DE112019002741T9 - Steuerungsvorrichtung und Steuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Steuerungsvorrichtung und Steuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Eine Steuerungsvorrichtung (500) für eine Verbrennungskraftmaschine (10) umfasst: eine Erlangungseinheit (503), welche derart konfiguriert ist, dass diese ein erforderliches Drehmoment und einen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine erlangt; und eine Steuerungseinheit (501, PI), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung einer erforderlichen Luftmenge, einer erforderlichen Kraftstoffmenge und eines erforderlichen Zündzeitpunkts steuert. Die Steuerungseinheit ist derart konfiguriert, dass diese: eine erforderliche Luftmenge unter Verwendung des erlangten erforderlichen Drehmoments und eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luftsystems, welches gemäß dem Betriebszustand bestimmt wird, erlangt; eine Drehmomentschwankungskorrektur an dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems durchführt, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Einspritzsystems zu bestimmen, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einem tatsächlichen Drehmoment in einer Übergangsphase zwischen stöchiometrischer Verbrennung und Magerverbrennung zu verringern; eine erforderliche Kraftstoffmenge und einen erforderlichen Zündzeitpunkt unter Verwendung des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems und des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems erlangt.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2018-104869 , die am 31. Mai 2018 eingereicht wurde. Die gesamten Offenbarungen aller vorstehend genannten Anmeldungen werden hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerungstechnologie für eine Verbrennungskraftmaschine.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Es ist eine Technologie bekannt, die ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich ändert, um Drehmomentschwankungen zu unterdrücken, die auftreten, wenn ein Betriebszustand einer Verbrennungskraftmaschine zwischen stöchiometrischer Verbrennung und Magerverbrennung umgeschaltet wird (beispielsweise JP 2016-138497 A ).
  • Es wird angemerkt, dass selbst in einem Fall, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich geändert wird, eine Ansprechverzögerung bei der Änderung einer tatsächlichen Luftmenge entsteht. Daher wird in einer Übergangsphase, in welcher der Verbrennungszustand umgeschaltet wird, die Änderung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses relativ groß, so dass die Änderung der tatsächlichen Luftmenge möglicherweise nicht dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis folgt und Drehmomentschwankungen auftreten können. Ferner stellt sich in einem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich geändert wird, das Problem, dass die Konfiguration einen Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwenden muss, in dem die Katalysatorleistung nicht aufrechterhalten werden kann.
  • Daher ist es wünschenswert, den Einfluss der Verzögerung im Ansprechen auf die Änderung der tatsächlichen Luftmenge zu verringern oder zu beseitigen und die Drehmomentschwankung in der Übergangsphase zwischen der stöchiometrischen Verbrennung und der Magerverbrennung zu unterdrücken oder zu beschränken.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung kann als die folgenden Aspekte implementiert sein.
  • Ein erster Aspekt stellt eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereit. Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt umfasst eine Erlangungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein erforderliches Drehmoment und einen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine erlangt; und eine Steuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung einer erforderlichen Luftmenge, einer erforderlichen Kraftstoffmenge und eines erforderlichen Zündzeitpunkts steuert. Die Steuerungseinheit ist derart konfiguriert, dass diese: ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luftsystems gemäß dem erlangten erforderlichen Drehmoment und dem erlangten Betriebszustand bestimmt; die erforderliche Luftmenge unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems erlangt; eine Drehmomentschwankungskorrektur am Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems durchführt, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Einspritzsystems zu bestimmen, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einem tatsächlichen Drehmoment zu verringern, wenn sich ein Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine in einer Übergangsphase zwischen einer stöchiometrischen Verbrennung und einer Magerverbrennung befindet; das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems bestimmt, wenn sich der Verbrennungszustand nicht in der Übergangsphase befindet; und die erforderliche Kraftstoffmenge und den erforderlichen Zündzeitpunkt unter Verwendung des bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems und des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems erlangt.
  • Die Steuerungseinheit für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt ermöglicht es, einen Einfluss einer Verzögerung im Ansprechen auf eine Änderung der tatsächlichen Luftmenge zu verringern oder zu beseitigen und eine Drehmomentschwankung in einer Übergangsphase zwischen stöchiometrischer Verbrennung und Magerverbrennung zu unterdrücken oder zu beschränken.
  • Ein zweiter Aspekt stellt ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine bereit. Das Verfahren zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt umfasst: Erlangen eines erforderlichen Drehmoments und eines Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine; Bestimmen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luftsystems gemäß dem erlangten erforderlichen Drehmoment und dem erlangten Betriebszustand; Erlangen der erforderlichen Luftmenge unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems, Durchführen einer Drehmomentschwankungskorrektur an dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Einspritzsystems zu bestimmen, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einem tatsächlichen Drehmoment zu verringern, wenn sich ein Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine in einer Übergangsphase zwischen einer stöchiometrischen Verbrennung und einer Magerverbrennung befindet; Bestimmen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems, wenn sich der Verbrennungszustand nicht in der Übergangsphase befindet; und Erlangen der erforderlichen Kraftstoffmenge und des erforderlichen Zündzeitpunkts unter Verwendung des bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems und des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems.
  • Das Verfahren zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine gemäß dem zweiten Aspekt ermöglicht es, einen Einfluss einer Verzögerung im Ansprechen auf eine Änderung der tatsächlichen Luftmenge zu verringern oder zu beseitigen und eine Drehmomentschwankung in einer Übergangsphase zwischen stöchiometrischer Verbrennung und Magerverbrennung zu unterdrücken oder zu beschränken. Die vorliegende Offenbarung kann auch als ein Steuerungsprogramm für die Verbrennungskraftmaschine oder ein computerlesbares Speichermedium, welches das Programm speichert, realisiert sein.
  • Figurenliste
  • Die Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen ausgeführt ist, ersichtlicher. In den Abbildungen sind:
    • 1 eine erläuternde Abbildung, welche eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt und einen Umriss der Verbrennungskraftmaschine zeigt, auf welche die Steuerungsvorrichtung angewandt wird;
    • 2 ein Blockdiagramm, welches eine funktionelle Konfiguration der Steuerungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 3 ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungsroutine eines Steuerungsprozesses zeigt, der von der Steuerungsvorrichtung der Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird, um eine erforderliche Luftmenge, eine erforderliche Kraftstoffmenge und einen erforderlichen Zündzeitpunkt zu bestimmen;
    • 4 ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungsroutine eines Steuerungsprozesses für die Verbrennungskraftmaschine zeigt, der von der Steuerungsvorrichtung der Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
    • 5 ein Zeitdiagramm, welches zeitliche Veränderungen verschiedener Parameter zeigt, wenn ein Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine von einer Magerverbrennung auf eine stöchiometrische Verbrennung wechselt;
    • 6 ein Beispiel für ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen einem Drehmomentverhältnis und einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems in einer Übergangsphase zeigt;
    • 7 ein Beispiel für ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luftsystems zeigt;
    • 8 ein Beispiel für ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einer erforderlichen Luftmenge zeigt;
    • 9 ein Beispiel für ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems und einem Drehmomentwirkungsgrad zeigt;
    • 10 ein Zeitdiagramm, welches zeitliche Veränderungen verschiedener Parameter zeigt, wenn der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung wechselt;
    • 11 ein Beispiel für ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems in einer Übergangsphase zeigt;
    • 12 ein Zeitdiagramm, welches eine Einspritzsteuerung, eine Drehmomentsteuerung und eine Zündungssteuerung in jedem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zeigt; und
    • 13 ein erläuterndes Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer AGR-Rate und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und ein Steuerungsverfahren für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden gemäß Ausführungsformen beschrieben.
  • Erste Ausführungsform:
    • Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 10, auf die eine Verbrennungskraftmaschinensteuerungsvorrichtung 500 gemäß einer ersten Ausführungsform angewendet wird, einen Zylinderblock 11, einen Zylinderkopf 12, einen Kolben 13 und ein Kurbelgehäuse 14. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist ein sogenannter Ottomotor, welcher Ottokraftstoff als Kraftstoff verwendet und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einer Funkenzündung verbrennt. Der Zylinderblock 11 besitzt mehrere rohrförmige Zylinder 111 und Kolben 13, die entsprechend in die Zylinder 111 eingesetzt sind. Eine Brennkammer 15 wird durch den Zylinder 111, den Zylinderkopf 12 und eine obere Fläche des Kolbens 13 definiert. Der Zylinderkopf 12 ist auf einer Oberseite des Zylinderblocks 11 montiert. Ein Kurbelgehäuse 14 ist auf der Unterseite des Zylinderblocks 11 angeordnet. Ein Kurbelgehäuse 14A ist mit einer Kurbelwelle 141 und einem Kurbelwinkelgeber 21 versehen, die durch eine verdeckte Linie dargestellt sind. Die Unterseite des Zylinderblocks 11 befindet sich auf der Seite, auf welcher sich die Kurbelwelle 141 in der Verbrennungskraftmaschine 10 befindet. Die Oberseite des Zylinderblocks 11 befindet sich auf der Seite, auf welcher sich die Kurbelwelle 141 nicht befindet und auf der eine Nockenwelle (nicht gezeigt) zum Antrieb von Nocken 172 und 182 angeordnet ist.
  • Der Zylinderkopf 12 besitzt einen Ansaugkanal 17, der einem Einlassdurchlass zum Einleiten von Ansaugluft in den Zylinder 111 entspricht, und einen Auslasskanal 18, der einem Abgasdurchlass zum Abgeben von Abgas aus dem Zylinder 111 entspricht. Bei dem Ansaugkanal ist ein Einlassventil 171 vorgesehen, das mit dem Nocken 172 geöffnet und geschlossen wird. Ein Auslassventil 181, welches mit dem Nocken 182 geöffnet und geschlossen wird, ist bei dem Auslasskanal 18 vorgesehen. Zumindest eines aus dem Einlassventil 171 und dem Auslassventil 181 kann mit einem variablen Ventilmechanismus versehen sein, welcher den Ventilöffnungszeitpunkt und einen Ventilschließzeitpunkt sowie den Ventilhubbetrag ändert.
  • Ein Injektor 31 und eine Zündkerze 32 sind zwischen dem Ansaugkanal 17 und dem Auslasskanal 18 in dem Zylinderkopf 12 vorgesehen. Der Injektor 31, das heißt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bewirkt, dass ein Stellglied, wie ein Solenoid oder ein Piezoelement, im Ansprechen auf ein von der Steuerungsvorrichtung 500 eingegebenes Steuersignal einen Kolben antreibt, um Kraftstoff, wie Ottokraftstoff, aus einem oder mehreren Einspritzlöchern zu spritzen. Der Injektor 31 ist ein Injektor vom Direkteinspritztyp, der Kraftstoff von dem Einspritzloch, das in der Brennkammer 15 freiliegt, direkt in die Brennkammer 15 spritzt. Der Injektor 31 ist derart konfiguriert, dass dieser unabhängig von einem Ventilöffnungszeitpunkt des Einlassventils 171 Kraftstoff in die Brennkammer 15 führt. Der Injektor 31 kann ein Injektor vom Saugrohreinspritztyp sein, welcher in einem Einlass- bzw. Ansaugkrümmer 40 angeordnet ist und Kraftstoff in Richtung hin zu dem Ansaugkanal 17 einspritzt. Die Zündkerze 32 besitzt eine Masseelektrode und eine Mittelelektrode, welche Funkenzündungsabschnitten entsprechen, die in der Brennkammer 15 freiliegend sind. Die Zündkerze 32 wird im Ansprechen auf ein von der Steuerungsvorrichtung 500 eingegebenes Zündsteuerungssignal mit einer Hochspannung von einer Direktzündspule beaufschlagt. Folglich erzeugt die Zündkerze 32 einen Funken zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode, wodurch eine Funkenzündung des Kraftstoffes hervorgerufen wird.
  • Ansaugluft wird dem Ansaugkanal 17 über den Ansaugkrümmer 40 zugeführt, und Abgas wird von dem Auslasskanal 18 über einen Auslasskrümmer 41 abgeführt. Ein Ende des Ansaugkrümmers 40 ist mit dem Ansaugkanal 17 verbunden, und das andere Ende des Ansaugkrümmers 40 ist mit der Verdichterseite eines Turboladers 19 verbunden. An einem Ende des Ansaugkrümmers 40 ist ein Drosselventil 33 vorgesehen, und an dem anderen Ende des Ansaugkrümmers 40 ist ein Luftströmungsmesser 22 vorgesehen. Das Drosselventil 33 ist beispielsweise mit einem Elektromotor als ein Stellglied zum Anpassen eines Ventilöffnungsgrades versehen. Ein Ende eines Auslasskrümmers 41 ist mit dem Auslasskanal 18 verbunden, und das andere Ende des Auslasskrümmers 41 ist mit einer Turbinenseite des Turboladers 19 verbunden. Die Verdichterseite des Turboladers 19 ist über einen Luftfilter (nicht gezeigt) mit der Atmosphäre verbunden. Die Turbinenseite des Turboladers 19 steht über ein Abgasrohr 411 mit der Atmosphäre in Verbindung. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 und ein Abgaskatalysator (nicht gezeigt) sind bei dem Abgasrohr 411 vorgesehen. Auf der Turbinenseite des Turboladers 19 sind eine Wastegate-Leitung 412 und ein Wastegate-Ventil 34 vorgesehen. Die Wastegate-Leitung 412 soll ein in den Turbolader 19 gesaugtes Abgas zum Abgasrohr 411 umleiten. Das Wastegate-Ventil 34 dient zur Steuerung der Abgasmenge, welche durch die Wastegate-Leitung 412 strömt. Das Drosselventil 33 ist beispielsweise mit einem Elektromotor als ein Stellglied zum Anpassen eines Ventilöffnungsgrades versehen.
  • Der Ansaugkrümmer 40 und der Auslasskrümmer 41 sind über eine Abgasrückführungs (AGR)-Leitung 42 miteinander verbunden. Bei der AGR-Leitung 42 ist ein AGR-Ventil 35 zum Steuern der durch die AGR-Leitung 42 strömenden Abgasmenge vorgesehen.
  • Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Verbrennungskraftmaschinensteuerungsvorrichtung 500 gemäß der ersten Ausführungsform eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 501, einen Speicher 502, eine Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 und einen internen Bus 504. Die CPU 501, der Speicher 502 und die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 sind über den internen Bus 504 miteinander verbunden, um eine Kommunikation miteinander in beiden Richtungen zu ermöglichen. Der Speicher 502 umfasst einen Speicher, wie einen ROM, welcher ein Verbrennungskraftmaschinen-Steuerungsprogramm P1 zum Steuern des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine 10 und verschiedene Kennfelder Ma in einer nichtflüchtigen und schreibgeschützten Art und Weise speichert. Der Speicher 502 umfasst einen Speicher, wie einen RAM, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser von der CPU 501 gelesen und beschrieben werden kann.
  • Die CPU 501 dient als eine Steuerungseinheit. Die CPU 501 entwickelt und führt das Verbrennungskraftmaschinen-Steuerungsprogramm P1 aus, welches in dem Speicher 502 in einem lesbaren und beschreibbaren Speicher gespeichert ist. Die CPU 501 kann einer einzelnen CPU, mehreren CPUs, welche entsprechend Programme ausführen, oder einer Multitasking-CPU, welche für die gleichzeitige Ausführung mehrerer Programme konfiguriert ist, entsprechen.
  • Die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 dient als eine Erlangungseinheit. Die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 ist über Erfassungssignalleitungen entsprechend mit dem Kurbelwinkelsensor 21, dem Luftströmungsmesser 22, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 und einem Gaspedalöffnungssensor 24 verbunden. Die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 ist über Steuersignalleitungen entsprechend mit dem Injektor 31, der Zündkerze 32, dem Drosselventil 33 und dem Wastegate-Ventil 34 verbunden. Die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 erhält Erfassungssignale von dem Kurbelwinkelsensor 21, dem Luftströmungsmesser 22, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 und dem Gaspedalöffnungssensor 24. Die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 503 gibt Steuersignale, wie beispielsweise ein Einspritzsignal, ein Zündsignal und ein Öffnungssignal, zu dem Injektor 31, der Zündkerze 32, dem Drosselventil 33 und dem Wastegate-Ventil 34 aus.
  • Der Kurbelwinkelsensor 21 entspricht beispielsweise einer magnetisch-elektrischen Umwandlungsvorrichtung unter Verwendung einer Hall-IC, und entspricht einem Sensor zum Erfassen der Drehzahl der Kurbelwelle 141, das heißt, der Maschinendrehzahl, und des Drehwinkels der Kurbelwelle 141. Der Drehwinkel der Kurbelwelle 141 wird verwendet, um die Position des Kolbens 13 im Zylinder 111 zu erfassen, um den Einspritzzeitpunkt des Injektors 31 zu steuern und den Zündzeitpunkt der Zündkerze 32 zu steuern.
  • Der Luftströmungsmesser 22 entspricht einem Sensor, wie beispielsweise einem Heißdrahtsensor oder einem Sensor vom Karman-Vortex-Typ, zur Erfassung der Ansaugluftmenge. Es ist zu beachten, dass zur Erfassung der Ansaugluftmenge anstelle des Luftströmungsmessers 22 ein Ansaugluftdrucksensor zur Erfassung eines Drucks der in den Ansaugkrümmer 40 gesaugten Ansaugluft verwendet werden kann.
  • Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 entspricht einem Sensor, welcher eine im Abgas enthaltene Sauerstoffkonzentration erfasst und einen Stromwert entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in die Verbrennungskraftmaschine 10 geförderten Luft-Kraftstoff-Gemisches ausgibt.
  • Der Gaspedalöffnungssensor 24 entspricht einem Sensor, welcher ein Ausmaß des Niederdrückens eines Gaspedals, das heißt den Gaspedalöffnungsgrad, erfasst. Ein vom Fahrer für die Verbrennungskraftmaschine 10 gefordertes Drehmoment kann unter Verwendung des erfassten Gaspedalöffnungsgrads und einer vorbestimmten Entsprechung zwischen dem Gaspedalöffnungsgrad und dem erforderlichen Drehmoment erlangt werden. Jeder der vorstehend erwähnten Sensoren ist ein Sensor zur Erfassung des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine 10. Der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 wird unter Verwendung des Erfassungssignals bestimmt.
  • Ein Steuerungssystem 50 der Verbrennungskraftmaschine umfasst die Verbrennungskraftmaschinensteuerungsvorrichtung 500 gemäß der ersten Ausführungsform, die Stellglieder einschließlich des Injektors 31, die zum Steuern des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine 10 dienen, und Sensoren einschließlich des Kurbelwinkelsensors 21, die zum Erfassen des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine dienen.
  • Die Steuerung der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung der Verbrennungskraftmaschinensteuerungsvorrichtung 500 gemäß der ersten Ausführungsform wird beschrieben. Die in den 3 und 4 gezeigten Verarbeitungsroutinen werden ausgeführt, indem die CPU 501 veranlasst wird, das Verbrennungskraftmaschinen-Steuerungsprogramm P1 nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 wiederholt zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auszuführen, bis die Verbrennungskraftmaschine 10 gestoppt wird. Die CPU 501 erlangt den Betriebszustand und das erforderliche Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 10 (Schritt S100). Der Betriebszustand wird über die vorstehend erwähnten Sensoren 21 bis 24 erlangt und umfasst den Betriebszustand und den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10. Parameter, die den Betriebszustand anzeigen, umfassen beispielsweise die Maschinendrehzahl, die Ansaugluftmenge, den Gaspedalöffnungsgrad und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das erforderliche Drehmoment wird unter Verwendung des mit dem Gaspedalöffnungssensor 24 erfassten Gaspedalöffnungsgrads und einer vorbestimmten Entsprechungsbeziehung zwischen dem Gaspedalöffnungsgrad und dem erforderlichen Drehmoment erlangt.
  • Die CPU 501 bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems unter Verwendung des erforderlichen Drehmoments und der Maschinendrehzahl. Die CPU 501 bestimmt, ob der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, welcher unter Verwendung des erforderlichen Drehmoments und der Maschinendrehzahl bestimmt wird, einer stöchiometrischen Verbrennung entspricht oder nicht (Schritt S102). Insbesondere wird, wie in 7 gezeigt ist, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems unter Bezugnahme auf ein im Voraus vorbereitetes Kennfeld, welches das erforderliche Drehmoment [Nm] mit dem Luftsystem-Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa verknüpft, bestimmt. Eine in 7 gezeigte Kennlinie CL1 entspricht einem Beispiel für eine Kennlinie entsprechend der erlangten Maschinendrehzahl [Ne]. Beispielsweise werden mehrere Kennlinien CL1 entsprechend der Maschinendrehzahl in Schritten von 100 U/min vorbereitet. Es wird darauf hingewiesen, dass die in dem Kennfeld angegebenen Zahlenwerte lediglich Beispiele zum leichteren Verständnis sind. Gleichermaßen stellt in der Beschreibung der verschiedenen nachstehenden Kennfelder die Beschreibung „entsprechend der Maschinendrehzahl“ beispielsweise die Maschinendrehzahl in Schritten von 100 U/min dar, und die in den Kennfeldern angegebenen Zahlenwerte sind Beispiele. Das bestimmte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems entspricht dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) λs = 1,0 oder dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ1> 1,0. Das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs kann ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis umfassen und einen Wert wie λs = 0,9 bis 0,8 annehmen. Wenn bestimmt wird, dass der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 der stöchiometrischen Verbrennung entspricht (Schritt S102: JA), bestimmt die CPU 501 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs = 1,0, welches zuvor bestimmt wurde, als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems (Schritt S104). Die CPU 501 erlangt ein Kennfeld, welches zuvor vorbereitet wird und die Beziehung zwischen dem Drehmoment entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs und der erforderlichen Luftmenge zeigt. Die CPU 501 erlangt die erforderliche Luftmenge unter Verwendung des erforderlichen Drehmoments (Schritt S106). Das Kennfeld, welches die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der erforderlichen Luftmenge zeigt, entspricht beispielsweise einem in 8 gezeigten Kennfeld. Mehrere Kennlinien CL2 werden gemäß der Maschinendrehzahl vorbereitet. Die erforderliche Luftmenge kann gemäß der Maschinendrehzahl und dem Drehmoment erlangt werden. Um die Steuerung zu erleichtern, ist es wünschenswert, anstelle der erforderlichen Luftmenge einen dimensionslosen erforderlichen Ladewirkungsgrad zu verwenden.
  • Die CPU 501 bestimmt, ob sich der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine in einer Übergangsphase von der stöchiometrischen Verbrennung zur Magerverbrennung befindet oder nicht (Schritt S108). Beispielsweise kann die CPU 501 bestimmen, dass sich dieser in der Übergangsphase befindet, wenn die Bestimmung des Verbrennungszustands im vorherigen Schritt S102 der Magerverbrennung entspricht oder wenn eine Referenzzeit seit der Bestimmung der Magerverbrennung im vorherigen Schritt S102 nicht verstrichen ist. Wenn die CPU 501 bestimmt, dass sich dieser nicht in der Übergangsphase befindet (Schritt S108: NEIN), bestimmt die CPU 501 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems (Schritt S110). Insbesondere wird das gleiche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems eingestellt, das heißt, λf = λs. Die CPU 501 bestimmt einen Zündzeitpunktkorrekturwert für einen Basiszündzeitpunkt (Schritt S112), und die Verarbeitungsroutine fährt mit Schritt S114 fort. Insbesondere setzt die CPU 501 den Zündzeitpunktkorrekturwert = 0 und führt keine Verzögerungskorrektur und Vorverlagerungskorrektur des Zündzeitpunkts aus. Wenn die stöchiometrische Verbrennung andauert, bleiben der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, das heißt, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems, konstant oder schwanken leicht. Daher treten keine großen Drehmomentschwankungen auf, und es ist nicht notwendig, das Drehmoment durch Verzögern oder Vorverlagern des Zündzeitpunkts zu reduzieren. Im Allgemeinen wird die Zündzeitpunktsteuerung am MBT durchgeführt, so dass nicht erwartet werden kann, dass das Drehmoment durch die weitere Vorverlagerung zunimmt.
  • Die CPU 501 bestimmt die erforderliche Einspritzmenge (= tatsächliche Luftmenge × λf) unter Verwendung der tatsächlichen Luftmenge und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems (Schritt S114). Die CPU 501 addiert einen Verzögerungskorrekturwert zu dem Basiszündzeitpunkt, um den erforderlichen Zündzeitpunkt zu bestimmen (Schritt S116), und beendet diese Verarbeitungsroutine. Der Basiszündzeitpunkt kann beispielsweise ein Kennfeld zum Bestimmen des Zündzeitpunkts mit der erforderlichen Einspritzmenge und der Maschinendrehzahl als Parameter oder ein Kennfeld zum Bestimmen des Zündzeitpunkts mit der Ansaugluftmenge und der Maschinendrehzahl als Parameter verwenden.
  • Die CPU 501 führt das in 4 gezeigte Flussdiagramm getrennt von dem in 3 gezeigten Flussdiagramm aus. Die CPU 501 steuert den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 zu einem Zeitpunkt, zu dem die erforderliche Luftmenge, die erforderliche Einspritzmenge und der erforderliche Zündzeitpunkt bestimmt sind. Wenn die erforderliche Luftmenge bestimmt ist, steuert die CPU 501 das Drosselventil 33 unter Verwendung der erforderlichen Luftmenge (Schritt S200). Insbesondere bestimmt die CPU 501 den Drosselventilöffnungsgrad entsprechend der bestimmten erforderlichen Luftmenge unter Verwendung eines Kennfelds, welches eine Kennlinie definiert, die eine Beziehung zwischen der erforderlichen Luftmenge und dem Drosselventilöffnungsgrad zeigt und die im Voraus gemäß der Maschinendrehzahl vorbereitet wird. Die CPU 501 steuert das Drosselventil 33 gemäß dem bestimmten Öffnungsgrad an. Folglich kann in jedem Verarbeitungsschritt nach Schritt S104 oder S124 von 3 die tatsächliche Luftmenge entsprechend dem Betrieb des Drosselventils 33 verwendet werden.
  • Wenn die erforderliche Einspritzmenge bestimmt ist, steuert die CPU 501 den Injektor 31 unter Verwendung der erforderlichen Einspritzmenge (Schritt S210). Insbesondere steuert die CPU 501 den Injektor 31 gemäß einer Anzahl von Einspritzungen und einem Einspritzzeitpunkt, die im Voraus entsprechend dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 vorbestimmt werden, an, um den Injektor 31 zu veranlassen, während eines Taktes Kraftstoff mit einer bestimmten erforderlichen Kraftstoffmenge in die Brennkammer 15 einzuspritzen. Wenn der erforderliche Zündzeitpunkt bestimmt ist, führt die CPU 501 eine Steuerung der Zündkerze 32 gemäß dem erforderlichen Zündzeitpunkt aus (Schritt S220) und beendet diese Verarbeitungsroutine. Insbesondere legt die CPU 501 gemäß dem bestimmten erforderlichen Zündzeitpunkt einmal oder mehrmals eine Spannung an die Zündkerze 32 an und bewirkt, dass ein Funke in der Brennkammer 15 das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet. Folglich wird ein Antriebsdrehmoment von der Kurbelwelle 141 der Verbrennungskraftmaschine 10 abgegeben, und das Antriebsdrehmoment wird über Antriebseinheiten, wie ein Getriebe und eine Antriebswelle, auf die Antriebsräder übertragen.
  • Die Beschreibung wird unter Rückbezug auf 3 fortgesetzt. Wenn die CPU 501 in Schritt S108 bestimmt, dass sich diese in der Übergangsphase befindet (Schritt S108: JA), bestimmt die CPU 501 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase (Schritt S118). Wie in 5 gezeigt ist, entspricht die in Schritt S108 bestimmte Übergangsphase der Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase wird bestimmt, indem eine Drehmomentschwankungskorrektur am Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems durchgeführt wird, um die Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und dem tatsächlichen Drehmoment zu verringern. Insbesondere berechnet die CPU 501 ein Verhältnis des erforderlichen Drehmoments zu dem tatsächlichen Drehmoment als ein Korrekturdrehmomentverhältnis (erforderliches Drehmoment / tatsächliches Drehmoment). Die CPU 501 bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase unter Verwendung des in 6 als ein Beispiel gezeigten, im Voraus vorbereiteten Kennfelds. Das Kennfeld zeigt eine Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase. Bei der Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase kann die Maschinendrehzahl als ein Faktor vernachlässigt werden. Das tatsächliche Drehmoment entspricht einem von der Verbrennungskraftmaschine 10 abgegebenen tatsächlichen Drehmoment gemäß einer tatsächlichen Luftmenge, die unter Verwendung des Luftströmungsmessers 22 erlangt wird. Das erforderliche Drehmoment entspricht einem von der Verbrennungskraftmaschine 10 abzugebenden Soll-Drehmoment, welches in Schritt S100 erlangt wird. Die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und der tatsächlichen Luftmenge wird im Voraus als ein Kennfeld gespeichert. Das tatsächliche Drehmoment kann unter Verwendung des Kennfeldes und der tatsächlichen Luftmenge erlangt werden. Das tatsächliche Drehmoment in dem Kennfeld entspricht einem von der Verbrennungskraftmaschine 10 abgegebenen Drehmoment unter der Bedingung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs stöchiometrisch ist und der Zündzeitpunkt gleich MBT (Minimum-Advance-For-Best-Torque) ist, bei dem das Drehmoment maximal ist. Das Korrekturdrehmomentverhältnis kann einfach unter Verwendung der erforderlichen Luftmenge anstelle des erforderlichen Drehmoments und unter Verwendung der tatsächlichen Luftmenge anstelle des tatsächlichen Drehmoments berechnet werden. Das erforderliche Drehmoment und die erforderliche Luftmenge besitzen eine hohe Korrelation zueinander. Das tatsächliche Drehmoment und die tatsächliche Luftmenge besitzen eine hohe Korrelation zueinander. Daher können der Wert aus erforderliches Drehmoment / tatsächliches Drehmoment und der Wert aus erforderliche Luftmenge / tatsächliche Luftmenge als zueinander gleich betrachtet werden.
  • Wie in 5 gezeigt ist, tritt während der Übergangsphase selbst dann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems auf einen Wert von 1,6 in einem mageren Bereich auf 0,9 in einem stöchiometrischen Bereich eingestellt wird, eine Ansprechverzögerung bei der Änderung der tatsächlichen Luftmenge X2 auf. Daher besteht eine Lücke zwischen der tatsächlichen Luftmenge X2 und der erforderlichen Luftmenge XI, das heißt, es gibt einen Zeitraum, in dem die Luftmenge zu hoch ist. Daher wird in einem Fall, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems unmittelbar auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems eingestellt wird, ein tatsächliches Drehmoment ausgegeben, das größer als das erforderliche Drehmoment ist, und daher treten Drehmomentschwankungen aufgrund der Erhöhung des Drehmoments auf. Daher führt die CPU 501 während der Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung eine Drehmomentschwankungskorrektur durch, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems abzumagern, und bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase. Die CPU 501 unterdrückt den auftretenden Anstieg des Drehmoments, das heißt, führt das Drehmoment nach unten. In der Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung wird so die tatsächliche Luftmenge > der erforderlichen Luftmenge wie, vorstehend beschrieben, und daher wird das korrigierte Drehmomentverhältnis kleiner als 1. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase nimmt im Zeitverlauf auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fa des Luftsystems ab. Zusätzlich wird in dem in 5 gezeigten Beispiel, um einen Zustand zu vermeiden, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems zu einem Wert wird, bei dem der NOx-Speicherreduktionskatalysator kein NOx einfangen kann, beispielsweise 1,0 < λf < 1,3, in Schritt S118, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase unter 1,3 fällt, eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Begrenzung durchgeführt, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase auf 1,0 einzustellen. Es ist anzumerken, dass bei der Durchführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Begrenzung die Einspritzmenge zunimmt, wie in 5 gezeigt ist. Daher kann der Drehmomentanstieg aufgrund der Lücke zwischen der tatsächlichen Luftmenge und der erforderlichen Luftmenge, die durch das Abmagern des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems hervorgerufen wird, nicht unterdrückt werden. Daher wird, wie nachstehend beschrieben, der Zündzeitpunkt verzögert, um eine Drehmomentreduktion durchzuführen.
  • Die CPU 501 führt eine Zündzeitpunktkorrektur unter Verwendung des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase aus (Schritt S120), führt die Schritte S114 und S 116 aus und beendet die Verarbeitungsroutine. Bei der Bestimmung des Zündzeitpunktkorrekturwerts wird der Verzögerungskorrekturwert unter Verwendung des Korrekturdrehmomentverhältnisses wie im Falle des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase bestimmt. Insbesondere wird im Voraus eine Beziehung zwischen dem Korrekturdrehmomentverhältnis und dem Verzögerungskorrekturwert als ein Kennfeld vorbereitet, und der Verzögerungskorrekturwert wird unter Verwendung des berechneten Korrekturdrehmomentverhältnisses bestimmt. Das Kennfeld, welches die Beziehung zwischen dem Korrekturdrehmomentverhältnis und dem Verzögerungskorrekturwert zeigt, besitzt mehrere Kennlinien entsprechend dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangsphasen-Einspritzsystems. Der Verzögerungskorrekturwert wird unter Verwendung der Kennlinie, die dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangsphasen-Einspritzsystems zu der Zeit der Bestimmung entspricht, und des Korrekturdrehmomentverhältnisses bestimmt. In dem Kennfeld, welches die Beziehung zwischen dem Korrekturdrehmomentverhältnis und dem Verzögerungskorrekturwert zeigt, ist der Verzögerungskorrekturwert in dem Bereich, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems der Übergangsphase 1,3 ≤ λft beträgt, gleich 0. Alternativ kann der Verzögerungskorrekturwert nur in dem Bereich bestimmt werden, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems der Übergangsphase 1,0 < λft < 1,3 beträgt. Wie in 5 gezeigt ist, wird die Verzögerung des Zündzeitpunkts so lange durchgeführt, bis die erforderliche Luftmenge X1 und die tatsächliche Luftmenge X2 im Wesentlichen übereinstimmen, und der Verzögerungsbetrag wird im Zeitverlauf kleiner. Es ist nicht notwendig, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Begrenzung durchzuführen, das heißt, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems zu vermeiden, bei dem der NOx-Speicherreduktionskatalysator kein NOx adsorbieren kann, um beispielsweise 1,0 < λf < 1,3 zu vermeiden.
  • Das tatsächliche Drehmoment, welches bei der Berechnung des Korrekturdrehmomentverhältnisses verwendet wird, ist das Drehmoment entsprechend dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangsphasen-Einspritzsystems. Das Kennfeld, welches das tatsächliche Drehmoment mit der tatsächlichen Luftmenge verknüpft, wie vorstehend beschrieben, entspricht dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs. Daher wird ein Drehmomentwirkungsgrad des Drehmoments entsprechend dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangsphasen-Einspritzsystems mit Bezug auf das Drehmoment entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs berechnet. Die tatsächliche Luftmenge wird unter Verwendung des berechneten Drehmomentwirkungsgrads korrigiert, und das tatsächliche Drehmoment wird unter Verwendung der korrigierten tatsächlichen Luftmenge bestimmt. Der Drehmomentwirkungsgrad stellt ein Verhältnis des Drehmomentwerts entsprechend dem nicht-stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ unter einer Bedingung dar, dass der Drehmomentwert entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs 100 % beträgt. Das heißt, der Drehmomentwirkungsgrad stellt den Wirkungsgrad dar. Details zum Drehmomentwirkungsgrad werden später beschrieben.
  • In Schritt S102 bestimmt die CPU 501 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems unter Verwendung des in 7 gezeigten Kennfelds, wie vorstehend beschrieben. Bei der Bestimmung, dass der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine nicht der stöchiometrischen Verbrennung entspricht (Schritt S102: NEIN), bestimmt die CPU 501 das bestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ1 als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems (Schritt S122). Die CPU 501 bestimmt den Drehmomentwirkungsgrad des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λa mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs (Schritt S124). Insbesondere bestimmt die CPU 501 den Drehmomentwirkungsgrad unter Verwendung eines im Voraus vorbereiteten und in 9 gezeigten Kennfelds, welches eine Beziehung zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems und dem Drehmomentwirkungsgrad [%] zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Bestimmung der erforderlichen Luftmenge ein Kennfeld verwendet, welches eine Beziehung zwischen einem Drehmoment entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs und der erforderlichen Luftmenge zeigt, unabhängig vom Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine, das heißt, unabhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ. Wenn die erforderliche Ansaugmenge mit Bezug auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs, das heißt, die gleiche erforderliche Ansaugmenge, verwendet wird, wird die Kraftstoffmenge relativ klein, um das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Folglich wird das von der mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeitenden Verbrennungskraftmaschine 10 abgegebene Drehmoment kleiner als das von der mit dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs arbeitenden Verbrennungskraftmaschine 10 abgegebene Drehmoment. Die Beziehung zwischen den beiden Drehmomenten ist mit einem Drehmomentwirkungsgrad (mageres Drehmoment / stöchiometrisches Drehmoment) verknüpft, der einem Verhältnis entspricht, welches das Drehmoment bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ1 zu dem Drehmoment bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs darstellt. In einem in 9 gezeigten Kennfeld beträgt der Drehmomentwirkungsgrad entsprechend dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs 100 %, und der Drehmomentwirkungsgrad nimmt mit zunehmendem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ ab.
  • Die CPU 501 verwendet den bestimmten Drehmomentwirkungsgrad und multipliziert das in Schritt S100 berechnete erforderliche Drehmoment mit dem Kehrwert des Drehmomentwirkungsgrads, um das erforderliche Drehmoment zu korrigieren, um dadurch die erforderliche Luftmenge unter Verwendung des in 8 gezeigten Kennfelds zu erlangen (Schritt S126). Beispielsweise wird in Schritt S122 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems λa = 1,8 entsprechend dem erforderlichen Drehmoment von 120 Nm eingestellt, und in Schritt S124 wird der Drehmomentwirkungsgrad = 53 % entsprechend λa = 1,8 bestimmt. Das erforderliche Drehmoment von 120 Nm wird mit 100 / 53 multipliziert, um das korrigierte erforderliche Drehmoment von 226 Nm zu erhalten. Die erforderliche Luftmenge wird unter Verwendung des erlangten erforderlichen Drehmoments von 226 Nm bestimmt. Das heißt, die erforderliche Luftmenge zur Erzeugung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems λa = 1,8 wird unter Verwendung der Kraftstoffmenge bestimmt, die zur Erzeugung des in Schritt S100 eingestellten erforderlichen Drehmoments dient.
  • Die CPU 501 bestimmt, ob sich der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine in einer Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung befindet oder nicht (Schritt S128). Beispielsweise kann die CPU 501 bestimmen, dass sich dieser in der Übergangsphase befindet, wenn die Bestimmung des Verbrennungszustands im vorherigen Schritt S102 der stöchiometrischen Verbrennung entspricht oder wenn eine Referenzzeit seit der Bestimmung der stöchiometrischen Verbrennung im vorherigen Schritt S102 nicht verstrichen ist. Wenn die CPU 501 bestimmt, dass sich dieser nicht in der Übergangsphase befindet (Schritt S128: NEIN), bestimmt die CPU 501 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems (Schritt S130). Insbesondere wird das gleiche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems eingestellt, das heißt λf = λl. Die CPU 501 führt die Zündzeitpunktkorrektur aus (Schritt S132), und die Verarbeitungsroutine fährt mit Schritt S114 fort. Insbesondere wird für den Basiszündzeitpunkt der Zündzeitpunktkorrekturwert = 0 eingestellt, und die Verzögerungskorrektur und die Vorverlagerungskorrektur des Zündzeitpunkts werden nicht ausgeführt. Wenn die Magerverbrennung andauert, bleibt der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, das heißt, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems, konstant oder schwanken leicht. Daher treten keine großen Drehmomentschwankungen auf, und es ist nicht notwendig, das Drehmoment durch Verzögern oder Vorverlagern des Zündzeitpunkts zu reduzieren.
  • Wenn die CPU 501 in Schritt S128 bestimmt, dass sich diese in der Übergangsphase befindet (Schritt S128: JA), bestimmt die CPU 501 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase (Schritt S134). Wie in 10 gezeigt ist, entspricht die in Schritt S128 bestimmte Übergangsphase der Übergangsphase von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase wird durch das Durchführen einer Korrektur des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λa des Luftsystems bestimmt, um die Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und dem tatsächlichen Drehmoment zu verringern. Insbesondere berechnet die CPU 501 das Verhältnis des erforderlichen Drehmoments zu dem tatsächlichen Drehmoment als das Korrekturdrehmomentverhältnis. Die CPU 501 bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase unter Verwendung des in 11 als ein Beispiel gezeigten und im Voraus vorbereiteten Kennfelds. Das Kennfeld zeigt die Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase. Bei der Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase kann die Maschinendrehzahl als ein Faktor vernachlässigt werden. Das tatsächliche Drehmoment und das erforderliche Drehmoment sind wie vorstehend beschrieben. Das tatsächliche Drehmoment kann unter Verwendung des Kennfeldes bestimmt werden, welches die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und der tatsächlichen Luftmenge zeigt. Wie vorstehend beschrieben ist, entspricht das tatsächliche Drehmoment in dem Kennfeld dem von der Verbrennungskraftmaschine 10 abgegebenen Drehmoment unter der Bedingung, dass das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht und der MBT dem Zündzeitpunkt entspricht. Daher wird das tatsächliche Drehmoment unter Verwendung der tatsächlichen Luftmenge bestimmt, die unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Drehmomentwirkungsgrads korrigiert wird, das heißt, unter Verwendung der tatsächlichen Luftmenge multipliziert mit dem Drehmomentwirkungsgrad.
  • Wie in 10 gezeigt ist, tritt während der Übergangsphase selbst dann, wenn das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems auf einen Wert von 1,0 im stöchiometrischen Bereich auf 1,6 im mageren Bereich eingestellt wird, eine Ansprechverzögerung bei der Änderung der tatsächlichen Luftmenge X2 auf. Daher existiert eine Lücke zwischen der tatsächlichen Luftmenge X2 und der erforderlichen Luftmenge XI, das heißt, es gibt einen Zeitraum, in dem die Luftmenge unzureichend ist. Daher wird in einem Fall, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems unmittelbar auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems eingestellt wird, ein tatsächliches Drehmoment ausgegeben, welches kleiner als das erforderliche Drehmoment ist, und daher treten Drehmomentschwankungen aufgrund des Drehmomentabfalls auf. Daher führt die CPU 501 während der Übergangsphase von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung eine Korrektur durch, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems anzufetten bzw. fetter zu machen, und bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase. Die CPU 501 unterdrückt den auftretenden Drehmomentabfall, das heißt, diese führt das Drehmoment nach oben. In der Übergangsphase von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung wird die tatsächliche Luftmenge < die erforderliche Luftmenge, wie vorstehend beschrieben, und damit wird das korrigierte Drehmomentverhältnis größer als 1. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase steigt im Zeitverlauf auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fa des Luftsystems an. Obwohl in dem Beispiel in 10 nicht gezeigt, kann zur Vermeidung der Bedingung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems, bei dem der NOx-Speicherreduktionskatalysator kein NOx adsorbieren kann, das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs aufrechterhalten werden, bis die tatsächliche Luftmenge ausreichend nahe an die erforderliche Luftmenge gelangt, und nachdem die tatsächliche Luftmenge ausreichend nahe an die erforderliche Luftmenge gelangt, kann eine Beschränkung durchgeführt werden, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase auf 1,3 oder mehr einzustellen.
  • Die CPU 501 führt die Zündzeitpunktkorrektur aus (Schritt S136), führt die Schritte S114 und S116 aus und beendet die Verarbeitungsroutine. In der Übergangsphase von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung tritt ein Drehmomentmangel auf. Daher wird als Zündzeitpunktkorrektur eine Vorverlagerungswinkelkorrektur durchgeführt, um das Drehmoment aufgrund des Zündzeitpunkts zu erhöhen. Die Zündung wird jedoch am MBT als der Basiszündzeitpunkt durchgeführt, und es kann keine Zunahme im Drehmoment erwartet werden, auch wenn der Zündzeitpunkt weiter vorverlegt wird. Daher wird der Zündzeitpunktkorrekturwert = 0 eingestellt.
  • Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems, der Drehmomentwirkungsgrad und der Zündzeitpunkt, wie vorstehend beschrieben, werden für jeden Zylinder 111 als eine in der Verbrennungskraftmaschine 10 enthaltene Einheit berechnet. 12 zeigt ein Beispiel für eine 4-Zylinder-Maschine mit dem ersten Zylinder #1, dem zweiten Zylinder #2, dem dritten Zylinder #3 und dem vierten Zylinder #4. Der erste, der zweite, der dritte und der vierte geben die Zündfolge an. In 12 gibt das Zeichen fu einen Zeitpunkt an, zu dem eine Einspritzbedingung, beispielsweise die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt, einschließlich der Bestimmung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems bestimmt wird. Das Zeichen ig gibt einen Zeitpunkt an, zu dem eine Zündbedingung, wie beispielsweise der Zündzeitpunkt, bestimmt wird. In 12 zeigt die Einspritzsteuerung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf und den Bestimmungszeitpunkt der Einspritzbedingungen in jedem Zylinder #1 bis #4. Die Drehmomentsteuerung gibt den Zeitpunkt an, zu dem der Drehmomentwirkungsgrad und der Verzögerungskorrekturwert für Zylinder #1 bis #4 bestimmt werden. Die Zündsteuerung gibt den Bestimmungszeitpunkt der Zündbedingungen in den Zylindern #1 bis #4 an. In dem Beispiel von 12 werden Kraftstoffeinspritzung und Funkenzündung wiederholend in der Reihenfolge vom ersten Zylinder #1 bis zum vierten Zylinder #4 durchgeführt. Zunächst wird die Einspritzbedingung einschließlich des Einspritzsystem-Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf für den ersten Zylinder #1 zum Zeitpunkt fu bestimmt. Anschließend werden der Drehmomentwirkungsgrad und der Verzögerungskorrekturwert für den ersten Zylinder #1 unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems bestimmt. Ferner wird anschließend die Zündbedingung für den ersten Zylinder #1 unter Verwendung des Basiszündzeitpunkts und des Verzögerungskorrekturwerts bestimmt. Dieser Ablauf wird nacheinander im zweiten Zylinder #2, im dritten Zylinder #3 und im vierten Zylinder #4 ausgeführt. Wie vorstehend beschrieben ist, wird bei der Verbrennungskraftmaschinensteuerungsvorrichtung 500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems zu jedem Zeitpunkt in jedem Zylinder 111 als eine Einheit bestimmt, und anschließend werden der Drehmomentwirkungsgrad und der Verzögerungskorrekturwert bestimmt. Anschließend wird der Zündzeitpunkt bestimmt. In der Übergangsphase wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangsphasen-Einspritzsystems anstelle des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems verwendet.
  • Bei der Steuerungsvorrichtung 500 der Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird nach der Bestimmung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λa des Luftsystems das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems bestimmt und der Soll-Zündzeitpunkt wird ferner bestimmt. Daher kann in der Übergangsphase zwischen der stöchiometrischen Verbrennung und der Magerverbrennung, um die Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und dem tatsächlichen Drehmoment zu verringern, die Drehmomentschwankungskorrektur am Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems durchgeführt werden, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase zu bestimmen. Folglich kann der Einfluss der Ansprechverzögerung der Änderung der tatsächlichen Luftmenge verringert oder beseitigt werden, und die Drehmomentschwankung in der Übergangsphase kann unterdrückt oder beseitigt werden. Das heißt, in der Verbrennungskraftmaschinensteuerungsvorrichtung 500 gemäß der ersten Ausführungsform wird die Drehmomentschwankungskorrektur am Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems durchgeführt, um die Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und dem tatsächlichen Drehmoment zu verringern, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems wird bestimmt. Daher kann die Drehmomentsteuerung der Verbrennungskraftmaschine 10 unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λf des Einspritzsystems durchgeführt werden, welches die Verzögerung der Änderung der tatsächlichen Luftmenge widerspiegelt. Folglich ermöglicht die Konfiguration ein Unterdrücken oder Beseitigen des Drehmomentanstiegs oder des Drehmomentabfalls aufgrund der Differenz zwischen der Änderung der tatsächlichen Luftmenge und der Änderung der erforderlichen Luftmenge. Die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine in der ersten Ausführungsform können einer homogenen Verbrennung, einer schwach geschichteten Verbrennung oder einer geschichteten Verbrennung entsprechen. Im Falle der homogenen Verbrennung oder der schwach geschichteten Verbrennung ist es möglich, von der Unterdrückung der Drehmomentschwankung stärker zu profitieren.
  • Bei der Steuerungsvorrichtung 500 der Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform werden die erforderliche Luftmenge bei der stöchiometrischen Verbrennung und die erforderliche Luftmenge bei der Magerverbrennung unter Verwendung des Kennfelds, welches die Korrespondenz zwischen dem Drehmoment und der erforderlichen Luftmenge bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs zeigt, und des Kennfelds, welches die Korrespondenz zwischen dem Drehmoment und der tatsächlichen Luftmenge zeigt, berechnet. Daher ist es nicht notwendig, Kennfelder für die stöchiometrische Verbrennung und die Magerverbrennung individuell vorzubereiten, und es ist nicht notwendig, die Kennfelder in dem Speicher 502 zu speichern. Die Anzahl der Kennfelder kann daher reduziert werden.
  • Bei der Steuerungsvorrichtung 500 der Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform wird während der Übergangsphase, beispielsweise während der Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Übergangsphasen-Einspritzsystems so bestimmt, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems, bei dem der NOx-Speicherreduktionskatalysator NOx nicht einlagern kann, vermieden wird. Daher ermöglicht die Konfiguration ein Unterdrücken oder Verhindern einer Abnahme des Katalysatorwirkungsgrads und ein Unterdrücken oder Verhindern einer NOx-Leckage auch während der Übergangsphase. Infolgedessen ermöglicht es die Konfiguration, eine Abnahme der Abgasleistung während der Übergangsphase zu unterdrücken oder zu verhindern und eine ausgezeichnete Abgasleistung in jedem Verbrennungsbereich aufrechtzuerhalten.
  • Zweite Ausführungsform:
    • In der ersten Ausführungsform wurde als die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Begrenzung bei der Bestimmung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λft des Übergangsphasen-Einspritzsystems das Beispiel beschrieben, bei dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems, bei dem der NOx-Speicherreduktionskatalysator nicht zur NOx-Speicherung fähig ist, vermieden wird. In der zweiten Ausführungsform wird als die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Begrenzung eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Begrenzung unter Berücksichtigung einer Fehlzündungsgrenze durchgeführt. Beispielsweise wird in einem Fall, in dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangseinspritzsystems, das durch eine Mager-Korrektur als die Drehmomentschwankungskorrektur erlangt wird, auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis korrigiert wird, welches die Fehlzündungsgrenze überschreitet, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches die Fehlzündungsgrenze nicht überschreitet, auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Übergangseinspritzsystems eingestellt. In der zweiten Ausführungsform ermöglicht die Konfiguration ein Verhindern oder Unterdrücken einer Fehlzündung in der Verbrennungskraftmaschine 10 und die Ausgabe des erforderlichen Drehmoments.
  • Dritte Ausführungsform:
    • Die Steuerungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass diese die AGR-Steuerung und die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung koordiniert. Die Konfiguration der Steuerungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform ist die gleiche wie die Konfiguration der Steuerungsvorrichtung 500 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform, weshalb die gleichen Bezugszeichen angegeben sind und die Beschreibung jeder Konfiguration weggelassen wird. Bei der AGR-Steuerung wird der Öffnungsgrad des bei der AGR-Leitung 42 vorgesehenen AGR-Ventils 35 gesteuert, um die AGR-Rate zu ändern. Die Bedingungen für die kooperative Steuerung sind wie folgt.
    • - Mehrere Kennfelder des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und mehrere Kennfelder der Soll-AGR-Rate sind entsprechend dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen.
    • - Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die AGR-Rate werden geändert, um das erforderliche Drehmoment zu ändern oder den Katalysator zu reinigen.
    • - Es gibt einen Bereich, in dem mehrere Verbrennungszustände für die gleichen Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 10 eingestellt sind.
    • - Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die AGR-Rate werden mit Bezug auf das Ziel allmählich geändert.
    • - Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der Zündzeitpunkt und der Einspritzmodus können individuell eingestellt sein.
    • - Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die AGR-Rate sind so eingestellt, dass die Verbrennung kontinuierlich einen stabilen Bereich durchläuft.
  • Die AGR-Rate und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis können sich beispielsweise ändern, wie in 13 gezeigt ist. In 13 gibt der erste Punkt Ps einen stöchiometrischen Verbrennungspunkt an und der zweite Punkt P1 gibt einen Magerverbrennungspunkt an. Wenn der Verbrennungspunkt zwischen dem stöchiometrischen Verbrennungspunkt Ps und dem Magerverbrennungspunkt P1 geändert wird, ist es wünschenswert, dass sich das AGR-Verhältnis und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so ändern, dass der Verbrennungspunkt nicht durch den mit der Kennlinie EL1 angegebenen Fehlzündungsbereich verläuft. Andererseits sollten Änderungen der AGR-Rate und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die durch den Fehlzündungsbereich verlaufen, wie mit der Kennlinie EL2 angegeben, vermieden werden. Das Ansprechverhalten des AGR-Ventils 35 ist jedoch gering, und das Ansprechverhalten des Abgases mit Bezug auf die Änderung der Strömungsrate ist ebenfalls gering. Daher nimmt in der Übergangsphase des Verbrennungszustands selbst bei Ausgabe eines Schließsignals an das AGR-Ventil 35 die AGR-Rate nicht unmittelbar ab, und selbst bei Ausgabe eines Öffnungssignals an das AGR-Ventil 35 nimmt die AGR-Rate nicht unmittelbar zu. Daher können sich in einem Fall, in dem die AGR-Rate und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unabhängig auf der Grundlage der Ausgabe des Signals gesteuert werden, die AGR-Rate und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis folglich ändern, wie mit der Kennlinie EL2 gezeigt ist.
  • Wenn in der dritten Ausführungsform der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung umgeschaltet bzw. gewechselt wird, wird zunächst das AGR-Ventil 35 geschlossen, um die AGR-Rate zu reduzieren, und anschließend wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert. Ferner wird beim Wechsel des Verbrennungszustands der Verbrennungskraftmaschine 10 von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung zunächst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert und anschließend wird das AGR-Ventil 35 geöffnet, um die AGR-Rate zu erhöhen. Die tatsächliche AGR-Rate und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändern sich wie mit der in 13 gezeigten Kennlinie EL1 gezeigt, indem die koordinierte Steuerung der AGR-Rate und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird. Im Gegensatz wird bei einer bestehenden unabhängigen Steuerung, wenn der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung gewechselt wird, das AGR-Ventil 35 geschlossen und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird geändert. Wenn der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung gewechselt wird, wird das AGR-Ventil 35 mit einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geöffnet. Folglich durchläuft der Verbrennungspunkt den Fehlzündungsbereich.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, steuert die Steuerungsvorrichtung 500 für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der dritten Ausführungsform kooperativ die AGR-Rate und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Daher wird eine Fehlzündung in der Verbrennungskraftmaschine 10 verhindert oder unterdrückt und das erforderliche Drehmoment wird ausgegeben.
  • Weitere Ausführungsformen:
    1. (1) In der vorstehenden Ausführungsform wird die tatsächliche Luftmenge durch Anpassen des Öffnungsgrads des Drosselventils 33 und des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 35 gesteuert. Es wird darauf hingewiesen, dass die tatsächliche Luftmenge durch weiteres Anpassen des Öffnungsgrads des Wastegate-Ventils 34 gesteuert werden kann.
    2. (2) In der vorstehenden Ausführungsform werden verschiedene Kennfelder verwendet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Berechnung unter Verwendung der erlangten Steuerparameter unter Verwendung einer im Voraus vorbereiteten Funktion anstelle des Kennfelds dynamisch ausgeführt werden kann. Ferner wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase unter Verwendung des Kennfelds bestimmt, welches das Korrekturdrehmomentverhältnis und die Beziehung zwischen dem Drehmomentverhältnis und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase zeigt. Andererseits kann ein Kennfeld zur Verknüpfung des Korrekturdrehmomentverhältnisses mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturwert des Einspritzsystems in der Übergangsphase im Voraus vorbereitet werden. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λft des Einspritzsystems in der Übergangsphase kann durch Korrigieren der Drehmomentschwankung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems bestimmt werden, indem der unter Verwendung des Kennfelds und des Korrekturdrehmomentverhältnisses erlangte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturwert des Einspritzsystems zu dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems addiert wird. Auch in diesem Fall wird in der Übergangsphase das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λf des Einspritzsystems verwendet, das sich von dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λa des Luftsystems unterscheidet, und die in der ersten Ausführungsform erzeugten Vorteile können hervorgebracht werden.
    3. (3) In der vorstehenden Ausführungsform werden die erforderliche Luftmenge bei der stöchiometrischen Verbrennung und die erforderliche Luftmenge bei der Magerverbrennung unter Verwendung des Kennfelds berechnet, welches die Korrespondenz zwischen dem Drehmoment und der erforderlichen Luftmenge und dem Drehmoment und der tatsächlichen Luftmenge bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λs zeigt. Andererseits kann ein Kennfeld verwendet werden, welches die Korrespondenz zwischen dem Drehmoment und der erforderlichen Luftmenge und die Korrespondenz zwischen dem Drehmoment und der tatsächlichen Luftmenge entsprechend der stöchiometrischen Verbrennung und der Magerverbrennung zeigt. Auch in diesem Fall kann eine Drehmomentschwankung in der Übergangsphase unterdrückt oder verhindert werden.
    4. (4) In der vorstehenden Ausführungsform führt die CPU 501 das Verbrennungskraftmaschinen-Steuerungsprogramm P1 aus, um die Steuerungseinheit zu realisieren, welche das Erfassungssignal softwaremäßig speichert. Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuerungseinheit hardwaremäßig realisiert sein kann, indem eine vorprogrammierte integrierte Schaltung oder eine diskrete Schaltung verwendet wird.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung vorstehend als die Ausführungsformen und Modifikationen beschrieben worden ist, dienen die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dazu, das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern, und schränken die vorliegende Offenbarung nicht ein. Die vorliegende Offenbarung kann modifiziert oder verbessert werden, ohne von deren Grundgedanken und Ansprüchen abzuweichen, und die vorliegende Offenbarung umfasst deren Äquivalente. Beispielsweise können die technischen Merkmale in jeder Ausführungsform, die den technischen Merkmalen in der in der Kurzfassung beschriebenen Form entsprechen, dazu verwendet werden, um einige oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder einen der vorstehend beschriebenen Effekte zu erzielen. Um ein Teil oder alles zu erreichen, kann ein Austausch oder eine Kombination in geeigneter Weise durchgeführt werden. Solange ein technisches Merkmal in der vorliegenden Spezifikation nicht als wesentlich beschrieben ist, kann das technische Merkmal geeignet gestrichen werden.
  • 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 2018104869 [0001]
    • JP 2016138497 A [0003]

Claims (9)

  1. Steuerungsvorrichtung (500) für eine Verbrennungskraftmaschine (10), aufweisend: eine Erlangungseinheit (503), welche derart konfiguriert ist, dass diese ein erforderliches Drehmoment und einen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine erlangt; und eine Steuerungseinheit (501, PI), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung einer erforderlichen Luftmenge, einer erforderlichen Kraftstoffmenge und eines erforderlichen Zündzeitpunkts steuert, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese: ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luftsystems gemäß dem erlangten erforderlichen Drehmoment und dem erlangten Betriebszustand bestimmt; die erforderliche Luftmenge unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems erlangt; eine Drehmomentschwankungskorrektur am Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems durchführt, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Einspritzsystems zu bestimmen, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einem tatsächlichen Drehmoment zu verringern, wenn sich ein Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine in einer Übergangsphase zwischen einer stöchiometrischen Verbrennung und einer Magerverbrennung befindet; das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems bestimmt, wenn sich der Verbrennungszustand nicht in der Übergangsphase befindet; und die erforderliche Kraftstoffmenge und den erforderlichen Zündzeitpunkt unter Verwendung des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems und des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems erlangt.
  2. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Drehmomentschwankungskorrektur unter Verwendung eines Verhältnisses des erforderlichen Drehmoments zu dem tatsächlichen Drehmoment in der Übergangsphase durchführt und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems bestimmt.
  3. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Drehmomentschwankungskorrektur durchführt, um zu veranlassen, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems mager ist, wenn die Übergangsphase einer Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung entspricht.
  4. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese einen Verzögerungskorrekturwert des Zündzeitpunkts unter Verwendung des Verhältnisses des erforderlichen Drehmoments und des tatsächlichen Drehmoments erlangt und den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung des erforderlichen Zündzeitpunkts und des Verzögerungskorrekturwerts steuert, wenn die Übergangsphase einer Übergangsphase von der Magerverbrennung auf die stöchiometrische Verbrennung entspricht.
  5. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Drehmomentschwankungskorrektur durchführt, um zu veranlassen, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems fett ist, wenn die Übergangsphase einer Übergangsphase von der stöchiometrischen Verbrennung auf die Magerverbrennung entspricht.
  6. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese: die erforderliche Luftmenge unter Verwendung einer Beziehung zwischen einem Drehmoment und der erforderlichen Luftmenge entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die stöchiometrische Verbrennung, das im Voraus bestimmt wird, und einem Drehmoment entsprechend dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems erlangt; einen Drehmomentwirkungsgrad des Drehmoments entsprechend dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems basierend auf dem Drehmoment entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die stöchiometrische Verbrennung erlangt, wenn sich der Verbrennungszustand in der Magerverbrennung befindet; und die erforderliche Luftmenge unter Verwendung des erlangten Drehmomentwirkungsgrads und der Beziehung erlangt.
  7. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Drehmomentschwankungskorrektur unter Verwendung eines Verhältnisses der erforderlichen Luftmenge zu der tatsächlichen Luftmenge in der Übergangsphase durchführt und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems bestimmt.
  8. Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerungseinheit ferner derart konfiguriert ist, dass diese das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Einspritzsystems, an dem die Drehmomentschwankungskorrektur durchgeführt wurde, ändert, um zumindest eines aus einer Verringerung eines Wirkungsgrads eines Abgaskatalysators, einer Fehlzündung und einer Verschlechterung einer Eigenschaft des Abgases zu beschränken oder zu verhindern.
  9. Steuerungsverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine (10), aufweisend: Erlangen eines erforderlichen Drehmoments und eines Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine (S100); Bestimmen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luftsystems gemäß dem erlangten erforderlichen Drehmoment und dem erlangten Betriebszustand (S102, S104, S122); Erlangen einer erforderlichen Luftmenge unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems (S106, S126); Durchführen einer Drehmomentschwankungskorrektur an dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftsystems, um ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Einspritzsystems zu bestimmen, um eine Differenz zwischen dem erforderlichen Drehmoment und einem tatsächlichen Drehmoment zu verringern, wenn sich ein Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine in einer Übergangsphase zwischen einer stöchiometrischen Verbrennung und einer Magerverbrennung befindet (S118, S134); Bestimmen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems, wenn sich der Verbrennungszustand nicht in der Übergangsphase befindet (S110, S130); Erlangen einer erforderlichen Kraftstoffmenge und eines erforderlichen Zündzeitpunkts unter Verwendung des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luftsystems und des bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Einspritzsystems (S114, S113); und Steuern eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung der erlangten erforderlichen Luftmenge, der erlangten erforderlichen Kraftstoffmenge und des erlangten erforderlichen Zündzeitpunkts.
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