DE112019000195T5

DE112019000195T5 - Verbrennungsmotor-steuervorrichtung und verbrennungsmotor-steuerverfahren

Info

Publication number: DE112019000195T5
Application number: DE112019000195.7T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Aono; Masayuki Saruwatari
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US11391226B2; JP2019148200A; WO2019163507A1; US20210079857A1; JP7089900B2

Abstract

Die Aufgabe besteht darin, die Verbrennungsstabilität unter Berücksichtigung der Wirkung eines Trends selbst bei einem Übergangsbetrieb genau zu beurteilen.Die vorliegende Erfindung umfasst eine Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210, welche die Verbrennungsenergie W_t eines Verbrennungszyklus in einem Verbrennungsmotor berechnet, eine Trendberechnungseinheit 230, die einen Trend Tr der Änderung der von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 in mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsenergie W_t berechnet, und eine Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250, welche die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen und des von der Trendberechnungseinheit 230 berechneten Trends Tr der Änderung beurteilt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung und ein Verbrennungsmotor-Steuerverfahren.
Technischer Hintergrund
PTL 1 offenbart eine Verbrennungsmotor-Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung, die den Verbrennungszustand jeder Zylindergruppe durch Verbrennungszustands-Erfassungsmittel in einem Verbrennungsmotor erfasst, welche Verbrennungszustands-Steuermittel zum Einstellen des Zustands des Luft-Kraftstoff-Gemisches zum Erreichen eines Zielverbrennungszustands des in jede von mehreren Zylindergruppen, worin mehrere Zylinder unterteilt sind, eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisches und zum Einstellen des Zustands des Luft-Kraftstoff-Gemisches, so dass der Verbrennungszustand zwischen den Zylindergruppen zum selben Zustand konvergiert, aufweist,
wobei die Verbrennungszustands-Erfassungsvorrichtung Verbrennungszustandserfassungs-Verhinderungsmittel zum Verhindern der Erfassung eines Verbrennungszustands durch die Verbrennungszustands-Erfassungsmittel vor Verstreichen einer Referenzkonvergenzperiode, worin erwartet wird, dass der Verbrennungszustand zwischen den Zylindergruppen durch Einstellen des Zustands des Luft-Kraftstoff-Gemisches gegen den selben Zustand konvergiert, aufweist.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2011-106403 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Der Betriebszustand eines Verbrennungsmotors (Motors) lässt sich in einen Gleichgewichtszustand und einen Übergangszustand unterteilen. Im Gleichgewichtszustand sind die Motorgeschwindigkeit und das Motordrehmoment konstant, und im Übergangszustand ändern sich die Motorgeschwindigkeit und das Motordrehmoment. Bei der Entwicklung von Motoren werden die Motoreigenschaften häufig im Gleichgewichtszustand beurteilt. Andererseits gibt es, wenn ein Fahrzeug auf einer Straße fährt, sehr wenige Regionen, in denen das Fahrzeug im Gleichgewichtszustand betrieben wird, wobei es in den meisten Regionen im Übergangszustand betrieben wird.
Es wird davon ausgegangen, dass viele der herkömmlichen in Bezug auf das Verfahren zur Erfassung eines Verbrennungszustands offenbarten Erfindungen auf Kenntnissen beruhten, die bei einer Funktionsweisebeurteilung im Entwicklungsstadium des Motors erhalten wurden. Daher handelt es sich bei den meisten Erfassungsverfahren um ein Erfassungsverfahren, das nur auf den Gleichgewichtszustand anwendbar ist, oder um ein Erfassungsverfahren, das den Gleichgewichtszustand und den Übergangszustand bestimmt und den Verbrennungszustand im Fall eines Gleichgewichtszustands erfasst und die Erfassung des Verbrennungszustands im Fall des Übergangszustands unterbindet (siehe PTL 1).
Wie vorstehend beschrieben, gibt es beim tatsächlichen Betrieb jedoch einige Regionen, die im Gleichgewichtszustand arbeiten, und die meisten Regionen arbeiten im Übergangszustand. Es ist auch schwierig, die Kriterien zur Unterscheidung zwischen dem Normalzustand und dem Übergangszustand klar darzulegen. Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verbrennungszustands-Erfassungsverfahren bereitzustellen, das auch während des Übergangszustands anwendbar ist.
Lösung des Problems
Zur Lösung des vorstehenden Problems umfasst die vorliegende Erfindung eine Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit, welche einen Verbrennungsparameter eines Verbrennungszyklus in einem Verbrennungsmotor berechnet, eine Trendberechnungseinheit, die einen Trend der Änderung des von der Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit in mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsparameters berechnet, und eine Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit, welche die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen und des von der Trendberechnungseinheit berechneten Trends der Änderung beurteilt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verbrennungsstabilität unter Berücksichtigung der Wirkung des Trends selbst während des Übergangsbetriebs genau beurteilt werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Diagramm, in dem ein Verbrennungsmotor schematisch dargestellt ist,
2 ein schematisches Diagramm, das vier in Reihe angeordnete Zylinder des Verbrennungsmotors zeigt,
3 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderdruck in einem Zylinder des Verbrennungsmotors zeigt,
4 ein Diagramm, das vier Takte des Zylinders des Verbrennungsmotors zeigt,
5 einen Graphen, der die Änderung des IMEP pro Verbrennungszyklus im Zylinder des Verbrennungsmotors zeigt,
6 einen Graphen, der die Änderung von cPi pro Verbrennungszyklus im Zylinder des Verbrennungsmotors zeigt,
7 ein Diagramm, das eine Verteilung und den Mittelwert von Verbrennungsparametern während des Gleichgewichtsbetriebs zeigt,
8 ein Diagramm, das eine Verteilung und den Mittelwert von Verbrennungsparametern während des Übergangsbetriebs zeigt,
9 ein Diagramm, das eine Verteilung von Verbrennungsparametern und einen Änderungstrend während des Übergangsbetriebs zeigt,
10 einen Graphen, der eine Änderung von Neu_cPi pro Verbrennungszyklus in einem vorgegebenen Zylinder zeigt,
11 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt,
12 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beurteilung eines Verbrennungszustands durch die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform,
13 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt,
14 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beurteilung eines Verbrennungszustands durch die Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform,
15 ein Diagramm, das eine Verteilung von Verbrennungsparametern, einen Änderungstrend und eine plötzliche Änderung der Verbrennung während des Übergangsbetriebs gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt,
16 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt,
17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beurteilung eines Verbrennungszustands durch die Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform,
18 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderdruck im Zylinder des Verbrennungsmotors zeigt, und
19 einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Kurbel- winkel und der im Zylinder des Verbrennungsmotors erzeugten Wärmemenge zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Zuerst wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Motorsteuereinheit (ECU) 1 beschrieben, die einen Verbrennungsmotor steuert. Nachstehend wird die ECU 1 als Steuervorrichtung 1 bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung 1 auf einen Verbrennungsmotor 100 für ein Fahrzeug angewendet wird.
Die 1 und 2 sind schematische Diagramme zur Beschreibung des Verbrennungsmotors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Vierzylinder-Viertakt-Benzinmotor als Beispiel für den Verbrennungsmotor 100 beschrieben, die Anzahl der Zylinder und der Zyklen des Verbrennungsmotors 100 ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Wie in 1 dargestellt ist, nimmt der Verbrennungsmotor 100 durch eine Einlassleitung 101 Luft in einen Zylinder 102 auf. Im Zylinder 102 bewegt sich ein mit einer Kurbelwelle 103 gekoppelter Kolben 104 synchron mit der Drehung der Kurbelwelle 103 vertikal und öffnen und schließen sich ein Einlassventil 105 und ein Auslassventil 106 synchron mit dieser Bewegung. Luft wird durch die Synchronisation zwischen der Vertikalbewegung des Kolbens 104 und dem Öffnen und Schließen des Einlassventils 105 und des Auslassventils 106 in den Zylinder 102 eingelassen.
Die in den Zylinder 102 aufgenommene Ansaugluftmenge wird durch Einstellen des Öffnens eines in der Einlassleitung 101 bereitgestellten Drosselventils 107 auf der Grundlage der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer eingestellt. Die Ansaugluftmenge wird durch einen in der Einlassleitung 101 bereitgestellten Luftströmungssensor 108 gemessen. Die gemessene Ansaugluftmenge wird durch ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis dividiert, das durch die Motorgeschwindigkeit, den Einlassleitungsdruck und dergleichen festgelegt wird, wodurch eine Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge berechnet wird, und Kraftstoff wird entsprechend der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge von einem Einspritzer 109 eingespritzt.
Das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus in den Zylinder 102 aufgenommener Luft und vom Einspritzer 109 eingespritztem Kraftstoff wird durch eine Zündkerze 110 gezündet, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch explodiert. Das durch die Explosion ausgedehnte Luft-Kraftstoff-Gemisch drückt den Kolben 104 herunter, und die Herunterdrückbewegung des Kolbens 104 wird in eine Drehung der Kurbelwelle 103 umgewandelt, die zur Antriebskraft des Fahrzeugs wird. Ein EGR-Rohr 112 ist von einer Auslassleitung 111 zur Einlassleitung 101 bereitgestellt. Der Pumpverlust kann durch Rückführen des verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemisches zur Einlassleitung 101 verringert werden. Das Drosselventil 107, der Einspritzer 109 und die Zündkerze 110 werden durch die mit dem Verbrennungsmotor 100 verbundene Steuervorrichtung 1 gesteuert. Die Steuervorrichtung 1 steuert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und den Zündzeitpunkt durch Steuern des Betriebszustands und des Umgebungszustands des Verbrennungsmotors 100.
Wie in 2 dargestellt ist, ist der Verbrennungsmotor 100 mit vier in Reihe geschalteten Zylindern 102 versehen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind ein erster Zylinder 1021, ein zweiter Zylinder 1022, ein dritter Zylinder 1023 und ein vierter Zylinder 1024 in dieser Reihenfolge von der Seite bereitgestellt, die dem Drosselventil 107 nahe liegt. Hier tritt im Verbrennungsmotor 100 zwischen einem Zylinder in der Nähe des Drosselventils 107 (beispielsweise dem Zylinder 1021) und einem Zylinder, der dem Drosselventil 107 fern liegt (beispielsweise dem Zylinder 1024), eine Differenz zwischen der von der Einlassleitung 101 eingelassenen Luftmenge und der eingelassenen Menge des Abgases aus dem EGR-Rohr 112 auf.
Daher unterscheidet sich die Stabilität der Verbrennung beim Verbrennungsmotor 100 selbst dann zwischen den Zylindern 1021 bis 1024, wenn von einer für jeden der Zylinder 1021 bis 1024 bereitgestellten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 109 die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Herkömmlich liegen der Kraftstoffverbrauch und das Abgasverhalten eines Verbrennungsmotors selbst dann innerhalb eines zulässigen Bereichs, wenn die unterschiedliche Verbrennungsstabilität zwischen Zylindern ignoriert wird. Es gibt jedoch einen zunehmenden Bedarf an der Korrektur der unterschiedlichen Verbrennungsstabilitäten zwischen Zylindern in Zusammenhang mit einem Bedarf an einer weiteren Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und des Abgasverhaltens bei einer mageren Verbrennung, EGR-Verbrennung und dergleichen des Verbrennungsmotors.
Daher ist der Verbrennungsmotor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Zylinderdrucksensor 113 (siehe 1) für jeden der Zylinder 1021 bis 1024 versehen, um den Verbrennungszustand der jeweiligen Zylinder 1021 bis 1024 zu erfassen. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem durch den Zylinderdrucksensor 113 gemessenen Zylinderdruck Pcyl jedes der Zylinder 1021 bis 1024 und dem von einem Kurbelwinkelsensor 1031 erfassten Drehwinkel (Kurbelwinkel θ) der Kurbelwelle 103. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Zylinderdruck Pcyl und dem Volumen V im Zylinder 102.
In 3 repräsentiert die horizontale Achse den Kurbelwinkel θ und repräsentiert die vertikale Achse den Zylinderdruck Pcyl. Beim Verbrennungsmotor 100 bewegt sich der Kolben 104 in einem Verbrennungszyklus zwei Mal zwischen einem oberen Totpunkt (TDC) und einem unteren Totpunkt (BDC) hin und her (die Kurbelwelle 103 dreht sich um 720 Grad), und die vier Takte eines Ansaugtakts, eines Kompressionstakts, eines Verbrennungs(Explosions)-Takts und eines Auslasstakts werden während dieser Periode ausgeführt.
In 4 repräsentiert die horizontale Achse das Volumen V des Zylinders 102 und repräsentiert die vertikale Achse den Zylinderdruck Pcyl. Beim Verbrennungsmotor 100 kann der Betrag der in einem Verbrennungszyklus von einem Zylinder 102 ausgeführten Arbeit W folgendermaßen entsprechend der Fläche (schraffierter Abschnitt in 4), die durch die vier in einem Verbrennungszyklus ausgeführten Takte gebildet ist, durch Gleichung 1 ausgedrückt werden. $W = \int_{E i n l a s s T D C}^{E i n l a s s T D C + 720} P_{c y l} d V$
Der Arbeitsbetrag W/V pro Einheitsvolumen, der durch Dividieren des Arbeitsbetrags W für einen Verbrennungszyklus eines Zylinders durch das Volumen V des Zylinders erhalten wird, wird als angegebener mittlerer effektiver Druck (IMEP) bezeichnet. Der IMEP wird weit verbreitet als die Verbrennungsenergie des Verbrennungsmotors 100 repräsentierender Wert verwendet.
5 ist ein Graph, der die pro Verbrennungszyklus in einem Zylinder berechnete Änderung des IMEP (Verbrennungsenergie) zeigt. Für die Zwecke der Erklärung zeigt 5 Änderungen des IMEP1 (durchgezogene Linie in der Figur) des ersten Zylinders 1021 und des IMEP2 (gestrichelte Linie in der Figur) des zweiten Zylinders 1022 von den Zylindern 1021 bis 1024. In 5 ist der IMEP in einer Periode von 0 bis 50 Zyklen groß. Es ist angegeben, dass die Schwankung des IMEP in dieser Periode klein ist, weil die Last des Verbrennungsmotors 100 hoch ist. Ferner ist angegeben, dass die Last des Verbrennungsmotors 100 in einer Periode von 80 bis 180 Zyklen allmählich abnimmt und dass die Schwankung des IMEP pro Verbrennungszyklus klein ist. In einer Periode von 180 bis 300 Zyklen ist der IMEP klein. Das heißt, dass in dieser Periode die Last des Verbrennungsmotors 100 abnimmt und dass die Schwankung von IMEP1 des ersten Zylinders 1021 pro Verbrennungszyklus zunimmt. Dementsprechend zeigt sich, dass die Verbrennung im ersten Zylinder 1021 im Zeitraum von 180 bis 300 Zyklen instabil wird.
Zur Quantifizierung dieser Instabilität wird ein Verfahren ausgeführt, bei dem die Verbrennungsstabilität unter Verwendung eines Parameters cPi beurteilt wird, der anhand des Mittelwerts µ und der Standardabweichung σ des IMEP mehrerer früherer Verbrennungszyklen berechnet wird. Dieser Parameter cPi kann durch die nachstehende Gleichung 2 ausgedrückt werden. Bei diesem Verfahren wird angenommen, dass für die Beurteilung der Verbrennungsstabilität über einige zehn bis hundert Zyklen gemittelt wird. Das heißt, dass der cPi pro Zyklus unter Verwendung des Mittelwerts µ und der Standardabweichung σ des IMEP in einigen zehn bis hundert vorhergehenden Zyklen berechnet wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Verbrennung stabil ist, falls der Wert von cPi kleiner oder gleich einem Schwellenwert (einem festgelegten Schwellenwert) ist, und dass die Verbrennung instabil ist, falls der Wert von cPi den festgelegten Schwellenwert überschreitet. $c P i = \frac{σ (I M E P)}{μ (I M E P)}$
6 zeigt den anhand der Zeitreihe des IMEP aus 5 unter Verwendung von Gleichung 2 berechneten cPi. In 6 repräsentiert die horizontale Achse den Verbrennungszyklus und repräsentiert die vertikale Achse den vorstehend beschriebenen Parameter cPi. In 6 ist der cPi des ersten Zylinders 1021 durch cPi1 repräsentiert (durchgezogene Linie in der Figur), und ist der cPi des zweiten Zylinders 1022 durch cPi2 repräsentiert (gestrichelte Linie in der Figur). 6 wird nachstehend beschrieben. Der festgelegte Schwellenwert von cPi zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität ist in der folgenden Beschreibung 2.

(1) Zuerst ist in der Periode von 0 bis 50 Zyklen in 6 der Wert von cPi für den ersten Zylinder 1021 und den zweiten Zylinder 1022 jeweils kleiner oder gleich 2. Dementsprechend kann festgestellt werden, dass die Verbrennungszustände des ersten Zylinders 1021 und des zweiten Zylinders 1022 in dieser Zyklusperiode beide stabil sind. Wellenformen (siehe 5) von IMEP1 und IMEP2, bevor cPi berechnet wird, geben an, dass die Schwankung von IMEP1 und IMEP2 pro Verbrennungszyklus in dieser Periode gering ist. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass das Ergebnis der auf der Grundlage von cPi1 und cPi2, wie vorstehend beschrieben, vorgenommenen Bestimmung, dass die Verbrennung im ersten Zylinder 1021 und im zweiten Zylinder 1022 stabil ist, vernünftig ist.
(2) Als nächstes ist in der Periode von 180 bis 300 Zyklen der Wert von cPi2 des zweiten Zylinders 1022 kleiner oder gleich 2. Das heißt, dass festgestellt werden kann, dass der Verbrennungszustand des zweiten Zylinders 1022 in dieser Periode stabil ist. Andererseits überschreitet der Wert von cPi1 des ersten Zylinders 1021 2, was als instabil beurteilt wird. Wellenformen (siehe 5) von IMEP1 und IMEP2, bevor cPi berechnet wird, geben an, dass die Schwankung von IMEP2 pro Verbrennungszyklus in dieser Periode klein ist, während die Schwankung von IMEP1 pro Verbrennungszyklus in dieser Periode groß ist. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass das Ergebnis der auf der Grundlage von cPi1 und cPi2, wie vorstehend beschrieben, vorgenommenen Bestimmung, dass die Verbrennung des zweiten Zylinders 1022 stabil ist und die Verbrennung des ersten Zylinders 1021 instabil ist, vernünftig ist.
(3) Das hier erörterte Problem betrifft den Übergangszustand (Übergangsbetrieb), der in der durch die Zyklen 80 bis 180 angegebenen Periode auftritt. In der Periode dieses Übergangszustands haben IMEP1 und IMEP2 infolge eines Übergangs von einem Zustand, in dem beispielsweise die Motorgeschwindigkeit und das Drehmoment hoch sind, in einen Zustand, in dem sie klein sind, abgenommen. Die ursprüngliche Wellenform des IMEP (siehe 5) gibt an, dass der Verbrennungszustand stabil ist, weil die Schwankung gering ist, wenngleich sowohl der IMEP1 des ersten Zylinders 1021 als auch der IMEP2 des zweiten Zylinders 1022 schwanken, weil sie sich im Übergangszustand befinden. In 6 überschreiten jedoch sowohl cPi1 des ersten Zylinders 1021 als auch cPi2 des zweiten Zylinders 1022 2, wobei es sich um den festgelegten Schwellenwert handelt. Dementsprechend wird durch das Verfahren, bei dem die Verbrennung als instabil beurteilt wird, falls der cPi größer als der festgelegte Schwellenwert ist (2 in diesem Fall), die Verbrennung im ersten Zylinder 1021 und im zweiten Zylinder 1022 als instabil beurteilt, wenngleich sie tatsächlich stabil ist, wie vorstehend beschrieben wurde.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf ein Problem bei einem Verfahren zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen cPi und einem festgelegten Schwellenwert in einem Übergangszustand, wie er zwischen 80 und 180 Zyklen auftritt, wie vorstehend beschrieben, geachtet. Mit anderen Worten besteht eine Aufgabe der vorliegenden Ausführungsform darin, zu verhindern, dass eine Verbrennung als instabil beurteilt wird, obwohl sie in einem Übergangszustand stabil ist, und die Verbrennungsstabilität selbst im Übergangszustand genau zu bestimmen.
Als nächstes wird der Grund, aus dem die Verbrennungsstabilität als instabil bestimmt wird, selbst wenn sie in einem Übergangszustand stabil ist, bei Verwendung eines Verfahrens zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen cPi und dem festgelegten Schwellenwert detailliert mit Bezug auf die 7 bis 9 beschrieben.
7 zeigt eine Verteilung von IMEP (Verbrennungsenergie) mehrerer Verbrennungszyklen in einem Gleichgewichtszustand (Gleichgewichtsbetrieb), den Mittelwert µ von IMEP der mehreren Verbrennungszyklen und die Standardabweichung σ des Werts jedes IMEP vom Mittelwert µ. Wie in der vorstehenden Gleichung 2 angegeben, wird der Parameter cPi während des Gleichgewichtsbetriebs des Verbrennungsmotors 100 durch Dividieren der Standardabweichung σ des Werts jedes IMEP vom Mittelwert µ des IMEP bei der festgelegten Anzahl von Verbrennungszyklen von einigen zehn bis hundert Zyklen in der Vergangenheit durch den Mittelwert µ berechnet.
8 zeigt die Verteilung des IMEP in mehreren Verbrennungszyklen im Übergangszustand, seinen Mittelwert µ und die Standardabweichung σ vom Mittelwert µ. Wie vorstehend beschrieben, wird cPi durch Dividieren der Standardabweichung σ des Werts jedes IMEP vom Mittelwert µ des IMEP bei der festgelegten Anzahl von Verbrennungszyklen einiger zehn bis hundert Zyklen in der Vergangenheit durch den Mittelwert µ berechnet. Wie vorstehend beschrieben, gibt der Übergangszustand einen Fall an, bei dem ein Übergang von einem Zustand, in dem beispielsweise die Motorgeschwindigkeit und das Drehmoment groß sind, in einen Zustand, in dem sie klein sind, auftritt. Das heißt, dass in diesem Übergangszustand eine leichte Änderung auftritt, so dass der IMEP, wobei es sich um die Verbrennungsenergie handelt, beispielsweise infolge einer Schwankung der Motorgeschwindigkeit und des Drehmoments, von einem hohen zu einem niedrigen Wert übergeht oder umgekehrt.
Trotz dieser leichten Änderung ist der Mittelwert µ des IMEP in den mehreren Verbrennungszyklen konstant, so dass die Standardabweichung σ jedes IMEP vom konstanten Mittelwert µ die Wirkung einer leichten Änderung aufweist und größer ist als die tatsächliche Verbrennungsschwankung. Das heißt, dass cPi im Übergangszustand um den Betrag der leichten Änderung größer berechnet wird. Dementsprechend wird die Verbrennung im Übergangszustand durch das Verfahren, bei dem die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen cPi und dem festgelegten Schwellenwert, wie vorstehend beschrieben, beurteilt wird, stets als instabil beurteilt. Mit anderen Worten ergibt sich bei diesem Verfahren das Problem, dass die Verbrennungsstabilität nicht korrekt beurteilt werden kann.
Daher wird, wie in 9 dargestellt ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Trend der Änderung der Verbrennungsenergie (IMEP) mehrere Male beurteilt. Dieser Trend der Verbrennungsenergie kann als Verbrennungsenergietrend bezeichnet werden. Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verteilung der Verbrennungsenergiedifferenz in jedem Zyklus nicht vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie während des Übergangsbetriebs, sondern von einer Geraden (Näherungslinie), die den Trend der Änderung der Verbrennungsenergie in mehreren Verbrennungszyklen angibt, beurteilt wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Anstrengungen unternommen und dabei herausgefunden, dass die Verbrennungsstabilität durch die Verwendung des Trends der Änderung der Verbrennungsenergie genau beurteilt werden kann.
10 ist ein Graph, in dem Neu_cPi aufgetragen ist. Neu_cPi wird durch Berechnen eines Indexwerts ρ der Verteilung der Differenz von einer Geraden, wodurch der Trend der Änderung der Verbrennungsenergie (IMEP) in mehreren Verbrennungszyklen angegeben wird, statt vom Mittelwert µ von IMEP aus der Zeitreihe des IMEP aus 5 und Dividieren des Indexwerts ρ durch den Mittelwert µ erhalten. Dementsprechend wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Beurteilungsindex der Verbrennungsstabilität durch die Verwendung des Indexwerts ρ der Verteilung der Differenz von einer Geraden, wodurch der Trend der Änderung der Verbrennungsenergie in mehreren Verbrennungszyklen angegeben wird, erhalten.
Wie vorstehend beschrieben wurde, nimmt, weil sich die Verbrennungsenergie (IMEP) in der Periode von 80 bis 180 Zyklen im Übergangszustand in 5 leicht ändert, die Standardabweichung σ des Werts jeder Verbrennungsenergie vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie, wie vorstehend beschrieben, zu, und es wird dann festgestellt, dass die Verbrennung instabil ist.
Andererseits kann beim Verfahren zur Berechnung des Indexwerts ρ der Verteilung der Differenz vom Trend der Änderung der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen gemäß der vorliegenden Ausführungsform korrekt festgestellt werden, dass die Verbrennung stabil ist, ohne in einem solchen Übergangszustand durch die Änderung infolge des Übergangs beeinflusst zu werden.
Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verbrennungsstabilität genau beurteilt werden kann.
[Steuervorrichtungskonfiguration]
11 zeigt die Konfiguration der Steuervorrichtung 1 zur Verwirklichung der Beurteilung der Verbrennungsstabilität gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Jeder Block im Diagramm aus 11 ist ein Funktionsblock der Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 auf, welche die Verbrennungsenergie jedes Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors 100 berechnet. Der vom Zylinderdrucksensor 113 erfasste Zylinderdruck Pcyl und der vom Kurbelwinkelsensor 1031 erfasste Kurbelwinkel θ (auch als Drehwinkel bezeichnet) der Kurbelwelle 103 werden pro Verbrennungszyklus in die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 eingegeben.
Die Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Trendberechnungseinheit 230, die einen Trend der Änderung der von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 in mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsenergie berechnet, und eine Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250, welche die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen und des von der Trendberechnungseinheit 230 berechneten Trends der Änderung bestimmt.
Die Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Differenzberechnungseinheit 240, welche die Differenz ε zwischen dem von der Trendberechnungseinheit 230 berechneten Trend der Änderung (Gleichung 5) der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen und der von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 (Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit) berechneten Verbrennungsenergie pro Verbrennungszyklus berechnet, und die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 bestimmt die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage der Differenz ε. Die von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 berechnete Verbrennungsenergie wird in einer Speichereinheit 220 (Speicher) gespeichert, und die Trendberechnungseinheit 230 und die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 implementieren den vorstehenden Inhalt unter Verwendung der jeweiligen in der Speichereinheit 220 gespeicherten Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen.
[Durch die Steuervorrichtung ausgeführtes Bestimmungsverfahren]
Als nächstes wird ein Verfahren zur Beurteilung des Verbrennungszustands gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand der vorstehend beschriebenen Konfiguration der Steuervorrichtung 1 beschrieben.
12 ist ein Flussdiagramm des von der Steuervorrichtung 1 ausgeführten Verfahrens zur Bestimmung des Verbrennungszustands. Zuerst beginnt die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 in Schritt S301 mit der Berechnung der Verbrennungsenergie in einem Fall, in dem der Kolben 104 am oberen Totpunkt (TDC) im Ansaugtakt liegt, auf der Grundlage des vom Kurbelwinkelsensor 1031 erfassten Kurbelwinkels θ (Drehwinkels) der Kurbelwelle 103. Dann initialisiert die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 die Verbrennungsenergie im Fall des TDC im Ansaugtakt, wie in der nachstehenden Gleichung 3 angegeben. $W = 0$
Die Verbrennungsenergie wird auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Gleichung 1 berechnet. Falls Gleichung 1 in einer diskreten Zeit ausgedrückt wird, kann die Verbrennungsenergie durch die nachstehende Gleichung 4 ausgedrückt werden. In Gleichung 1 wird IMEP, wobei es sich um die Verbrennungsenergie handelt, als einer der Verbrennungsparameter verwendet. $W = W_a l t + P c y l \times Δ V$
Die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 erfasst den Zylinderdruck Pcyl pro Zylinder 102 durch den Zylinderdrucksensor 113 pro abfallender Zeitsteuerung eines Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 1031 und berechnet den Betrag ΔV des Anstiegs des Volumens V im Zylinder 102 anhand der Änderung des Kurbelwinkels θ. Dann berechnet die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 die Verbrennungsenergie pro Abfallszeit des Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 1031 durch Addieren des Produkts des Zylinderdrucks Pcyl und des Betrags ΔV des Anstiegs des Volumens V im Zylinder 102 zum bei der Abfallszeit des vorhergehenden Ausgangssignals des Kurbelwinkelsensors 1031 berechneten Arbeitsbetrags W_alt.
In Schritt S302 berechnet die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 die Verbrennungsenergie für einen Verbrennungszyklus, während sich der Kurbelwinkel θ von der Position des TDC im Ansaugtakt, worin die Berechnung der Verbrennungsenergie eingeleitet wird, zur Position des TDC im Ansaugtakt nach 720 Grad (zwei Drehungen der Kurbelwelle) ändert.
Wenn dies durch ein Ausgangssignal vom Kurbelwinkelsensor 1031 erfasst wird, wird die Berechnung der Verbrennungsenergie abgeschlossen und wird die berechnete Verbrennungsenergie für einen Verbrennungszyklus in der Speichereinheit 220 gespeichert.
Die Speichereinheit 220 speichert die Verbrennungsenergie W_t einiger bis einiger zehn früherer Verbrennungszyklen. W_t gibt den durch das vorstehende Verfahren erhaltenen IMEP (die Verbrennungsenergie) im t-ten Verbrennungszyklus an.
In Schritt S303 berechnet die Trendberechnungseinheit 230 den Trend der Änderung der Verbrennungsenergie auf der Grundlage der Verteilung der Verbrennungsenergie W_t der einigen bis einigen zehn in der Speichereinheit 220 gespeicherten früheren Verbrennungszyklen. Unter der Annahme, dass die Verbrennungsenergie in der Reihenfolge der Verbrennungszyklen aufgetragen ist wie in 9, ist der Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie durch die nachstehende Gleichung 5 gegeben. $T r = a t + b$
Dann berechnet die Trendberechnungseinheit 230 durch Erhalten von a und b in Gleichung 5 den Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie (IMEP). Das heißt, dass der Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie ein Index ist, der angibt, wie sich die Verbrennungsenergie in der in 5 dargestellten Verteilung der Verbrennungsenergie ändert, und es handelt sich dabei mit anderen Worten um einen Näherungsausdruck in einem Fall, in dem die in 5 dargestellte Verteilung der Verbrennungsenergie näherungsweise eine Gerade oder dergleichen ist. Es kann ausgesagt werden, dass die Trendberechnungseinheit 230 den Trend der Änderung der Verbrennungsenergie durch Annähern der Verteilung der Verbrennungsenergie in mehreren Verbrennungszyklen durch eine lineare Funktion berechnet. Die Koeffizienten a und b des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie können unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate für die Verteilung der Verbrennungsenergie W_t in den einigen bis einigen zehn Verbrennungszyklen, wie beispielsweise in 5 dargestellt, berechnet werden. Das heißt, dass Gleichung 5 die Verteilung der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen als einen Näherungsausdruck einer linearen Funktion ausdrückt, von der ausgesagt werden kann, dass sie den Trend der Änderung der Verbrennungsenergie angibt.
Als nächstes berechnet die Differenzberechnungseinheit 240 in Schritt S304 die Differenz ε_t vom Trend Tr der pro Verbrennungszyklus in den einigen bis einigen zehn Verbrennungszyklen berechneten Änderung der Verbrennungsenergie W_t auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung 6. Die Differenz ε_t wird für jeden der mehreren Verbrennungszyklen erhalten, und es lässt sich die Verteilung der Verbrennungsenergie W_t unter Berücksichtigung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie beurteilen. $ε_{_t} = W_{_t} - a t - b$
Dann berechnet die Differenzberechnungseinheit 240 in Schritt S305 die Summe der Quadrate der Differenzen ε in den einigen bis einigen zehn Verbrennungszyklen mit der nachstehenden Gleichung 7 unter Verwendung der in Schritt S304 berechneten Differenz ε_t der Verbrennungsenergie W_t. In Gleichung 7 repräsentiert T die Anzahl der Verbrennungszyklen zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität. Das heißt, dass Gleichung 7 als die Summe der Quadrate der Differenzen ε vom Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t unter Berücksichtigung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen bezeichnet werden kann. $\sum_{t = 1}^{T} ε_{_t}^{2}$
Die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 führt eine Stabilitätsbeurteilung des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors 100 auf der Grundlage der Summe der Quadrate der Differenzen ε vom in der vorstehenden Gleichung 7 berechneten Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen aus und beendet die Verarbeitung. Das heißt, dass die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage der von der Differenzberechnungseinheit 240 berechneten Differenz ε beurteilt, wie vorstehend beschrieben. Insbesondere vergleicht die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 die Summe der Quadrate der Differenzen ε vom mit Gleichung 7 berechneten Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen oder den durch Dividieren der Summe durch die Anzahl T der Verbrennungszyklen erhaltenen Quotienten mit einem vorab festgelegten Schwellenwert. Falls die Summe der Quadrate der Differenzen ε oder der durch Dividieren der Summe durch die Anzahl T der Verbrennungszyklen erhaltene Quotient kleiner oder gleich dem festgelegten Schwellenwert ist, stellt die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 fest, dass die Verbrennung in den mehreren Verbrennungszyklen stabil ist. Falls die Summe der Quadrate der Differenzen ε den festgelegten Schwellenwert überschreitet, stellt die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 umgekehrt fest, dass die Verbrennung instabil ist. Die Summe der Quadrate der Differenzen ε vom durch Gleichung 7 berechneten Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen oder der durch Dividieren der Summe durch die Anzahl T der Verbrennungszyklen erhaltene Quotient variiert abhängig von der Motorlast, so dass hier der festgelegte Schwellenwert abhängig von der Motorlast geändert werden muss.
Die Verbrennungsstabilität des Verbrennungsmotors 100 kann auf der Grundlage von Werten, die auf der Grundlage der nachstehenden Gleichungen 8 bis 10 berechnet wurden, statt auf der Grundlage der durch Gleichung 7 berechneten Summe der Differenzen ε, wie vorstehend beschrieben, beurteilt (ausgewertet) werden. Hier wird eine Abweichung ρ von Gleichung 8 durch Dividieren der Summe (Gleichung 7) der Quadrate der Differenzen ε vom Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen durch die Anzahl T der Verbrennungszyklen und Berechnen der Wurzel des Quotienten erhalten. Der Mittelwert µ von Gleichung 9 wird durch Berechnen der Summe der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen, wie vorstehend beschrieben, und Dividieren der berechneten Summe durch die Anzahl T der Verbrennungszyklen erhalten. Neu_cPi in Gleichung 10 wird durch Dividieren des Indexwerts ρ der Verteilung der Differenzen ε in Gleichung 8 durch den Mittelwert µ in Gleichung 9 erhalten. Die vorliegende Erfindung kann auch durch Festlegen eines Schwellenwerts zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität in Bezug auf Neu_cPi in Gleichung 10 verwirklicht werden.
In diesem Fall vergleicht die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 Neu_cPi in Gleichung 10 mit dem vorab festgelegten Schwellenwert. Die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 250 stellt fest, dass die Verbrennung in den mehreren Verbrennungszyklen stabil ist, falls Neu_cPi kleiner oder gleich dem festgelegten Schwellenwert ist, und sie stellt umgekehrt fest, dass die Verbrennung instabil ist, falls Neu_cPi den festgelegten Schwellenwert überschreitet. $σ = \sqrt{\frac{\sum_{t = 1}^{T} ε_{_t}^{2}}{T}}$
$μ = \frac{\sum_{t = 1}^{T} W_{_t}}{T}$
$N e u_c P i = \frac{σ}{μ}$
Wie vorstehend beschrieben, ist 10 ein Graph, in dem Neu_cPi, wie durch die Gleichungen 8 bis 10 erhalten, entsprechend der Zeitreihe des IMEP aus 5 aufgetragen ist. Dementsprechend kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform korrekt festgestellt werden, dass der Verbrennungszustand stabil ist, weil Neu_cPi der Verbrennungsenergie W_t im Übergangszustand und in der Periode von 80 bis 180 Zyklen, in der der Verbrennungszustand stabil ist, klein ist. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verbrennungsstabilität selbst im Übergangszustand genau beurteilt werden.
[Zweite Ausführungsform]
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die in der ersten Ausführungsform beschriebene Gleichung 2 oder der in 6 beschriebene Parameter cPi repräsentiert den durch Dividieren des Indexwerts ρ der Verteilung der Differenz vom Mittelwert µ durch den Mittelwert µ erhaltenen Quotienten, wie in 7 oder 8 beschrieben. Das heißt, dass in Gleichung 2, 6, 7 oder 8 die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des durch die nachstehende Gleichung 11 berechneten Werts beurteilt wird. Diese Gleichung 11 berechnet die Differenz der pro Verbrennungszyklus in den mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsenergie W_t vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen und drückt die Summe der Quadrate der Differenzen in den mehreren Verbrennungszyklen T aus. Das heißt, dass der Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t nicht berücksichtigt wird, weil es sich dabei um die Differenz vom Mittelwert µ handelt. $\sum_{t = 1}^{T} {(W_{_t} - μ)}^{2}$
Nachstehend wird die Beziehung zwischen der Verbrennungsstabilität auf der Grundlage von Σ(ε_t)^2 (Gleichung 7), wobei die Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t, wie in der ersten Ausführungsform vorgeschlagen, entfernt ist, und der Verbrennungsstabilität auf der Grundlage von Σ(W_t-µ)^2, wobei die Wirkung des Trends Tr der Änderung, die mit cPi erreicht wurde, wie durch die Gleichungen 2 und 11 ausgedrückt, erörtert. In der vorstehend beschriebenen Gleichung 6 wird ε_t auf der linken Seite auf 0 gesetzt und wird der Mittelwert der rechten Seite erhalten, wodurch die nachstehende Gleichung 12 erhalten wird. $0 = μ - a \frac{T + 1}{2} - b$
Durch Subtrahieren beider Seiten von Gleichung 12 von beiden Seiten der vorstehend beschriebenen Gleichung 6 wird die nachstehende Gleichung 13 erhalten. $W_{_t} - μ = ε_{_t} + a (t - \frac{T + 1}{2})$
Daher kann die Gesamtsumme der Verbrennungszyklen t = 1 bis T in Gleichung 13 durch die nachstehende Gleichung 14 ausgedrückt werden.
T gibt die Anzahl der Verbrennungszyklen zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität an. $\sum_{t = 1}^{T} {(W_{_t} - μ)}^{2} = \sum_{t = 1}^{T} {ε_{_t} + a (t - \frac{T + 1}{2})}^{2}$
Weil ε_t und a × {t - (T + 1)/2} in der vorstehend beschriebenen Gleichung 14 voneinander unabhängig sind, wird die nachstehende Gleichung 15 abgeleitet. $\sum_{t = 1}^{T} {(W_{_t} - μ)}^{2} = \sum_{t = 1}^{T} ε_{_t}^{2} + a^{2} \sum_{t = 1}^{T} {(t - \frac{T + 1}{2})}^{2}$
In Gleichung 15 wird die Summe der Quadrate der Differenzen ε vom Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen, wie in Gleichung 7 ausgedrückt, durch den ersten Term auf der rechten Seite von Gleichung 15 ausgedrückt. Die linke Seite von Gleichung 15 ist die Summe der Quadrate der Differenz der Verbrennungsenergie W_t vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie W_t (IMEP) in den mehreren Verbrennungszyklen, wie in Gleichung 11 ausgedrückt, wobei es sich um einen Index der Verteilung vom Mittelwert µ handelt. Ferner drückt der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung 15 eine Gleichung aus, die durch Multiplizieren des Quadrats der Steigung a des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t mit einer Konstanten unter Verwendung einer Periode (Anzahl der Verbrennungszyklen für die Verbrennungsstabilitätsbeurteilung) T zur Berechnung des Trends der Änderung der Verbrennungsenergie erhalten wird.
Anhand des vorstehend Erwähnten kann die Summe (erster Term auf der rechten Seite von Gleichung 15) des Quadrats der Differenz ε vom Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen, wie durch Gleichung 7 ausgedrückt, durch Subtrahieren des Werts (zweiter Term auf der rechten Seite von 15) auf der Grundlage der anhand der Steigung a des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t und der Anzahl T der Verbrennungszyklen vom Index (linke Seite von Gleichung 15, Gleichung 11) der Verteilung der Verbrennungsenergie W_t erhaltenen Konstante vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie W_t (IMEP) in den mehreren Verbrennungszyklen erhalten werden.
Angesichts dessen werden nachstehend die Mittel zur Lösung des Problems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
[Steuervorrichtungskonfiguration]
13 zeigt die Konfiguration der Steuervorrichtung 1A zur Verwirklichung der Beurteilung der Verbrennungsstabilität gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Jeder Block im Diagramm aus 13 ist ein Funktionsblock der Steuervorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die Steuervorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 410, welche die Verbrennungsenergie jedes Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors 100 berechnet, und eine Trendberechnungseinheit 430, welche den Trend der Änderung in der von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 410 berechneten Verbrennungsenergie in mehreren Verbrennungszyklen berechnet. Die Steuervorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Varianzberechnungseinheit 440, welche die Varianz der Verbrennungsenergie auf der Grundlage der Verbrennungsenergie (IMEP) in den mehreren Verbrennungszyklen berechnet, und eine Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 470, welche die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des von der Trendberechnungseinheit 430 berechneten Trends der Änderung der Verbrennungsenergie in den mehreren Verbrennungszyklen und der durch die Varianzberechnungseinheit 440 berechneten Varianz der Verbrennungsenergie (IMEP) beurteilt.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Beurteilung des Verbrennungszustands durch die Steuervorrichtung 1A mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 14 beschrieben.
[Durch die Steuervorrichtung ausgeführtes Beurteilungsverfahren]
Zuerst leitet die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 410 in Schritt S501 aus 14 die Berechnung der Verbrennungsenergie in dem Fall ein, in dem sich der Kolben 104 auf der Grundlage des vom Kurbelwinkelsensor 1031 erfassten Kurbelwinkels θ (Drehwinkels) der Kurbelwelle 103 an der Position des TDC im Ansaugtakt befindet. Weil das bei der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 410 ausgeführte Verfahren zur Berechnung der Verbrennungsenergie dem von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 210 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Verfahren zur Berechnung der Verbrennungsenergie (siehe Schritt S301 von 12) gleicht, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
In Schritt S502 berechnet die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 410, wenn festgestellt wird, dass der Kurbelwinkel θ der TDC des Ansaugtakts ist, der 720 Grad hinter dem TDC des Ansaugtakts liegt, in dem die Berechnung der Verbrennungsenergie eingeleitet wurde, die Verbrennungsenergie für einen Verbrennungszyklus und beendet die Berechnung der Verbrennungsenergie.
Die von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 410 berechnete Verbrennungsenergie wird in einer Speichereinheit 420 (einem Speicher) gespeichert. Die Speichereinheit 420 speichert die Verbrennungsenergie einiger vorhergehender Zyklen bis einiger zehn vorhergehender Zyklen.
In Schritt S503 berechnet die Varianzberechnungseinheit 440 die Varianz (durch Dividieren der linken Seite von Gleichung 11 oder 15 durch T erhaltener Quotient) vom Mittelwert µ der in der Speichereinheit 420 gespeicherten Verbrennungsenergie der mehreren vorhergehenden Verbrennungszyklen. Das heißt, dass die Varianzberechnungseinheit 440 die Differenz der pro Verbrennungszyklus in den mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsenergie W_t vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen erhält und den Mittelwert des Quadrats der Differenz in den mehreren Verbrennungszyklen erhält. Gleichung 16 drückt die Wurzel (Standardabweichung σ) des durch Dividieren der Summe der Werte auf den linken Seiten der Gleichungen 11 und 15 durch die Anzahl T der Male mehrerer Verbrennungszyklen erhaltenen Quotienten aus. Durch Dividieren des Werts von Gleichung 16 durch den Mittelwert µ wird cPi erhalten, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. $σ = \sqrt{\frac{\sum_{t = 1}^{T} {(W_{_t} - μ)}^{2}}{T}}$
In Schritt S504 berechnet die Trendberechnungseinheit 430 den Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen auf der Grundlage der Verteilung der in der Speichereinheit 420 gespeicherten Verbrennungsenergie W_t in den mehreren früheren Verbrennungszyklen. Das Verfahren zur Berechnung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t durch die Trendberechnungseinheit 430 gleicht dem Verfahren zur Berechnung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t durch die Trendberechnungseinheit 230 gemäß der ersten Ausführungsform (siehe Schritt S303 aus 12). Das heißt, dass die Trendberechnungseinheit 430 die in 10 dargestellte Verteilung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen als Näherungsausdruck (at + b) der Primärgeraden unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate repräsentiert und die Koeffizienten a und b berechnet und dadurch den Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen erhält.
In Schritt S505 berechnet eine Wirkungsberechnungseinheit 450 die Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t auf die Varianz der Verbrennungsenergie W_t auf der Grundlage der Steigung a des von der Trendberechnungseinheit 430 berechneten Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t und der Anzahl T der Verbrennungszyklen in einer Periode zur Berechnung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t. Insbesondere kann die Wirkungsberechnungseinheit 450 die Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t auf die Varianz der Verbrennungsenergie W_t durch Erhalten des zweiten Terms auf der rechten Seite von Gleichung 15 berechnen.
In Schritt S506 entfernt eine Wirkungsentfernungseinheit 460 die von der Wirkungsberechnungseinheit 450 in Schritt S505 berechnete Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t auf die Varianz der Verbrennungsenergie W_t anhand des Quotienten (Varianz der Verbrennungsenergie W_t), der durch Dividieren der von der Varianzberechnungseinheit 440 in Schritt S503 berechneten Summe der Quadrate der Differenzen vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen durch T erhalten wurde. Insbesondere berechnet die Wirkungsentfernungseinheit 460 den Quotienten, der durch Dividieren der Summe der Quadrate der Differenzen ε vom Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen erhalten wird, durch T auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung 17.
Mit anderen Worten entfernt die Wirkungsentfernungseinheit 460 die durch die Wirkungsberechnungseinheit 450 berechnete Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t durch Subtrahieren eines Beitrags (a^2*(Σ(t-(T+1)/2)^2)/T) infolge des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t aus der von der Varianzberechnungseinheit 440 berechneten Varianz ((Σ(W_t-µ)^2)/T) vom Mittelwert µ der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen. Mit dieser Konfiguration kann die Wirkungsentfernungseinheit 460 einen Indexwert (Σ(ε_t^2)/T) der Verteilung der Verbrennungsenergie W_t berechnen, woraus die Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t entfernt wurde. $\frac{\sum_{t = 1}^{T} ε_{_t}^{2}}{T} = \frac{\sum_{t = 1}^{T} {(W_{_t} - μ)}^{2}}{T} = \frac{a^{2} \sum_{t = 1}^{T} {(t - \frac{T + 1}{2})}^{2}}{T}$
Gleichung 17 entspricht der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Gleichung 7. Daher verwirklicht Gleichung 17 die Gleichung 7 entsprechende Berechnung, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, aus einem anderen Gesichtspunkt. Demgemäß beurteilt die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 470 in Schritt S507 die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des Indexwerts Σ(ε_t^2) der Verteilung der Verbrennungsenergie W_t, woraus die Wirkung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t durch die Wirkungsentfernungseinheit 460 entfernt wurde, oder es durch Dividieren des Indexwerts Σ(ε_t^2) durch den Verbrennungszyklus T erhaltenen Quotienten (Σ(ε_t^2)/T). Weil dieses Verfahren jenem gemäß der ersten Ausführungsform gleicht, wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet. Wie vorstehend beschrieben, kann die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit 470 beim Übergangsbetrieb des Verbrennungsmotors 100 die Verbrennungsstabilität geeignet auf der Grundlage des Indexwerts der Verteilung der Verbrennungsenergie W_t nach der Entfernung der Wirkung des Trends der Änderung der Verbrennungsenergie (siehe 10) beurteilen. Ferner kann die Verbrennungsstabilität gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Berechnen von Gleichung 17 beurteilt werden, so dass der Rechenaufwand geringer ist als bei den Berechnungen der Gleichungen 6 und 7 gemäß der ersten Ausführungsform. Daher kann die vorliegende Erfindung selbst dann verwirklicht werden, wenn die Leistungsfähigkeit eines Mikrocomputers der Steuervorrichtung nicht hoch ist.
Es ist möglich, Neu_cPi durch die Gleichungen 8 bis 10 auf der Grundlage des Indexwerts (Σ(ε_t^2)/T) der Verteilung der Verbrennungsenergie ohne den Beitrag des durch Gleichung 17 erhaltenen Trends der Änderung der Verbrennungsenergie zu erhalten. Es wird jedoch auf die Beschreibung davon verzichtet, weil dieses Verfahren jenem gemäß der ersten Ausführungsform gleicht. Gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform wurde beispielhaft der Fall beschrieben, in dem der Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie beim Übergangsbetrieb des Verbrennungsmotors 100 berechnet wird, um die Beurteilung der Stabilität des Verbrennungszustands beim Übergangsbetrieb auszuführen. Die Steuervorrichtung 1, 1A kann jedoch die Beurteilung der Stabilität des Verbrennungszustands nach der Berechnung des Trends der Änderung der Verbrennungsenergie auch während des Gleichgewichtszustands vornehmen.
[Dritte Ausführungsform]
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Aufgabe der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, die Verteilung der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren festgelegten Zeiten von Verbrennungszyklen richtig zu beurteilen. Es besteht jedoch auch ein Bedarf an einer Erkennung einer plötzlichen Änderung der Verbrennungsenergie W_t in einem Verbrennungszyklus.
15 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Zustands, in dem eine plötzliche Änderung der Verbrennungsenergie beim Übergangsbetrieb gemäß der vorliegenden Ausführungsform auftritt. Der Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren Verbrennungszyklen wird anhand der Verteilung der Verbrennungsenergie gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform erhalten. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Verfahren zur Erkennung einer plötzlichen Verbrennungsänderung unter Verwendung des Trends Tr der Änderung beschrieben.
[Steuervorrichtungskonfiguration]
16 zeigt die Konfiguration einer Steuervorrichtung 1B zur Erkennung einer plötzlichen Verbrennungsänderung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Jeder Block im Diagramm aus 16 ist ein Funktionsblock der Steuervorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Ähnlich der ersten und der zweiten Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 610, welche die Verbrennungsenergie jedes Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors 100 berechnet, eine Speichereinheit 620, welche die Verbrennungsenergie mehrerer vorhergehender Verbrennungszyklen speichert, und eine Trendberechnungseinheit 630, die einen Trend der Änderung der von der VerbrennungsenergieBerechnungseinheit 610 in den mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsenergie berechnet.
[Durch die Steuervorrichtung ausgeführtes Beurteilungsverfahren]
Nachstehend wird ein Verfahren zur Beurteilung einer plötzlichen Verbrennungsänderung durch die Steuervorrichtung 1B gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 17 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beurteilung eines Verbrennungszustands durch die Steuervorrichtung 1B. Zuerst leitet die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 610 in Schritt S701 die Berechnung der Verbrennungsenergie in dem Fall ein, in dem sich der Kolben 104 auf der Grundlage des vom Kurbelwinkelsensor 1031 erfassten Kurbelwinkels θ (Drehwinkels) der Kurbelwelle 103 an der Position des TDC im Ansaugtakt befindet. Das Verfahren zur Berechnung der Verbrennungsenergie durch die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 610 gleicht jenem gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform, weshalb auf seine Beschreibung verzichtet wird.
In Schritt S702 berechnet die Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 610, wenn festgestellt wird, dass der Kurbelwinkel θ der TDC des Ansaugtakts ist, der 720 Grad hinter dem TDC des Ansaugtakts liegt, in dem die Berechnung der Verbrennungsenergie eingeleitet wurde, die Verbrennungsenergie für einen Verbrennungszyklus und beendet die Berechnung der Verbrennungsenergie.
Die berechnete Verbrennungsenergie für einen Verbrennungszyklus wird in der Speichereinheit 620 gespeichert, und die Speichereinheit 620 speichert die Verbrennungsenergie einiger bis einiger zehn vorhergehender Zyklen.
In Schritt S703 berechnet die Trendberechnungseinheit 630 den Trend Tr der Änderung der Verbrennungsenergie auf der Grundlage der Verteilung der Verbrennungsenergie W_t in den mehreren vorhergehenden Verbrennungszyklen (einigen bis einigen zehn), die in der Speichereinheit 620 gespeichert sind. Das Verfahren zur Berechnung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie durch die Trendberechnungseinheit 630 gleicht dem Verfahren zur Berechnung des Trends Tr der Änderung der Verbrennungsenergie durch die Trendberechnungseinheit, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben, so dass auf seine Beschreibung verzichtet wird.
In Schritt S704 berechnet eine Differenzberechnungseinheit 640 die Differenz ΔW_t (at + b - Wn) zwischen dem in Schritt S703 von der Trendberechnungseinheit 630 berechneten Trend Tr (at + b) der Änderung der Verbrennungsenergie und der von der Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit 610 in Schritt S701 berechneten Verbrennungsenergie W_t.
Dann beurteilt in Schritt S705 eine Einheit 650 zur Beurteilung einer plötzlichen Änderung der Verbrennung (auch als Einheit zur Beurteilung einer plötzlichen Schwankung bezeichnet), ob die in Schritt S704 von der Differenzberechnungseinheit 640 berechnete Differenz ΔW_t (at + b - Wn) einen festgelegten Schwellenwert ΔWh überschreitet. Wenn festgestellt wird, dass die Differenz ΔW_t (at + b - Wn) den festgelegten Schwellenwert ΔWh überschreitet (ΔW_t (at + b - Wn) > ΔWh), stellt die Einheit 650 zur Beurteilung einer plötzlichen Änderung der Verbrennung fest, dass sich die Verbrennungsenergie im Verbrennungszyklus plötzlich geändert hat. Andererseits stellt die Einheit 650 zur Beurteilung einer plötzlichen Änderung der Verbrennung, wenn festgestellt wird, dass die Differenz ΔW_t kleiner oder gleich dem festgelegten Schwellenwert ΔWh ist (ΔW_t (at + b - Wn) ≤ ΔWh), fest, dass es keine plötzliche Änderung der Verbrennungsenergie im Verbrennungszyklus gibt. Hierdurch können plötzliche Schwankungen der Verbrennungsenergie festgestellt werden.
Wenngleich die vorstehenden Ausführungsformen auf der Grundlage von Variationen der Verbrennungsenergie für die Beurteilung der Stabilität des Verbrennungszustands durch die Steuervorrichtungen 1, 1A, 1B beschrieben wurden, sind die Verbrennungsparameter für die Beurteilung der Stabilität des Verbrennungszustands nicht darauf beschränkt.
18 ist ein Graph, der eine Änderung des Zylinderdrucks in einem Verbrennungszyklus zeigt. Hier kann die Stabilität des Verbrennungszustands unter der Annahme, dass die Verbrennung bei einem Kurbelwinkel θPmax maximal wird, bei dem der Zylinderdruck maximal wird, auf der Grundlage der Breite der Verteilung des Kurbelwinkels θPmax beurteilt werden. Wenn der Verbrennungszustand des Zylinders des Verbrennungsmotors 100 stabil ist, fällt die Breite der Verteilung des Kurbelwinkels θPmax, bei dem die Verbrennung maximal wird, in einen vorgegebenen festgelegten Bereich. Andererseits überschreitet die Breite der Verteilung des Kurbelwinkels θPmax, bei dem die Verbrennung maximal wird, den vorgegebenen festgelegten Bereich, wenn der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 100 instabil ist.
Dementsprechend kann die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit (250, 470) der Steuervorrichtung (1, 1A, 1B) die Stabilität des Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors 100 auf der Grundlage der Breite der Verteilung des Kurbelwinkels θPmax, bei dem die Verbrennung maximal wird, als Beurteilungsparameter beurteilen (auswerten). θPmax wird auch als Verbrennungszeitpunkt bezeichnet. Indem auf diese Weise auf den Verbrennungszeitpunkt geachtet wird, kann die Stabilität des Verbrennungszustands wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform auch im Übergangszustand richtig beurteilt (ausgewertet) werden.
19 zeigt die Beziehung zwischen einer Wärmemenge Q in einem Verbrennungszyklus und einem entsprechenden Kurbelwinkel. CA10 ist der Kurbelwinkel zu der Zeit, zu der das Verbrennungsverhältnis 10 % des Maximums annimmt, so dass die erzeugte Wärmemenge 10 % des Maximalwerts Qmax der erzeugten Wärmemenge beträgt.
CA50 ist der Kurbelwinkel zu der Zeit, zu der das Verbrennungsverhältnis 50% des Maximums annimmt, so dass die erzeugte Wärmemenge 50% des Maximalwerts Qmax der erzeugten Wärmemenge beträgt. Hier weist die Steuervorrichtung (1, 1A, 1B) eine Verbrennungsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit auf, welche die Verbrennungsgeschwindigkeit in einem Verbrennungszyklus auf der Grundlage von CA10 oder CA50 berechnet. Die Verbrennungsgeschwindigkeits-Berechnungseinheit kann beispielsweise die Verbrennungsgeschwindigkeit durch Berechnen einer Periode (CA50 - CA10) berechnen, die vom Kurbelwinkel CA10, bei dem Qmax × 0,1 gilt, bis zum Kurbelwinkel CA50, bei dem Qmax × 0,5 gilt, die 50 % des Maximalwerts Qmax beträgt, reicht.
Die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit (250, 470) der Steuervorrichtung (1, 1A, 1B) stellt fest, dass der Verbrennungszustand stabil ist, falls die Periode (Verbrennungsgeschwindigkeit: CA50 - CA10) innerhalb eines vorgegebenen festgelegten Bereichs ist, und stellt fest, dass der Verbrennungszustand instabil ist, falls die Periode jenseits des vorgegebenen festgelegten Bereichs liegt. Hierdurch kann die Stabilität des Verbrennungszustands auch wie gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform im Übergangszustand richtig beurteilt (ausgewertet) werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Verbrennungsstabilität gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform durch Beurteilen der Verteilung der Verbrennungsenergie beurteilt. Zusätzlich zur Verbrennungsenergie in jedem Verbrennungszyklus kann der Verbrennungsparameter zur Beurteilung der Verbrennungsstabilität jedoch die Spitzenposition θPmax der Verbrennung (d. h. der Verbrennungszeit) oder die Länge der Periode, in der eine bestimmte Wärmemenge erzeugt wird (d. h. die Verbrennungsgeschwindigkeit), sein.
Zusätzlich wird die Verteilung der vorstehend beschriebenen Verbrennungsparameter erfasst, und falls die Verteilungsbreite einen zulässigen Wert überschreitet, treten Fehler in der Art einer hohen Vibration des Verbrennungsmotors 100 und Fehlzündungen auf. Daher ist es bei den vorstehenden Ausführungsformen wünschenswert, den Einspritzer zu steuern, um die Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen und dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen, wenn infolge einer großen Verteilungsbreite der Verbrennungsparameter festgestellt wird, dass die Verbrennung instabil geworden ist, oder wenn festgestellt wird, dass sich die Verbrennungsparameter plötzlich geändert haben. Auf diese Weise kann die Verbrennung stabilisiert werden.
Zusätzlich kann zum schnellen Aufwärmen eines Abgaskatalysators zur Startzeit durch Verzögern (Aufschieben) des Zündzeitpunkts eine Steuerung der Umwandlung im Zylinder 102 erzeugter Wärme vorgenommen werden, so dass die im Zylinder 102 erzeugte Wärme in höherem Maße in Abgaswärme als in auf den Kolben 104 einwirkende Arbeit umgewandelt wird. Je stärker der Zündzeitpunkt verzögert wird, desto schneller erwärmt sich der Katalysator, desto instabiler wird jedoch auch die Verbrennung. Daher ist es bei den vorstehenden Ausführungsformen wünschenswert, die Zündkerze so zu steuern, dass die Verzögerung des Zündzeitpunkts zurückgenommen wird, wenn infolge einer großen Variation der Verbrennungsparameter festgestellt wird, dass die Verbrennung instabil geworden ist, oder wenn festgestellt wird, dass sich die Verbrennungsparameter plötzlich geändert haben. Dies ermöglicht es, die Verbrennung zu stabilisieren.
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung 1, 1A, 1B eine Steuereinheit (einen Mikrocomputer) auf, die entweder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors oder den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der von der Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit (250, 470, 650) berechneten Verbrennungsstabilität steuert.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung 1, 1A, 1B auf den Verbrennungsmotor 100 für ein Fahrzeug angewendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auch auf Verbrennungsmotoren für Schiffe, Luftfahrzeuge und verschiedene andere Gerätetypen angewendet werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung durch Kombinieren aller vorstehend beschriebenen Ausführungsformen oder durch Kombinieren jeglicher zwei Ausführungsformen verwirklicht werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, dass sie alle Konfigurationen der vorstehenden Ausführungsformen aufweist, und ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Überdies kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform zur Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden, daraus entfernt werden oder dadurch ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung
100: Verbrennungsmotor
101: Einlassleitung
102: Zylinder
1021: erster Zylinder
1022: zweiter Zylinder
1023: dritter Zylinder
1024: vierter Zylinder
103: Kurbelwelle
1031: Kurbelwinkelsensor
1032: Speicherplatine
104: Kolben
105: Einlassventil
105A: Ansaugstutzen
106: Auslassventil
106A: Auslassstutzen
107: Drosselventil
108: Luftströmungssensor
109: Kraftstoffeinspritzvorrichtung
110: Zündkerze
111: Auslassleitung
112: EGR-Rohr
113: Zylinderdrucksensor
210: Verbrennungsenergie-Berechnungseinheit
220: Speichereinheit
230: Trendberechnungseinheit
240: Differenzberechnungseinheit
250: Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011106403 A [0003]

Claims

Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit, die einen Verbrennungsparameter eines Verbrennungszyklus in einem Verbrennungsmotor berechnet, eine Trendberechnungseinheit, die einen Trend der Änderung des von der Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit in mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsparameters berechnet, und eine Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit, welche die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen und des von der Trendberechnungseinheit berechneten Trends der Änderung beurteilt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit, die einen Verbrennungsparameter eines Verbrennungszyklus in einem Verbrennungsmotor berechnet, eine Trendberechnungseinheit, die einen Trend der Änderung des von der Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit in mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsparameters berechnet, eine Varianzberechnungseinheit, welche die Varianz des Verbrennungsparameters auf der Grundlage des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen berechnet, und eine Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit, welche die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des von der Trendberechnungseinheit berechneten Trends der Änderung des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen und der von der Varianzberechnungseinheit berechneten Varianz des Verbrennungsparameters beurteilt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, welche Folgendes aufweist: eine Differenzberechnungseinheit, welche die Differenz zwischen dem von der Trendberechnungseinheit berechneten Trend der Änderung des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen und dem von der Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit berechneten Verbrennungsparameter pro Verbrennungszyklus berechnet, wobei die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage der von der Differenzberechnungseinheit berechneten Differenz beurteilt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trendberechnungseinheit den Trend der Änderung des Verbrennungsparameters durch Annähern einer Verteilung des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen durch eine lineare Funktion berechnet.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Varianzberechnungseinheit die Varianz des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen von einem Mittelwert der Verbrennungsparameter in den mehreren Verbrennungszyklen berechnet.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 5, welche eine Wirkungsentfernungseinheit aufweist, die eine Wirkung eines Trends der Änderung eines Verbrennungsparameters durch Subtrahieren einer Verteilung infolge des von der Trendberechnungseinheit berechneten Trends der Änderung des Verbrennungsparameters von der durch die Varianzberechnungseinheit berechneten Varianz des Verbrennungsparameters vom Mittelwert entfernt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage eines Indexwerts einer Verteilung eines Verbrennungsparameters, woraus die Wirkung des Trends der Änderung des Verbrennungsparameters durch die Wirkungsentfernungseinheit entfernt wurde, beurteilt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit, die einen Verbrennungsparameter eines Verbrennungszyklus in einem Verbrennungsmotor berechnet, eine Trendberechnungseinheit, die einen Trend der Änderung des von der Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit in mehreren Verbrennungszyklen berechneten Verbrennungsparameters berechnet, und eine Einheit zur Beurteilung einer plötzlichen Änderung der Verbrennung, die eine plötzliche Änderung des Verbrennungszustands auf der Grundlage des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen und des von der Trendberechnungseinheit berechneten Trends der Änderung beurteilt.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 8, welche Folgendes aufweist: eine Differenzberechnungseinheit, welche die Differenz zwischen dem von der Trendberechnungseinheit berechneten Trend der Änderung des Verbrennungsparameters und dem von der Verbrennungsparameter-Berechnungseinheit berechneten Verbrennungsparameter berechnet, wobei die Einheit zur Beurteilung einer plötzlichen Änderung der Verbrennung feststellt, dass sich der Verbrennungsparameter im Verbrennungszyklus plötzlich geändert hat, wenn die von der Differenzberechnungseinheit berechnete Differenz einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungsparameter die Verbrennungsenergie, der Verbrennungszeitpunkt oder die Verbrennungsgeschwindigkeit im Verbrennungszyklus ist.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche eine Steuereinheit aufweist, die entweder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors oder den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der von der Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungseinheit beurteilten Verbrennungsstabilität steuert.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungszyklus im Verbrennungsmotor ein Verbrennungszyklus in einem Übergangszustand des Verbrennungsmotors ist.
Verbrennungsmotor-Steuerverfahren, welches Folgendes aufweist: einen Verbrennungsparameter-Berechnungsschritt, worin ein Verbrennungsparameter eines Verbrennungszyklus in einem Verbrennungsmotor berechnet wird, einen Trendberechnungsschritt, worin ein Trend der Änderung des Verbrennungsparameters in mehreren Verbrennungszyklen berechnet wird, und einen Verbrennungsstabilitäts-Beurteilungsschritt, worin die Verbrennungsstabilität auf der Grundlage des Verbrennungsparameters in den mehreren Verbrennungszyklen und des Trends der Änderung des Verbrennungsparameters beurteilt wird.