DE112018004225T5

DE112018004225T5 - Brennkraftmaschinen-Steuervorrichtung und Brennkraftmaschinen-Steuerverfahren

Info

Publication number: DE112018004225T5
Application number: DE112018004225.1T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Nagasawa; Masayuki Saruwatari; Koji Onishi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: WO2019058728A1; DE112018004225B4; JPWO2019058728A1; US20200300194A1

Abstract

Die Fehlzündung und Drehmomentfluktuation aufgrund einer schnellen Verbrennungsverschlechterung einer Brennkraftmaschine können verringert werden. Eine ECU einer Kraftmaschine, die Kraftstoff in einem Zylinder verbrennt, enthält eine Bestimmungseinheit, die ein Soll-Luft/KraftstoffVerhältnis der Kraftmaschine auf der Grundlage einer Variation des Kurbelwinkels in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen oder einem Unterschied des indizierten Mitteldrucks von einem vorhergehenden Verbrennungszyklus bestimmt, und eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine steuert, so dass es das durch die Bestimmungseinheit bestimmte Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Die Bestimmungseinheit verschiebt das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetten Seite, wenn die Variation einen ersten Einstellwert übersteigt oder wenn der Unterschied einen zweiten Einstellwert übersteigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die Kraftstoff in einem Zylinder verbrennt.
Technischer Hintergrund
In letzter Zeit sind verschiedene Steuerverfahren zum Verbessern der Steuergenauigkeit einer Kraftstoffeinspritzmenge, eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und eines Zündzeitpunkts für den Zweck des Verringerns der Kraftstoffverbrauchsmenge und einer schädlichen Abgaskomponente vorgeschlagen worden. Ferner ist z. B. ein neues Verbrennungsverfahren, das sowohl die Funkenzündung als auch die Kompressionszündung verwendet, vorgeschlagen worden. Bei einem derartigen Steuerverfahren und Verbrennungsverfahren ist es notwendig, einen Verbrennungszustand in dem Zylinder (zylinderintern) genau zu erfassen. Deshalb ist es erwünscht, den zylinderinternen Verbrennungsdruck (Zylinderinnendruck), der durch die Verbrennung erzeugt wird, zu detektieren, um den Verbrennungszustand in dem Zylinder genau zu erfassen.
Deshalb gibt es ein allgemein bekanntes Verfahren zum Detektieren eines Zylinderinnendrucks durch das Bilden eines Lochs, das mit einer Verbrennungskammer in Verbindung steht, in einem Zylinderblock oder in einem Zylinderkopf und das Verursachen einer Druckänderung in dem Zylinder, um über das Loch auf ein Druckdetektionselement zu wirken, oder ein Verfahren zum Detektieren des Zylinderinnendrucks durch das an der Spitze einer Direkteinspritz-Einspritzdüse befestigtes Druckdetektionselement.
PTL 1 offenbart z. B. eine Technik, bei der die Steuerleistung unmittelbar nach einem Übergang zu einem spezifischen Betriebszustand in einem Fall verbessert ist, in dem die Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einer aus dem detektierten Zylinderinnendruck berechneten Statistik in dem spezifischen Betriebszustand (stationären Betriebszustand) ausgeführt wird.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
PTL 1: JP 2000-170572 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Übrigen verwendet eine in der PTL 1 beschriebene Steuervorrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine eine Standardabweichung σIMEP eines indizierten Mitteldrucks IMEP (indizierten Mitteldrucks) als einen Parameter, der den Verbrennungszustand einer Kraftmaschine angibt. PTL 1 beschreibt, dass, wenn sich der Verbrennungszustand verschlechtert, ein Magerverbrennungs-Korrekturkoeffizient in einer Richtung nach fett korrigiert wird, während, wenn der Verbrennungszustand sehr gut ist, der Magerverbrennungs-Korrekturkoeffizient in der Richtung nach mager korrigiert wird, so dass ein geeignetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß dem tatsächlichen Verbrennungszustand mager gemacht werden kann, um den Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern, während die Betreibbarkeit der Kraftmaschine sichergestellt ist. In dem stationären Betriebszustand kann der Verbrennungszustand unter Verwendung der Standardabweichung σIMEP des indizierten Mitteldrucks als ein Parameter mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Überdies erfordert die Berechnung der Standardabweichung σIMEP des indizierten Mitteldrucks eine relativ große Anzahl der Teile der Verbrennungszyklusdaten. Deshalb kann es während eines Übergangsbetriebs, bei dem sich die Kraftmaschinendrehzahl, die Fahrpedalöffnung oder die Last aufgrund einer Fahrerbetätigung oder einer AGR-Operation ändert, in dem Magerverbrennungs-Korrekturkoeffizienten nicht widergespiegelt werden, bis die vorgegebene Anzahl von Verbrennungszyklen vergangen ist. Deshalb wird es schwierig, eine Fehlzündung aufgrund einer plötzlichen Verbrennungsverschlechterung und die Erzeugung einer Schwingung aufgrund einer Drehmomentfluktuation zu meistern, wobei es Bedenken über die Verschlechterung der Fahrbarkeit gibt.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das obige Problem gemacht worden, wobei es ihre Aufgabe ist, eine Technik zu schaffen, die eine schnelle Verschlechterung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine verringern kann.
Lösung für das Problem
Gemäß einem Aspekt wird, um die obige Aufgabe zu lösen, eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die Kraftstoff in einem Zylinder verbrennt, geschaffen. Die Steuervorrichtung enthält eine Bestimmungseinheit, die ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine basierend auf einer Variation des Kurbelwinkels in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen oder einem Unterschied des indizierten Mitteldrucks von einem vorhergehenden Verbrennungszyklus bestimmt, und eine Luft/KraftstoffVerhältnis-Steuereinheit, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine steuert, so dass es das durch die Bestimmungseinheit bestimmte Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verschlechterung der Verbrennung in einer Brennkraftmaschine verringert werden.
Figurenliste

1 ist eine graphische Darstellung der Konfiguration einer Kraftmaschine und ihrer Umgebung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine graphische Darstellung der Gesamtkonfiguration eines Brennkraftmaschinensystems.
3 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer ECU veranschaulicht.
4 ist ein P-θ-Diagramm, das ein Beispiel einer Änderung des Zylinderinnendrucks in einem Verbrennungszyklus veranschaulicht.
5 ist ein Ablaufplan eines Standardabweichungs-Berechnungsprozesses zum Erhalten von σθPmax.
6 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Erhalten des IMEP aus einem P-θ-Diagramm.
7 ist ein Ablaufplan eines Fluktuationsraten-Berechnungsprozesses eines indizierten Mitteldrucks zum Erhalten des ΔIMEP und der CPi.
8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer auf der CPi basierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht.
9 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel der auf der CPi basierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht.
10 ist eine graphische Darstellung, die ein Problem der auf der CPi basierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht.
11 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
12 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel einer weiteren Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen eines Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einer zweiten Ausführungsform.
15 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen eines Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einer dritten Ausführungsform.
16 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen des Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Ferner schränken die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen den Schutzumfang der Erfindung nicht ein. Nicht alle der Elemente und ihrer Kombinationen, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, sind für die Lösung der Erfindung wesentlich.
Erste Ausführungsform
1 ist eine graphische Darstellung der Konfiguration einer Kraftmaschine und ihrer Umgebung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Eine Kraftmaschine 10 als ein Beispiel der „Brennkraftmaschine“ ist z. B. eine Mehrzylinderkraftmaschine des Funkenzündungstyps, die mit vier Zylindern ausgerüstet ist. Eine Verbrennungskammer 40 (siehe 2) jedes Zylinders weist eine stromaufwärts gelegene Verbindung mit einem Einlasssystem 51 und eine stromabwärts gelegene Verbindung mit einem Abgassystem 55 auf. Das Einlasssystem 51 enthält in der Reihenfolge von der stromaufwärts gelegenen Seite einen Luftmengenmesser 23, ein Unterdruck-Erzeugungsventil 60, einen Kompressor 61, einen Zwischenkühler 52, eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 22, einen Kollektor 53 und einen Einlasskrümmer 54.
Der Luftmengenmesser 23 detektiert die Menge der Einlassluft. Das Unterdruck-Erzeugungsventil 60 stellt die Durchflussmenge der Einlassluft ein. Der Kompressor 61 komprimiert die Einlassluft. Die Rohre auf der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite des Kompressors 61 sind über ein mit einem Rücklaufventil 63 versehenes Rohr verbunden, so dass die Einlassluft unter Umgehung des Kompressors 61 strömt. Das Rücklaufventil 63 stellt die Menge der Einlassluft ein, die unter Umgehung des Kompressors 61 strömt.
Der Zwischenkühler 52 kühlt die Einlassluft. Die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 22 stellt die Durchflussmenge der Einlassluft in die Verbrennungskammer 40 ein. Der Kollektor 53 speichert die Einlassluft vorübergehend, wobei er dadurch die Durchflussmenge der Einlassluft entspannt und die Zunahme/Abnahme ausgleicht. Der Einlasskrümmer 54 verteilt die Einlassluft zu der Verbrennungskammer 40 jedes Zylinders.
Das Abgassystem 55 enthält in einer Reihenfolge von der stromaufwärts gelegenen Seite eine Turbine 62, einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 und einen Dreiwegekatalysator 56. Die Turbine 62 ist über eine Welle 65 mit dem in dem Einlasssystem 51 angeordneten Kompressor 61 verbunden. Wenn der Druck des von der Verbrennungskammer 40 der Kraftmaschine 10 ausgestoßenen Abgases gleich einem oder größer als ein vorgegebener Wert ist, dreht sich die Turbine 62, wobei der Kompressor 61 das Aufladen beginnt. Die Rohre auf der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite der Turbine 62 sind über ein mit einem Ladedrucksteuerventil 64 versehenes Rohr verbunden, so dass das Abgas unter Umgehung der Turbine 62 strömt. Das Ladedrucksteuerventil 64 stellt das unter Umgehung der Turbine 62 strömende Abgas ein.
Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 detektiert ein Luft/KraftstoffVerhältnis (A/F: Luft/Kraftstoff) aus der Sauerstoffkonzentration im Abgas. In dem Dreiwegekatalysator 56 sind z. B. Platin und Palladium auf einem Träger aus Aluminiumoxid und Cerdioxid aufgetragen und wird das Abgas gereinigt.
Ferner sind die stromabwärts gelegene Seite des Dreiwegekatalysators 56 in dem Abgassystem 55 und die stromaufwärts gelegene Seite des Kompressors 61 im Einlasssystem 51 durch ein AGR-System (Abgasrückführungssystem) 66 verbunden, durch das das in der Verbrennungskammer 40 erzeugte Abgas von dem Abgassystem 55 zu dem Einlasssystem 51 zurückgeführt wird. Das AGR-System 66 enthält in der Reihenfolge von der stromaufwärts gelegenen Seite einen AGR-Kühler 58, einen AGR-Temperatursensor 59 und ein AGR-Ventil 31. Der AGR-Kühler 58 kühlt das AGR-Gas (Abgas). Der AGR-Temperatursensor 59 misst die Temperatur des AGR-Gases. Das AGR-Ventil 51 stellt die Rückführungsmenge des AGR-Gases ein.
Das Abgas des Abgassystems 55 strömt von dem Abgassystem 55 zu dem AGR-System 66 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators 56, wobei das heiße AGR-Gas, das zu dem AGR-System 66 geströmt ist, über den AGR-Kühler 58 gekühlt wird. Das gekühlte AGR-Gas wird über das AGR-Ventil 51 auf eine vorgegebene Durchflussmenge eingestellt und dann mit der Einlassluft auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Kompressors 61 in dem Einlasssystem 51 gemischt.
2 ist eine graphische Darstellung der Gesamtkonfiguration eines Brennkraftmaschinensystems.
Ein Brennkraftmaschinensystem 1 enthält die Kraftmaschine 10 und eine ECU (Kraftmaschinensteuereinheit) 33 als ein Beispiel einer „Bestimmungseinheit“ und einer „Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit“.
Die Kraftmaschine 10 weist eine Kurbelwelle 11 auf und überträgt die Verbrennungs- und Explosionsenergie des brennbaren Luft/Kraftstoff-Gemischs von einem Kolben 15 über eine Pleuelstange 16 zu der Kurbelwelle 11, um eine Rotationsantriebskraft zu erzeugen. An einem Ende der Kurbelwelle 11 sind ein Tellerrad, das mit einer Antriebsplatte zum Übertragen einer Antriebskraft zu einem Getriebe 32 einteilig ist, und ein Drehmomentwandler (die beide nicht veranschaulicht sind) befestigt. Die Ausgabe des Drehmomentwandlers wird in das Getriebe 32 eingegeben. Die Antriebskraft der Kraftmaschine 10 wird von der (nicht veranschaulichten) Antriebswelle über das Getriebe 32 zu dem Reifen und dann zu einer Straßenoberfläche übertragen. Hier kann die Kraftmaschine 10 irgendeine Antriebskraftquelle zum Fahren des Fahrzeugs sein, wobei deren Beispiele einen Kanaleinspritztyp, eine Benzinkraftmaschine des Typs der Zylindereinspritzung oder eine Dieselkraftmaschine enthalten.
Das andere Ende der Kurbelwelle 11 ist an einer Kurbelwellen-Riemenscheibe 11a für Zubehöre mit Riemenantrieb befestigt. Zusätzlich ist eine Kurbelwinkel-Signalplatte 12 zum Detektieren des Winkels (Kurbelwinkels) der Kurbelwelle 11 an der Kurbelwelle 11 befestigt. In den Umfang der Kurbelwinkel-Signalplatte 12 ist ein ungleichmäßiges Muster zum Detektieren eines Kurbelwinkelsignals eingraviert.
Ein Kurbelwinkelsensor 13 ist in der Umgebung der äußeren Umfangsseite der Kurbelwinkel-Signalplatte 12 befestigt. Wenn sich die Kurbelwelle 11 dreht, detektiert der Kurbelwinkelsensor 13 das in den Umfang der Kurbelwinkel-Signalplatte 12 eingravierte ungleichmäßige Muster, wobei er ein Pulssignal an die ECU 33 ausgibt. Die ECU 33 berechnet einen Kurbelwinkel und eine Drehzahl (Rotationsfrequenz) der Kraftmaschine 10 auf der Grundlage des von dem Kurbelwinkelsensor 13 eingegebenen Pulssignals.
Ein bis zu der Verbrennungskammer 40 gehendes Durchgangsloch ist im oberen Abschnitt der Kraftmaschine 10 vorgesehen, wobei ein Zylinderinnendrucksensor 41 zum Detektieren des Drucks in der Verbrennungskammer 40 durch das Durchgangsloch eingesetzt ist. Die Ausgabe des Zylinderinnendrucksensors 41 wird durch einen Ladungsverstärker 42 verstärkt und in die ECU 33 eingegeben. Ferner sind im oberen Abschnitt der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 28 und eine Einspritzdüse 29 angeordnet. Wenn eine Hochspannung von einer Zündspule 27 zugeführt wird, zündet die Zündkerze 28 das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 40. Die Einspritzdüse 29 spritzt Kraftstoff in die Verbrennungskammer 40 ein.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Sensoren empfängt die ECU 33 Signale von einem Nockenwinkelsensor 18, einem Fahrpedalöffnungssensor 19, einem Drosselklappenöffnungssensor 21, einem Kühlwassertemperatursensor 24 und einem Einlasslufttemperatursensor 25. Der Nockenwinkelsensor 18 detektiert das ungleichmäßige Muster einer Nockenwinkel-Signalplatte 17, die an der Spitze einer Nockenwelle befestigt ist, die das Einlassventil und das Auslassventil der Verbrennungskammer 40 antreibt, und führt eine Zylinderunterscheidung aus. Der Fahrpedalöffnungssensor 19 detektiert den Niederdrückbetrag eines Fahrpedals 20 in einem Führerhaus. Der Drosselklappenöffnungssensor 21 detektiert die Öffnung der elektronisch gesteuerten Drosselklappe 22. Der Kühlwassertemperatursensor 24 detektiert die Temperatur des Kühlwassers der Kraftmaschine 10. Der Einlasslufttemperatursensor 25 detektiert die Temperatur der Einlassluft. Die ECU 33 steuert die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 22, die Zündspule 27, die Einspritzdüse 29, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 30 und das AGR-Ventil 31. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 30 führt Kraftstoff zu.
3 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration der ECU veranschaulicht.
Die ECU 33 enthält eine Eingangsschaltung 33a, einen Eingabe-/Ausgabeanschluss 33b, einen RAM 33c, einen ROM 33d und eine CPU 33e.
Die Eingangsschaltung 33a empfängt die Signale von dem Kurbelwinkelsensor 13, dem Nockenwinkelsensor 18, dem Zylinderinnendrucksensor 41, dem Fahrpedalöffnungssensor 19, dem Drosselklappenöffnungssensor 21, dem Luftmengenmesser 23, dem Kühlwassertemperatursensor 24, dem Einlasslufttemperatursensor 25 und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26.
Die von den Sensoren eingegebenen Signale sind jedoch nicht auf die obigen Signale eingeschränkt. Das von jedem Sensor eingegebene Signal wird an den Eingangsanschluss in dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 33b gesendet. Der an den Eingangsanschluss des Eingangs-/Ausgangsanschlusses 33 gesendete Wert wird in dem RAM 33c gespeichert und wird durch die CPU 33e verarbeitet. Ein Steuerprogramm, das die Inhalte der arithmetischen Verarbeitung beschreibt, wird im Voraus in den ROM 33d geschrieben.
Der gemäß dem Steuerprogramm berechnete Wert wird im RAM 33c gespeichert, dann an den Ausgangsanschluss in dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 33b gesendet und durch jede Treiberschaltung an jeden Aktuator gesendet. Die ECU 33 dieser Ausführungsform enthält eine Drosselklappen-Treiberschaltung 33f der elektronischen Steuerung, eine Einspritzdüsen-Treiberschaltung 33g, eine Zündausgangsschaltung (Zündtreiberschaltung) 33h, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpen-Treiberschaltung 33i und eine AGR-Ventil-Treiberschaltung 33j als die Treiberschaltungen. Die Drosselklappen-Treiberschaltung 33f der elektronischen Steuerung treibt die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 22 an. Die Einspritzdüsen-Treiberschaltung 33g treibt die Einspritzdüse 29 an. Die Zündausgangsschaltung 33h treibt die Zündspule 27 an. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpen-Treiberschaltung 33i treibt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 30 an. Die AGR-Ventil-Treiberschaltung 33j treibt das AGR-Ventil 31 an. Die ECU 33 dieser Ausführungsform enthält die Treiberschaltungen 33f bis 33j, wobei sie aber nicht darauf eingeschränkt ist und nur eine der Treiberschaltungen 33f bis 33j enthalten kann.
Um das Zylinderinnendrucksignal durch die ECU 33 handzuhaben, werden der durch den Kurbelwinkelsensor 13 detektierte Kurbelwinkel und der durch den Zylinderinnendrucksensor 41 detektierte Zylinderinnendruck, der dem Kurbelwinkel entspricht, gemessen. Die gemessenen Daten werden durch die CPU 33e verarbeitet und zusammen mit dem Kurbelwinkel für jeden Verbrennungszyklus in dem RAM 33c als die Zylinderinnendruckdaten einmal gespeichert.
Die ECU 33 weist eine Funktion des Vergleichens eines Parameters, der eine Verbrennungsstabilität angibt und basierend auf dem Zylinderinnendrucksignal berechnet wird, mit einem Bestimmungsschwellenwert auf. In einem Fall, in dem die Verbrennungsstabilität sichergestellt ist, verschiebt die ECU 33 das aktuelle Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Soll-Luft/KraftstoffVerhältnis) zu einer mageren Seite (die Kraftstoffeinspritzmenge wird verringert). Andererseits weist die ECU 33 eine Funktion des Vergleichens des Parameters, der die Verbrennungsstabilität angibt, mit dem Bestimmungsschwellenwert auf, um ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen. In einem Fall, in dem bestimmt wird, dass das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verringert ist, verschiebt die ECU 33 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetten Seite (die Kraftstoffeinspritzmenge wird vergrößert).
Die ECU 33 berechnet eine Kraftstoff menge, die der durch den Luftmengenmesser 23 gemessenen Menge der Einlassluft entspricht, und steuert die Einspritzdüse 29, so dass die berechnete Kraftstoffmenge erhalten wird. Die ECU 33 beginnt die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzdüse 29 zu einem Zeitpunkt, zu dem der durch das Signal des Kurbelwinkelsensors 13 angegebene Kurbelwinkel ein vorgegebener Kurbelwinkel wird.
Wenn der Kraftstoff durch die Einspritzdüse 29 eingespritzt wird, werden die angesaugte Luft und der von der Einspritzdüse 29 eingespritzte Kraftstoff in der Verbrennungskammer 40 der Kraftmaschine 10 gemischt, um ein brennbares Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Eine durch die Zündspule 27 erhöhte Hochspannung wird zu einem Zeitpunkt, zu dem der durch den Kurbelwinkelsensor 13 detektierte Kurbelwinkel ein durch die ECU 33 vorgegebener Kurbelwinkel wird, an die Zündkerze 28 angelegt. Dadurch wird das brennbare Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder gezündet, wobei es verbrennt und explodiert.
Herkömmlich ist eine Magerverbrennung eine der Kraftstoffverbrauch-Verringerungstechniken. Die Magerverbrennung ist eine Technik, um die Kraftstoffverbrennung durch das Arbeiten in einem Magerverbrennungszustand, wie z. B. „20“ oder höher des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, nach dem Ergreifen von Maßnahmen, wie z. B. dem Verringern des NOx, wie z. B. ein Katalysator, dem Optimieren der Form der Verbrennungskammer und des Sprühens der Einspritzdüse, zu verringern. Es gibt jedoch in Abhängigkeit von der Kraftmaschinenleistung, den Kraftstoffeigenschaften, den Variationen zwischen den Zylindern und den Betriebsbedingungen eine Grenze an das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das als eine Magerverbrennung betrieben werden kann. Aus diesem Grund tritt in der Umgebung der Magergrenze eine Fluktuation des durch Verbrennung erzeugten Drehmoments auf, um eine Instabilität zu verursachen, die über das Antriebssystem als eine unangenehme Schwingung zu dem Fahrer und den Insassen übertragen wird.
Um die Kraftmaschine 10 in einem stabilen Magerverbrennungszustand zu betreiben, ist es notwendig, einen Zündzeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzmenge und einen Einspritzzeitpunt vor der Magergrenze zu steuern. Deshalb ist es notwendig, die Verbrennungsstabilität für jeden Verbrennungszyklus durch das Detektieren des während der Verbrennung erzeugten Drehmoments oder des Zylinderinnendrucks genau zu detektieren.
Als ein Detektionsverfahren einer indirekten Verbrennungsstabilität gibt es ein Verfahren zum Messen der Verformung und Schwingung einer Zylinderaußenwand und zum Umsetzen des gemessenen Werts durch ein Filter in ein Drehmoment und ein Verfahren zum Filtern und Umsetzen einer Rotationsfluktuation der Kurbelwelle 11 in ein Drehmoment und zum Aufnehmen von Statistiken. Zusätzlich ist als ein direktes Detektionsverfahren der Verbrennungsstabilität ein Drucksensor an der Zündkerze 28 oder dem Zylinderkopf der Kraftmaschine 10 befestigt, wobei der Zylinderinnendruck direkt gemessen wird und der gemessene Wert in einen indizierten Mitteldruck (IMEP: indizierter Mitteldruck) umgesetzt wird. In dieser Ausführungsform wird der Zylinderinnendruck direkt gemessen, wobei der indizierte Mitteldruck IMEP und der Kurbelwinkelwert θPmax, der einen maximalen Druckwert des indizierten Mitteldrucks IMEP angibt, extrahiert werden, um die Verbrennungsstabilität zu detektieren.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Detektieren eines Zylinderinnendrucks Pi und θPmax der Kraftmaschine 10 beschrieben.
Ein Sensorelement zum Detektieren der Verformung ist an der Spitze des Zylinderinnendrucksensors 41 jedes Zylinders auf der Seite der Verbrennungskammer 40 befestigt. Wenn sich der Druck in der Verbrennungskammer 40 ändert, gibt das Sensorelement ein Ladungssignal aus, das der Druckänderung entspricht. Weil das von dem Sensorelement ausgegebenen Ladungssignal winzig ist, wird das Ladungssignal durch den Ladungsverstärker 42 verstärkt, in ein Spannungssignal (z. B. 0 bis 5 V) umgesetzt und an die ECU 33 ausgegeben. Die ECU 33 berechnet den Zylinderinnendruck durch das Multiplizieren der von dem Ladungsverstärker 42 eingegebenen Spannung mit einem Umsetzungskoeffizienten, der der Sensoreigenschaft entspricht. Der Zeitpunkt zum Berechnen des Zylinderinnendrucks ist für jeden durch den Kurbelwinkelsensor 13 detektierten Kurbelwinkel (z. B. alle 10°) festgelegt. Das Berechnungsergebnis des Zylinderinnendrucks, der jedem Kurbelwinkel entspricht, wird im RAM 33c gespeichert.
4 ist ein P-θ-Diagramm, das ein Beispiel einer Änderung des Zylinderinnendrucks in einem Verbrennungszyklus veranschaulicht.
Die vertikale Achse repräsentiert den Zylinderinnendruck Pi, die horizontale Achse repräsentiert den Kurbelwinkel θ und der OTP ist ein P-θ-Diagramm, das den oberen Totpunkt der Verdichtung veranschaulicht. Im Einlasstakt ändert sich der Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks, wobei Kraftstoff eingespritzt wird. Im Verdichtungstakt wird, weil der Kolben 15 zum OTP steigt, das Luft/Kraftstoff-Gemisch verdichtet, wobei der Zylinderinnendruck Pi weiterhin zunimmt. Wenn der Kurbelwinkel θ durch die Zündkerze 28 vor dem OTP (z. B. 30 Grad vorher) gezündet wird, wird das verdichtete Luft/KraftstoffGemisch in der Umgebung des Überschreitens des OTP nach dem Beginnen der Verbrennung explosiv verbrannt, wobei der Zylinderinnendruck Pi weiter ansteigt, um den Kolben 15 kräftig nach unten zu schieben. Wenn der Kolben 15 heruntergeht, nimmt das Volumen im Zylinder zu, wobei der Zylinderinnendruck Pi abnimmt. Wenn der Prozess zum Auslasstakt weitergeht, öffnet sich das Auslassventil, wendet sich der Kolben 15, um anzusteigen, und wird das Abgas ausgestoßen, so dass der Zylinderinnendruck Pi ein Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks wird. Wie oben beschrieben worden ist, wird der Zylinderinnendruck Pi der maximale Druck Pmax zum Zeitpunkt der Verbrennungsexplosion. In dieser Ausführungsform ist der Kurbelwinkel θ, wenn der maximale Druck Pmax erzeugt wird, θPmax, wobei die Standardabweichung σθPmax für mehrere einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen (z. B. die unmittelbar vorhergehenden fünf Zyklen) erhalten und als ein Parameter verwendet wird, um die Verbrennungsstabilität zu bestimmen. Ferner beträgt die relativ kleine Anzahl von Verbrennungszyklen bevorzugt zwei oder mehr Zyklen und weniger als 100 Verbrennungszyklen.
5 ist ein Ablaufplan eines Standardabweichungs-Berechnungsprozesses zum Erhalten von σθPmax.
Die ECU 33 nimmt die Kurbelwinkel- und Zylinderinnendruckdaten, die dem Kurbelwinkel entsprechen, auf (Schritt S11). Die ECU 33 bestimmt, ob ein Verbrennungszyklus abgeschlossen ist, (Schritt S12). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S12 falsch ist (S12: nein), kehrt der Prozess zum Schritt S11 zurück. In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S12 wahr ist (S12: ja), geht der Prozess zum Schritt S13 weiter. Die ECU 33 extrahiert den Kurbelwinkel θPmax, der die Zylinderinnendruckdaten maximiert, aus den erhaltenen Kurbelwinkel- und Zylinderinnendruckdaten (Schritt S13). Die ECU 33 speichert den im Schritt S13 extrahierten θPmax im RAM 33c (Schritt S14). Die ECU 33 bestimmt, ob der θPmax für mehrere Verbrennungszyklen (5 Zyklen im Beispiel nach 5) extrahiert worden ist (Schritt S15). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S15 falsch ist (S15: nein), kehrt der Prozess zum Schritt S11 zurück. In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis im Schritt S15 wahr ist (S15: ja), berechnet die ECU 33 die Standardabweichung σθPmax des θPmax (Schritt S16). Die ECU 33 speichert die im Schritt S16 berechnete σθPmax im RAM 33c (Schritt S17).
6 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Erhalten des IMEP aus dem P-θ-Diagramm.
Ein Hubvolumen Vs wird auf der Grundlage des Kurbelwinkels θ auf der horizontalen Achse des P-θ-Diagramms, das auf der linken Seite der 6 veranschaulicht ist, einer Bohrung und dem Hub berechnet, wobei das P-V-Diagramm erhalten wird. Die durch den schraffierten Abschnitt des P-V-Diagramms auf der rechten Seite der 6 angegebene Fläche ist der indizierte Mitteldruck IMEP. Der indizierte Mitteldruck IMEP wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt, wobei Vs das Hubvolumen ist, Pi der Zylinderinnendruck ist und dV die Änderung des Verbrennungskammervolumens ist.
[Math. 1] $IMEP = \frac{1}{V s} \oint P i d V [bar]$
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Erhalten einer Fluktuationsrate CPi aus dem durch die Gleichung (1) berechneten indizierten Mitteldruck IMEP beschrieben. Die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt. Die Standardabweichung der durch das Abtasten des indizierten Mitteldrucks IMEP über mehrere Verbrennungszyklen (z. B. 400 Zyklen) erhaltenen Werte ist σIMEP, während der Durchschnittswert AvelMEP ist.
[Math. 2] $CPi = \frac{σ IMEP}{AveIMEP} \times 100 [%]$
Die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP wird als ein Parameter zum Bestimmen der Verbrennungsstabilität während eines langen Zeitraums (einer langen Zeitspanne) in einer relativ großen Anzahl von Verbrennungszyklen von 100 Zyklen oder mehr verwendet. Ferner ist eine relativ große Anzahl von Verbrennungszyklen bevorzugt größer als mehrere relativ kleinen Anzahlen von Verbrennungszyklen, wobei sie bevorzugt 100 Zyklen oder größer und kleiner als 700 Zyklen ist.
7 ist ein Ablaufplan eines Fluktuationsraten-Berechnungsprozesses des indizierten Mitteldrucks zum Erhalten von ΔIMEP und CPi.
Die ECU 33 nimmt die Kurbelwinkel- und Zylinderinnendruckdaten, die dem Kurbelwinkel entsprechen, auf (Schritt S21). Die ECU 33 bestimmt, ob ein Verbrennungszyklus abgeschlossen ist, (Schritt S22). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S22 falsch ist (S22: nein), kehrt der Prozess zum Schritt S21 zurück. In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis im S22 wahr ist (S22: ja), geht der Prozess zum Schritt S23 weiter. Die ECU 33 berechnet den indizierten Mitteldruck IMEP aus dem oben beschriebenen Ausdruck 1 (Schritt S23). Die ECU 33 berechnet einen Unterschied ΔIMEP von dem unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus (Schritt S24). Die ECU 33 speichert den im Schritt S23 berechneten indizierten Mitteldruck IMEP und den im Schritt S24 berechneten ΔIMEP im RAM 33c (Schritt S25).
Die ECU 33 bestimmt, ob der indizierte Mitteldruck IMEP für mehrere Verbrennungszyklen (400 Zyklen in dem Beispiel nach 7) berechnet worden ist (Schritt S26). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S26 falsch ist (S26: nein), kehrt der Prozess zum Schritt S21 zurück. In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis im Schritt S26 wahr ist (S26: ja), berechnet die ECU 33 die Standardabweichung σIMEP des indizierten Mitteldrucks IMEP und den Durchschnittswert AvelMEP des indizierten Mitteldrucks IMEP für 400 Zyklen (Schritt S27). Die ECU 33 berechnet die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP (Schritt S28). Die ECU 33 speichert die im Schritt S28 berechnete Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP im RAM 33c (Schritt S29).
8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der auf der CPi basierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht.
8 veranschaulicht eine Situation, in der sich die Kühlwassertemperatur, die Einlasslufttemperatur, die Kraftstofftemperatur und dergleichen während des Betriebs in einem stationären Zustand ändern, wobei sich der Verbrennungszustand in einer relativ langen Zeitspanne ändert. Die ECU 33 berechnet die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP in der Annahme, dass die Anzahl der Verbrennungszyklen, die notwendig ist, um den die Verbrennungsstabilität angebenden Parameter zu berechnen, (die im Folgenden als festgelegter Zyklus bezeichnet wird), 400 ist, bestimmt, dass die Verbrennungsstabilität verringert ist, wenn das Ergebnis den Schwellenwert a1 auf der mageren Seite übersteigt, und korrigiert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite. Dadurch verbessert sich die Verbrennungsstabilität und nimmt die Fluktuationsrate des indizierten Mitteldrucks IMEP ab. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite korrigiert worden ist, wird zusätzlich das Luft/Kraftstoffs-Verhältnis gleich dem oder kleiner als der Bestimmungsschwellenwert b1 auf der Seite der stabilen Verbrennung. In einem Fall, in dem der Verbrennungszustand stabilisiert ist, wird das Luft/KraftstoffVerhältnis zur mageren Seite korrigiert. Der Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unterscheidet sich in Abhängigkeit von einem Absolutwert eines Abweichungsbetrags CPi - a1 von einem Bestimmungsschwellenwert a1 oder eines Abweichungsbetrags CPi - b1 von dem Bestimmungsschwellenwert b1, wobei er groß ist, wenn der Abweichungsbetrag groß ist, und klein ist, wenn der Abweichungsbetrag klein ist.
9 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel der auf der CPi basierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht.
Die ECU 33 liest die im Änderungsraten-Berechnungsprozess des indizierten Mitteldrucks nach 7 berechnete Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP (Schritt S31). Die ECU 33 vergleicht die im Schritt S31 gelesene Fluktuationsrate des indizierten Mitteldrucks IMEP mit dem Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung und bestimmt, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP größer als oder gleich a1 ist (Schritt S32). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S32 wahr ist (S32: ja), geht der Prozess zum Schritt S33 weiter. Die ECU 33 vergrößert den Korrekturbetrag zu der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn der Absolutwert von CPi - a1 zunimmt (Schritt S33). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S32 falsch ist (S32: nein), geht der Prozess zum Schritt S34 weiter. Die ECU 33 vergleicht die im Schritt S31 gelesene Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP mit dem Bestimmungsschwellenwert b1 auf der Seite der stabilen Verbrennung und bestimmt, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich oder kleiner als b1 ist (Schritt S34). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S34 wahr ist (S34: ja), geht der Prozess zum Schritt S35 weiter. Die ECU 33 vergrößert den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur mageren Seite, wenn der Absolutwert von CPi - b1 zunimmt (Schritt S35). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S34 falsch ist (S34: nein), geht der Prozess zum Schritt S36 weiter. Die ECU 33 hält den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf dem vorhergehenden Korrekturbetrag (Schritt S36). Die ECU 33 steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine 10, so dass der bestimmte Korrekturbetrag erhalten wird.
Wie oben beschrieben worden ist, wird in einem stationären Betriebszustand gemäß einer Situation, in der sich die Verbrennung während einer relativ langen Zeitspanne verschlechtert, die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP mit hoher Genauigkeit bei einer relativ großen Anzahl von Verbrennungszyklen, wie z. B. 400 Zyklen, berechnet. In einem Fall, in dem die Fluktuationsrate in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis widergespiegelt wird, ist es möglich, die Verbrennungsstabilität sicherzustellen und den Kraftstoffverbrauch sogar in der Nähe einer Verbrennungsgrenze niedrig zu halten.
10 ist eine graphische Darstellung, die ein Problem der auf der CPI basierenden Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses veranschaulicht.
Falls während des festgelegten Zyklus (400 Zyklen in der Zeichnung), der erforderlich ist, um die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP zu berechnen, der Fahrer das Fahrpedal betätigt oder sich die Öffnung des AGR-Ventils 31 ändert, kann eine vorübergehende Änderung der Last an der Kraftmaschine 10 auftreten, wobei die Fluktuation des indizierten Mitteldrucks IMEP zunimmt und die Verbrennungsstabilität verringert werden kann. In diesem Fall ist es nicht möglich, dass die ECU 33 das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert, bis der festgelegte Zyklus, der zum Berechnen der Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP erforderlich ist, vergangen ist. Deshalb ist die Fahrbarkeit verschlechtert, ohne die Schwingung der Fahrzeugkarosserie aufgrund der Verschlechterung der Verbrennung und der Fehlzündung in dem Verbrennungszyklus zu unterdrücken.
Folglich enthält die ECU 33 dieser Ausführungsform die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP und einen Parameter, der die Verbrennungsstabilität in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen angibt, als die Parameter, die die Verbrennungsstabilität angeben, um eine vorübergehende Änderung der Last an der Kraftmaschine 10 zu meistern. In dieser Ausführungsform wird als ein Parameter, der die Verbrennungsstabilität in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen angibt, entweder die Standardabweichung oθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der einen maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, oder ein Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus verwendet.
11 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Falls die Verbrennungsstabilität unter Verwendung der Fluktuationsrate CPI des indizierten Mitteldrucks IMEP als ein Parameter bestimmt wird, wird die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP alle 400 Zyklen berechnet. Selbst wenn sich die Verbrennung während dieses Zyklus vorübergehend verschlechtert, ist es deshalb nicht möglich, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sofort korrigiert wird. Falls andererseits die Verbrennungsstabilität unter Verwendung der Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, oder des Unterschieds ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus als ein Parameter bestimmt wird, kann die Verbrennungsstabilität in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen bestimmt werden und kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sofort korrigiert werden. Bei dieser Konfiguration kann die Fluktuationszeit des indizierten Mitteldrucks IMEP kurz unterdrückt werden, wobei die zu der Fahrzeugkarosserie und dem Insassen übertragenen Schwingungen verringert werden, um die Fahrbarkeit zu verbessern. Als Nächstes wird eine spezifische Verarbeitung der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben.
12 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Die ECU 33 liest die in dem Änderungsraten-Berechnungsprozess des indizierten Mitteldrucks nach 7 berechnete Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP und die durch den Standardabweichungs-Berechnungsprozess nach 5 berechnete Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, (Schritt S41). Die ECU 33 bestimmt, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist oder ob die Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, gleich einem oder größer als ein Bestimmungsschwellenwert a2 (erster Einstellwert) ist (Schritt S42). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S42 wahr ist (S42: ja), geht der Prozess zum Schritt S43 weiter. In einem Fall, in dem die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist, bestimmt die ECU 33 den Korrekturbetrag (f1) zu der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von CPi - a1 zunimmt. In einem Fall, in dem die Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a2 (erste Einstellwert) auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist, bestimmt die ECU 33 den Korrekturbetrag (f2) zu der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von σθPmax - a2 zunimmt (Schritt S43). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S42 falsch ist (S42: nein), geht der Prozess zum Schritt S44 weiter. Die ECU 33 bestimmt, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder kleiner als der Bestimmungsschwellenwert b1 auf der Seite der stabilen Verbrennung ist und ob die Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, gleich dem oder kleiner als der Bestimmungsschwellenwert b2 (dritte Einstellwert) ist, (Schritt S44). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S44 wahr ist (S44: ja), geht der Prozess zum Schritt S45 weiter. Die ECU 33 erhält einen Korrekturbezugsbetrag (g1), der bestimmt wird, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von CPi - b1 zunimmt, erhält einen Korrekturbezugsbetrag (g2), der bestimmt wird, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von σθPmax - b2 zunimmt, und bestimmt den Korrekturbetrag zu der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass er zunimmt, wenn ein Produkt (g1 × g2) des Korrekturbezugsbetrags (g1) und des Korrekturbezugsbetrags (g2) zunimmt, (Schritt S45). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S44 falsch ist (S44: nein), geht der Prozess zum Schritt S46 weiter. Die ECU 33 hält den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf dem vorhergehenden Korrekturbetrag (Schritt S46). Die ECU 33 steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine 10, so dass der bestimmte Korrekturbetrag erhalten wird.
13 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel einer weiteren Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Die ECU liest die in dem Prozess nach 7 berechnete Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP und den Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus (Schritt S51). Die ECU 33 bestimmt, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist oder ob der Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a3 (zweite Einstellwert) auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist (Schritt S52). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S52 wahr ist (S52: ja), geht der Prozess zum Schritt S53 weiter.
In einem Fall, in dem die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist, bestimmt die ECU 33 den Korrekturbetrag (f1) zu der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von CPi - a1 zunimmt. In einem Fall, in dem der Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a3 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist, bestimmt die ECU 33 den Korrekturbetrag (f3) zu der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von σθPmax - b2 zunimmt (Schritt S53). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S52 falsch ist (S52: nein), geht der Prozess zum Schritt S54 weiter. Die ECU 33 bestimmt, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder kleiner als der Bestimmungsschwellenwert b1 auf der Seite der stabilen Verbrennung ist und ob der Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus gleich dem oder kleiner als der Bestimmungsschwellenwert b3 (vierte Einstellwert) auf der Seite der stabilen Verbrennung ist (Schritt S54). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schrittes S54 wahr ist (S54: ja), geht der Prozess zum Schritt S55 weiter. Die ECU 33 erhält den Korrekturbezugsbetrag (g1), der bestimmt ist, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von CPi - b1 zunimmt, erhält den Korrekturbezugsbetrag (g3), der bestimmt ist, so dass er zunimmt, wenn der Absolutwert von σθPmax - b3 zunimmt, und bestimmt den Korrekturbetrag (g1 × g2) zu der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, so dass er zunimmt, wenn das Produkt des Korrekturbezugsbetrags (g1) und des Korrekturbezugsbetrags (g3) zunimmt (Schritt S55). In einem Fall, in dem das Bestimmungsergebnis des Schritts S54 falsch ist (S44: nein), geht der Prozess zum Schritt S56 weiter. Die ECU 33 hält den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf dem vorhergehenden Korrekturbetrag (Schritt S56). Die ECU 33 steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine 10, so dass der bestimmte Korrekturbetrag erhalten wird.
Der Korrekturbetrag zu der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in diesen Schritten S43 und S53 und der Korrekturbetrag zu der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Schritten S45 und S55 nehmen wie die Absolutwerte der Unterschiede zwischen den Parametern, die die Verbrennungsstabilität angeben, und dem Bestimmungsschwellenwert zu. Mit anderen Worten, wenn die Abweichung von jedem Schwellenwert groß ist, nimmt jeder Korrekturbetrag zu, um die Ansprechempfindlichkeit zu verbessern, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis schnell zur fetten Seite oder zur mageren Seite verschoben wird, um die Verbrennungsstabilität sicherzustellen. Ferner kann in einem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der mageren Seite verschoben wird, der Kraftstoffverbrauch verringert werden.
Wie oben beschrieben worden ist, werden in dieser Ausführungsform die die Verbrennungsstabilität angebenden Parameter, die verschiedene Eigenschaften aufweisen, auf der Grundlage der Kurbelwinkel- oder Zylinderinnendruckdaten, die dem Kurbelwinkel entsprechen, berechnet. Bei dieser Konfiguration kann die Verschlechterung des Verbrennungszustands aufgrund der vorübergehenden Änderung der Betriebsbedingung schnell detektiert werden, wobei die Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an dieser Stufe ausgeführt werden kann. Die Verschlechterung der Fahrbarkeit kann sogar in dem Magergrenzbereich aufgrund der Magerverbrennung unterdrückt werden. Ferner kann in einem Fall, in dem der Verbrennungszustand stabilisiert ist, nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite korrigiert worden ist, eine Zunahme des Verbrennungsverbrauchs durch das Verschieben des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur mageren Seite unterdrückt werden.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird die ECU 33 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Ferner unterscheidet sich die ECU 33 gemäß der zweiten Ausführungsform von der ECU 33 gemäß der ersten Ausführungsform nur in dem Verfahren zum Bestimmen des Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wobei die Hardware-Konfiguration die gleiche wie die der ECU 33 gemäß der ersten Ausführungsform ist.
14 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen eines Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der zweiten Ausführungsform.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite korrigiert wird, kann sich die Last an der Kraftmaschine 10 in Abhängigkeit von der Änderung der Drosselklappenöffnung oder der Änderung der AGR-Menge aufgrund der Fahrpedalbetätigung des Fahrers ändern. In diesem Fall bezieht sich die ECU 33 auf den Betrag der Änderung entweder des Änderungsbetrags der Drosselklappenöffnung oder des Betrags der Änderung der AGR-Öffnung, wobei sie den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem Betrag der Änderung, auf den Bezug genommen wird, ändert. Jeder Betrag der Änderung ist durch den Öffnungsgrad und die Änderungsgeschwindigkeit aufgeteilt. In einem Fall, in dem der Öffnungsgrad groß ist und die Änderungsgeschwindigkeit schnell ist, wird ein großer Korrekturbetrag festgelegt. In einem Fall, in dem der Öffnungsgrad klein ist und die Änderungsgeschwindigkeit langsam ist, wird ein kleiner Korrekturbetrag festgelegt. Zusätzlich legt die ECU 33 eine Übergangszeit Trsft auf einer Seite der Verschiebung zu fett kürzer als eine Übergangszeit Tlsft auf einer Seite der Verschiebung zu mager fest, um die Verbrennungsstabilität zu betonen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird.
Dritte Ausführungsform
Als Nächstes wird die ECU 33 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Die ECU 33 gemäß der dritten Ausführungsform ist ein Beispiel in einem Fall, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur mageren Seite verschoben wird, wobei die Hardware-Konfiguration die gleiche wie die der ECU 33 gemäß der ersten Ausführungsform ist.
15 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen eines Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der dritten Ausführungsform.
Wenn der IMEP auf der Seite der Zunahme signifikant fluktuiert, wird entweder auf den Betrag der Änderung der Drosselklappenöffnung oder den Betrag der Änderung der AGR-Öffnung Bezug genommen. Der Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu der mageren Seite nimmt zu, wenn der Betrag der Änderung, auf den Bezug genommen wird, zunimmt. Ähnlich zur zweiten Ausführungsform wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird, die Verschiebungszeit Trsft auf der Seite der Verschiebung zu fett kürzer als die Verschiebungszeit Tlsft auf der Seite der Verschiebung zu mager festgelegt, um die Verbrennungsstabilität zu betonen.
Vierte Ausführungsform
Als Nächstes wird die ECU 33 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Die ECU 33 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der ECU 33 gemäß der ersten Ausführungsform nur in dem Korrekturzeitraum des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wobei die Hardware-Konfiguration die gleiche wie die der ECU 33 gemäß der ersten Ausführungsform ist.
16 ist eine graphische Darstellung zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen des Korrekturbetrags des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der vierten Ausführungsform.
Die ECU 33 vergrößert den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe oder die AGR in einem Fall zunimmt, in dem die Änderungsgeschwindigkeiten der Drosselklappenöffnungsgrade oder der AGR-Öffnungsgrade gleich sind und die Änderungsbeträge verschieden sind.
Die vorliegende Erfindung ist ferner nicht auf die obigen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen enthalten sein. Die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind z. B. in einer klar verständlichen Weise ausführlich beschrieben worden, wobei sie nicht notwendigerweise auf jene eingeschränkt sind, die alle der beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Zusätzlich können einige der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform durch die Konfigurationen der anderen Ausführungsformen ersetzt werden, während die Konfigurationen der anderen Ausführungsformen zu den Konfigurationen der Gegenstandsausführungsform hinzugefügt werden können. Zusätzlich können einige der Konfigurationen jeder Ausführungsform weggelassen werden, durch andere Konfigurationen ersetzt werden und zu anderen Konfigurationen hinzugefügt werden.
In der obigen Ausführungsform verwendet die ECU 33 die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP und den Parameter, der die Verbrennungsstabilität in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen angibt, als die Parameter, die die Verbrennungsstabilität angeben. Die ECU 33 kann jedoch nur den Parameter, der die Verbrennungsstabilität in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen angibt, als einen Parameter, der die Verbrennungsstabilität angibt, verwenden.
In der obigen Ausführungsform bestimmt die ECU 33 im Schritt S42, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist oder ob die Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a2 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist. Die ECU 33 kann bestimmen, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung der CPi ist und ob die Standardabweichung σθPmax des Kurbelwinkels θPmax, der den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erzeugt, gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a2 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist.
In der obigen Ausführungsform bestimmt die ECU 33 im Schritt S52 ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist oder ob der Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a3 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist. Die ECU 33 kann bestimmen, ob die Fluktuationsrate CPi des indizierten Mitteldrucks IMEP gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a1 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist und ob der Unterschied ΔIMEP von dem indizierten Mitteldruck IMEP des unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert a3 auf der Seite der Verbrennungsverschlechterung ist.
In der obigen Ausführungsform ist der vorhergehende Verbrennungszyklus der unmittelbar vorhergehende Verbrennungszyklus. Der vorhergehende Verbrennungszyklus kann ein Verbrennungszyklus zwei oder mehr Verbrennungszyklen vorher sein.
In den zweiten bis vierten Ausführungsformen bezieht sich die ECU 33 entweder auf den Betrag der Änderung der Drosselklappenöffnung oder den Betrag der Änderung der AGR-Öffnung, wobei sie den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß den Betrag der Änderung ändert. Die ECU 33 kann sich auf den Betrag der Änderung der Drosselklappenöffnung und auf den Betrag der Änderung der AGR-Öffnung beziehen und den Korrekturbetrag des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem Betrag der Änderung ändern.
In den zweiten bis vierten Ausführungsformen legt die ECU 33 die Übergangszeit Trsft auf der Seite der Verschiebung zu fett kürzer als die Übergangszeit Tlsft auf der Seite der Verschiebung zu mager fest, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird. Die ECU 33 kann bewirken, dass die Übergangszeit Tlsft auf der Seite der Verschiebung zu mager und die Übergangszeit Trsft auf der Seite der Verschiebung zu fett der gleiche Zeitraum sind, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird.
Bezugszeichenliste

10: Kraftmaschine
33: ECU

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000170572 A [0005]

Claims

Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen, die Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt und Folgendes umfasst: eine Bestimmungseinheit, die ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine basierend auf einer Variation des Kurbelwinkels in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen oder einem Unterschied des indizierten Mitteldrucks von einem vorhergehenden Verbrennungszyklus bestimmt, und eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinheit, die ein Luft/KraftstoffVerhältnis der Brennkraftmaschine so steuert, dass es gleich dem durch die Bestimmungseinheit bestimmten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer fetten Seite verschiebt, wenn die Variation einen ersten Einstellwert übersteigt oder wenn der Unterschied einen zweiten Einstellwert übersteigt.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einer mageren Seite verschiebt, wenn die Variation gleich einem oder kleiner als ein dritter Einstellwert ist oder wenn der Unterschied gleich einem oder kleiner als ein vierter Einstellwert ist.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, wobei die Variation in der relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen eine Standardabweichung des Kurbelwinkels ist, wenn ein Zylinderinnendruck maximal ist.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Unterschied ein Unterschied des indizierten Mitteldrucks von einem unmittelbar vorhergehenden Verbrennungszyklus ist.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Bestimmungseinheit das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis basierend auf der Variation des Kurbelwinkels in der relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen, dem Unterschied des indizierten Mitteldrucks von dem vorhergehenden Verbrennungszyklus oder einer Fluktuationsrate des indizierten Mitteldrucks in einer relativ großen Anzahl von Verbrennungszyklen bestimmt.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Bestimmungseinheit das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der fetten Seite verschiebt, wenn die Variation einen ersten Einstellwert übersteigt und der Unterschied einen zweiten Einstellwert übersteigt.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Bestimmungseinheit einen Korrekturbetrag des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einer Fahrpedalöffnung der Brennkraftmaschine bestimmt.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Bestimmungseinheit einen Korrekturbetrag des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einem AGR-Öffnungsgrad der Brennkraftmaschine bestimmt.
Steuervorrichtung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Bestimmungseinheit einen Übergangszeitraum der fetten Seite festlegt, so dass er kürzer als ein Übergangszeitraum der mageren Seite ist.
Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt, das umfasst: Bestimmen eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine basierend auf einer Variation des Kurbelwinkels in einer relativ kleinen Anzahl von Verbrennungszyklen oder einem Unterschied des indizierten Mitteldrucks von einem vorhergehenden Verbrennungszyklus; und Ausführen einer Steuerung, so dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine gleich dem durch die Bestimmungseinheit bestimmten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.