl des emittierten PM erhöhen, ist eine niedrige Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs, in welchem infolge einer Inhomogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs lokal hochkonzentriertes Kraftstoff/Luft-Gemisch enthalten ist. Je stärker die Umwälzung im Zylinder ist, desto mehr kann die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs verbessert werden.
Anders ausgedrückt, in dem Fall, in welchem der Kraftstoff zu dem Zeitpunkt (in der Zeitspanne), zu welchem (in welcher) die Umwälzung geschwächt ist, eingespritzt wird, nimmt die Partikelanzahl von erzeugtem PM zu. Dasselbe kann in dem Fall, in welchem die Menge des in einem einzelnen Verbrennungszyklus erforderlichen Kraftstoffs in einer Vielzahl von Teileinspritzungen eingespritzt wird, angewendet werden. Im Fall, dass irgendein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (irgendeine Kraftstoffeinspritzzeitspanne) mit dem Zeitpunkt (der Zeitspanne), zu welchem (in welcher) die Umwälzung geschwächt ist, zusammenfällt, nimmt demgemäß die Partikelanzahl des erzeugten PM zu .
Nun wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 der Inhalt des Steuerns der aufgeteilten Einspritzung in der vorliegenden Ausführungsform konkret beschrieben.
6 ist ein Ablaufplan von Vorgängen beim Steuern der aufgeteilten Einspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in einem Ablaufplan in 6 veranschaulichten Vorgänge sind Unterbrechungsverarbeitungen, welche wiederholt, zum Beispiel in einem Zyklus von 10 ms, ausgeführt werden. Das Motorsteuermodul 101 erhält durch Ausführen der im Ablaufplan in 6 veranschaulichten Verarbeitung eine Einspritzimpulsdauer und eine Einspritzimpulsdauer und einen Einspritzbeginn-Zeitpunkt bei jeder Einspritzung in jeden Zylinder. Dann liefert das Motorsteuermodul 101 zum Einspritzbeginn-Zeitpunkt an jedes Einspritzventil 109 ein Ansteuer-Impulssignal mit der ermittelten Einspritzimpulsdauer.
In Schritt 601 in 6 wird eine Gesamt-Einspritzimpulsdauer TI_TOTAL berechnet, welche eine von jedem Einspritzventil 109 in einem einzelnen Verbrennungszyklus einzuspritzende Gesamt-Kraftstoffmenge ist. Die Gesamt-Einspritzimpulsdauer TI_TOTAL wird gemäß einer auf der Grundlage von Signalen vom Kurbelwinkelsensor 116 und vom Luftmengenmesser 103 berechneten Ansaugluftmenge pro Motorumdrehung, einem zum Beispiel entsprechend einem Betriebszustand eingestellten Luftmengen-Verhältnis, einem unter Verwendung eines Signals vom Kraftstoffdrucksensor 204 berechneten Kraftstoffdruck, einer durch den Wassertemperatursensor 202 erfassten Kühlwassertemperatur und so weiter eingestellt.
In Schritt 602 wird eine minimale Einspritzimpulsdauer TI_MIN berechnet. Hier wird die minimale Einspritzimpulsdauer auf der Grundlage von Kraftstoffdruckeigenschaften, elektrischen Eigenschaften, mechanischen Eigenschaften des Einspritzventils 109 und weiteren Eigenschaften wie der Wellenform des Ansteuerstroms des Einspritzventils eingestellt.
In Schritt 603 wird das Einspritzintervall, welches ein Intervall zwischen den jeweiligen aufgeteilten Einspritzungen ist, berechnet. Das Einspritzintervall wird, im Hinblick auf die Kraftstoffanhaftung, die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs und die Sicherstellung des Ansteuerstroms für das Einspritzventil, genauso lang wie oder länger als ein Intervall eines vorgeschriebenen Kurbelwinkels eingestellt. In dem Fall, in welchem das Einspritzintervall zu kurz ist, ist die Beschaffenheit des Kraftstoff-Sprühnebels im wesentlichen die gleiche wie bei einmaliger Kraftstoffeinspritzung. Infolgedessen kann die Wirkung der aufgeteilten Einspritzung nicht erzielt werden und wird die Kraftstoffanhaftung am Kolbenboden und an der Zylinderbohrungs-Wandoberfläche möglicherweise nicht verringert. Überdies sinkt in der Einspritzventil-Ansteuerung jedesmal, wenn das Einspritzventil angesteuert wird, eine Spannung einer Anhebungsschaltung. Deshalb ist eine Zeit erforderlich, um die Spannung wieder auf die ursprüngliche Spannung zu bringen, und während dieser Wiederherstellungszeit muss, um die Spannung anzuheben, eine nächste Einspritzung angehalten werden.
In Schritt 604 wird die Anzahl von Teileinspritzungen N eingestellt. Die Anzahl von Teileinspritzungen N wird durch die Motordrehzahl und einen den Motorlastzustand angebenden Parameter bestimmt.
In Schritt 605 wird ein Zähler n initialisiert.
In Schritt 606 wird ermittelt, ob ein Wert des Zählers n größer als die Anzahl der Teileinspritzungen N ist. In dem Fall, in welchem n größer als N ist, endet die Verarbeitung (Einstellung für n=1 bis N ist abgeschlossen). Im Fall, dass der Wert des Zählers n kleiner als die oder gleich der Anzahl der Teileinspritzungen N ist, wird die Verarbeitung nach dem Schritt 607 durchgeführt.
In Schritt 607 wird eine Einspritzimpulsdauer Tl_n (n = 1 bis N) für jede Einspritzung berechnet. Die Einzelheiten von Schritt 607 sind in 7 veranschaulicht.
In Schritt 608 wird ein Einspritzbeginn-Zeitpunkt bei jeder Einspritzung der aufgeteilten Einspritzung berechnet. Die Einzelheiten von Schritt 608 sind in 8 veranschaulicht.
In Schritt 609 wird der Wert von Zähler n erhöht und kehrt die Verarbeitung zu Schritt 606 zurück. Somit wird die obige Verarbeitung beginnend von n=1 bis n=N wiederholt und werden die Einspritzimpulsdauer bei jeder Einspritzung und der Einspritzbeginn-Zeitpunkt bei jeder Einspritzung eingestellt.
Nun werden unter Bezugnahme auf 7 die Einzelheiten von Schritt 607 in 6 (Berechnung der Einspritzimpulsdauer bei jeder Einspritzung) beschrieben.
In Schritt 701 wird eine elementare Einspritzimpulsdauer TIB bei jeder aufgeteilten Einspritzung berechnet. Die in Schritt 601 berechnete Gesamt-Einspritzimpulsdauer TI_TOTAL und die in Schritt 604 berechnete Anzahl von Teileinspritzungen N werden herangezogen, um durch Ausführen der Division von TI_TOTAL/N die elementare Einspritzimpulsdauer TIB zu berechnen.
In Schritt 702 wird ermittelt, ob eine Einspritzung die erstmalige Einspritzung (n=1) der n-mal aufgeteilten Einspritzungen in einem einzelnen Verbrennungszyklus ist. Im Fall von n=1 geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 703 und wird die Kraftstoffeinspritzimpulsdauer bei der erstmaligen Einspritzung TI1 auf TIB eingestellt. Im Fall von n≠1 (Einspritzung nach der ersten Einspritzung) geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 704 und wird die Kraftstoffeinspritzimpulsdauer bei der n-ten Einspritzung Tin auf TIB eingestellt. Hier wird die Vielzahl von Einspritzungen in einem gleichen Verhältnis aufgeteilt, aber das Aufteilungsverhältnis kann je nach dem Betriebszustand des Motors verändert werden.
Nun werden unter Bezugnahme auf 8 die Einzelheiten von Schritt 608 (Berechnung des Einspritzbeginn-Zeitpunkts) in 6 beschrieben.
In Schritt 801 werden die elementare Kraftstoffmenge der in Schritt 701 in 7 berechneten aufgeteilten Einspritzung TIB und eine Kolbenbodentemperatur TEPI eingegeben, um unter Bezugnahme auf ein in 9 veranschaulichtes Kennfeld MITB einen grundlegenden Einspritzbeginn-Zeitpunkt ITB zu berechnen. Das Kennfeld MITB wird in Anbetracht der durch die Kolbenbodentemperatur TEPI und den Einfluss einer Verdampfungsrate bedingten Menge der Kraftstoffanhaftung eingestellt. Zusätzlich ist es ein wünschenswertes Verfahren, die Kolbenbodentemperatur TEPI durch Konfigurieren eines thermischen Modells unter Verwendung einer Luftmenge, eines Luftmengen-Verhältnisses, eines Zündzeitpunkts und so weiter zu schätzen. Jedoch ist es, vom Standpunkt der Vereinfachung der Steuerung gesehen, auch akzeptabel, ein Kennfeld zum Ermitteln der Kolbenbodentemperatur unter Verwendung von Eingangswerten wie Wassertemperatur, Öltemperatur, Ansauglufttemperatur, erfasst durch den Wassertemperatursensor 202, den Öltemperatursensor 205 beziehungsweise den Lufttemperatursensor, zu konfigurieren.
In Schritt 802 wird ermittelt, ob die Einstellung für den Einspritzbeginn-Zeitpunkt bei der ersten Einspritzung (den möglichen Winkel) der aufgeteilten Einspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus ist. Im Fall von n=1 geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 803, in welchem der Einspritzbeginn-Zeitpunkt für die erste Einspritzung IT1 auf ITB eingestellt wird, und endet die Verarbeitung. Im Fall von n≠1 (Einspritzung nach dem ersten Mal) geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 804, in welchem der Einspritzbeginn-Zeitpunkt für die n-te Einspritzung (der mögliche Winkel) ITn berechnet wird. Der Einspritzbeginn-Zeitpunkt für die n-te Einspritzung (der mögliche Winkel) IT_n wird durch Addieren der Einspritzimpulsdauer nach Aufteilen der Einspritzung TI_(n-1) und des in Schritt 603 in 6 berechneten Einspritzintervalls TI_INT zum vorangehenden Einspritzbeginn-Zeitpunkt IT_(n-1) berechnet.
Nun werden unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 konkrete Beispiele von Steuerungen in den Konfigurationen wie in den 6 bis 9 veranschaulicht beschrieben.
10 ist ein Beispiel einer grundlegenden Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Kraftstoffeinspritzungsunterbindungs-Zeitspanne wird gemäß der Hubposition des Einlassventils 119 eingestellt. Die Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne gibt den Bereich der Einlassventil-Hubposition an, innerhalb dessen die Umwälzung im Zylinder durch den in den Brennraum 106 eingespritzten Kraftstoff-Sprühnebel geschwächt wird. Deshalb wird die Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne auf den Bereich eingestellt, in welchem die Hubposition des Einlassventils 119 von einer mittleren Hubposition in die Nähe einer maximalen Hubposition verlagert ist.
11 ist ein Steuerungsbeispiel, in welchem die Zeitpunkte des Öffnens/Schließens des Einlassventils 119 durch einen veränderlichen Ventilsteuerungsmechanismus verändert werden. Die Kraftstoffeinspritzungsunterbindungs-Zeitspanne wird immer, selbst in dem Fall, in welchem eine durch eine gestrichelte Linie veranschaulichte Ventilöffnungs-Zeitspanne auf eine durch eine durchgezogene Linie veranschaulichte Ventilöffnungs-Zeitspanne vorgezogen ist, gemäß der Hubposition des Einlassventils 119 eingestellt.
12 ist ein Steuerungsbeispiel, in welchem, wegen einer schnellen Betriebszustandsänderung und dergleichen, die Kraftstoffeinspritzung vor der Kraftstoffeinspritzungsunterbindungs-Zeitspanne beginnt und die Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne gleichzeitig mit der Mitte der Kraftstoffeinspritzung beginnt. In dem Fall, in welchem die Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne mit der Kraftstoffeinspritzung zusammenfällt, wird die Kraftstoffeinspritzung unmittelbar beendet. Die durch Beenden der Kraftstoffeinspritzung verringerte Kraftstoffmenge wird zu einer nach der Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne ausgeführten, nächsten Einspritzung hinzugefügt.
Die oben beschriebene Steuerung verhindert, dass die Umwälzung im Zylinder durch den in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff-Sprühnebel geschwächt wird, und verbessert die Homogenität des Kraftstoff/Luft-Gemischs im Zylinder, und ferner kann die Partikelanzahl des emittierten PM verringert werden.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben ausführlich beschrieben, aber es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom im Umfang der beigefügten Ansprüche vorgetragenen Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Direkteinspritzmotor
101: Motorsteuermodul
103: Luftmengenmesser
104: Drosselklappe
106: Brennraum
107: Drosselklappensensor
108: Hochdruck-Kraftstoffpumpe
109: Einspritzventil
110: Zündspule
111: Zündkerze
115: Kurbelwelle
116: Kurbelwinkelsensor
119: Einlassventil
120: Nockenwelle
121: Nockenwinkelsensor
202: Wassertemperatursensor

Claims

Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor (1), aufweisend eine Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung, welche so konfiguriert ist, dass sie eine Kraftstoffeinspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus eine Vielzahl von Malen ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung in einem einzelnen Verbrennungszyklus so konfiguriert ist, dass die Kraftstoffeinspritzung durch die aufgeteilte Einspritzung mindestens in einem Ansaugtakt ausgeführt wird und die Kraftstoffeinspritzung für eine Zeitspanne, in welcher eine Hubposition eines Einlassventils (119) innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, unterbunden wird; wobei die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung ferner eingerichtet ist die Kraftstoffeinspritzung für eine Zeitspanne, in welcher die Hubposition des Einlassventils (119) von einer mittleren Hubposition in die Nähe einer maximalen Hubposition verlagert ist, zu unterbinden.
Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung eingerichtet ist mindestens eine erste Kraftstoffeinspritzung vor der Kraftstoffeinspritzungsunterbindungs-Zeitspanne auszuführen.
Steuervorrichtung für einen Direkteinspritzmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung für aufgeteilte Einspritzung eingerichtet ist die Kraftstoffeinspritzung vor der Kraftstoffeinspritzungsunterbindungs-Zeitspanne zu starten und in dem Fall, in welchem die Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne mit der Kraftstoffeinspritzung zusammenfallend beginnt, die durch die Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne verringerte Menge des Kraftstoffs nach der Einspritzungsunterbindungs-Zeitspanne zu einer nachfolgenden Kraftstoffeinspritzmenge hinzuzufügen.