DE112019003799T5

DE112019003799T5 - Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019003799T5
Application number: DE112019003799.4T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kondo; Masatoshi Basaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-06-10
Also published as: JP2020016224A; WO2020021991A1; JP6908008B2

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung (40) steuert ein Kraftstoffeinspritzsystem (1). Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil (30), das vom Direkteinspritztyp ist und Hochdruckkraftstoff in einem Sammler (32) direkt in eine Verbrennungskammer (21) einer Verbrennungskraftmaschine (10) einspritzt. Die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung umfasst: eine Auswahleinheit (43), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Einspritzmodus von Kraftstoff, der in einem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, zwischen einem Rußreduktionsmodus, in dem Kraftstoff daran gehindert wird, an einer Spitzenendseite eines Ventilkörpers (51) mit Bezug auf einen Sitzabschnitt (56) bei dem Kraftstoffeinspritzventil zu verbleiben, um Ruß zu reduzieren, und einem anderen Einspritzmodus, der sich von dem Rußreduktionsmodus unterscheidet, basierend auf einer vorbestimmten Umschaltbedingung umschaltet und den Einspritzmodus auswählt; und eine Einspritzsteuerungseinheit (44), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Kraftstoffeinspritzung, die in einem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingestellt ist, auf der Grundlage des von der Auswahleinheit ausgewählten Einspritzmodus durchführt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2018-141714 , welche am 27. Juli 2018 angemeldet wurde und deren Offenbarung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung, welche zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine konfiguriert ist.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung steuert einen Einspritzzustand von Kraftstoff, der von einem Kraftstoffeinspritzventil bei einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, um eine Verbrennungseffizienz der Verbrennungskraftmaschine zu fördem und um schädliche Komponenten, wie Partikel (PM) und NOx, die in dem Abgas von der Verbrennungskraftmaschine enthalten sind, zu reduzieren.
Es können sich beispielsweise Ablagerungen um Einspritzlöcher eines Kraftstoffeinspritzventils ansammeln. Diese Ablagerungen bewirken eine Zerstreuung des Kraftstoffstrahls, was zu einer Verringerung der Verbrennungseffizienz der Verbrennungskraftmaschine und zu einer Verringerung des Drehmoments führt. Um die Zerstreuung des Kraftstoffstrahls zu unterdrücken, wird in Patentliteratur 1 eine Ablagerungsmenge prognostiziert, und wenn die Ablagerungsmenge eine vorbestimmte Menge überschreitet, wird der Kraftstoffeinspritzdruck erhöht, um die Ablagerung zu entfernen.
Literatur zum Stand der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2017-129046 A
Kurzfassung der Erfindung
Einer von Faktoren, welche eine Leistungsfähigkeit einer Verbrennungskraftmaschine verschlechtern, ist die Bildung von Ruß in einer Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine. Wenn Ruß erzeugt wird, können schädliche Komponenten, wie Partikel (PM), die in dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthalten sind, nicht ausreichend reduziert werden. Ablagerungen, die sich auf einem Kraftstoffeinspritzventil ansammeln, verursachen ebenfalls eine Rußerzeugung. Ferner kann bei einem Kraftstoffeinspritzventil in einem geschlossenen Zustand nach der Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung ein Teil des Kraftstoffs im Inneren eines Sacks des Kraftstoffeinspritzventils verbleiben und an einer Spitze einer Düse anhaften. Dieser Kraftstoff ist dem Gas in der Verbrennungskammer ausgesetzt und verursacht die Bildung von Ruß.
Das in Patentliteratur 1 beschriebene Verfahren zur Erhöhung eines Kraftstoffeinspritzdrucks ist ein Verfahren zum Entfernen einer Ablagerung und berücksichtigt nicht die Unterdrückung der Bildung von Ruß, der von einem im Kraftstoffeinspritzventil verbleibenden Kraftstoff herrührt. Insbesondere in einem Fall, in dem Kraftstoff in dem Verdichtungstakt einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, ist eine Zeitspanne zum Verdampfen eines am Spitzenende des Kraftstoffeinspritzventils verbleibenden Kraftstoffes im Vergleich zu einem Fall, in dem Kraftstoff im Ansaugtakt eingespritzt wird, kurz. Daher wird mehr Ruß aus dem verbleibenden Kraftstoff erzeugt. Insbesondere in einem Fall, in dem eine Zeitspanne von der Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung kurz ist, wird ferner, wenn der Kraftstoffdruck des eingespritzten Kraftstoffes übermäßig hoch eingestellt ist, der Impuls des eingespritzten Kraftstoffes hoch. Daher kann der Kraftstoff die Zündkerze kaum passieren. Außerdem koordiniert sich der Kraftstoff kaum mit dessen Strömung, und daher bildet der Kraftstoff zwischen der Einspritzung des Kraftstoffes und der Zündung kaum ein Luft-Kraftstoff-Gemisch um eine Zündkerze. Daher entsteht die Befürchtung, dass die gewünschte Verbrennung des Kraftstoffes verhindert werden kann.
In Anbetracht des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Erzeugung von Ruß in einem Kraftstoffeinspritzsystem, das Kraftstoff hauptsächlich in einem Verdichtungstakt einer Verbrennungskraftmaschine einspritzt, unterdrückt.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung bereit, die zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems dient. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst: einen Sammler zum Speichern von Hochdruckkraftstoff, und ein Kraftstoffeinspritzventil, welches vom Direkteinspritztyp ist, um Hochdruckkraftstoff in dem Sammler direkt in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen. Diese Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung umfasst: eine Auswahleinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Einspritzmodus von Kraftstoff, der in einem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, zwischen einem Rußreduktionsmodus, in dem Kraftstoff daran gehindert wird, an einer Spitzenendseite eines Ventilkörpers mit Bezug auf einen Sitzabschnitt bei dem Kraftstoffeinspritzventil zu verbleiben, um Ruß zu reduzieren, und einem anderen Einspritzmodus, der sich von dem Rußreduktionsmodus unterscheidet, basierend auf einer vorbestimmten Umschaltbedingung umschaltet und den Einspritzmodus auswählt; und eine Einspritzsteuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Kraftstoffeinspritzung, die in einem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingestellt ist, auf der Grundlage des von der Auswahleinheit ausgewählten Einspritzmodus durchführt.
Gemäß der Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung schaltet die Auswahleinheit den Kraftstoffeinspritzmodus des im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffs zwischen dem Rußreduktionsmodus und einem anderen Einspritzmodus basierend auf der vorbestimmten Umschaltbedingung um und wählt den Kraftstoffeinspritzmodus aus. Die Einspritzsteuerungseinheit führt eine im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingestellte Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem von der Auswahleinheit ausgewählten Einspritzmodus durch. Daher ermöglicht die Konfiguration die Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung im Rußreduktionsmodus nach Bedarf, um dadurch eine Unterdrückung der Rußerzeugung zu ermöglichen. Ferner entspricht der Rußreduktionsmodus einem Einspritzmodus, der so eingestellt ist, dass dieser verhindert, dass Kraftstoff auf der Spitzenendseite mit Bezug auf den Sitzabschnitt beim Ventilkörper des Kraftstoffeinspritzventils verbleibt, um dadurch Ruß zu reduzieren. Daher ermöglicht die Konfiguration eine wirksame Unterdrückung einer Anhaftung von nassem Kraftstoff, die geneigt während einer Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine auftritt. Folglich ermöglicht die Konfiguration eine Unterdrückung der Bildung von PM und dergleichen aufgrund der Bildung von Ruß und eine Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt.
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 schematische Darstellung, welche ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine Schnittansicht, welche ein Kraftstoffeinspritzventil des Verbrennungseinspritzsystems von 1 zeigt;
3 ein Systemblockdiagramm, welches eine ECU zeigt, die einer Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform entspricht;
4 eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einer Zeitspanne von einem Einspritzendzeitpunkt zu einem Zündzeitpunkt, einem Kraftstoffdruck zu der Zeit der Einspritzung und einer Menge an erzeugtem Ruß zeigt;
5 eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der Menge an erzeugtem Ruß und einer Menge an PM im Abgas zeigt;
6 eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der Menge an erzeugtem Ruß und einer Menge an HC im Abgas zeigt;
7 eine Ansicht, welche zeitliche Änderungen der PM-Menge, der HC-Menge bzw. der Menge an erzeugtem Ruß im Abgas vor und nach dem Umschalten eines Einspritzmodus zeigt;
8 eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der Zeitspanne von dem Einspritzendzeitpunkt bis zu dem Zündzeitpunkt, einer Intensität einer Luftströmung in einer Verbrennungskammer zu der Zeit einer Einspritzung und einer Zunahme und Abnahme einer Ablagerungsmenge zeigt;
9 eine Ansicht, welche ein Beispiel für Einspritzmuster in einem normalen Modus bzw. einem Rußreduktionsmodus zeigt; und
10 ein Flussdiagramm, welches eine Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Wie in 1 gezeigt ist, entspricht ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 einem System, welches derart konfiguriert ist, dass dieses Hochdruckkraftstoff, der in einem Sammler bzw. Speicher 32 gespeichert ist, von einem Direkteinspritz-Kraftstoffeinspritzventil 30 in eine Verbrennungskammer 21 einer Verbrennungskraftmaschine 10 einspritzt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist eine Mehrzylindermaschine vom Zylinder- bzw. Direkteinspritztyp, welche einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Verbrennungs- bzw. Arbeitstakt und einen Auslasstakt als einen Verbrennungszyklus implementiert. Der Sammler 32 ist ein Förderrohr und speichert Hochdruckkraftstoff, der von einer Hochdruckpumpe 33 unter Druck zugeführt wird. Eine Niederdruckpumpe 34 führt Kraftstoff von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) zu der Hochdruckpumpe 33. Ein Kraftstoffdrucksensor 37 ist vorgesehen, um einen Druck (Kraftstoffdruck) des Kraftstoffs in dem Sammler 32 zu erfassen.
Ein Ansaugluftströmungsratensensor 13, welcher zum Erfassen einer Strömungsrate von Ansaugluft dient, und ein Ansauglufttemperatursensor 14 sind auf der Stromaufwärtsseite eines Ansaugrohrs 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen. Ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe 16, deren Öffnung unter Verwendung eines Motors 15 angepasst wird, und ein Drosselöffnungssensor 17, welcher die Öffnung (Drosselöffnung) der Drosselklappe 16 erfasst, sind auf der Stromabwärtsseite davon vorgesehen.
Auf der Stromabwärtsseite der Drosselklappe 16 ist ein Ausgleichsbehälter 18 vorgesehen, und ein Ansaugrohrdrucksensor 19, welcher einen Druck im Ansaugrohr erfasst, ist im Ausgleichsbehälter 18 vorgesehen. Ein Ansaugkanal 20 zum Leiten von Luft in die Verbrennungskammer 21 jedes Zylinders der Verbrennungskraftmaschine 10 ist mit dem Ausgleichsbehälter 18 verbunden. An dem Zylinder ist ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 30 angebracht, welches Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 21 des jeweiligen der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 10 einspritzt. Eine Zündkerze 22 (ein Beispiel für einen Zündmechanismus) ist an einem Zylinderkopf 11B eines jeweiligen der Zylinder angebracht, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 21 wird unter Verwendung einer Funkenentladung der Zündkerze 22 des Zylinders entzündet.
Ein Abgasrohr 23 der Verbrennungskraftmaschine 10 ist mit einem A/F-Sensor 24 versehen, welcher ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas erfasst. Eine Katalysatorschicht 25 und eine Partikelentfernungsschicht 35 sind auf der Stromabwärtsseite des A/F-Sensors 24 vorgesehen. Die Katalysatorschicht 25 ist eine Schicht, die einen Abgasreinigungskatalysator, wie beispielsweise einen Dreiwegekatalysator (3-Wege-Katalysator), umfasst. Die Partikelentfernungsschicht 35 ist eine Schicht, die hauptsächlich Partikel im Abgas entfernt. Die Partikelentfernungsschicht 35 ist beispielsweise ein Benzinpartikelfilter (GPF) und ein 4-Wege-GPF, bei dem ein Katalysator auf dem GPF getragen ist. Auf der Stromabwärtsseite der Partikelentfernungsschicht 35 ist ein PM-Sensor 36 vorgesehen, welcher eine Konzentration von Partikeln (PM) im Abgas erfasst. Der A/F-Sensor 24 und der PM-Sensor 36 sind Beispiele für einen Abgassensor, welcher eine Menge einer vorbestimmten, im Abgas enthaltenen Komponente erfasst. Ein Kohlenwasserstoff (HC)-Sensor, ein NOx-Sensor, ein O2-Sensor und/oder dergleichen können anstelle des A/F-Sensors 24 und des PM-Sensors 36 oder zusätzlich zu diesen verwendet werden.
Ein Wassertemperatursensor 26, welcher eine Kühlwassertemperatur erfasst, und ein Klopfsensor 27, welcher ein Klopfen erfasst, sind an einem Zylinderblock 11A der Verbrennungskraftmaschine 10 angebracht. Ein Kurbelwinkelsensor 29, welcher zu jeder Zeit, wenn sich eine Kurbelwelle 28 um einen vorbestimmten Kurbelwinkel dreht, ein Impulssignal ausgibt, ist an einer Außenumfangsseite der Kurbelwelle 28 angebracht. Basierend auf dem Kurbelwinkelsignal des Kurbelwinkelsensors 29 werden ein Kurbelwinkel und eine Maschinendrehzahl erfasst. Ein Verbrennungsdrucksensor (CPS) 38, welcher einen Druck in der Verbrennungskammer 21 erfasst, ist an der Verbrennungskammer 21 der Verbrennungskraftmaschine 10 angebracht. Ferner kann ein Verbrennungskammertemperatursensor vorgesehen sein, welcher eine Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer 21 erfasst.
Die Ausgangssignale dieser verschiedenen Sensoren werden bei einer ECU 40 eingegeben. Die ECU 40 entspricht einer elektronischen Steuerungseinheit, welche hauptsächlich einen Mikrocomputer umfasst und verschiedene Steuerungen der Verbrennungskraftmaschine 10 unter Verwendung der Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren implementiert. Die ECU 40 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge gemäß einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, um eine Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils 30 zu steuern und einen Zündzeitpunkt der Zündkerze 22 zu steuern.
Wie in 2 gezeigt, ist das Kraftstoffeinspritzventil 30 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Solenoidtyp und umfasst einen nadelförmigen Ventilkörper 51 und einen Körper 52, in dem der Ventilkörper 51 aufgenommen ist. Eine Steuerung einer Erregung der Magnetspule ermöglicht es dem Ventilkörper 51, innerhalb des Körpers 52 in der vertikalen Richtung in 2 zu gleiten.
Ein Spitzenende 53 des Körpers 52 besitzt im Wesentlichen eine halbkugelförmige Gestalt. In dem Spitzenende 53 sind mehrere Einspritzlöcher 60 zum Einspritzen von Kraftstoff ausgebildet. Ein ringförmiger Kraftstoffdurchlass 54, der sich in der axialen Richtung des Körpers 52 erstreckt, ist zwischen der Innenfläche des Körpers 52 und der Außenfläche des Ventilkörpers 51 ausgebildet. Ein Sitzabschnitt 56, auf den ein Spitzenabschnitt 55 des Ventilkörpers 51 gesetzt wird, ist an der Innenfläche des Spitzenendabschnitts 53 des Körpers 52 ausgebildet. Auf der Spitzenendseite des Körpers 52 mit Bezug auf den Sitzabschnitt 56 ist eine Sackkammer 57 ausgebildet, um Kraftstoff zu sammeln, der in dem Kraftstoffdurchlass 54 ringförmig verteilt ist, und um den Kraftstoff zu dem Einspritzloch 60 zu leiten. Das Spitzenende 53 des Körpers 52 kann als eine Düsenspitze des Kraftstoffeinspritzventils 30 bezeichnet werden.
Wenn die Magnetspule nicht erregt ist, ist der Spitzenabschnitt 55 des Ventilkörpers 51 auf den Sitzabschnitt 56 gesetzt bzw. mit diesem in Anlage gebracht, um den Kraftstoffdurchlass 54 von dem Einspritzloch 60 zu blockieren, wodurch die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. Alternativ dazu wird, wenn die Magnetspule erregt ist, der Spitzenabschnitt 55 des Ventilkörpers 51 vom Sitzabschnitt 56 abgehoben, um den Kraftstoffdurchlass 54 mit dem Einspritzloch 60 zu verbinden. Infolgedessen wird Kraftstoff im Kraftstoffdurchlass 54 direkt eingespritzt und über die Sackkammer 57 von dem Einspritzloch 60 zu der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine 10 geführt.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die ECU 40 eine Lastberechnungseinheit 41, eine Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42, eine Auswahleinheit 43, eine Einspritzsteuerungseinheit 44 und eine Zündsteuerungseinheit 48. Die Einspritzsteuerungseinheit 44 umfasst eine Mustersteuerungseinheit 45, eine Einspritzventilsteuerungseinheit 46 und eine Pumpensteuerungseinheit 47.
Die Lastberechnungseinheit 41 berechnet eine Betriebslast und eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 basierend auf Erfassungswerten des Ansaugluftströmungsratensensors 13, des Ansauglufttemperatursensors 14 und des Kurbelwinkelsensors 29. Die unter Verwendung der Lastberechnungseinheit 41 erlangten Erfassungswerte der verschiedenen Sensoren, die berechnete Betriebslast und die berechnete Drehzahl werden zu der Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 ausgegeben.
Die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 erlangt die Erfassungswerte des A/F-Sensors 24, des PM-Sensors 36 und des Wassertemperatursensors 26. Die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 berechnet eine Rußerzeugungsmenge in der Verbrennungskammer 21 und eine Ablagerungsansammlungsmenge in der Verbrennungskammer 21 und dem Kraftstoffeinspritzventil 30. Die unter Verwendung der Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 erlangten Erfassungswerte der verschiedenen Sensoren und die berechnete Rußerzeugungsmenge werden zusammen mit den von der Lastberechnungseinheit 41 eingegebenen Daten zu der Auswahleinheit 43 ausgegeben.
Die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass diese die Rußerzeugungsmenge und die Ablagerungsansammlungsmenge basierend auf den Erfassungswerten verschiedener Sensoren und einem Betriebszustand und einem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10 berechnet. Insbesondere können die Betriebszustände einen oder mehrere Parameter umfassen, die aus einer Betriebslast und einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10, einer Anzahl und einem Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung, einem Zündzeitpunkt, einem Kraftstoffdruck und einer Kraftstofftemperatur eines von dem Kraftstoffeinspritzventil 30 eingespritzten Kraftstoffs, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (A/F), einer Kühlwassertemperatur, einer Ansauglufttemperatur, einer Abgastemperatur, einer Temperatur in der Verbrennungskammer 21 und dergleichen ausgewählt sind. Der Betriebsverlauf kann eine zeitliche Änderung dieser Parameter verwenden.
Die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 ist derart konfiguriert, dass diese die Rußerzeugungsmenge unter Bezugnahme auf ein in der ECU 40 gespeichertes Kennfeld oder dergleichen berechnet. Die ECU 40 speichert ein Kennfeld oder eine mathematische Gleichung. Das Kennfeld oder die mathematische Gleichung verknüpft den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, Erfassungswerte der Sensoren 50 und verschiedene aus den Erfassungswerten berechnete Parameter mit der Temperatur und dem Druck in der Verbrennungskraftmaschine 10 im Verdichtungstakt und der Rußerzeugungsmenge.
Beispielsweise kann, wie in 4 gezeigt, die Rußerzeugungsmenge auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einer Zeitspanne J1 von einem Einspritzendzeitpunkt (EOI) zu einem Zündzeitpunkt, dem Kraftstoffdruck zu der Zeit der Einspritzung und der Rußerzeugungsmenge berechnet werden. Die vertikale Achse in 4 zeigt den Kraftstoffdruck zu der Zeit der Einspritzung, die horizontale Achse zeigt die Zeitspanne J1 und die gekrümmten gestrichelten Linien zeigen die Rußerzeugungsmenge. Die Rußerzeugungsmenge nimmt entlang der Richtung des Pfeils in 4 ab. Das heißt, je länger die Zeitspanne J1 und je höher der Kraftstoffdruck zu der Zeit der Einspritzung ist, desto geringer ist die Rußerzeugungsmenge. Die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 ist derart konfiguriert, dass diese die Zeitspanne J1 und den Kraftstoffdruck erlangt und die Rußerzeugungsmenge auf der Grundlage von 4 berechnet.
Ferner kann die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 die Rußerzeugungsmenge S beispielsweise auf der Grundlage einer Komponentenmenge einer Reduktionszielkomponente im Abgas berechnen, die unter Verwendung des Abgassensors, wie beispielsweise des A/F-Sensors 24 und des PM-Sensors 36, erfasst wird. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, steigen mit zunehmender Rußerzeugungsmenge auch die Mengen an Partikeln (PM) und Kohlenwasserstoff (HC), welche der Reduktionszielkomponente im Abgas entsprechen. Daher kann die Rußerzeugungsmenge auf der Grundlage der Erfassungswerte des A/F-Sensors 24 und des PM-Sensors 36 berechnet werden.
7 zeigt Änderungen des Erfassungswerts des Abgassensors und des berechneten Werts der Rußerzeugungsmenge aufgrund des Umschaltens bzw. Wechselns des Einspritzmodus. Die horizontale Achse in 7 zeigt die Zeit an und die vertikale Achse zeigt die Menge an PM, die Menge an HC und die Menge an erzeugtem Ruß (berechneter Wert) von oben in dieser Reihenfolge an. Vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 wird die Kraftstoffeinspritzung in einem Einspritzmuster eines normalen Modus bzw. Normalmodus durchgeführt, und die Menge an PM, die Menge an HC und die Menge an erzeugtem Ruß nehmen mit der Zeit zu. Die Menge des erzeugten Rußes überschreitet zum Zeitpunkt t1 einen Rußreduktions-Schwellenwert XI. Daher wird zum Zeitpunkt t1 ein Umschalten vom Normalmodus auf den Rußreduktionsmodus ausgeführt, und nach dem Zeitpunkt t1 wird die Kraftstoffeinspritzung in dem Einspritzmuster im Rußreduktionsmodus durchgeführt. Folglich werden die PM-Menge, die HC-Menge und die Rußerzeugungsmenge unmittelbar nach dem Umschaltzeitpunkt t1 deutlich reduziert, und anschließend werden die PM-Menge, die HC-Menge und die Rußerzeugungsmenge auf niedrigen Werten stabilisiert.
Wie in 8 gezeigt ist, kann die Ablagerungsansammlungsmenge auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Zeitspanne J1 vom Einspritzendzeitpunkt (EOI) bis zum Zündzeitpunkt, der Intensität der Luftströmung in der Verbrennungskammer 21 zu der Zeit der Einspritzung und dem Betrag der Zunahme und Abnahme der Ablagerung berechnet werden. Die vertikale Achse in 8 zeigt die Intensität der Luftströmung, die horizontale Achse zeigt die Zeitspanne J1, und jede Linie der gekrümmten durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie zeigt den Betrag einer Zunahme und Abnahme der Ablagerung. Die gekrümmte durchgezogene Linie in 8 zeigt eine Nulländerungslinie 2, bei welcher keine Zu- und Abnahme in der Ablagerung auftritt (Zu- und Abnahmebetrag = 0). Wie der nach rechts oben gerichtete Pfeil zeigt, nimmt in einem Fall, in dem die Luftströmung intensiver ist als die Nulländerungslinie 2 und die Zeitspanne J1 lang ist, die Ablagerungsansammlungsmenge ab. Wie der nach links unten gerichtete Pfeil zeigt, nimmt in einem Fall, in dem die Luftströmung schwächer ist als die Nulländerungslinie 2 und die Zeitspanne J1 kurz ist, die Ablagerungsansammlungsmenge zu. Die Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 ist derart konfiguriert, dass diese die Zeitspanne J1 und die Intensität der Luftströmung in der Verbrennungskammer 21 erlangt und die Zu- und Abnahmemenge der Ablagerung auf der Grundlage von 8 berechnet. Dann kann die Ablagerungsansammlungsmenge berechnet werden, indem der Betrag der Zunahme und Abnahme der Ablagerung integriert wird. Die Intensität der Luftströmung in der Verbrennungskammer 21 kann beispielsweise auf der Grundlage der Drehzahl und der Last der Verbrennungskraftmaschine 10 berechnet werden.
Die unter Verwendung der Lastberechnungseinheit 41 berechnete Betriebslast und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 und die unter Verwendung der Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 berechnete Rußmenge werden in einer Speichereinheit der ECU 40 gespeichert. Insbesondere speichert die Speichereinheit als ein Kennfeld oder eine Gleichung eine Beziehung zwischen dem Zeitpunkt der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzung (Einspritzimplementierungszeitpunkt) und der Komponentenmenge der Reduktionszielkomponente, die zur gleichen Zeit im Abgas enthalten ist, für jede der Betriebslast und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10.
Die Auswahleinheit 43 schaltet den Kraftstoffeinspritzmodus des im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einzuspritzenden Kraftstoffes zwischen dem Rußreduktionsmodus und einem anderen Einspritzmodus basierend auf einer vorbestimmten Wechsel- bzw. Umschaltbedingung um und wählt den Kraftstoffeinspritzmodus aus. Der Rußreduktionsmodus entspricht einem Einspritzmodus, der eingestellt ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff auf der Spitzenendseite mit Bezug auf den Sitzabschnitt 56 beim Ventilkörper 51 des Kraftstoffeinspritzventils 30 zurückbleibt, um dadurch die Erzeugung von Ruß aus dem verbleibenden Kraftstoff zu reduzieren. Beispiele für den Einspritzmodus, der sich von dem Rußreduktionsmodus unterscheidet, können einen Einspritzmodus (Normalmodus), der normalerweise ausgeführt wird, wenn Kraftstoff in die Verbrennungskraftmaschine 10 eingespritzt wird, einen Ablagerungsentfernungsmodus zum Entfernen einer Ablagerung, die sich an dem Kraftstoffeinspritzventil 30 angesammelt hat, und dergleichen umfassen. Der Normalmodus ist so eingestellt, dass ein Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 10 und eine Unterdrückung der Reduktionszielkomponente im Abgas Priorität haben. Der Ablagerungsentfernungsmodus ist so eingestellt, dass eine Kraftstoffeinspritzung von Hochdruckkraftstoff durchgeführt wird, um eine Ablagerung zu entfernen, die sich am Spitzenende 53 des Kraftstoffeinspritzventils 30 angesammelt hat.
Der Rußreduktionsmodus ist so eingestellt, dass die Menge an erzeugtem Ruß im Vergleich zu anderen Einspritzmodi reduziert werden kann. Der Rußreduktionsmodus ist insbesondere so eingestellt, dass dieser ermöglicht, den Verbleib von Kraftstoff an der Spitzenendseite des Spitzenabschnitts 55 des Ventilkörpers 51 mit Bezug auf die Position, an welcher der Spitzenabschnitt 55 mit dem Sitzabschnitt 56 in Kontakt steht, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 30 geschlossen ist, zu beschränken, um dadurch eine Rußreduzierung zu ermöglichen. Die Spitzenendseite des Kraftstoffeinspritzventils 30 mit Bezug auf die Position, an welcher der Spitzenabschnitt 55 des Ventilkörpers 51 mit dem Sitzabschnitt 56 in Kontakt kommt, entspricht der Sackkammer 57 und dem Spitzenende 53, in dem das Einspritzloch 60 ausgebildet ist, und entspricht einem Abschnitt, welcher der Verbrennungskammer 21 ausgesetzt ist, selbst wenn der Ventilkörper 51 mit dem Sitzabschnitt 56 in Kontakt steht und sich das Kraftstoffeinspritzventil 30 im geschlossenen Zustand befindet. Der Rußreduktionsmodus ermöglicht es, zu beschränken, dass Kraftstoff in der Sackkammer 57 und dem Spitzenende 53, in dem das Einspritzloch 60 ausgebildet ist, verbleibt, wenn der Ventilkörper 51 nach der Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung auf den Sitzabschnitt 56 gesetzt wird. Folglich kann, wenn sich das Kraftstoffeinspritzventil 30 in dem geschlossenen Zustand befindet, die Kraftstoffmenge, die der Atmosphäre in der Verbrennungskammer 21 ausgesetzt ist, reduziert werden, und daher kann die Menge des erzeugten Rußes reduziert werden. Der Rußreduktionsmodus ermöglicht es, das Anhaften von nassem Kraftstoff, was geneigt bei der Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 auftritt, wirksam zu unterdrücken. Folglich ermöglicht es die Konfiguration, die Erzeugung von PM aufgrund der Erzeugung von Ruß zu unterdrücken und eine Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt durchzuführen.
Beispielsweise kann der Rußreduktionsmodus so eingestellt sein, dass die Anzahl an Einspritzungen von Kraftstoff, der in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 eingespritzt wird, kleiner wird als die Anzahl von Einspritzungen in anderen Einspritzmodi, wie dem Normalmodus. Die Reduzierung der Anzahl von Einspritzungen ermöglicht es, die Anzahl der Öffnungs- und Schließvorgänge des Kraftstoffeinspritzventils 30 zu reduzieren. Auf diese Art und Weise kann die Konfiguration beschränken, dass ein Teil von Kraftstoff in einem nassen Zustand in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt oder an dem Spitzenende 53 oder dergleichen anhaftet, nachdem Kraftstoff eingespritzt wird, wodurch die Menge an erzeugtem Ruß reduziert werden kann.
9 zeigt ein Einspritzmuster in dem Kraftstoffverbrauchsprioritätsmodus und ein Einspritzmuster in dem Rußreduktionsmodus, die Beispiele für den Normalmodus sind. In dem Kraftstoffverbrauchsprioritätsmodus wird die Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt auf zwei Zeiten aufgeteilt. In dem Rußreduktionsmodus wird die Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt dagegen nur einmal durchgeführt. Ruß entsteht aus dem Kraftstoff, der nach Beendigung jeder Einspritzung in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 und an dem Spitzenende 53 verbleibt. Daher ermöglicht der Rußreduktionsmodus eine Halbierung von Gelegenheiten für eine Rußerzeugung im Vergleich zu dem Kraftstoffverbrauchsprioritätsmodus.
Ferner kann beispielsweise in dem Rußreduktionsmodus die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 während der im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführten Kraftstoffeinspritzung schneller eingestellt sein als die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 in anderen Einspritzmodi. Die Erhöhung der Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 ermöglicht es, eine Zufuhrunterbrechung von Kraftstoff zu fördern. Daher ermöglicht es diese Konfiguration, zu beschränken, dass ein Teil von Kraftstoff in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt und nach dem Einspritzen des Kraftstoffs an dem Spitzenende 53 oder dergleichen anhaftet, um dadurch die Menge des erzeugten Rußes zu reduzieren.
Ferner kann der Rußreduktionsmodus beispielsweise so eingestellt sein, dass die Temperatur in der Verbrennungskammer 21 zu der Zeit, wenn eine Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt wird, höher wird als die Temperatur in der Verbrennungskammer 21 in anderen Einspritzmodi. Die Erhöhung der Temperatur in der Verbrennungskammer 21 ermöglicht es, eine Zerstäubung des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer 21 zu fördern. Daher kann durch diese Konfiguration beschränkt werden, dass ein Teil von Kraftstoff in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt und am Spitzenende 53 oder dergleichen anhaftet, nachdem der Kraftstoff eingespritzt wird, wodurch die Menge des erzeugten Rußes reduziert werden kann. Ferner ermöglicht die Konfiguration, ein Anhaften des Kraftstoffs in einem nassen Zustand an der Verbrennungskammer 21 zu verhindern, um auch in dieser Hinsicht die Menge des erzeugten Rußes reduzieren zu können.
Ferner kann der Rußreduktionsmodus beispielsweise so eingestellt sein, dass die Kraftstofftemperatur zu der Zeit, wenn die Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt wird, höher wird als die Kraftstofftemperatur in anderen Einspritzmodi. Die Erhöhung der Kraftstofftemperatur ermöglicht es, eine Zerstäubung des in die Verbrennungskammer 21 gesprühten Kraftstoffs zu fördern. Daher kann durch diese Konfiguration unterdrückt werden, dass ein Teil von Kraftstoff in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt und am Spitzenende 53 oder dergleichen anhaftet, nachdem der Kraftstoff eingespritzt wird, wodurch die Menge des erzeugten Rußes reduziert werden kann. Ferner ermöglicht es die Konfiguration, ein Anhaften des Kraftstoffes in einem nassen Zustand an der Verbrennungskammer 21 zu beschränken, um auch in dieser Hinsicht die Menge des erzeugten Rußes reduzieren zu können.
Die vorstehend beschriebene spezifische Ausführungsform des Rußreduktionsmodus kann allein oder in Kombination verwendet werden. Der spezifische Modus des Rußreduktionsmodus kann gemäß den Erfassungswerten der verschiedenen Sensoren, dem Betriebszustand und dem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10 und dergleichen geeignet ausgewählt werden. Der Rußreduktionsmodus kann so eingestellt sein, dass dieser es ermöglicht, den Verbleib von Kraftstoff an der Spitzenendseite mit Bezug auf den Sitzabschnitt 56 des Ventilkörpers 51 beim Kraftstoffeinspritzventil 30 zu beschränken, um dadurch eine Rußreduzierung im Vergleich zu anderen Einspritzmodi zu ermöglichen. Das heißt, der Rußreduktionsmodus kann so eingestellt sein, dass dieser es ermöglicht, den Verbleib von Kraftstoff an der Spitzenendseite mit Bezug auf den Sitzabschnitt 56 des Ventilkörpers 51 beim Kraftstoffeinspritzventil 30 durch andere Mittel als die Reduktion der Anzahl von Einspritzungen, die Erhöhung der Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 und die Erhöhung der Temperatur in der Verbrennungskammer 21 oder die Erhöhung der Kraftstofftemperatur während der Einspritzung, wie vorstehend beschrieben, zu beschränken.
Die Auswahleinheit 43 kann derart konfiguriert sein, dass diese den Rußreduktionsmodus unter der Bedingung auswählt, dass die Rußerzeugungsmenge S, welche unter Verwendung der Rußerzeugungsmengen-Berechnungseinheit 42 auf der Grundlage des Betriebszustands und des Betriebsverlaufs der Verbrennungskraftmaschine 10 berechnet wird, einen vorbestimmten Rußreduktionsschwellenwert X1 überschreitet (S > X1). Beispielsweise kann die Auswahleinheit 43 den Rußreduktionsmodus in einem Fall auswählen, in dem S > X1 gilt, und kann den Normalmodus auswählen, wenn S ≤ X1 gilt. Diese Konfiguration berechnet die Rußerzeugungsmenge aus dem Betriebszustand und dem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10, um so die Auswahl des Rußreduktionsmodus zu ermöglichen, bevor die Rußerzeugungsmenge tatsächlich ansteigt, und um einen Anstieg der Rußerzeugungsmenge zu unterdrücken.
Ferner kann die Auswahleinheit 43 beispielsweise den Einspritzmodus basierend auf der Komponentenmenge der Reduktionszielkomponente im Abgas auswählen, die unter Verwendung des Abgassensors, wie beispielsweise des A/F-Sensors 24 und des PM-Sensors 36, erfasst wird. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, steigen bei zunehmender Rußerzeugungsmenge auch die Mengen an Partikeln (PM) und Kohlenwasserstoffen (HC), welche der Reduktionszielkomponente im Abgas entsprechen. Daher kann die Auswahleinheit 43 einen Abgaskomponentenschwellenwert Y1 für einen vorbestimmten Parameter P einstellen, welcher die Menge der Reduktionszielkomponente im Abgas angibt. Die Auswahleinheit 43 kann den Rußreduktionsmodus auswählen, wenn P > Y1 gilt, und diese kann den Normalmodus auswählen, wenn P ≤ Y1 gilt. Die Konfiguration ermöglicht es, den sich mit der Zeit ändernden Zustand der Verbrennungskraftmaschine 10 aus dem Erfassungswert des Abgassensors zu erfassen, und ermöglicht es, den geeigneten Rußreduktionsmodus zu jeder Zeit auszuwählen, um dadurch eine Zunahme der erzeugten Rußmenge unterdrücken zu können.
Der Rußreduktionsschwellenwert X1 und der Abgaskomponentenschwellenwert Y1 können im Voraus in der ECU 40 gespeichert werden. Alternativ können der Rußreduktionsschwellenwert X1 und der Abgaskomponentenschwellenwert Y1 basierend auf dem in einem Verbrennungszyklus vor dem auszuführenden Verbrennungszyklus erlangten Erfassungswert oder dergleichen eingestellt oder aktualisiert werden.
Die Auswahleinheit 43 kann derart konfiguriert sein, dass diese ein Verbots-Flag zum Verhindern einer Auswahl des Rußreduktionsmodus basierend auf dem Betriebszustand und dem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10 setzt. Beispielsweise kann die Auswahleinheit 43 die Auswahl des Rußreduktionsmodus in einem Fall verbieten, in dem eine Anomalie in einem System auf dem Fahrzeug einschließlich des Kraftstoffeinspritzsystems 1 aufgetreten ist, oder in dem die Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine 10 instabil ist. Beispielsweise kann die Auswahleinheit 43 das Flag zum Verhindern der Auswahl des Rußreduktionsmodus insbesondere in einem Fall setzen, in dem eine Anomalie in dem Kraftstoffsystem erfasst wird, und in dem eine Fail-Safe-Steuerung ausgeführt wird. Ferner kann die Auswahleinheit 43 derart konfiguriert sein, dass diese das Verbots-Flag löscht bzw. aufhebt, wenn die vorstehend beschriebene Bedingung zum Setzen des Verbots-Flags nicht länger erfüllt ist. Alternativ kann eine Bedingung zum Aufheben des Verbots-Flag separat von der Bedingung zum Setzen des Verbots-Flag eingestellt sein.
Darüber hinaus kann die Auswahleinheit 43 derart konfiguriert sein, dass diese den Rußreduktionsmodus in einem Fall auswählt, in dem eine Befürchtung auftritt, dass die Menge des erzeugten Rußes zunimmt. Beispielsweise kann die Auswahleinheit 43 den Rußreduktionsmodus in einem Fall periodisch auswählen, in dem die Betriebszeit der Verbrennungskraftmaschine 10 eine vorbestimmte Betriebszeit oder dergleichen überschreitet. Die Auswahleinheit 43 kann ferner die Rußerzeugungsmenge darin mit einer Rußerzeugungsmenge in dem Normalmodus vergleichen und den Rußreduktionsmodus gemäß dem Ergebnis davon auswählen. Ferner kann die vorstehend beschriebene Verarbeitung ausgeführt werden, und es kann ein Lernen durchgeführt werden, um den Rußreduktionsmodus geeignet auszuwählen.
Die Einspritzsteuerungseinheit 44 stellt das Einspritzmuster eines im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einzuspritzenden Kraftstoffes gemäß dem von der Auswahleinheit 43 ausgewählten Einspritzmodus ein. Die Einspritzsteuerungseinheit 44 steuert das Kraftstoffeinspritzventil 30 und die Hochdruckpumpe 33, um eine Kraftstoffeinspritzung in dem eingestellten Einspritzmuster durchzuführen. Die Einspritzsteuerungseinheit 44 umfasst die Mustersteuerungseinheit 45, die Einspritzventilsteuerungseinheit 46 und die Pumpensteuerungseinheit 47. Die Mustersteuerungseinheit 45 stellt das Einspritzmuster eines im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einzuspritzenden Kraftstoffes gemäß dem von der Auswahleinheit 43 gewählten Einspritzmodus ein. Die Einspritzventilsteuerungseinheit 46 steuert das Kraftstoffeinspritzventil 30. Die Pumpensteuerungseinheit 47 steuert die Hochdruckpumpe 33.
Die Mustersteuerungseinheit 45 stellt den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ein und stellt das Einspritzmuster gemäß dem eingestellten Einspritzzeitpunkt ein. Die Mustersteuerungseinheit 45 stellt das Einspritzmuster gemäß dem von der Auswahleinheit 43 ausgewählten Einspritzmodus ein, wenn der eingestellte Kraftstoffeinspritzzeitpunkt dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 entspricht. Die Mustersteuerungseinheit 45 führt ferner einen Steuerungsbefehl bei der Einspritzventilsteuerungseinheit 46 und der Pumpensteuerungseinheit 47 gemäß dem Einspritzmuster aus.
Die Mustersteuerungseinheit 45 bestimmt den Einspritzzeitpunkt eines vom Kraftstoffeinspritzventil 30 eingespritzten Kraftstoffs zu einem vorbestimmten Berechnungszeitpunkt, der für jeden Verbrennungszyklus der Verbrennungskraftmaschine 10 eingestellt ist. Die Mustersteuerungseinheit 45 bestimmt insbesondere, ob der Einspritzzeitpunkt in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einzustellen ist, auf der Grundlage des von der Lastberechnungseinheit 41 berechneten Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine 10, des Betriebsverlaufs und der Erfassungswerte der Sensoren 50.
Die Mustersteuerungseinheit 45 bestimmt, ob das Innere der Verbrennungskammer 21 der Verbrennungskraftmaschine 10 eine vorbestimmte Hochtemperaturbedingung erfüllt oder nicht, basierend auf der Last und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10, den Erfassungswerten der Sensoren 50 und dergleichen, wenn der Rußreduktionsmodus durch die Auswahleinheit 43 ausgewählt ist. Wenn bestimmt wird, dass das Innere der Verbrennungskammer 21 die vorbestimmte Hochtemperaturbedingung erfüllt, kann die Mustersteuerungseinheit 45 den Einspritzzeitpunkt in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einstellen. Es ist anzumerken, dass die vorbestimmte Hochtemperaturbedingung einer Bedingung entspricht, bei welcher sich das Innere der Verbrennungskammer 21 im Verdichtungstakt in einem Hochtemperaturzustand befindet, so dass die Menge der Reduktionszielkomponente kleiner als ein vorbestimmter Wert wird. Die vorbestimmte Hochtemperaturbedingung kann auf der Grundlage des Betriebsverlaufs der Verbrennungskraftmaschine 10 oder eines Betriebsverlaufs, der bei einer anderen Verbrennungskraftmaschine 10 erlangt wird, die eine äquivalente Struktur zu dieser der Verbrennungskraftmaschine 10 besitzt, eingestellt werden.
Die Mustersteuerungseinheit 45 nimmt auf ein in der ECU 40 gespeichertes Kennfeld oder dergleichen Bezug und bestimmt, ob die vorbestimmte Hochtemperaturbedingung erfüllt ist oder nicht. Die ECU 40 speichert ein Kennfeld oder eine mathematische Gleichung. Das Kennfeld oder die mathematische Gleichung verknüpft den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10, die Erfassungswerte der Sensoren 50 und verschiedene aus den Erfassungswerten berechnete Parameter mit der Temperatur und dem Druck in der Verbrennungskraftmaschine 10 im Verdichtungstakt und der Komponentenmenge der Reduktionszielkomponente. Ein vorbestimmter numerischer Bereich, welcher die Hochtemperaturbedingung erfüllt, kann basierend auf dem Kennfeld oder der Gleichung, die in der ECU 40 gespeichert sind, für jedes aus der Betriebsbedingung der Verbrennungskraftmaschine 10, der Erfassungswerte der Sensoren 50 und der verschiedenen Parametern, die aus den Erfassungswerten berechnet werden, eingestellt werden.
Bei einer Konfiguration, bei welcher der Einspritzzeitpunkt im Verdichtungstakt eingestellt wird, kann die Mustersteuerungseinheit 45 einen optimalen Einspritzzeitpunkt einstellen, der es ermöglicht, die Komponentenmenge der Reduktionszielkomponente im Abgas weiter zu reduzieren und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Der Einspritzzeitpunkt und das Einspritzmuster können basierend auf den Erfassungswerten, die von verschiedenen Sensoren zu dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erlangt werden, zurückgesetzt werden. Beispielsweise kann die Rußerzeugungsmenge neu berechnet werden, der Einspritzmodus kann neu gewählt werden, und das Einspritzmuster kann zurückgesetzt werden, basierend auf jedem der Erfassungswerte, die in einem vorbestimmten Zeitintervall erlangt werden, nachdem der Einspritzzeitpunkt im Verdichtungstakt auf einen vorbestimmten Berechnungszeitpunkt eingestellt ist, der für jeden Verbrennungszyklus der Verbrennungskraftmaschine 10 eingestellt ist.
Die Einspritzventilsteuerungseinheit 46 berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Drehzahl, der Last, des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der mit dem Abgassensor erfassten A/F-Menge, eines FB (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Feedback) und dergleichen der Verbrennungskraftmaschine 10. Ferner berechnet die Einspritzventilsteuerungseinheit 46 die Kraftstoffeinspritzzeitdauer basierend auf der Einspritzmenge und dem Kraftstoffdruck. Die Einspritzventilsteuerungseinheit 46 steuert das Öffnen und Schließen des Nadelventils des Kraftstoffeinspritzventils 30 auf der Grundlage des Einspritzstartzeitpunkts und der Einspritzzeitdauer, die von der Mustersteuerungseinheit 45 eingestellt werden, und führt eine Kraftstoffeinspritzung in die Verbrennungskammer 21 durch. Die berechnete Einspritzmenge, die berechnete Einspritzzeitdauer und dergleichen können abgebildet (mapped) werden oder können mathematisch mit der Reduktionszielkomponente im Abgas verknüpft sein und können in der Speichereinheit der ECU 40 gespeichert werden.
Die Pumpensteuerungseinheit 47 steuert den Ausgang der Hochdruckpumpe 33 und den Ausgang der Niederdruckpumpe 34 basierend auf dem Erfassungswert des Kraftstoffdrucksensors 37. Die Pumpensteuerungseinheit 47 kann derart konfiguriert sein, dass diese einen Soll-Kraftstoffdruck einstellt und eine Implementierung einer Kraftstoffeinspritzung im Verbrennungs- bzw. Arbeitstakt unter einer Bedingung zulässt, dass der Erfassungswert des Kraftstoffdrucksensors 37 zu einem Wert in der Nähe des Soll-Kraftstoffdrucks wird. Wenn der Kraftstoffdruck zu der Zeit einer Kraftstoffeinspritzung hoch ist, erhöht sich im Allgemeinen eine Scherkraft, die auf den eingespritzten Kraftstoff wirkt. Daher werden eingespritzte Kraftstofftröpfchen kleiner, und die Anzahl an Kollisionen zwischen Luftmolekülen und den Kraftstofftröpfchen pro Zeiteinheit nimmt zu. Infolgedessen verteilt sich Kraftstoff zufriedenstellend und ermöglicht so eine zufriedenstellende Gemischbildung aus Kraftstoff und Luft. Wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, ist jedoch der Impuls des Kraftstoffes groß. Daher kommt eine Befürchtung auf, dass ein geeignetes Kraftstoff-Luft-Gemisch aufgrund eines Passierens von Kraftstoff durch die Zündkerze 22, wenn eine Einspritzung unmittelbar vor der Zündung durchgeführt wird, um zu versuchen, ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum zu positionieren, nicht gebildet werden kann. Ferner kommt eine Befürchtung auf, dass sich die Strömung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskammer 21 durch die Zunahme des Impulses verschlechtern kann. Aufgrund dieser Befürchtungen kann die Bildung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches um die Zündkerze herum zwischen einer Kraftstoffeinspritzung und einer Zündung schwierig werden.
Die Zündsteuerungseinheit 48 passt den Zeitpunkt und die Zeitdauer einer Erregung der Zündkerze 22 auf der Grundlage des von der Mustersteuerungseinheit 45 eingestellten Einspritzmusters an und führt eine Zündsteuerung der Zündkerze 22 aus. Die Zündsteuerungseinheit 48 passt den Zündzeitpunkt gemäß dem gewählten Einspritzmodus und dem entsprechend eingestellten Einspritzmuster an, um eine Klopfwiderstand bei der Kraftstoffverbrennung zu gewährleisten und ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum zu bilden.
In einer Konfiguration, in der die Zündsteuerungseinheit 48 beispielsweise ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum für die Verbrennung bildet, wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt angepasst, so dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des Spitzenendes der Zündkerze 22 zu dem für jeden Betriebszustand eingestellten Kraftstoffzündzeitpunkt gebildet wird.
Ferner kann die Zündsteuerungseinheit 48 beispielsweise eine Funktion eines Klopfsteuerungssystems (KCS) besitzen, welches ein Klopfen gemäß dem Zündzeitpunkt steuert. Das KCS erfasst Klopfen anhand des Signals von dem Klopfsensor 27. Das KCS verzögert den Zündzeitpunkt allmählich, wenn Klopfen erfasst wird, und rückt den Zündzeitpunkt vor bzw. verschiebt diesen nach früh, wenn Klopfen nicht mehr erfasst wird. Durch eine Wiederholung dieses Betriebs erlernt das KCS den Klopfzündzeitpunkt, der einem Grenzzündzeitpunkt entspricht, bei dem Klopfen auftritt.
Im Rußreduktionsmodus können Bedingungen, wie das Einspritzmuster, der Kraftstoffdruck oder die Temperatur des einzuspritzenden Kraftstoffs, der Druck und die Temperatur in der Verbrennungskammer 21 gegenüber denen im Normalmodus geändert werden. Daher unterscheidet sich der Klopfwiderstand im Rußreduktionsmodus von dem Klopfwiderstand im Normalmodus. Um eine Verringerung des Klopfwiderstandes aufgrund der Auswahl des Rußreduktionsmodus zu vermeiden, verzögert die Zündsteuerungseinheit 48 den Zündzeitpunkt im Rußreduktionsmodus gegenüber dem Zündzeitpunkt im Normalmodus.
Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem der Kraftstoffdruck von eingespritztem Kraftstoff während einer Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt übermäßig hoch ist, der Impuls des in die Verbrennungskammer 21 eingespritzten Kraftstoffstrahls übermäßig zunehmen. Infolgedessen kann der Kraftstoffstrahl das Spitzenende der Zündkerze 22 passieren, und ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch kann zum Zündzeitpunkt kaum um die Zündkerze 22 herum gebildet werden. Daher verzögert die Zündsteuerungseinheit 48 den Zündzeitpunkt. Auf diese Art und Weise passen die Einspritzsteuerungseinheit 44 und die Zündsteuerungseinheit 48 die Zeitdauer von einer Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung auf eine längere Zeitdauer an. Diese Konfiguration verzögert den Zündzeitpunkt, um dadurch die Implementierung einer Zündung in einem Zustand zu ermöglichen, in dem ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum gebildet ist. Auf diese Art und Weise ermöglicht die Konfiguration die Bildung eines fetten Luft-Kraftstoff-Gemisches um die Zündkerze 22 herum und die Implementierung einer stabilen Verbrennung.
Die ECU 40 kann derart konfiguriert sein, dass diese den Einspritzmodus, den Einspritzzeitpunkt und das Einspritzmuster, die Steuerung des Kraftstoffdrucks der Verbrennung und der Kraftstofftemperatur, die Steuerung des Drucks und der Temperatur in der Verbrennungskammer 21, die Zündsteuerung und dergleichen, wie vorstehend beschrieben, basierend auf den Erfassungswerten, die von den verschiedenen Sensoren zu der Zeit einer Kraftstoffeinspritzung erlangt werden, korrigiert, umschaltet oder erlernt. Ferner kann die ECU 40 derart konfiguriert sein, dass diese ein Umschalten des Einspritzmusters oder dergleichen auf der Grundlage eines gesetzten oder aufgehobenen Verbots-Flags ermöglicht.
Beispielsweise kann die ECU 40 im Voraus Einspritzmuster jeweils für Einspritzmodi für die Verbrennungskraftmaschine 10, die einem Steuerungsziel entspricht, speichem. Zusätzlich kann die ECU 40 das Einspritzmuster bei Bedarf korrigieren, um näher an einem anderen gespeicherten Einspritzmuster zu liegen, basierend auf den Erfassungswerten der verschiedenen Sensoren und einem geschätzten Wert, wie der Menge des erzeugten Rußes, der aus diesen Erfassungswerten abgeschätzt wird, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in dem ausgewählten Einspritzmodus durchgeführt wird.
Insbesondere kann die ECU 40 das Einspritzmuster korrigieren, so dass dieses näher am Einspritzmuster im Rußreduktionsmodus liegt, wenn die Kraftstoffeinspritzung im Normalmodus-Einspritzmuster durchgeführt wird, im Ansprechen auf eine Schätzung basierend auf dem Erfassungswert des Abgassensors dahingehend, dass die Menge an erzeugtem Ruß ansteigen wird. Die ECU 40 kann insbesondere die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 erhöhen, die Anzahl an Einspritzungen reduzieren und die Kraftstofftemperatur und die Temperatur in der Verbrennungskammer 21 erhöhen, um das Einspritzmuster so zu korrigieren, dass dieses nahe am Einspritzmuster im Rußreduktionsmodus liegt. Der Korrekturbetrag kann so eingestellt sein, dass dieser mit zunehmender Menge an erzeugtem Ruß steigt. Beispielsweise kann die ECU 40 in einem Fall, in dem die Kraftstofftemperatur zu der Zeit einer Einspritzung im Normalmodus gleich T1 ist und in dem die Kraftstofftemperatur zu der Zeit einer Einspritzung im Rußreduktionsmodus gleich T2 ist, einen Koeffizienten A (0 ≤ A ≤ 1) einstellen, der mit zunehmender Menge an erzeugtem Ruß zunimmt, und einen Korrekturbetrag (A × (T2 - T1)) für die Kraftstofftemperatur verwenden.
Darüber hinaus kann die ECU 40 beispielsweise das Einspritzmuster bei Bedarf auf ein anderes gespeichertes Einspritzmuster umschalten bzw. wechseln, basierend auf den Erfassungswerten der verschiedenen Sensoren und einem geschätzten Wert, wie der Menge an erzeugtem Ruß, der aus diesen Erfassungswerten abgeschätzt wird, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in dem ausgewählten Einspritzmodus durchgeführt wird. Insbesondere kann die ECU 40 das Einspritzmuster auf das Einspritzmuster in dem Rußreduktionsmodus umschalten, wenn die Kraftstoffeinspritzung in dem Normalmodus-Einspritzmuster durchgeführt wird, im Ansprechen auf eine Schätzung dahingehend, dass die Menge an erzeugtem Ruß zunehmen wird, basierend auf dem Erfassungswert des Abgassensors.
In einem Fall, in dem die ECU 40 das Einspritzmuster korrigiert oder umschaltet, und wenn die ECU 40 die Steuerparameter, wie die Kraftstofftemperatur und die Temperatur in der Verbrennungskammer 21, ändert, ändert die ECU 40 den Befehlswert vorzugsweise allmählich, anstatt den Befehlswert plötzlich zu ändern. Ferner passt die ECU 40 vorzugsweise den Zündzeitpunkt an, um ein Klopfen zu unterdrücken und eine Verbrennung zu bewirken, die ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum bildet, gemäß der Korrektur oder Umschaltung des Einspritzmusters.
Beispielsweise kann die ECU 40 eine Beziehung in einem Format, wie einem Konformitätskennfeld, zwischen den Erfassungswerten der Sensoren 50, verschiedenen geschätzten Werten, die aus diesen Erfassungswerten für jeden von Betriebszuständen und für jeden von Betriebsverläufen der Verbrennungskraftmaschine 10 berechnet werden, und den jeweiligen Einspritzmustern, die zu dieser Zeit ausgewählt und entsprechend korrigiert werden, speichern. Die ECU 40 kann das Einspritzmuster gemäß dem Betriebszustand und dem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10 basierend auf diesem Konformitätskennfeld oder dergleichen auswählen. Ferner kann dieses Konformitätskennfeld oder dergleichen für den jeweiligen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 korrigiert werden.
Der von der ECU 40 ausgeführte Einspritzsteuerungsprozess wird unter Bezugnahme auf das in 10 gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Dieses Flussdiagramm wird in vorbestimmten Intervallen wiederholend ausgeführt.
Zunächst wird in Schritt S101 bestimmt, ob ein eingestellter Zeitpunkt, wie beispielsweise ein Einspritzzeitpunkt, vorliegt oder nicht. Dieser eingestellte Zeitpunkt entspricht einem vorbestimmten Berechnungszeitpunkt, der für jeden Verbrennungszyklus der Verbrennungskraftmaschine 10 eingestellt ist. Wenn der eingestellte Zeitpunkt vorliegt, fährt der Prozess mit Schritt S102 fort. Wenn nicht der eingestellte Zeitpunkt vorliegt, fährt der Prozess mit Schritt S113 fort.
Wenn der eingestellte Zeitpunkt vorliegt, fährt der Prozess mit Schritt S102 fort, in dem die ECU 40 den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 und Sensorerfassungswerte von den verschiedenen Sensoren erlangt. Insbesondere werden Erfassungswerte, wie die Last der Verbrennungskraftmaschine 10, der Erfassungswert einer unverbrannten Kraftstoffmenge und die Anzahl von Partikeln im Abgas, die unter Verwendung des A/F-Sensors 24 und des Partikelsensors 36 erfasst werden, die Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 10 von dem Wassertemperatursensor 26, die Ansaugluftströmungsrate von dem Ansaugluftströmungsratensensor 13, die Ansauglufttemperatur von dem Ansauglufttemperatursensor 14 und der Druck in der Verbrennungskammer 21 von dem Verbrennungsdrucksensor 38, das Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkelsensor 29 nach Bedarf erlangt. Anschließend fährt der Prozess mit Schritt S103 fort.
In Schritt S103 werden die Rußerzeugungsmenge S und die Ablagerungsmenge D berechnet. Insbesondere wird die Rußerzeugungsmenge S auf der Grundlage der PM-Komponentenmenge und der HC-Komponentenmenge im Abgas, die unter Verwendung des Abgassensors erfasst werden, und unter Bezugnahme auf die in den 5 und 6 gezeigte Beziehung (in der ECU 40 gespeichert) abgeschätzt. Ferner wird die Ablagerung D auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Zeitspanne J1 vom EOI bis zum Zündzeitpunkt, der Intensität der Luftströmung in der Verbrennungskammer 21 zu der Zeit der Einspritzung und dem Betrag einer Zunahme und Abnahme der Ablagerung unter Bezugnahme auf die in 8 gezeigte Beziehung (in der ECU 40 gespeichert) abgeschätzt. Anschließend fährt der Prozess mit Schritt S104 fort.
In Schritt S104 wird bestimmt, ob die Rußerzeugungsmenge S den Rußreduktionsschwellenwert X1 überschreitet oder nicht. In einem Fall, in dem S > X1 gilt, fährt der Prozess mit Schritt S105 fort. In einem Fall, in dem S ≤ X1 gilt, fährt der Prozess mit Schritt S110 fort, in dem der Normalmodus ausgewählt wird. Es ist anzumerken, dass anstelle von Schritt S104 die Bestimmung hinsichtlich der Auswahl des Einspritzmodus auf der Grundlage des in Schritt S102 erlangten Erfassungswertes des Abgassensors erfolgen kann. Insbesondere kann der Abgaskomponentenschwellenwert Y1 für den vorbestimmten Parameter P eingestellt sein, der die Menge der Reduktionszielkomponente im Abgas angibt. In einem Fall, in dem P > Y1 gilt, fährt der Prozess mit Schritt S105 fort. In einem Fall, in dem P ≤ Y1 gilt, fährt der Prozess mit Schritt S110 fort.
In Schritt S105 wird bestimmt, ob das Verbots-Flag gesetzt ist oder nicht. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem sich die Verbrennungskraftmaschine 10 in der Startphase befindet und der Betriebszustand instabil ist, das Verbots-Flag gesetzt. Wenn das Verbots-Flag nicht gesetzt ist, fährt der Prozess mit Schritt S107 fort. Wenn das Verbots-Flag gesetzt ist, fährt der Prozess mit Schritt S106 fort.
In Schritt S106 wird bestimmt, ob das Verbots-Flag aufgehoben werden kann oder nicht. Beispielsweise in einem Fall, in dem die Verbrennungskraftmaschine 10 den Startvorgang abschließt und sich der Betriebszustand stabilisiert, so dass die Bedingung für das Setzen des Verbots-Flags nicht länger erfüllt ist, kann das Verbots-Flag aufgehoben werden. Wenn das Verbots-Flag aufgehoben werden kann, fährt der Prozess mit Schritt S107 fort. Wenn das Verbots-Flag nicht aufgehoben werden kann, schreitet der Prozess zu Schritt S110 voran, in dem der Normalmodus ausgewählt wird.
In Schritt S107 wird bestimmt, ob die geschätzte Ablagerungsansammlungsmenge D den Ablagerungsschwellenwert X2 überschreitet oder nicht. In einem Fall, in dem D > X2 gilt, fährt der Prozess mit Schritt S108 fort, in dem der Ablagerungsentfernungsmodus ausgewählt wird. In einem Fall, in dem D ≤ X2 gilt, fährt der Prozess mit Schritt S109 fort, in dem der Rußreduktionsmodus ausgewählt wird.
Im Anschluss an die Auswahl des Einspritzmodus in den Schritten S108 bis S110 fährt der Prozess mit Schritt S111 fort. In Schritt S111 werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und das Einspritzmuster eingestellt. Wenn der Einspritzzeitpunkt im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 eingestellt ist, wird das Einspritzmuster gemäß dem in den Schritten S108 bis S110 ausgewählten Einspritzmodus eingestellt. Im Anschluss an Schritt S111 geht der Prozess zu Schritt S112 über.
In Schritt S112 wird der Zündzeitpunkt von Kraftstoff gemäß dem in Schritt S109 eingestellten Einspritzmuster eingestellt. Wenn beispielsweise der Rußreduktionsmodus ausgewählt ist, wird der Zündzeitpunkt im Vergleich zu diesem im Normalmodus verzögert, um den Klopfwiderstand zu gewährleisten und ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum zu bilden, um die Verbrennung zu stabilisieren. Im Anschluss an Schritt S112 geht der Prozess zu Schritt S113 über.
Wenn in Schritt S113 bestimmt wird, dass der eingestellte Einspritzzeitpunkt erreicht ist, fährt der Prozess mit Schritt S114 fort, in dem eine Kraftstoffeinspritzung gemäß dem eingestellten Einspritzmuster durchgeführt wird. Wenn beispielsweise der Rußreduktionsmodus in Schritt S110 ausgewählt wird, wird Kraftstoff in dem Einspritzmuster eingespritzt, welches ermöglicht, zu unterdrücken, dass Kraftstoff an der Spitzenendseite mit Bezug auf den Sitzabschnitt 56 des Ventilkörpers 51 beim Kraftstoffeinspritzventil 30 verbleibt, wenn eine Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt durchgeführt wird. Insbesondere wird die Anzahl an Einspritzungen im Verdichtungstakt im Vergleich zu dieser in anderen Einspritzmodi reduziert. Alternativ wird die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 erhöht. Alternativ wird die Temperatur in der Verbrennungskammer 21 und die Kraftstofftemperatur zu der Zeit einer Kraftstoffeinspritzung erhöht. Im Anschluss an Schritt S114 geht der Prozess zu Schritt S115 über. Wenn der Einspritzzeitpunkt nicht vorliegt, fährt der Prozess mit Schritt S115 fort.
Wenn in Schritt S115 bestimmt wird, dass der eingestellte Zündzeitpunkt erreicht ist, fährt der Prozess mit Schritt S116 fort, in dem eine Kraftstoffzündung ausgeführt wird, und anschließend endet der Prozess. Wenn der Zündzeitpunkt nicht vorliegt, endet der Prozess ohne Ausführung von Schritt S116.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß dem in 10 gezeigten Flussdiagramm der Einspritzmodus zu dem eingestellten Zeitpunkt ausgewählt. Darüber hinaus werden der Einspritzzeitpunkt, das Einspritzmuster und der Zündzeitpunkt gemäß dem ausgewählten Einspritzmodus eingestellt. Wenn der eingestellte Einspritzzeitpunkt erreicht ist, wird anschließend eine Kraftstoffeinspritzung in dem eingestellten Einspritzmuster durchgeführt. Ferner wird Kraftstoff zu dem Zündzeitpunkt entzündet, der eingestellt ist, um den Klopfwiderstand und dergleichen gemäß dem eingestellten Einspritzmuster zu gewährleisten.
Die ECU 40 kann derart konfiguriert sein, dass diese die Prozesse der Schritte S102 bis S112 zu einem anderen Anlass als dem eingestellten Zeitpunkt ausführt. Beispielsweise werden die Prozesse der Schritte S102 bis S110 in vorbestimmten Intervallen ausgeführt, um den Einspritzmodus auszuwählen, und der Einspritzmodus kann umgeschaltet bzw. gewechselt werden, wenn sich der ausgewählte Einspritzmodus zu dieser Zeit von dem ausgewählten Einspritzmodus zu dem eingestellten Zeitpunkt unterscheidet. Anschließend können die Prozesse der Schritte S111 und S112 für den umgeschalteten Einspritzmodus ausgeführt werden. Ferner kann nach der Auswahl des Einspritzmodus in den Schritten S108 bis S110 ein Schritt hinzugefügt sein, der darin besteht, den gewählten Einspritzmodus basierend auf den Erfassungswerten verschiedener Sensoren, die vor der Ausführung der Einspritzung in Schritt S113 erlangt werden, zu korrigieren.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform erzeugt die folgenden Effekte.
Gemäß der ECU 40 schaltet die Auswahleinheit 43 den Einspritzmodus des im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 einzuspritzenden Kraftstoffes zwischen dem Rußreduktionsmodus, der zur Reduktion des bei dem Kraftstoffeinspritzventil 30 erzeugten Rußes dient, und einem anderen Einspritzmodus, der sich von dem Rußreduktionsmodus unterscheidet, basierend auf einer vorbestimmten Umschaltbedingung um. Die Auswahleinheit 43 stellt den Einspritzmodus ein. Anschließend steuert die Einspritzventilsteuerungseinheit 46 das Kraftstoffeinspritzventil 30, um eine Kraftstoffeinspritzung zu dem Einspritzzeitpunkt durchzuführen, der im Verdichtungstakt eingestellt ist, basierend auf dem von der Auswahleinheit 43 ausgewählten Einspritzmodus. Daher ermöglicht die Konfiguration die Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung im Rußreduktionsmodus nach Bedarf basierend auf der vorbestimmten Umschaltbedingung, um dadurch eine Unterdrückung der Rußerzeugung zu ermöglichen.
Ferner entspricht der Rußreduktionsmodus einem Einspritzmodus, der eingestellt ist, um einen Verbleib von Kraftstoff an der Spitzenendseite mit Bezug auf den Sitzabschnitt 56 beim Ventilkörper 51 des Kraftstoffeinspritzventils 30 zu beschränken, um dadurch Ruß zu reduzieren. Daher ermöglicht die Konfiguration eine wirksame Unterdrückung einer Anhaftung von nassem Kraftstoff, die tendenziell während der Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 auftritt. Infolgedessen ermöglicht die Konfiguration eine Unterdrückung einer Erzeugung von PM aufgrund der Erzeugung von Ruß und eine Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt.
Die Auswahleinheit 43 kann derart konfiguriert sein, dass diese den Rußreduktionsmodus unter einer Bedingung auswählt, dass die Rußerzeugungsmenge S, wie auf der Grundlage des Betriebszustands und des Betriebsverlaufs der Verbrennungskraftmaschine 10 berechnet, einen vorbestimmten Rußreduktionsschwellenwert überschreitet. Diese Konfiguration berechnet die Rußerzeugungsmenge aus dem Betriebszustand und dem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10, um dadurch zu ermöglichen, den Rußreduktionsmodus auszuwählen, bevor die Rußerzeugungsmenge tatsächlich ansteigt, und um einen Anstieg der Rußerzeugungsmenge zu unterdrücken.
Die Auswahleinheit 43 kann derart konfiguriert sein, dass diese den Rußreduktionsmodus unter einer Bedingung auswählt, dass die Menge der Reduktionszielkomponente im Abgas, die unter Verwendung des Abgassensors erfasst wird, den vorbestimmten Abgaskomponentenschwellenwert Y1 überschreitet. Die Konfiguration ermöglicht es, den Rußreduktionsmodus gemäß dem vorliegenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine 10 geeignet auszuwählen, um dadurch eine Zunahme der erzeugten Rußmenge zu unterdrücken.
Der Rußreduktionsmodus kann eingestellt sein, um die Anzahl von Einspritzungen von Kraftstoff, der im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 eingespritzt wird, im Vergleich zu dieser in anderen Einspritzmodi zu reduzieren, um dadurch die Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren. Die Reduzierung der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen ermöglicht es, die Anzahl von Zeiten, zu denen das Kraftstoffeinspritzventil 30 geöffnet und geschlossen wird, zu reduzieren. Auf diese Art und Weise ermöglicht es die Konfiguration, Gelegenheiten zu reduzieren, in denen ein Teil von Kraftstoff in einem nassen Zustand in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt oder am Spitzenende 53 oder dergleichen anhaftet, nachdem das Kraftstoffeinspritzventil 30 geschlossen wird, um die Kraftstoffeinspritzung zu beenden, wodurch die Menge an erzeugtem Ruß reduziert werden kann.
Ferner kann beispielsweise im Rußreduktionsmodus die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 während einer im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführten Kraftstoffeinspritzung im Vergleich zu dieser in anderen Einspritzmodi schneller eingestellt sein, um dadurch die Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren. Die Erhöhung der Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 30 ermöglicht es, eine Zufuhrunterbrechung von Kraftstoff zu fördern. Daher kann durch diese Konfiguration beschränkt werden, dass ein Teil von Kraftstoff in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt und an dem Spitzenende 53 anhaftet, nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, wodurch die Menge an erzeugtem Ruß reduziert werden kann.
Die Temperatur in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine kann im Rußreduktionsmodus erhöht werden, so dass diese höher ist als diese in anderen Einspritzmodi, wenn eine Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt wird, um dadurch die Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren. Die Erhöhung der Temperatur in der Verbrennungskammer 21 ermöglicht es, eine Zerstäubung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer 21 zu fördern. Daher kann mit dieser Konfiguration beschränkt werden, dass ein Teil von Kraftstoff in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt und am Spitzenende 53 anhaftet, nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, wodurch die Menge an erzeugtem Ruß reduziert werden kann.
Die Temperatur des vom Kraftstoffeinspritzventil 30 einzuspritzenden Kraftstoffs kann im Rußreduktionsmodus erhöht werden, so dass diese höher ist als diejenige in anderen Einspritzmodi, wenn eine Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt wird, um dadurch die Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren. Die Erhöhung der Temperatur des eingespritzten Kraftstoffes ermöglicht es, eine Zerstäubung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer 21 zu fördern. Daher kann durch diese Konfiguration beschränkt werden, dass ein Teil von Kraftstoff in der Sackkammer 57 des Kraftstoffeinspritzventils 30 verbleibt und am Spitzenende 53 anhaftet, nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, wodurch die Menge an erzeugtem Ruß reduziert werden kann.
Die Zündsteuerungseinheit 48 kann derart konfiguriert sein, dass diese den Zündzeitpunkt für die Zündung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer 21 gemäß dem Rußreduktionsmodus unter einer Bedingung ändert, dass die Auswahleinheit 43 den Rußreduktionsmodus ausgewählt hat. Die Zündsteuerungseinheit 48 ermöglicht es, den Zündzeitpunkt gemäß dem gewählten Einspritzmodus und dem entsprechend eingestellten Einspritzmuster anzupassen, um einen Klopfwiderstand bei einer Verbrennung von Kraftstoff zu gewährleisten und ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Zündkerze 22 herum zu bilden, um eine Verbrennung zu implementieren.
Die Auswahleinheit 43 kann derart konfiguriert sein, dass diese die Auswahl des Rußreduktionsmodus basierend auf dem Betriebszustand und dem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine 10 verbietet. Die Auswahleinheit 43 kann die Auswahl des Rußreduktionsmodus in einem Fall verbieten, in dem eine Anomalie in einem System auf dem Fahrzeug einschließlich des Kraftstoffeinspritzsystems 1 aufgetreten ist oder in dem der Verbrennungszustand in der Verbrennungskraftmaschine 10 instabil ist. Die Konfiguration ermöglicht einen sicheren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei in einem Fall, in dem der Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 instabil ist, vorrangig ein Problem, wie eine Fehlzündung, vermieden wird.
Die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann sowohl auf eine Dieselmaschine als auch auf eine Ottomaschine angewendet werden. Das heißt, die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung kann auf eine Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung angewendet werden, welche ein Kraftstoffeinspritzventil einer Direkteinspritz-Dieselmaschine steuert.
Obwohl die vorliegende Offenbarung gemäß den Ausführungsformen erfolgte, ergibt sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche Ausführungsformen und Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Variationen innerhalb des Äquivalenzbereichs. Darüber hinaus liegen neben den verschiedenen bevorzugten Kombinationen und Konfigurationen auch andere Kombinationen und Konfigurationen mit mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element innerhalb des Grundgedankens und Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018141714 [0001]
JP 2017129046 A [0005]

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung (40), welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Kraftstoffeinspritzsystem (1) steuert, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffeinspritzventil (30) umfasst, das vom Direkteinspritztyp ist und derart konfiguriert ist, dass dieses Hochdruckkraftstoff in einem Sammler (32) direkt in eine Verbrennungskammer (21) einer Verbrennungskraftmaschine (10) einspritzt, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung aufweist: eine Auswahleinheit (43), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Einspritzmodus von Kraftstoff, der in einem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, zwischen einem Rußreduktionsmodus, in dem Kraftstoff daran gehindert wird, an einer Spitzenendseite eines Ventilkörpers (51) mit Bezug auf einen Sitzabschnitt (56) bei dem Kraftstoffeinspritzventil zu verbleiben, um Ruß zu reduzieren, und einem anderen Einspritzmodus, der sich von dem Rußreduktionsmodus unterscheidet, basierend auf einer vorbestimmten Umschaltbedingung umschaltet, und den Einspritzmodus auswählt; und eine Einspritzsteuerungseinheit (44), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Kraftstoffeinspritzung, die in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingestellt ist, auf der Grundlage des von der Auswahleinheit ausgewählten Einspritzmodus durchführt.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit derart konfiguriert ist, dass diese den Rußreduktionsmodus unter einer Bedingung auswählt, dass eine Rußerzeugungsmenge, die einer auf der Grundlage eines Betriebszustands und eines Betriebsverlaufs der Verbrennungskraftmaschine berechneten Rußerzeugungsmenge entspricht, einen vorbestimmten Rußreduktionsschwellenwert überschreitet.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem ferner einen Abgassensor umfasst, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Komponente im Abgas von der Verbrennungskraftmaschine erfasst, wobei die Auswahleinheit derart konfiguriert ist, dass diese den Rußreduktionsmodus unter einer Bedingung auswählt, dass eine Menge einer Reduktionszielkomponente im Abgas, die unter Verwendung des Abgassensors erfasst wird, einen vorbestimmten Abgaskomponentenschwellenwert überschreitet.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rußreduktionsmodus eingestellt ist, um eine Anzahl an Einspritzungen von Kraftstoff, der in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, im Vergleich zu derjenigen in einem anderen Einspritzmodus zu reduzieren, um eine Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rußreduktionsmodus eingestellt ist, um eine Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils zu erhöhen, so dass diese schneller ist als diejenige in einem anderen Einspritzmodus, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, um eine Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rußreduktionsmodus eingestellt ist, um eine Temperatur in einer Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen, so dass diese höher ist als diejenige in einem anderen Einspritzmodus, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, um eine Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Rußreduktionsmodus eingestellt ist, um eine Temperatur von Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt werden soll, so zu erhöhen, dass diese höher ist als diejenige in einem anderen Einspritzmodus, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in dem Verdichtungstakt der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, um eine Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: eine Zündsteuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Zündzeitpunkt, zu dem Kraftstoff in der Verbrennungskammer gemäß dem Rußreduktionsmodus entzündet wird, unter einer Bedingung ändert, dass die Auswahleinheit den Rußreduktionsmodus auswählt.
Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Auswahleinheit derart konfiguriert ist, dass diese eine Auswahl des Rußreduktionsmodus gemäß einem Betriebszustand oder einem Betriebsverlauf der Verbrennungskraftmaschine verbietet.