DE112019005236T5

DE112019005236T5 - Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019005236T5
Application number: DE112019005236.5T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro ORYOJI; Yoshihiko Akagi; Hidefumi Iwaki
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-07-01
Also published as: JP7150620B2; CN113015848B; JP2020112055A; WO2020145105A1; US20220010762A1; CN113015848A; US11371480B2

Abstract

Aufgrund von Änderungen in der Strömung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder ist eine zuverlässige Zündung durch Funkenentladung möglicherweise nicht möglich. Daher enthält eine Zündsteuereinheit 24 eine Sekundärspannungsberechnungseinheit 31, die einen Mittelwert einer auf einer Sekundärseite einer Zündspule erzeugten Sekundärspannung berechnet, eine Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32, die ein Verhältnis von Zyklen, in denen der Mittelwert der Sekundärspannung gleich oder kleiner als ein eingestellter Mittelwert ist, in Bezug auf einen Zyklus des Verbrennungsmotors in einem vorgegebenen Zeitraum als ein Irregulärströmungsverhältnis, das anzeigt, dass die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder irregulär ist, berechnet, und eine Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37, die ein Zündbetätigungsausmaß so korrigiert, dass das Irregulärströmungsverhältnis gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert, der die zu erreichende Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnisses darstellt, ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors.
Hintergrund
Es gibt verschiedene Verfahren zum Verbessern des Kraftstoffeffizienzverhaltens eines Automobils, aber es ist wichtig, den Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors zu verringern. Um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, ist es effektiv, verschiedene Verluste wie beispielsweise Pumpverluste, Kühlverluste und Abgasverluste, die während des Betriebs des Verbrennungsmotors auftreten, zu verringern. Als Verfahren zum Verringern des Pumpverlustes und des Kühlverlustes ist zum Beispiel eine magere Verbrennung bekannt, bei der ein Verhältnis von Kraftstoff und Luft im Vergleich zu einem quantitativen Mischungsverhältnis (theoretisches Mischungsverhältnis) verdünnt ist und eine Verbrennung durchgeführt wird, oder ein Verbrennungsverfahren, das Abgasrückführungsgas (AGR) verwendet und das ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Kraftstoff und Luft verdünnt, indem es einen Teil des Verbrennungsgases zu einer Ansaugseite zurückführt. In der folgenden Beschreibung werden die magere Verbrennung oder das Verbrennungsverfahren, das das AGR-Gas verwendet, gemeinschaftlich als „verdünnte Verbrennung“ bezeichnet. Außerdem wird Ansaugluft, die in einen Zylinder des Verbrennungsmotors strömt, als „Gas“ bezeichnet, und ein mit dem Kraftstoff im Zylinder gemischtes Gas wird als „Luft-Kraftstoff-Gemisch“ bezeichnet.
Wenn die verdünnte Verbrennung verwendet wird, kann ein Ansaugrohrdruck im Vergleich zu dem Fall, in dem die verdünnte Verbrennung nicht verwendet wird, erhöht werden. Daher kann der Kühlverlust verringert werden, indem der Pumpverlust unter der Bedingung, dass eine Last des Verbrennungsmotors niedrig ist, verringert wird, oder indem eine Wärmekapazität erhöht und eine Verbrennungstemperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches gesenkt wird. Darüber hinaus wird unter der Bedingung, dass die Last des Verbrennungsmotors hoch ist, ein Auftreten von anormaler Verbrennung unterdrückt, da ein Reaktionsfortschritt, der zu einer Selbstzündungsreaktion führt, durch das Einleiten des AGR-Gases unterdrückt wird. Infolgedessen kann ein Zündzeitpunkt vorverlegt werden, um sich einem optimalen Timing anzunähern, und der Abgasverlust kann verringert werden.
Um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, ist es notwendig, einen geeigneten Verdünnungsgrad des Luft-Kraftstoff-Gemisches (das unten beschriebene Gas-Kraftstoff-Verhältnis) entsprechend den Betriebsbedingungen einzustellen. Zum Beispiel wird der Verdünnungsgrad des Luft-Kraftstoff-Gemisches oft durch ein Verhältnis der Massensumme eines Mischgases, das aus Luft oder AGR-Gas besteht, zu einer Masse des Kraftstoffs (Gas-Kraftstoff-Verhältnis G/K), ein Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff (Luft-Kraftstoff-Verhältnis L/K) und ein Verhältnis des AGR-Gases imAnsaugluftgas (AGR-Rate) ausgewertet.
Um Fehlzündungen zu vermeiden und eine Verbrennung unter der Bedingung eines hohen Verdünnungsgrads (Zustand des verdünnten Luft-Kraftstoff-Gemischs) zu erreichen, ist es, da eine relative Kraftstoffkonzentration gering ist, notwendig, eine Versorgungsenergie, die dem Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder zum Zeitpunkt der Funkenzündung von einer Zündkerze zugeführt wird, zu erhöhen. Um eine stabile Verbrennung unter der Bedingung eines hohen Verdünnungsgrads zu erreichen, ist es außerdem notwendig, die Intensität der turbulenten Strömung oder die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder des Verbrennungsmotors im Vergleich zum herkömmlichen Fall zu erhöhen.
Wenn jedoch die Intensität der turbulenten Strömung oder die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zylinder groß wird, besteht eine Möglichkeit, dass eine Fehlzündung aufgrund eines Phänomens wie beispielsweise einer Entladung der Zündkerze, die ausgeblasen wird, auftreten kann. Auch in diesem Fall ist es notwendig, die dem Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder von der Zündkerze zur Zeit der Funkenzündung zugeführte Energie zu erhöhen. Wenn sich außerdem die Strömungsrichtung des Luft-Kraftstoff-Gemischs um die Zündkerze herum während eines Entladungszeitraums ändert und die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs irregulär wird, verringert sich der Wirkungsgrad der Übertragung der Versorgungsenergie auf das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Daher ist es notwendig, ein großes Ausmaß an Versorgungsenergie unter der Zündverzögerungsbedingung, bei der die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches während des Entladungszeitraums wahrscheinlich irregulär ist, einzustellen.
Daher muss die Versorgungsenergie unter Berücksichtigung davon, ob sich die Strömungsrichtung im Zylinder während des Entladungszeitraums nicht ändert (regulär ist) oder sich ändert (irregulär ist), eingestellt werden. Als Technik zum Erhöhen der Versorgungsenergie, die dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder entsprechend dem Zustand der Strömung in dem Zylinder von der Zündkerze zugeführt wird, ist zum Beispiel eine in PTL 1 offenbarte Zündeinrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt.
PTL 1 beschreibt, dass „der Sekundärstrom durch Berechnen einer Führungsgröße eines Sekundärstroms basierend auf der Strömungsgeschwindigkeit in dem Zylinder so gesteuert werden kann, dass die Funkenentladung nicht verlöscht.“
Zitierliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2016-217190 A
Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Gemäß der in PTL 1 offenbarten Technik ist es möglich, einen zu einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Zylinder proportionalen Stromwert als einen in einer Sekundärspule erzeugten Stromwert einzustellen. Es wurde daher erwogen, dass es möglich ist, unter der Bedingung, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zylinder groß ist, zu verhindern, dass eine Funkenentladung ausgeblasen wird und eine zuverlässige Zündung zu realisieren.
Die in PTL 1 offenbarte Technik zieht jedoch kein Verfahren zum Bestimmen eines erforderlichen Werts der durch die Zündkerze an das Luft-Kraftstoff-Gemisch gelieferten Energie abhängig vom Vorhandensein oder Fehlen einer Änderung der Strömungsrichtung in dem Zylinder in Erwägung. Wenn die Bedingung für das Steuern des Ausblasens lediglich darin besteht, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zylinder groß ist, wird eine magere Verbrennung durchgeführt, oder wenn die Strömungsgeschwindigkeit des in den Zylinder strömenden Gases durch eine Tumblesteuerklappe erhöht wird, liefert die Zündkerze dem Luft-Kraftstoff-Gemisch ein Übermaß an Energie, was den Verschleiß der Zündkerze beschleunigt. Daher ist es erwünscht, ein Steuerungsverfahren entsprechend dem Problem zu formulieren, dass es notwendig ist, die Energie unter Berücksichtigung davon einzustellen, ob sich die Strömungsrichtung in dem Zylinder während des Entladungszeitraums nicht ändert (regulär) oder ändert (irregulär).
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine derartige Situation gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zündbetätigungsausmaß zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches unter Berücksichtigung einer Änderung einer Strömungsrichtung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in einem Zylinder zu ändern.
Lösung des Problems
Die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Zündsteuereinheit, die eine Primärspannung an eine Primärseite einer in einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Zündspule entsprechend einem vorgegebenen Zündbetätigungsausmaß liefert, eine in dem Verbrennungsmotor vorgesehene Zündkerze entlädt und eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, in dem ein in einen Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugtes Gas und ein Kraftstoff gemischt sind, steuert und den Verbrennungsmotor durch die Zündsteuereinheit steuert. Die Zündsteuereinheit enthält eine Sekundärspannungsberechnungseinheit, die einen Mittelwert einer auf einer Sekundärseite der Zündspule erzeugten Sekundärspannung berechnet; eine Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit, die ein Verhältnis eines Zyklus', in dem der Mittelwert der Sekundärspannung gleich oder kleiner als ein eingestellter Mittelwert ist, in Bezug auf einen Zyklus des Verbrennungsmotors in einem vorgegebenen Zeitraum als ein Irregulärströmungsverhältnis, das anzeigt, dass eine Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder irregulär ist, berechnet; und eine Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit, die ein Zündbetätigungsausmaß so korrigiert, dass das Irregulärströmungsverhältnis gleich oder kleiner als ein eingestellter Verhältniswert, der eine zu erreichendes Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnisses darstellt, ist.
Darüber hinaus enthält die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Zündsteuereinheit, die eine Primärspannung an eine Primärseite einer in einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Zündspule gemäß einem vorgegebenen Zündbetätigungsausmaß liefert, eine in dem Verbrennungsmotor vorgesehene Zündkerze entlädt und eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, in dem ein in einen Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugtes Gas und ein Kraftstoff gemischt sind, steuert und den Verbrennungsmotor durch die Zündsteuereinheit steuert. Die Zündsteuereinheit enthält eine Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit, die einen geschätzten Wert eines Irregulärströmungsverhältnisses, der anzeigt, dass eine Strömung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder irregulär ist, basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors schätzt; und eine Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit, die ein Zündbetätigungsausmaß so korrigiert, dass der geschätzte Wert des Irregulärströmungsverhältnisses gleich oder kleiner als ein eingestellter Verhältniswert, der die zu erreichende Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnisses darstellt, ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Zündbetätigungsausmaß unter Berücksichtigung der Änderung der Strömungsrichtung des Luft-Kraftstoff-Gemischs um die Zündkerze herum während des Entladungszeitraums basierend auf dem Irregulärströmungsverhältnis, das erkennen lässt, dass die Strömung des in den Zylinder des Verbrennungsmotors gesaugten Gases irregulär ist, zu korrigieren.
Die anderen als die oben beschriebenen Probleme, Konfigurationen und Effekte werden durch die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen verdeutlicht.
Figurenliste

[1] 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2] 2 ist ein Steuerungsblockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer ECU gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[3] 3 ist ein Blockdiagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel einer Zündsteuereinheit in einer ECU, die eine Steuereinrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, veranschaulicht.
[4] 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Verarbeitung, die durch jeden Steuerungsblock in der Zündsteuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, veranschaulicht.
[5] 5 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine reguläre Strömung und eine irreguläre Strömung in einem Zylinder gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für jeden Zyklus veranschaulicht.
[6] 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einem Drehmoment des Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[7] 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Einlassventil-Schließ-Timing und einer Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[8] 8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe und einer Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[9] 9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer erforderlichen Energie, die aus der Verbrennungsstabilität und einem Zündzeitpunkt bestimmt wird, wenn der Zündzeitpunkt einer Zündkerze unter den Bedingungen desselben Drehmoments und derselben Drehzahl des Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird, veranschaulicht.
[10] 10 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Bewegung eines Entladungspfades, der um die Zündkerze herum erzeugt wird, und einen Zustand der Änderung einer Sekundärspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[11] 11 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Zündzeitpunkt der Zündkerze und eine Häufigkeitsrate der irregulären Strömung (Irregulärströmungsverhältnis) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[12] 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine eingestellte Versorgungsenergie, die sich entsprechend der Drehzahl und dem Drehmoment des Verbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ändert, darstellt.
[13] 13 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einem durch die Zündsteuereinheit berechneten Wert und einem Zündbetätigungsausmaß gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[14] 14 ist ein Blockdiagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel einer in einer ECU enthaltenen Zündsteuereinheit, die eine Steuereinrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, darstellt, veranschaulicht.
[15] 15 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Verarbeitung, die durch jeden Steuerungsblock in der Zündsteuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, veranschaulicht.
[16] 16 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einem Irregulärströmungsverhältnis gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[17] 17 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einem durch die Zündsteuereinheit berechneten Wert und einem Zündbetätigungsausmaß gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
[18] 18 ist ein Blockdiagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel einer in einer ECU, die eine Steuereinrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, enthaltenen Zündsteuereinheit veranschaulicht.
[19] 19 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Verarbeitung, die durch eine feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, veranschaulicht.
[20] 20 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer der Versorgungsenergiekorrekturausmaßvergrößerung und einer Feuchte oder einem Verdünnungsgrad gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[21] 21 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung, die durch die feuchteentsprechende Zündvorgangskorrektureinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, veranschaulicht.
[22] 22 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zündvorlaufwinkelausmaßkorrekturvergrößerung und der Feuchte oder dem Verdünnungsgrad gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[23] 23 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen einem durch die Zündsteuereinheit berechneten Wert und einem Zündbetätigungsausmaß gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen werden Komponenten, die im Wesentlichen dieselbe Funktion oder Konfiguration aufweisen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und redundante Beschreibung wird weggelassen.
[Erste Ausführungsform]
Zuerst wird ein Konfigurationsbeispiel eines Verbrennungsmotorsystems mit einer Steuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Funkenzündung, der in einem Automobil verwendet wird, unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Verbrennungsmotorsystems zeigt. Das Verbrennungsmotorsystem enthält eine zylinderinterne Kraftstoffeinspritzeinrichtung (Injektor 13), die Benzinkraftstoff direkt in einen Zylinder einspritzt.
Ein Verbrennungsmotor MOT ist ein Beispiel für einen Verbrennungsmotor mit zylinderinterner Einspritzung für ein Kraftfahrzeug, der eine Verbrennung mit Funkenzündung, die eine Zündspule 16 verwendet, um eine Funkenentladung in einer Zündkerze 17 zu erzeugen, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden, durchführt. Ein Luftströmungssensor 1, Feuchtesensoren 3a und 3b, ein Verdichter 4a, ein Ladeluftkühler („intercooler“) 7 und eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 2, die in dem Verbrennungsmotor MOT vorgesehen sind, befinden sich an den jeweils geeigneten Positionen in einem Ansaugrohr.
Der Luftströmungssensor 1 misst eine Ansaugluftmenge und eine Ansauglufttemperatur.
Die Feuchteerfassungseinheit (Feuchtesensoren 3a und 3b) erfasst eine Feuchte von Gas, das in den Zylinder eingeleitet wird. Daher können die Feuchtesensoren 3a und 3b eine Ansaugluftfeuchte, das heißt, die Wassermenge in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und AGR-Gas, erfassen.
Der Feuchtesensor 3a ist in der Nähe des Luftströmungssensors 1 vorgesehen und kann die Feuchte der Ansaugluft erfassen. Darüber hinaus ist der Feuchtesensor 3b in einem Ausgleichsbehälter 6 vorgesehen und kann die Feuchte der in dem Ausgleichsbehälter 6 gespeicherten Luft erfassen.
Der Verdichter 4a ist als Teil eines Laders, der die Ansaugluft in den Zylinder lädt, vorgesehen.
Der Ladeluftkühler 7 kühlt die Ansaugluft.
Die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 2 stellt einen Ansaugrohrdruck ein.
Darüber hinaus ist der Verbrennungsmotor MOT mit einem Injektor 13, der Kraftstoff in den Zylinder 14 jedes Zylinders einspritzt, und einer Zündeinrichtung (im Folgenden werden eine Zündspule 16 und eine Zündkerze 17 separat beschrieben), die dem Gas in dem Zylinder für jeden Zylinder Energie zuführt, versehen.
Dann enthält die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Zündsteuereinheit (Zündsteuereinheit 24), die eine Primärspannung an eine Primärseite der Zündspule (Zündspule 16), die in dem Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) vorgesehen ist, entsprechend einem vorgegebenen Zündbetätigungsausmaß liefert, die in dem Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) vorgesehene Zündkerze (Zündkerze 17) entlädt und eine Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, in dem das in den Zylinder des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) angesaugte Gas und der Kraftstoff vermischt sind, steuert und den Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) steuert. Eine Konfiguration der Zündsteuereinheit 24 ist in den später beschriebenen 2 und 3 dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Steuereinrichtung für den Verbrennungsmotor einer elektronischen Steuereinheit („electronic control unit“; ECU) 20, die den Verbrennungsmotor MOT steuert, entspricht.
Zusätzlich, obwohl nicht dargestellt, ist der Verbrennungsmotor MOT mit einem Spannungssensor, der eine Spannung auf einer Primärseite der Zündspule 16 misst, und einem Stromsensor, der einen Strom auf einer Sekundärseite misst, versehen. Darüber hinaus ist ein Zylinderkopf mit einem variablen Ventil 5, das das in den Zylinder einströmende Luft-Kraftstoff-Gemisch oder ein aus dem Zylinder austretendes Abgas einstellt, versehen. Das variable Ventil (variables Ventil 5) ändert ein Timing, mit dem ein Einlassventil (Einlassventil 25), das in dem Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) vorgesehen ist, arbeitet. Durch Einstellen des variablen Ventils 5 werden die Ansaugluftmenge und die interne AGR-Gasmenge aller Zylinder eingestellt.
Weiterhin ist das Ansaugrohr mit einer Tumblesteuerklappe („tumble control valve“) 8 versehen, deren Öffnungsgrad von der ECU 20 als Klappe, die eine Strömungsgeschwindigkeit des in den Zylinder des Verbrennungsmotors MOT strömenden Gases steuert, gesteuert wird. Die Tumblesteuerklappe 8 befindet sich in einem in der Figur dargestellten Zustand st1 in einem vollständig geschlossenen Zustand und befindet sich in einem Zustand st2 in einem vollständig geöffneten Zustand. Der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe 8 (als „Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe“ bezeichnet) wird durch die ECU 20 eingestellt. Wenn die Tumblesteuerklappe 8 vollständig geschlossen ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft, mit der die in dem Ausgleichsbehälter 6 gespeicherte Luft aus dem Ansaugrohr in den Zylinder strömt, beschleunigt. Wenn die Tumblesteuerklappe 8 vollständig geöffnet ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit der von dem Ansaugrohr in den Zylinder strömenden Ansaugluft verlangsamt. Die Tumblesteuerklappe (Tumblesteuerklappe 8) verändert die Strömungsgeschwindigkeit des in den Zylinder strömenden Gases. Da das Gas, dessen Strömungsgeschwindigkeit durch die Tumblesteuerklappe 8 verändert wird, in den Zylinder einströmt, neigt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu einer regulären Strömung. Die ECU 20 steuert dann die Strömungsgeschwindigkeit des in den Zylinder strömenden Gases durch Einstellen des Öffnungsgrads der Tumblesteuerklappe 8.
Zusätzlich, obwohl nicht dargestellt, ist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Zuführen von Hochdruck-Kraftstoff an den Injektor 13 über eine Kraftstoffleitung mit dem Injektor 13 verbunden. Darüber hinaus ist in der Kraftstoffleitung ein Kraftstoffdrucksensor zum Messen eines Kraftstoffeinspritzdrucks vorgesehen. Außerdem ist ein Kurbelwinkelsensor 19 zum Erfassen einer Kolbenstellung des Verbrennungsmotors MOT an einer Kurbelwelle angebracht. Ausgangsinformationen des Kraftstoffdrucksensors und des Kurbelwinkelsensors 19 werden an die ECU 20 gesandt.
Weiterhin sind eine Turbine 4b, ein elektronisch gesteuertes Wastegate-Ventil 11, ein Drei-Wege-Katalysator 10 und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 9, die in dem Verbrennungsmotor MOT vorgesehen sind, an den jeweils geeigneten Positionen bei dem Abgasrohr 15 vorgesehen.
Die Turbine 4b gibt durch Abgasenergie eine Rotationskraft an einen Verdichter 4a des Laders ab.
Das elektronisch gesteuerte Wastegate-Ventil 11 stellt eine Abgasdurchflussrate, die durch die Turbine 4b strömt, ein.
Der Drei-Wege-Katalysator 10 reinigt das Abgas.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 9 ist ein Aspekt eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektors und detektiert ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators 10.
Darüber hinaus enthält der Verbrennungsmotor MOT ein AGR-Rohr 100 zum Rückführen des Abgases von einer stromabwärts gelegenen Seite des Dreiwegekatalysators 10 des Abgasrohrs zu einer stromaufwärts gelegenen Seite des Verdichters 4a des Ansaugrohrs. Darüber hinaus sind ein AGR-Kühler 102 zum Kühlen des AGR-Gases und ein AGR-Ventil (AGR-Mechanismus) 101 zum Steuern der AGR-Gas-Durchflussrate an den jeweils geeigneten Positionen des AGR-Rohrs 100 angebracht.
Darüber hinaus ist der Verbrennungsmotor MOT mit einem Temperatursensor 18, der eine Temperatur eines in dem Verbrennungsmotor MOT zirkulierenden Kühlwassers misst, versehen.
Die Ausgangsinformationen, die von dem Luftströmungssensor 1, den Feuchtesensoren 3a und 3b, dem Temperatursensor 18 und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 9, die oben beschriebenen wurden, erhalten werden, werden an die ECU 20 gesandt. Zusätzlich werden die von dem Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensor 12 erhaltenen Ausgangsinformationen an die ECU 20 gesandt. Der Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensor 12 erfasst das Ausmaß des Niederdrückens eines Gaspedals, das heißt, einen Gaspedal-Öffnungsgrad.
Die ECU 20 berechnet das erforderliche Drehmoment basierend auf den Ausgangsinformationen des Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensors 12. Das heißt, der Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensor 12 wird als Sensor zur Erfassung des erforderlichen Drehmoments, der das erforderliche Drehmoment für den Verbrennungsmotor MOT erfasst, verwendet. Darüber hinaus berechnet die ECU 20 die Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT basierend auf den Ausgangsinformationen des Kurbelwinkelsensors 19. Die ECU 20 berechnet die Hauptbetriebsgrößen des Verbrennungsmotors MOT wie beispielsweise eine Luftströmungsrate, eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Zündzeitpunkt, einen Kraftstoffdruck und eine AGR-Gas-Strömungsrate basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors MOT, der aus den Ausgangsinformationen der verschiedenen oben beschriebenen Sensoren erhalten wird, optimal.
Die durch die ECU 20 berechnete Kraftstoffeinspritzmenge wird in ein Ventilöffnungspulssignal umgewandelt und wird an den Injektor 13 gesandt. Zusätzlich wird ein Zündsignal an die Zündspule 16 gesandt, so dass die Zündung zu dem durch die ECU 20 berechneten Zündzeitpunkt durchgeführt wird. Zusätzlich wird der durch die ECU 20 berechnete Öffnungsgrad der Drosselklappe als Drosselklappenansteuersignal an die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 2 gesandt.
Der Injektor 13 spritzt Kraftstoff in die Luft, die von dem Ansaugrohr über das Einlassventil 25 in den Zylinder geströmt ist, ein, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch explodiert aufgrund von Funken, die zu einem vorgegebenen Zündzeitpunkt von der Zündkerze 17 erzeugt werden, und ein Verbrennungsdruck hiervon drückt den Kolben nach unten, um als Antriebskraft für den Verbrennungsmotor MOT zu dienen. Ferner wird das Abgas nach der Explosion durch das Abgasrohr 15 zu dem Dreiwegekatalysator 10 gesandt, und die Abgasbestandteile werden in dem Dreiwegekatalysator 10 gereinigt und nach außen abgeleitet.
Bei einem derartigen Verbrennungsmotorsystem werden unten detaillierte Beispiele für die interne Konfiguration und Betriebsbeispiele beschrieben.
2 ist ein Steuerungsblockdiagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel der ECU 20 zeigt.
Die ECU 20 enthält eine Eingangsschaltung 21, einen Eingangs-/Ausgangsport 22, eine CPU 23a, ein ROM 23b, ein RAM 23c und eine Zündsteuereinheit 24.
Eingangssignale wie beispielsweise eine durch den Spannungssensor der Zündspule 16 erfasste Primärspannung, ein durch den Stromsensor der Zündspule 16 erfasster Sekundärstrom, Informationen über das Niederdrücken des Gaspedals (Gaspedal-Öffnungsgrad) von dem Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensor 12, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT, Feuchteinformationen von den Feuchtesensoren 3a und 3b, eine Luftmengeninformationen von dem Luftströmungssensor 1 und Winkelinformationen (Kurbelwinkel) von dem Kurbelwinkelsensor 19 werden in die Eingangsschaltung 21 der ECU 20 eingespeist. Da die Eingangssignale jedoch nicht darauf beschränkt sind, werden die Eingangssignale nach Bedarf hinzugefügt und beschrieben.
Das Eingangssignal jedes Sensors, das in die Eingangsschaltung 21 eingespeist wird, wird an einen Eingangsport in dem Eingangs-/Ausgangsport 22 gesandt. Die an den Eingangs-/Ausgangsport 22 gesandten Eingangsinformationen werden in dem RAM 23c vorübergehend gespeichert und durch die CPU 23a gemäß einem vorgegebenen Steuerprogramm rechnerisch verarbeitet. Das Steuerprogramm, das den Inhalt der rechnerischen Verarbeitung beschreibt, wird im Voraus in das ROM 23b geschrieben und wird durch die CPU 23a entsprechend gelesen und ausgeführt.
Die das Ausmaß der Betätigung des Injektors 13 oder der Zündspule 16 anzeigenden Ausgangsinformationen, die den Verbrennungsmotor MOT steuern und die gemäß dem Steuerprogramm berechnet werden, werden vorübergehend in dem RAM 23c gespeichert. Danach werden die Ausgangsinformationen an einen Port in dem Eingangs-/Ausgangsport 22 gesandt und der Injektor 13, die Zündspule 16 oder dergleichen arbeiten über die entsprechenden Ansteuerschaltungen. Es ist zu beachten, dass in dem Verbrennungsmotor MOT auch andere Aktoren als diese, deren Beschreibung hier jedoch unterbleibt, verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Zündsteuereinheit 24 als die Ansteuerschaltung der Zündspule 16 dargestellt. Die Zündsteuereinheit 24 steuert den Zünderregungszeitpunkt der Zündspule 16, die dem Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Zündkerze 17 zugeführte Versorgungsenergie oder dergleichen. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die ECU 20 die Zündsteuereinheit 24, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann ein Teil der Zündsteuereinheit 24 oder die Gesamtheit der Zündsteuereinheit 24 auf einer von der ECU 20 verschiedenen Einrichtung montiert sein.
Dann berechnet die ECU 20 die Versorgungsenergie der Zündkerze 17 entsprechend der Luftmenge, dem Kurbelwinkel, der Kühlwassertemperatur, der Ansauglufttemperatur, der Feuchte und dergleichen, die durch jeden Sensor erfasst werden, und erregt die Zündspule 16 mit einem geeigneten Timing (Zünderregungszeit oder Zündzeitpunkt), um das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu zünden.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die interne Konfiguration der Zündsteuereinheit 24 in der ECU 20, die eine Steuereinrichtung des Verbrennungsmotors MOT darstellt, zeigt. In der Zündsteuereinheit 24 werden der Zündzeitpunkt und die Zünderregungszeit korrigiert, um die Versorgungsenergie der Zündkerze 17 zu steuern. In der folgenden Beschreibung arbeitet die Zündsteuereinheit 24 in einer Einheit der Steuerung, in der eine Reihe von Verarbeitungen in jeder Einheit der Zündsteuereinheit 24 einen Zyklus vom Anfang bis zum Ende umfasst. Es ist zu beachten, dass es, wenn der Begriff „entsprechender Zyklus“ in der Erläuterung verwendet wird, bedeutet, dass die Verarbeitung innerhalb dieses einen Zyklus' durchgeführt wird.
Die Zündsteuereinheit 24 enthält eine Sekundärspannungsberechnungseinheit 31, eine Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32, eine Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33, eine Sollwert-Berechnungseinheit 34, eine Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35, eine Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 und eine Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37.
Die Sekundärspannungsberechnungseinheit (Sekundärspannungsberechnungseinheit 31) berechnet einen Mittelwert einer Sekundärspannung, die auf einer Sekundärseite der Zündspule (Zündspule 16) erzeugt wird. Daher berechnet die Sekundärspannungsberechnungseinheit 31 einen zeitlichen Mittelwert der Spannung auf der Sekundärseite (Sekundärspannung) basierend auf dem Erfassungswert des Spannungssensors, der die Spannung auf der Primärseite der Zündspule 16 misst. Der durch die Sekundärspannungsberechnungseinheit 31 berechnete zeitliche Mittelwert der Sekundärspannung wird in die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 und die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33 eingespeist.
Die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit (Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32) berechnet ein Verhältnis von Zyklen, in denen der Mittelwert der Sekundärspannung gleich oder kleiner als ein eingestellter Mittelwert ist, als Irregulärströmungsverhältnis, das anzeigt, dass die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder irregulär ist, in Bezug auf den Zyklus des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) in einem vorgegebenen Zeitraum. Zu dieser Zeit bestimmt die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32, ob eine Richtung der Tumble-Strömung vom Beginn bis zum Ende der Zündung der Zündkerze 17 regulär oder irregulär ist, das heißt, ob sich eine Richtung der Tumble-Strömung geändert hat, basierend auf einer Größenbeziehung zwischen dem zeitlichen Mittelwert der Sekundärspannung und dem voreingestellten Mittelwert. Dann berechnet die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 das Verhältnis der irregulären Zyklen (Irregulärströmungsverhältnis). Das Irregulärströmungsverhältnis erhält man zum Beispiel aus dem Verhältnis von Zyklen, in denen die mittlere Sekundärspannung gleich oder kleiner ist als der eingestellte Mittelwert als Bestimmungskriterium, wie in der später beschrieben 5 dargestellt. Das durch die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 berechnete Irregulärströmungsverhältnis wird in die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeist.
Die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit (Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33) berechnet ein Energieversorgungsausmaß der durch die Zündkerze (Zündkerze 17) an das Luft-Kraftstoff-Gemisch gelieferten Versorgungsenergie basierend auf dem Mittelwert der durch die Sekundärspannungsberechnungseinheit (Sekundärspannungsberechnungseinheit 31) berechneten Sekundärspannung und dem durch den an der Zündspule (Zündspule 16) angebrachten Stromsensor erfassten Sekundärstrom der Zündspule (Zündspule 16). Bei der Berechnung des Energieversorgungsausma-ßes wird ein Verfahren zum Berechnen des Energieversorgungsausmaßes durch Integrieren eines Produkts eines Strommesswerts (Sekundärstrom) und der Sekundärspannung auf der Sekundärseite der Zündspule 16 oder ein Verfahren zum Berechnen des Energieversorgungsausmaßes basierend auf einer proportionalen Beziehung zu einer Zünderregungszeit (Schließdauer („dwell“)) verwendet. Das durch die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33 berechnete Energieversorgungsausmaß wird in die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeist.
Die Sollwert-Berechnungseinheit (Sollwert-Berechnungseinheit 34) berechnet einen Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT). Hierbei enthält der Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) einen eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr). Außerdem enthält der Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) eine eingestellte Soll-Versorgungsenergie, die die durch die Zündkerze (Zündkerze 17) an das Luft-Kraftstoff-Gemisch gelieferte Versorgungsenergie bei dem eingestellten Verhältniswert (eingestellter Sollverhältniswert Tr) darstellt. Daher wird das aus dem Gaspedal-Öffnungsgrad, der Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT, dem Einlassventil-Timing und dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe berechnete Soll-Drehmoment in die Sollwert-Berechnungseinheit 34 eingespeist. Dann berechnet die Sollwert-Berechnungseinheit 34 das Irregulärströmungsverhältnis (eingestellter Verhältniswert des Irregulärströmungsverhältnisses), das eine zu erreichende Vorgabe darstellt, und die eingestellte Versorgungsenergie bei dem Irregulärströmungsverhältnis, das die zu erreichende Vorgabe darstellt, als Sollwerte basierend auf derartigen Eingangsinformationen. Der eingestellte Verhältniswert des Irregulärströmungsverhältnisses und die eingestellte Versorgungsenergie, die durch die Sollwert-Berechnungseinheit 34 berechnet wurden, werden in die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeist.
Die Korrekturbestimmungseinheit (Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35) bestimmt basierend auf dem Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R), dem Energieversorgungsausmaß und dem Sollwert (eingestellter Verhältniswert Tr) des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R), ob das Zündbetätigungsausmaß korrigiert wird oder nicht. Zu dieser Zeit bestimmt die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35, ob eine Vorlaufwinkelsteuerung des Zündzeitpunkts oder eine Verringerungskorrektur der Versorgungsenergie basierend auf dem Irregulärströmungsverhältnis, der Energiezufuhrmenge und dem eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses, die eingespeist werden, durchgeführt werden soll. Wenn das Irregulärströmungsverhältnis, wie in der später beschriebenen 13 dargestellt, niedriger als der eingestellte Verhältniswert Tr ist, unternimmt die Bestimmungseinheit für die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 nichts, aber wenn das Irregulärströmungsverhältnis höher als der eingestellte Verhältniswert Tr ist, wird bestimmt, dass die Vorlaufwinkelsteuerung oder die Verringerungskorrektur der Versorgungsenergie durch die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 durchgeführt wird. Das Bestimmungsergebnis durch die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 wird in die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 eingespeist.
Wenn die Korrekturbestimmungseinheit (Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35) feststellt, dass die Korrektur, die Versorgungsenergie zu verringern, durchgeführt wird, berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit (Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36) das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß zum Durchführen der Korrektur zum Verringern der Versorgungsenergie und gibt das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß an die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) aus. Hierbei berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 ein Verringerungskorrekturausmaß der Versorgungsenergie (ein Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE, dargestellt in Schritt S11 der später zu beschreibenden 4) basierend auf dem von der Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeisten Bestimmungsergebnis. Weiterhin berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 eine Korrekturversorgungsenergie des entsprechenden Zyklus' (Korrekturversorgungsenergie Etar, dargestellt in Schritt S12 der später zu beschreibenden 4). Die durch die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 berechnete Korrekturversorgungsenergie wird in die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 eingespeist.
Die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) korrigiert das Zündbetätigungsausmaß so, dass das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) kleiner oder gleich dem eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr), der die zu erreichende Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) darstellt, ist. Daher werden zusätzlich zu dem Bestimmungsergebnis der Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 und der durch die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 berechneten Korrekturversorgungsenergie der Zündzeitpunkt und die Zünderregungszeit, die als Zündbetätigungsausmaß verwendet werden, in die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 eingespeist. Dann korrigiert die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) das Zündbetätigungsausmaß, wenn die Korrekturbestimmungseinheit (Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35) bestimmt, dass das Zündbetätigungsausmaß korrigiert wird. Da die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 das Zündbetätigungsausmaß nur dann korrigiert, wenn bestimmt wird, dass das Zündbetätigungsausmaß auf diese Weise korrigiert wird, muss die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 nicht arbeiten, wenn bestimmt wird, dass die Zündbetätigungsausmaßkorrektur nicht durchgeführt wird.
Hierbei korrigiert die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) den Zündzeitpunkt der Zündkerze (Zündkerze 17) auf den Vorlaufwinkel, wenn das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) den eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) übersteigt. Zusätzlich korrigiert die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) den Zünderregungszeitpunkt für die Erregung der Primärseite der Zündspule (Zündspule 16). Auf diese Weise berechnet die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 das Ausmaß des Zündvorlaufwinkels, korrigiert den Zündzeitpunkt und korrigiert die Zünderregungszeit (Schließdauer) basierend auf dem Ergebnis der Eingangsbestimmung und der Korrekturversorgungsenergie. Es ist zu beachten, dass die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 entweder die Vorlaufwinkelsteuerung des Zündzeitpunkts oder die Verringerungskorrektur der Versorgungsenergie durchführen kann. Danach gibt die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 Korrekturwerte des korrigierten Zündzeitpunkts (Korrekturzündzeitpunkt) und der Zünderregungszeit an die Zündspule 16 aus und die Betätigung der Zündspule 16 wird gesteuert.
Hierbei berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit (Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36) eine Differenz zwischen der eingestellten Versorgungsenergie und der Versorgungsenergie als Versorgungsenergie-Korrekturausmaß, wenn das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) ist. Die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) verringert die Versorgungsenergie basierend auf dem von der Versorgungsenergie-Korrektureinheit (Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36) eingespeisten Versorgungsenergie-Korrekturausmaß. Daher wird eine Wärmeerzeugung der Zündspule 16 unterdrückt und der Verschleiß der Zündkerze 17 kann unterdrückt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Verarbeitung, die durch jeden Steuerungsblock in der Zündsteuereinheit 24 ausgeführt wird, veranschaulicht. Die Details der in jedem Steuerungsblock ausgeführten Verarbeitung werden unter Bezugnahme auf das vorliegende Flussdiagramm beschrieben.
Zuerst berechnet die Sekundärspannungsberechnungseinheit 31 eine Sekundärspannung aus einer durch den Spannungssensor gemessenen Primärspannung (S1). Wenn eine durch Teilen der Spannung auf der Primärseite gemessene Spannung Vm ist, ein Verhältnis einer Messeinheit insgesamt r1 ist und ein Spulenwindungsverhältnis (Anzahl von Windungen auf der Sekundärseite/Anzahl von Windungen auf der Primärseite) Nc ist, erhält man die Sekundärspannung durch die folgende Gleichung (1). $V2 (t) = Vm (t) /r1 \times Nc$
t repräsentiert die Zeit und V2(t) bedeutet, dass die Sekundärspannung eine Funktion der Zeit ist. Wenn die Sekundärspannungsberechnungseinheit 31 die Sekundärspannung erhält, fährt die Verarbeitung mit Schritt S2 fort.
Als nächstes berechnet die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 einen zeitlichen Mittelwert der Sekundärspannung (S2). Einen Mittelwert Vave der Sekundärspannung erhält man durch die folgende Gleichung (2), wobei T ein Integrationsabschnitt ist. $Vave = 1/T \times \int V2 (t) dt$
Der Integrationsabschnitt T kann entsprechend den Betriebsbedingungen oder den Strömungsverhältnissen verändert werden. Da ein Entladungszeitraum der Zündkerze 17 unter der Bedingung, dass der Druck in dem Zylinder hoch ist, tendenziell kurz ist, kann der Integrationsabschnitt T verringert werden, wenn eine Last des Verbrennungsmotors MOT zunimmt. Wenn die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 den zeitlichen Mittelwert der Sekundärspannung berechnet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S3 fort.
Als nächstes vergleicht die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 den berechneten zeitlichen Mittelwert Vave der Sekundärspannung mit einem Referenzwert (eingestellter Mittelwert) und bestimmt, ob die Strömung des entsprechenden Zyklus' regulär oder irregulär ist, und aktualisiert das Irregulärströmungsverhältnis R (S3). Hier werden die reguläre Strömung und die irreguläre Strömung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine reguläre Strömung und eine irreguläre Strömung in dem Zylinder für jeden Zyklus zeigt. Eine vertikale Achse in der Figur stellt eine mittlere Sekundärspannung [V] dar. Darüber hinaus stellt eine horizontale Achse einen Zustand der mittleren Sekundärspannung für jeden Zyklus für jede reguläre Strömung und irreguläre Strömung dar.
In 5 sind eine mittlere Sekundärspannung, wenn es keine Richtungsänderung während des Entladens gibt (reguläre Strömung) und eine mittlere Sekundärspannung, wenn es eine Richtungsänderung während des Entladens gibt (irreguläre Strömung) als Messergebnisse für jeden Zyklus dargestellt. Die mittlere Sekundärspannung der irregulären Strömung besitzt einen im Vergleich zum Fall der regulären Strömung relativ kleinen Wert, da sie eine Wirkung der Unterdrückung der Verlängerung des Entladungspfads besitzt.
Daher wird ein geeigneter eingestellter Mittelwert eingestellt, um zwischen der regulären Strömung und der irregulären Strömung zu unterscheiden. Dann bestimmt die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32, dass ein Zyklus, in dem die mittlere Sekundärspannung niedriger als der eingestellte Mittelwert ist, ein Zyklus der irregulären Strömung ist. Auf diese Weise ist es durch Beobachten einer Beziehung zwischen dem mittleren Sekundärspannungswert und dem eingestellten Mittelwert möglich, leicht zu bestimmen, ob die Strömung während des Entladungszeitraums irregulär ist oder nicht.
Hierbei speichert die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 zum Beispiel die Anzahl von Zyklen Ni, in denen die irreguläre Strömung im vergangenen Nall-Zyklus (etwa 50 Zyklen) aufgetreten ist, als das Irregulärströmungsverhältnis R und erhält das Irregulärströmungsverhältnis R unter Verwendung der folgenden Gleichung (3). $R = Ni/Nall$
Alternativ aktualisiert die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 das Irregulärströmungsverhältnis R durch die folgende Gleichung (4) unter Verwendung eines Gewichtungskoeffizienten w. $R = (R \times w \times Nall+1) / (w \times Nall + 1)$
Der Gewichtungskoeffizient w ist ein Wert, der im Voraus basierend auf Experimenten oder Simulationen bestimmt wird, und ist ein Wert größer als 0 und kleiner oder gleich 1. Nachdem die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 das Irregulärströmungsverhältnis R aktualisiert hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S4 fort.
Als nächstes erhält die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33 eine Versorgungsenergie E aus einem berechneten Wert V2(t) der Sekundärspannung und einem gemessenen Wert I2(t) des Sekundärstroms durch die folgende Gleichung (5) (S4). $E = \int V2 (t) I2 (t) dt$
Nachdem die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33 die Versorgungsenergie E erhalten hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S5 fort.
Als nächstes aktualisiert die Sollwert-Berechnungseinheit 34 den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses (S5). Der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses ändert sich entsprechend den Betriebsbedingungen. Die Irregularität der Strömung in dem Zylinder besteht darin, dass die in dem Zylinder gebildete reguläre Strömung (Tumble-Strömung) kollabiert (Tumble-Kollaps) und die irreguläre Strömung markant wird. Der Tumble-Kollaps tritt auf, wenn das Volumen im Inneren des Zylinders klein wird und die reguläre Strömung nicht aufrechterhalten werden kann. Daher wird das Irregulärströmungsverhältnis R durch die Stärke und das Volumen des in dem Zylinder gebildeten Durcheinanders („Tumble“) stark beeinflusst.
Indem das Irregulärströmungsverhältnis unter einer stetigen Anpassungsbedingung der Steuerung als ein auf die Drehzahl und das Drehmoment zentriertes Kennfeld vorliegt, kann der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses unter den Betriebsbedingungen aus dem eingespeisten erforderlichen Drehmomentgrad und der Drehzahl und dem Kennfeld während des Betriebs des Verbrennungsmotors MOT berechnet werden.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT zeigt.
Es wird angenommen, dass der Zündzeitpunkt mit zunehmender Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT in einer Vorlaufwinkelrichtung eingestellt wird und der Zündzeitpunkt mit zunehmendem Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT in einer Nachlaufwinkelrichtung eingestellt wird.
In diesem Fall, wie durch einen Pfeil Tr in 6 veranschaulicht, wird das eingestellte Verhältnis Tr des Irregulärströmungsverhältnisses niedrig, wenn der Verbrennungsmotor MOT eine niedrige Last und eine hohe Drehung aufweist, und wenn der Verbrennungsmotor MOT eine hohe Last und eine niedrige Drehung aufweist, tendiert das eingestellte Verhältnis Tr des Irregulärströmungsverhältnisses dazu, hoch zu sein. Daher stellt die Sollwert-Berechnungseinheit (Sollwert-Berechnungseinheit 34) den eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) kleiner ein, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) höher ist und das Drehmoment des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) kleiner ist, und stellt den eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) größer ein, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) kleiner ist und das Drehmoment des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) größer ist. Durch Bestimmen des eingestellten Verhältniswerts Tr des Irregulärströmungsverhältnisses auf diese Weise kann ein geeigneter eingestellter Wert des Irregulärströmungsverhältnisses gemäß den Betriebsbedingungen definiert werden, und eine ordnungsgemäße Steuerung entsprechend jeder Betriebsbedingung wird möglich.
Zusätzlich kann der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses entsprechend der Einstellung des variablen Ventils 5 korrigiert werden und kann auch entsprechend der Einstellung der Tumblesteuerklappe 8 korrigiert werden. Die Korrektur gemäß diesen Einstellungen wird unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben.
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Einlassventil-Schließ-Timing und einer Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI darstellt.
Wenn ein Einlassventil-Schließ-Timing aufgrund der Steuerung des variablen Ventils 5 fortschreitet, wird eine bei demselben Kurbelwinkel bewertete Strömung abgeschwächt. Daher neigt das Irregulärströmungsverhältnis R dazu, zuzunehmen, wenn das Einlassventil-Schließ-Timing fortschreitet. Daher stellt die Sollwert-Berechnungseinheit (Sollwert-Berechnungseinheit 34) den eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) so ein, dass er größer ist, wenn das Schließ-Timing des Einlassventils (Einlassventil 25) aufgrund der Betätigung des variablen Ventils (variables Ventil 5) fortschreitet. Um den eingestellten Verhältniswert Tr auf diese Weise einzustellen, ist eine Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI, die eine Vergrößerung des Irregulärströmungsverhältnisses R bezogen auf das Einlassventil 25 ist, vorgesehen. Der eingestellte Verhältniswert Tr kann durch die Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI stark verändert werden.
Zum Beispiel ist, verglichen mit einer Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI2 bei dem aktuell eingestellten Wert (der „aktuell eingestellte Wert“ genannt) des Einlassventil-Schließ-Timings, das den Vorlaufwinkel darstellt, eine Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI1 bei einem konstanten Anpassungswert des Einlassventil-Schließ-Timings, das einen Nachlaufwinkel darstellt, klein. Daher wird die Beziehung zwischen der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI, die die Vergrößerung des Irregulärströmungsverhältnisses R bei einer Referenzventilposition darstellt, und dem Einlassventil-Schließ-Timing, wie in 7 dargestellt, abgebildet.
Dann korrigiert und aktualisiert die Sollwert-Berechnungseinheit 34 den Einstellverhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses unter Verwendung der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI1 bei dem konstanten Anpassungswert des Einlassventil-Schließ-Timings und der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI2 bei dem aktuell eingestellten Wert durch die folgende Gleichung (6). $Tr = Tr \times RI2/RI 1$
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe und einer Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt darstellt.
Wenn der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe kleiner wird, wird eine bei demselben Kurbelwinkel ausgewertete Tumble-Strömung schneller, so dass das Irregulärströmungsverhältnis tendenziell umso kleiner ist, je kleiner der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe ist. Daher stellt die Sollwert-Berechnungseinheit (Sollwert-Berechnungseinheit 34) den eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) so ein, dass er kleiner wird, wenn der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe (Tumblesteuerklappe 8) kleiner wird. Um den eingestellten Verhältniswert Tr auf diese Weise einzustellen, ist eine Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt, die eine Vergrößerung des Irregulärströmungsverhältnisses R bezogen auf die Tumblesteuerklappe 8 darstellt, vorgesehen. Der eingestellte Verhältniswert Tr kann durch die Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt stark verändert werden.
Zum Beispiel ist die Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt2 bei dem aktuellen eingestellten Wert, bei dem die Öffnung der Tumblesteuerklappe groß ist, größer als eine Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt1 bei dem konstanten Anpassungswert des Öffnungsgrads der nahezu vollständig geschlossenen Tumblesteuerklappe. Daher wird die Beziehung zwischen der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt, die die Vergrößerung des Irregulärströmungsverhältnisses R ist, wenn die Tumblesteuerklappe vollständig geschlossen ist, und dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe, wie in 8 dargestellt, abgebildet.
Dann korrigiert und aktualisiert die Sollwert-Berechnungseinheit 34 den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses unter Verwendung der Vergrößerung Rt1 bei dem konstanten Anpassungswert des Öffnungsgrads der Tumblesteuerklappe und des aktuellen eingestellten Werts Rt2 durch die folgende Gleichung (7). $Tr = Tr \times Rt2/Rt 1$
Wie in den obigen Gleichungen (6) und (7) dargestellt, korrigiert und aktualisiert die Sollwert-Berechnungseinheit 34 den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses, so dass die ECU 20 unter Berücksichtigung des Einlassventil-Timings oder des Tumble-Strömungszustandes, der sich abhängig von dem eingestellten Wert der Tumblesteuerklappe ändert, gesteuert werden kann. Wenn die Sollwert-Berechnungseinheit 34 den Einstellverhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses bestimmt, fährt die Verarbeitung mit Schritt S6 fort.
Als nächstes aktualisiert die Sollwert-Berechnungseinheit 34 eine eingestellte Versorgungsenergie Ec (S6). Hierbei werden Informationen bezüglich der eingestellten Versorgungsenergie Ec unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben, und ferner wird ein Verfahren zum Einstellen der eingestellten Versorgungsenergie Ec unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer aus der Verbrennungsstabilität ermittelten erforderlichen Energie und einem Zündzeitpunkt, wenn der Zündzeitpunkt der Zündkerze 17 unter den Bedingungen desselben Drehmoments und derselben Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT geändert wird, veranschaulicht. Eine horizontale Achse von 9 stellt den Zündzeitpunkt dar und eine vertikale Achse davon stellt die aus der Verbrennungsstabilität bestimmte, erforderliche Energie dar.
Aus 9 ist ersichtlich, dass die aus der Verbrennungsstabilität ermittelte erforderliche Energie tendenziell zunimmt, wenn sich der Zündzeitpunkt von einem optimalen Zündzeitpunkt oder einem Klopfgrenzzündzeitpunkt zu einem Nachlaufwinkel ändert. Auf diese Weise steigt die aus der Verbrennungsstabilität des Kraftstoff-Luft-Gemisches bestimmte, erforderliche Energie bei einem verzögerten Zündzeitpunkt verglichen mit der eingestellten Versorgungsenergie zum optimalen Zündzeitpunkt, wenn sich der Zündzeitpunkt der Zündkerze (Zündkerze 17) bei dem Vorlaufwinkel befindet.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Bewegung eines um die Zündkerze 17 erzeugten Entladungspfads und eine Änderung der Sekundärspannung veranschaulicht.
Die Zündkerze 17 zündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Anlegen einer Hochspannung zwischen durch einen vorgegebenen Abstand getrennten Elektroden, um die Elektroden zu entladen. Zu dieser Zeit wird dem Luft-Kraftstoff-Gemisch aus dem Entladungspfad eine Versorgungsenergie zugeführt. In einem in 10 dargestellten, erläuternden Diagramm (1) der Zündkerze 17 ist ein Zustand der Entladung, die zwischen den Elektroden der Zündkerze 17 zur Zeit T1 erzeugt wird, durch einen Entladungspfad sp1 dargestellt.
In einem erläuternden Diagramm (2) der Zündkerze 17 ist ein Zustand der zwischen den Elektroden der Zündkerze 17 erzeugten Entladung zur Zeit T2 durch einen Entladungspfad sp2 dargestellt. Wenn während des Entladens keine Änderung der Strömungsrichtung vorliegt, ist der Entladungspfad sp2 signifikant verlängert.
Ein Graph (3) stellt die zeitliche Änderung der Sekundärspannung, wenn während des Entladens keine Änderung der Strömungsrichtung erfolgt, dar. Der Graph (3) veranschaulicht, dass die Sekundärspannung ansteigt, wenn sich der Entladungspfad sp2 signifikant verlängert. Wenn die Sekundärspannung auf diese Weise erhöht wird, erhöht sich das Ausmaß der dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführten Energie, so dass die Verbrennung wahrscheinlich stabil ist.
Andererseits ist in einem erläuternden Diagramm (4) der Zündkerze 17 ein Zustand der zur gleichen Zeit T2 zwischen den Elektroden der Zündkerze 17 erzeugten Entladung durch einen Entladungspfad sp3 dargestellt. Wenn eine Änderung der Strömungsrichtung während des Entladens erfolgt, wird die Verlängerung des Entladungspfads sp3 aufgrund der Änderung der Strömung unterdrückt.
Ein Graph (5) stellt eine zeitliche Änderung der Sekundärspannung, wenn eine Änderung der Strömungsrichtung während des Entladens vorliegt, dar. Der Graph (5) veranschaulicht, dass ein Anstieg der Sekundärspannung durch Unterdrücken der Verlängerung des Entladungspfads sp3 ebenfalls unterdrückt wird. Wenn die Sekundärspannung nicht auf diese Weise ansteigt, ist das Ausmaß der dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführten Energie verglichen mit der regulären Strömung relativ gering, so dass die Verbrennung wahrscheinlich instabil ist.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Zündzeitpunkt der Zündkerze 17 und eine Häufigkeitsrate der irregulären Strömung (Irregulärströmungsverhältnis) darstellt. Eine horizontale Achse von 11 stellt einen Kurbelwinkel dar und eine vertikale Achse stellt ein Irregulärströmungsverhältnis dar.
Die Bewegung des Kolbens, der sich von einem unteren Totpunkt (UT) zu einem oberen Totpunkt (OT) bewegt, ist durch den Kurbelwinkel [Grad] dargestellt. Wenn sich der Kolben nahe des unteren Totpunkts befindet, nimmt das Irregulärströmungsverhältnis R einen kleinen Wert an, aber wenn sich der Kolben in Richtung des oberen Totpunkts bewegt, nimmt das Irregulärströmungsverhältnis R einen großen Wert an. Daher steigt, wenn der Zündzeitpunkt verzögert ist, die Häufigkeitsrate der irregulären Strömung, bei der das Ausmaß der dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführten Energie verringert ist. Infolgedessen steigt die für eine stabile Verbrennung erforderliche Versorgungsenergie unter der Bedingung der Zündverzögerung.
Hierbei ist die eingestellte Versorgungsenergie Ec die kleinste erforderliche Energie unter den Bedingungen desselben Drehmoments und derselben Drehzahl. Daher entspricht die eingestellte Versorgungsenergie Ec der Energie, die für eine stabile Verbrennung bei dem in 9 dargestellten optimalen Zündzeitpunkt oder dem Klopfgrenzzündzeitpunkt erforderlich ist. Daher ist die eingestellte Versorgungsenergie Ec durch ein Kennfeld, das auf das erforderliche Drehmoment und die Drehzahl zentriert ist, gegeben. Die Sollwert-Berechnungseinheit 34 kann dann die eingestellte Versorgungsenergie Ec basierend auf dem erforderlichen Drehmoment und der Drehzahl berechnen. Wenn die Sollwert-Berechnungseinheit 34 die eingestellte Versorgungsenergie Ec aktualisiert, fährt die Verarbeitung mit Schritt S7 fort.
Als nächstes stellt die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 fest, ob der berechnete Wert R des Irregulärströmungsverhältnisses den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses übersteigt (S7). Wenn die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 feststellt, dass der berechnete Wert R des Irregulärströmungsverhältnisses den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses übersteigt (Ja in S7), fährt die Verarbeitung mit Schritt S8 fort. Wenn die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 andererseits feststellt, dass der berechnete Wert R des Irregulärströmungsverhältnisses gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses ist (Nein in S7), fährt die Verarbeitung mit Schritt S10 fort.
Nach der Feststellung von Ja in Schritt S7 stellt die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels ein (S8). Ein Anpassungswert des Ausmaßes des Vorlaufwinkels [Grad] oder der Vorlaufwinkelgeschwindigkeit [Grad/ms] pro Zyklus ist zum Beispiel durch einen festen Wert ΔADVref gegeben. Dann berechnet die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels durch die folgende Gleichung (8). Bei der ersten Ausführungsform ist das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels ein Wert, der durch ein im Voraus erstelltes Kennfeld bestimmt wird. Nach dem Berechnen des Ausmaßes ΔADV des Zündvorlaufwinkels geht die Verarbeitung zu Schritt S9 über. $Δ ADV = Δ ADVref$
Als nächstes stellt die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 einen Korrekturzündzeitpunkt ein, der basierend auf dem in Schritt S8 bestimmten Ausmaß ΔADV [Grad] des Zündvorlaufwinkels und einem voreingestellten Wert ADV des Zündzeitpunkts [Grad.ATDC] durch die folgende Gleichung (9) berechnet wird (S9). $ADV = ADV - Δ ADV$
Durch Einstellen des Korrekturzündzeitpunkts auf diese Weise kann die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 unter der Bedingung, dass das Irregulärströmungsverhältnis R hoch ist, eine Vorlaufwinkelsteuerung durchführen. Infolgedessen lässt sich, da der Zündzeitpunkt in einen Zustand, in dem das Irregulärströmungsverhältnis R in dem Entladungszeitraum niedrig ist, geändert wird, ein stabilerer Verbrennungszustand erreichen. Dann, nach Schritt S9, endet die vorliegende Verarbeitung.
Andererseits stellt die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 nach der Feststellung von Nein in Schritt S7 fest, ob die Versorgungsenergie E die eingestellte Versorgungsenergie Ec übersteigt (S10). Wenn die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 feststellt, dass die Versorgungsenergie E die eingestellte Versorgungsenergie Ec übersteigt (Ja in S10), fährt die Verarbeitung mit Schritt S11 fort. Wenn die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 andererseits feststellt, dass die Versorgungsenergie E gleich oder kleiner als die eingestellte Versorgungsenergie Ec ist (Nein in S10), endet die Verarbeitung.
Nach der Feststellung von Ja in Schritt S10 berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 ein Korrekturausmaß ΔE der Versorgungsenergie basierend auf der Versorgungsenergie E und der eingestellten Versorgungsenergie Ec (S11). Das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE wird verwendet, um eine Korrektur zum Verringern der Versorgungsenergie E vorzunehmen. Um dann die Versorgungsenergie E allmählich an die eingestellte Versorgungsenergie Ec anzunähern, berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE zum Beispiel durch die folgende Gleichung (10). $Δ E = (E - Ec) /Niter$
Niter ist eine Variable, die eine Geschwindigkeit der allmählichen Annäherung an den eingestellten Wert definiert und eine reelle Zahl größer als 1 ist.
Nachdem die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE berechnet hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S12 fort.
Als nächstes berechnet die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 eine Korrekturversorgungsenergie Etar basierend auf der Versorgungsenergie E und dem in Schritt S9 erhaltenen Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE (S12). Die Korrekturversorgungsenergie Etar wird zum Beispiel unter Verwendung der folgenden Gleichung (11) berechnet. $Etar = E - Δ E$
Nachdem die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 die Korrekturversorgungsenergie Etar berechnet hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S13 fort.
Durch Berechnen der Korrekturversorgungsenergie Etar durch die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 auf diese Weise kann die Versorgungsenergie entsprechend einer Abnahme des Irregulärströmungsverhältnisses R verringert werden. Infolgedessen können der übermäßige Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung, die durch die Zündkerze 17 erzeugt werden, verringert werden, und eine Verschleißprävention oder eine Ausfallprävention der Zündkerze 17 kann realisiert werden.
Als nächstes stellt die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 eine Zünderregungszeit (Schließdauer) zum Verringern der Versorgungsenergie basierend auf der in Schritt S12 erhaltenen Korrekturversorgungsenergie Etar ein (S13). Die Beziehung zwischen der Zünderregungszeit und der Versorgungsenergie wird entsprechend den Eigenschaften der Zündspule 16 bestimmt. Daher besitzt die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 eine Beziehung zwischen der Zünderregungszeit und der Versorgungsenergie als Kennfeld und bestimmt die Zünderregungszeit aus einer derartigen Beziehung. Je größer die Versorgungsenergie ist, desto länger ist die Zünderregungszeit. Durch Einstellen der Zünderregungszeit durch die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 auf diese Weise erzeugt die Zündkerze 17 die Versorgungsenergie in der Spulensteuerung der Zündspule 16 entsprechend der Korrekturversorgungsenergie Etar.
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine eingestellte Versorgungsenergie Ec, die sich entsprechend der Drehzahl und dem Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT ändert, zeigt. In diesem erläuternden Diagramm stellt eine horizontale Achse die Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT dar und eine vertikale Achse stellt das Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT dar. In der Figur ist die eingestellte Versorgungsenergie Ec durch einen Pfeil dargestellt.
Die Stelle, an der die eingestellte Versorgungsenergie Ec als „klein“ dargestellt ist, zeigt an, dass die eingestellte Versorgungsenergie Ec optimal ist. Da der Druck in dem Zylinder abnimmt und es schwierig wird, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT abnimmt, wird eine Steuerung durchgeführt, um die eingestellte Versorgungsenergie Ec auf „groß“ zu ändern. Da andererseits das Ausmaß des in den Zylinder gesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches auch dann zunimmt, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT steigt und die Drehzahl des Verbrennungsmotors MOT zunimmt, wird eine Steuerung ausgeführt, um die eingestellte Versorgungsenergie Ec auf „groß“ zu ändern.
Als nächstes werden die Timings, mit denen sich verschiedene Werte, die durch die Zündsteuereinheit 24 gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet werden, ändern, beschrieben.
13 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem durch die Zündsteuereinheit 24 berechneten Wert und dem Zündbetätigungsausmaß gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Ein Betriebsbeispiel und eine Wirkung der Zündsteuereinheit 24 gemäß der ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
(Ausgangszustand)
Zuerst ist das Irregulärströmungsverhältnis R kleiner als der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses. Zusätzlich wird das Timing der Zündung mit einem Vorlaufwinkel ausgeführt, und die Versorgungsenergie befindet sich in einem niedrigen Zustand. Zusätzlich ist das Korrekturausmaß der Versorgungsenergie Null und die Zünderregungszeit (Schließdauer) ist ebenfalls Null. Es ist zu beachten, dass das Soll-Drehmoment unabhängig von einem Zeitablauf konstant ist.
(Zeit t1)
Ab der Zeit t1 wird angenommen, dass die Steuerung der Zündverzögerung aufgrund eines Klopfereignisses oder anderer Faktoren unter der Bedingung durchgeführt wird, dass das Soll-Drehmoment konstant ist. Der Zündzeitpunkt, der der Vorlaufwinkel war, wird zur Zeit t1 in Richtung eines Nachlaufwinkels geändert. Infolgedessen beginnt das Irregulärströmungsverhältnis R anzusteigen. Zusätzlich wird die Zünderregungszeit auf „groß“ eingestellt. Wie in 9 dargestellt, erhöht sich die erforderliche Energie, wenn das Timing der Zündung mit einem verzögerten Winkel ausgeführt wird. Daher wird die Versorgungsenergie auch so gesteuert, dass sie in Übereinstimmung mit der Steuerung, die durchgeführt wird, wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird, steigt.
(Zeit t2)
Bei der vorliegenden Ausführungsform übersteigt das Irregulärströmungsverhältnis R den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses zur Zeit t2. Mit diesem Timing wird die Steuerung mit dem Zündzeitpunkt als Vorlaufwinkel durch die Bestimmungsverarbeitung in Schritt S7 von 4 gestartet (S8, S9). Wenn der Zündzeitpunkt in Richtung des Vorlaufwinkels gesteuert wird, verringert sich das Irregulärströmungsverhältnis R.
(Zeit t3)
Ab der Zeit t3 ist das Irregulärströmungsverhältnis R weiterhin niedriger als der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses. Nach der Zeit t3, wie in der Verarbeitung der Schritte S10 bis S13 in 4 dargestellt, ändert sich das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE, um die Versorgungsenergie zu verringern und zu korrigieren, und die Zünderregungszeit nimmt allmählich ab. Zusätzlich erhöht sich zur Zeit t3 das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE, so dass die Versorgungsenergie E abnimmt und die Zünderregungszeit ebenfalls allmählich abnimmt.
In der ECU 20 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird die dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zugeführte Versorgungsenergie unter Berücksichtigung des Irregulärströmungsverhältnisses R, das mit der Änderung der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder zusammenhängt, durch die von der in 3 dargestellten Zündsteuereinheit 24 durchgeführte Verarbeitung vorhergesagt. Dann steuert die Zündsteuereinheit 24 das Ausmaß der Zündbetätigung mit zumindest einem/einer von dem Zündzeitpunkt und der Zünderregungszeit, so dass die Zündsteuereinheit 24 die Versorgungsenergie E verringert. Infolgedessen nimmt die Versorgungsenergie unter der Bedingung, dass das Irregulärströmungsverhältnis R gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert Tr ist, ab, das heißt, die für eine stabile Verbrennung erforderliche Versorgungsenergie wird klein. Durch Steuern der Versorgungsenergie entsprechend dem Irregulärströmungsverhältnis R auf diese Weise ist es möglich, die Wärmeerzeugung der Zündspule 16 und den Verschleiß der Zündkerze 17 zu unterdrücken und die Lebensdauer des Verbrennungsmotorsystems zu verbessern.
Es ist zu beachten, dass der Motor MOT eine Form angenommen hat, bei der der Injektor 13 Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt, aber es kann auch ein Motor, bei dem der durch den in dem Ansaugrohr vorgesehenen Injektor eingespritzte Kraftstoff zusammen mit Gas in den Zylinder gesaugt wird, gewählt werden.
Außerdem besitzt der Motor MOT eine Form, bei der die Tumblesteuerklappe 8 in dem Ansaugrohr vorgesehen ist, es kann aber auch eine Form, bei der die Tumblesteuerklappe 8 entfernt ist, gewählt werden t;.
Darüber hinaus kann ein Motor, bei dem das AGR-Gas nicht für die Ansaugluft verwendet wird, gewählt werden.
[Zweite Ausführungsform]
Als nächstes wird ein Beispiel für eine durch die ECU 20 ausgeführte Steuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konfiguration der ECU 20 gemäß der zweiten Ausführungsform ist dieselbe wie die Konfiguration der ECU 20 gemäß der unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsform. Daher werden ein Konfigurationsbeispiel und ein Betriebsbeispiel der ECU 20 gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 14 bis 17 beschrieben.
14 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine interne Konfiguration einer Zündsteuereinheit 24A, die in der ECU 20, die eine Steuereinrichtung für den Verbrennungsmotor MOT darstellt, enthalten ist, zeigt. Die Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Zündsteuereinheit (Zündsteuereinheit 24A), die eine Primärspannung entsprechend einem vorgegebenen Zündbetätigungsausmaß an eine Primärseite der in dem Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) vorgesehenen Zündspule (Zündspule 16) liefert, die in dem Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) vorgesehene Zündkerze (Zündkerze 17) entlädt, und eine Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, in dem das in den Zylinder des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) angesaugte Gas und der Kraftstoff vermischt sind, steuert und den Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor MOT) steuert. Auch in der Zündsteuereinheit 24A wird, um die Versorgungsenergie der Zündkerze 17 zu steuern, das Zündbetätigungsausmaß mit zumindest einen von dem Zündzeitpunkt der Zündkerze 17 und der Zünderregungszeit der Zündspule 16 korrigiert.
Die Zündsteuereinheit 24A besitzt eine Konfiguration, in der die Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit 32 durch eine Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 ersetzt ist und die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 33 durch eine Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142 in der Zündsteuereinheit 24 gemäß der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform ersetzt ist.
Die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit (Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141) schätzt basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) einen geschätzten Wert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R), der anzeigt, dass die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) irregulär ist). Daher schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 einen geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses basierend auf dem Zündzeitpunkt, dem Ventil-Timing, dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe, dem Gaspedal-Öffnungsgrad und der Drehzahl, die eingespeist werden. Das durch die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 geschätzte Irregulärströmungsverhältnis R wird in die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeist.
Die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit (Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142) schätzt ein Energieversorgungsausmaß der Versorgungsenergie E, die der Zündspule (Zündspule 16) durch die Zünderregungszeit zum Erregen der Primärseite der Zündspule (Zündspule 16) zugeführt wird. Zu dieser Zeit schätzt die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142 die Versorgungsenergie E an das in den Zylinder des Verbrennungsmotors MOT strömende Luft-Kraftstoff-Gemisch. Dann schätzt die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142 die Versorgungsenergie E basierend auf einer positiven Korrelation zwischen der eingespeisten Zünderregungszeit (Schließdauer) und der Versorgungsenergie E. Die durch die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142 geschätzte Versorgungsenergie E wird in die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeist.
Die Korrekturbestimmungseinheit (Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35) bestimmt, ob das Zündbetätigungsausmaß korrigiert wird oder nicht, basierend auf einem geschätzten Wert (eingestellter Verhältniswert) des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R), dem Energieversorgungsausmaß und einem Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R). Hierbei enthält der Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) den eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr), und die Korrekturbestimmungseinheit (Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35) bestimmt, ob die Korrektur zum Verringern der Versorgungsenergie durchgeführt wird oder nicht, wenn der geschätzte Wert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr) ist.
Die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) korrigiert das Zündbetätigungsausmaß so, dass der geschätzte Wert des Irregulärströmungsverhältnisses (Irregulärströmungsverhältnis R) kleiner oder gleich dem eingestellten Verhältniswert (eingestellter Verhältniswert Tr), der die zu erreichende Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) darstellt, ist. Hierbei korrigiert die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37) das Zündbetätigungsausmaß, wenn die Korrekturbestimmungseinheit (Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35) feststellt, dass das Zündbetätigungsausmaß korrigiert wird. Andere Blöcke sind mit der ersten Ausführungsform gemeinsam.
15 ist ein Flussdiagramm, das die durch jeden in 14 dargestellten Steuerungsblock ausgeführte Verarbeitung veranschaulicht. Ein Betriebsbeispiel und eine Wirkung der Zündsteuereinheit 24A gemäß der zweiten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Zuerst schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 das Irregulärströmungsverhältnis R unter Betriebsbedingungen unter Berücksichtigung des Zündzeitpunkts, des Ventil-Timings, des Öffnungsgrads der Tumblesteuerklappe, des erforderlichen Drehmoments und der Drehzahl, die eingespeist werden (S21). Hierbei schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 das Irregulärströmungsverhältnis R unter Verwendung eines eingestellten Verhältniswerts Tr des Irregulärströmungsverhältnisses, eines Erhöhungsausmaßes ΔR des Irregulärströmungsverhältnisses aufgrund der Änderung des Zündzeitpunktes, einer Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI aufgrund der Änderung des Einlassventil-Schließ-Timings, einer Strömungsverhältnis-Vergrößerung Rt entsprechend dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe. Ein Verfahren zum Bestimmen eines jeden Werts wird im Folgenden beschrieben.
Der eingestellte Verhältniswert Tr für das Irregulärströmungsverhältnis wird aus dem in 6 dargestellten Kennfeld durch Einspeisen der Drehzahl und des erforderlichen Drehmoments des Verbrennungsmotors MOT durch die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 ermittelt.
Das Ausmaß ΔR der Erhöhung des Irregulärströmungsverhältnisses aufgrund der Änderung des Zündzeitpunkts wird durch die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 basierend auf einer Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Irregulärströmungsverhältnis, wie in 16 dargestellt, erhalten.
16 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Irregulärströmungsverhältnis R darstellt.
Wie in 16 dargestellt, ändert sich das Irregulärströmungsverhältnis R, wenn ein konstanter Anpassungswert des Zündzeitpunkts und ein eingestellter Istwert des Zündzeitpunkts voneinander abweichen.
Daher wird die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Irregulärströmungsverhältnis R vorbereitet und in der ECU 20 bereitgestellt. Infolgedessen kann die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 ein durch eine Differenz zwischen dem eingestellten Zündzeitpunkt und dem konstanten Anpassungswert verursachtes Änderungsausmaß ΔR des Irregulärströmungsverhältnisses berechnen. Dann schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit (Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141) dass das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) größer ist, wenn der Zündzeitpunkt der Zündkerze 17 verzögert ist. Infolgedessen kann die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert des Irregulärströmungsverhältnisses entsprechend dem Zündzeitpunkt schätzen.
Es ist zu beachten, dass die in 16 dargestellte Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Irregulärströmungsverhältnis R verwendet werden kann, um das Änderungsausmaß ΔR des Irregulärströmungsverhältnisses zu berechnen, indem es im Voraus an einer Vielzahl von Betriebspunkten experimentell erstellt und in der ECU 20 gespeichert wird.
Zusätzlich wird ein Kennfeld, das dem in 6 dargestellten Kennfeld, das die Beziehung zwischen der Drehzahl und dem Drehmoment des Verbrennungsmotors darstellt, ähnlich ist, in der ECU 20 gespeichert. Dann schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit (Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141), dass das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) kleiner wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) zunimmt, und schätzt, dass das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R), größer wird, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors (Verbrennungsmotor MOT) zunimmt. Infolgedessen kann die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert des Irregulärströmungsverhältnisses entsprechend dem Drehmoment des Verbrennungsmotors MOT schätzen.
Da die bei demselben Kurbelwinkel bewertete Strömung mit fortschreitender Einlassventil-Schließzeit gedämpft wird, tendiert das Irregulärströmungsverhältnis R dazu, mit fortschreitendem Einlassventil-Schließ-Timing zuzunehmen. Eine Beziehung zwischen dem Schließ-Timing des Einlassventils und dem Irregulärströmungsverhältnis R wird, wie in 7 dargestellt, abgebildet. Wie oben beschrieben, zeigt 7 die Beziehung zwischen der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung RI, die die die Vergrößerung des Irregulärströmungsverhältnisses R an der Referenzventilposition darstellt, und dem Einlassventil-Schließ-Timing. Dann korrigiert die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Vergrößerung RI1 bei dem konstanten Anpassungswert des Einlassventil-Schließ-Timings und dem RI2 bei dem in 7 dargestellten aktuellen eingestellten Wert. Hierbei schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit (Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141), dass das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) größer ist, wenn das Einlassventil-Schließ-Timing (Einlassventil 25) aufgrund der Betätigung des variablen Ventils (variables Ventil 5) fortschreitet. Infolgedessen kann die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert des Irregulärströmungsverhältnisses entsprechend dem Einlassventil-Schließ-Timing 25 schätzen.
Zusätzlich wird die bei demselben Kurbelwinkel ausgewertete Tumble-Strömung schneller, wenn der der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe kleiner wird. Daher ist das Irregulärströmungsverhältnis tendenziell umso kleiner, je kleiner der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe ist. Wie in der oben beschriebenen 8 dargestellt, wird die Beziehung zwischen der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt, die die Vergrößerung des Irregulärströmungsverhältnisses R bei vollständig geschlossener Tumblesteuerklappe ist, und dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe abgebildet („mapped“). Dann korrigiert die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Vergrößerung Rt1 bei dem konstanten Anpassungswert des Öffnungsgrads der Tumblesteuerklappe und Rt2 bei dem in 8 dargestellten aktuellen Einstellwert. Hierbei schätzt die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit (Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141), dass das Irregulärströmungsverhältnis (Irregulärströmungsverhältnis R) kleiner ist, wenn der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe (Tumblesteuerklappe 8) kleiner ist. Infolgedessen kann die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert des Irregulärströmungsverhältnisses entsprechend dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe schätzen.
Fasst man die obigen Korrekturverfahren zusammen, so kann die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses durch die folgende Gleichung (12) unter Verwendung des eingestellten Verhältniswertes Tr des Irregulärströmungsverhältnisses R schätzen. $Re = (Tr + Δ R) \times (RI2/RI1) \times (R2/Rt1)$
Die Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung Rt entsprechend dem Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe erhält man basierend auf der Beziehung zwischen dem Diagramm des Öffnungsgrads der Tumblesteuerklappe und der Irregulärströmungsverhältnis-Vergrößerung, wie in 8 dargestellt. Wenn der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe kleiner wird, steigt die Geschwindigkeit der Ansaugluft in den Zylinder, die Tumble-Strömung wird stärker und das Irregulärströmungsverhältnis, das bei demselben Kurbelwinkel ausgewertet wird, nimmt tendenziell ab. Die Änderung, bei der die Vergrößerung unter der Bedingung, dass der Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe klein ist, wie in 8 dargestellt, verringert wird, weist auf eine derartige Eigenschaft hin.
Durch derartiges Konfigurieren des Verfahrens zur Schätzung des Irregulärströmungsverhältnisses kann die Zündsteuereinheit 24A das Irregulärströmungsverhältnis R als geschätzten Wert Re schätzen, ohne den Strom oder die Spannung der Zündspule 16 zu messen. Dann wird eine Zündsteuerung entsprechend dem geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses möglich.
Dann wird die Verarbeitung, nachdem die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit 141 den geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses geschätzt hat, mit Schritt S22 fortgesetzt.
Als nächstes schätzt die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142 die Versorgungsenergie aus der eingestellten Zünderregungszeit (S22). Da die Beziehung zwischen der Zünderregungszeit und der Versorgungsenergie entsprechend den Eigenschaften der Zündspule 16 bestimmt wird, besitzt die ECU 20 die Beziehung zwischen der Zünderregungszeit und der Versorgungsenergie als Kennfeld und schätzt die Versorgungsenergie aus einer derartigen Beziehung. Je größer die Zünderregungszeit ist, desto größer ist die Versorgungsenergie. Da die Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit 142 die Versorgungsenergie auf diese Weise schätzen kann, kann die Zündsteuereinheit 24A die Versorgungsenergie berechnen, ohne den Strom oder die Spannung der Zündspule 16 zu messen.
Da die Verarbeitung (Schritte S5 bis S13) nach Schritt S22 dieselbe ist wie die Verarbeitung, die durch die Zündsteuereinheit 24 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform durchgeführt wird, wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet. Die Verarbeitung in Schritt S7 unterscheidet sich jedoch dadurch, dass das geschätzte Irregulärströmungsverhältnis R und der eingestellte Verhältniswert Tr verglichen werden.
17 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem durch die Zündsteuereinheit 24A berechneten Wert und dem Zündbetätigungsausmaß gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Ein Betriebsbeispiel und eine Wirkung der Zündsteuereinheit 24A gemäß der zweiten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
(Zeit t1)
Da jeder Wert in einem Anfangszustand mit dem in 13 dargestellten Zeitdiagramm übereinstimmt, erfolgt die Beschreibung ab der Zeit t1. Wie oben beschrieben, wird ab der Zeit t1 angenommen, dass eine Zündverzögerungsteuerung aufgrund eines Klopfereignisses oder anderer Faktoren unter der Bedingung, dass das Soll-Drehmoment konstant ist, durchgeführt wird. Wie in 9 dargestellt, steigt die benötigte Energie, wenn das Timing der Zündung mit einem Verzögerungswinkel ausgeführt wird. Daher erhöht sich auch die Versorgungsenergie entsprechend der Steuerung, dass der Zündzeitpunkt mit einem verzögerten Winkel ausgeführt wird.
(Zeit t4)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Irregulärströmungsverhältnis R als das Irregulärströmungsverhältnis Re mit dem Zündzeitpunkt als Eingabe geschätzt. Daher übersteigt der Irregulärströmungsverhältnis-Schätzwert Re den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses zur Zeit t4, die das Timing eines nächsten Zyklus' darstellt, wenn der Zündzeitpunkt durch einen Nachlaufwinkel, wie durch eine durchgezogene Linie L1 in der Figur dargestellt, gesteuert wird. Daher wird die Steuerung mit dem Zündzeitpunkt als Vorlaufwinkel basierend auf dem Ergebnis der Bestimmungsverarbeitung in Schritt S7 von 15 vom nächsten Zyklus an gestartet (S8, S9). Mit der Steuerung des Zündzeitpunkts in Richtung des Vorlaufwinkels beginnt der geschätzte Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses zu sinken. Es ist zu beachten, dass in der Figur der basierend auf dem Mittelwert der Sekundärspannung berechnete Berechnungswert des Irregulärströmungsverhältnisses R, damit er verglichen werden kann, durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie L2 dargestellt ist.
(Zeit t5)
Zur Zeit t5 ist der geschätzte Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses niedriger als der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses. Daher ändert sich das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE basierend auf dem Ergebnis der Bestimmungsverarbeitung in Schritt S7, um die Versorgungsenergie vom nächsten Zyklus an zu verringern und zu korrigieren, und die Zünderregungszeit verringert sich allmählich. Wie oben beschrieben, kann die Versorgungsenergie durch Verwenden des geschätzten Wertes Re des Irregulärströmungsverhältnisses durch die durch die Zündsteuereinheit 24A gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführte Verarbeitung gesteuert werden.
Auch ist es bei der ECU 20 gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform möglich, zu steuern, um die Versorgungsenergie unter der Bedingung, dass der geschätzte Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses ist, zu verringern, ohne die Primärspannung oder den Sekundärstrom der Zündspule 16 zu messen.
Darüber hinaus erhält die Zündsteuereinheit 24A gemäß der vorliegenden Ausführungsform den geschätzten Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses. Wie in 17 dargestellt, ändert sich der geschätzte Wert Re des Irregulärströmungsverhältnisses schneller als die Änderung des Berechnungswertes des Irregulärströmungsverhältnisses R. Daher kann die Lebensdauer der Zündkerze 17 verlängert werden, indem die Versorgungsenergie basierend auf dem durch die Zündsteuereinheit 24A geschätzten Wertes Re des Irregulärströmungsverhältnisses gesteuert wird, da die Zündkerze 17 durch Anlegen einer geeigneten Spannung entladen wird.
[Dritte Ausführungsform]
Als nächstes wird ein Steuerbeispiel, das durch die ECU 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, beschrieben. Die Konfiguration der ECU 20 gemäß der dritten Ausführungsform ist dieselbe wie die Konfiguration der ECU 20 gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wurden. Daher werden ein Konfigurationsbeispiel und ein Betriebsbeispiel der ECU 20 gemäß der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 18 bis 23 beschrieben.
18 ist ein Blockdiagramm, das ein internes Konfigurationsbeispiel einer in der ECU 20, die eine Steuereinrichtung für den Verbrennungsmotor MOT gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, enthaltenen Zündsteuereinheit 24B enthält. Auch bei der Zündsteuereinheit 24B wird, um die Versorgungsenergie der Zündkerze 17 zu steuern, das Zündbetätigungsausmaß, das von dem Zündzeitpunkt der Zündkerze 17 und der Zünderregungszeit der Zündspule 16 zumindest eine(n) enthält, korrigiert.
Die Zündsteuereinheit 24B besitzt eine Konfiguration, bei der bei der Zündsteuereinheit 24 gemäß der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 durch eine feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 ersetzt ist und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 durch eine feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 ersetzt ist.
Die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 berechnet ein Reduktionskorrekturausmaß der Versorgungsenergie basierend auf der dem Bestimmungsergebnis, das durch die Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeist wird, dem AGR-Ventil-Öffnungsgrad, der von dem Sensor, der den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 101 erfasst, eingespeist wird, und dem Feuchte-Erfassungswert der Feuchtesensoren 3a und 3b, und berechnet einen Versorgungsenergie-Sollwert des entsprechenden Zyklus'. Der Versorgungsenergie-Sollwert wird in die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 eingespeist.
Die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 berechnet ein Zündvorlaufwinkelausmaß basierend auf dem von der Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit 35 eingespeisten Bestimmungsergebnis, dem von der feuchteentsprechenden Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 eingespeisten Versorgungsenergie-Sollwert, dem eingespeisten AGR-Ventil-Öffnungsgrad und dem Feuchteberechnungswert und korrigiert den Zündzeitpunkt. Zusätzlich stellt die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 einen Korrekturwert der Zünderregungszeit (Schließdauer) ein. Dann gibt die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 den berechneten Korrekturwert für den Zündzeitpunkt und den Korrekturwert für die Zünderregungszeit an die Zündspule 16 aus.
Die in jedem Block von 18 ausgeführte Verarbeitung ist im Wesentlichen dieselbe wie das in 4 dargestellte Flussdiagramm. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Verarbeitung des durch die Versorgungsenergie-Korrektureinheit 36 ausgeführten Schritts S11 durch die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 ausgeführt wird, und die Verarbeitung des durch die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 37 ausgeführten Schritts S8 durch die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 ausgeführt wird. Nachfolgend werden die Inhalte der Verarbeitung in den Schritten S11 und S8 unter Bezugnahme auf die 19 bis 22 beschrieben.
Zuerst wird in Schritt S11 von 4 der Inhalt der durch die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 durchgeführten Verarbeitung unter Bezugnahme auf die 19 und 20 beschrieben.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die durch die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 durchgeführte Verarbeitung zeigt.
Zuerst schätzt die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 den Verdünnungsgrad des in den Zylinder eingeleiteten Ansauggases basierend auf dem Feuchteerfassungswert und dem AGR-Ventil-Öffnungsgrad (S31), die eingespeist werden. Es wird zum Beispiel angenommen, dass eine Kraftstoffzusammensetzung des Gases CnHm (n Kohlenstoffatome und m Wasserstoffatome) ist. Zusätzlich wird angenommen, dass der Feuchtesensor 3a die atmosphärische Feuchte z (Feuchtedichte/Trockenluftdichte) erfasst, der Feuchtesensor 3b ein Verhältnis X der Feuchtedichte und der Gesamtgasdichte in dem Ansauggas erfasst und die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor MOT mit einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis ausgeführt wird. Wenn in diesem Fall der Verdünnungsgrad durch ein Verhältnis der Masse des Gases außer Luft zur Masse des Gesamtgases, das die Luft enthält, definiert ist, ist der Verdünnungsgrad Yd durch die folgende Gleichung (13) gegeben. $Yd = {(1 + y) Mw + yMb} / {Ma + (1 + y) Mw + yMb}$
Dabei sind y, Ma, Mw und Mb die Größen, die wie unten dargestellt angegeben sind. Hierbei ist Wair die Mol-Masse von Luft, Wco2 ist die Mol-Masse von Kohlendioxid, Wh2o ist die Mol-Masse von Wasser und Wn2 ist die Mol-Masse von Stickstoffmolekülen. $y = {(1 - X) Mw - XMa} / {X (Mw + Mb) - Mw - mWh2o}$
$Ma = 5 (n + 0,5 m) Wair$
$Mw = 5 (n + 0,5 m) zWair$
$Mb = nWco2 + mH2O + (4 n + 2 m) Wn 2$
Auf diese Weise schätzt die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 den Verdünnungsgrad des Ansauggases (das Verhältnis zwischen der Masse des Gases außer Luft und der Masse des Gesamtgases) basierend auf dem Feuchteerfassungswert (Verhältnis der Feuchtedichte in dem Ansauggas zur Gesamtgasdichte). Daher kann der aus der Feuchte berechnete Verdünnungsgrad auf die Steuerung angewandt werden. Es ist zu beachten, dass die obige Gleichung (13) ein Beispiel darstellt, und wenn die angenommene Situation nicht erfüllt ist, kann die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 den Verdünnungsgrad durch ein anderes Verfahren schätzen.
Als nächstes berechnet die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE basierend auf dem Verdünnungsgrad oder der Feuchte (S32). Hierbei bestimmt die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE basierend auf der Versorgungsenergie E, der eingestellten Versorgungsenergie Ec und der Versorgungsenergie-Korrekturausmaßvergrößerung rE. Um die Versorgungsenergie E allmählich an die eingestellte Versorgungsenergie Ec, die den Sollwert darstellt, anzunähern, kann man das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE zum Beispiel durch die folgende Gleichung (14) erhalten. $Δ E = (E - Ec) /Niter \times rE$
Hier wird die Versorgungsenergie-Korrekturausmaßvergrößerung rE beschrieben.
20 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Versorgungsenergie-Korrekturausmaßvergrößerung rE in Bezug auf die Feuchte oder den Verdünnungsgrad darstellt.
Die Versorgungsenergie-Korrekturausmaßvergrößerung rE ist als Funktion des Verdünnungsgrads und der Feuchte wie in 20 dargestellt gegeben. Je höher der Verdünnungsgrad und die Feuchte des Ansauggases sind, desto schneller kann sich die Verbrennungsstabilität aufgrund der Abnahme der dem Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführten Energie ändern. Daher stellt die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182) das durch die Versorgungsenergie-Korrektureinheit (feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181) berechnete Versorgungsenergiekorrekturausmaß kleiner ein, wenn die durch die Feuchteerfassungseinheit (Feuchtesensoren 3a und 3b) erfasste Feuchte des Gases (Ansauggas) zunimmt. Daher wird die Versorgungsenergie-Korrekturausmaßvergrößerung rE so eingestellt, dass das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE kleiner wird, wenn der Verdünnungsgrad oder die Feuchte höher ist.
Es ist zu beachten, dass das in Gleichung (14) verwendete Niter eine Variable ist, die definiert, wie viele Zyklen die Geschwindigkeit, mit der sich die Versorgungsenergie E allmählich der eingestellten Versorgungsenergie Ec, die den Sollwert darstellt, annähert, angewandt wird und eine reelle Zahl größer als 1 ist. Nachdem die feuchteentsprechende Versorgungsenergie-Korrektureinheit 181 das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE bestimmt hat, fährt die Verarbeitung mit Schritt S12 fort. Durch Einstellen des Versorgungsenergie-Korrekturausmaßes ΔE auf diese Weise ist es möglich, die Abnahme der Versorgungsenergie E unter Berücksichtigung der Zunahme der Feuchte zu korrigieren. Darüber hinaus ist es durch Einstellen des Versorgungsenergie-Korrekturausmaßes ΔE selbst unter Bedingungen mit hoher Feuchte, bei denen die Verbrennung dazu neigt, instabil zu werden (Bedingungen, bei denen die Feuchte der Ansaugluft hoch ist), möglich, einen Zustand, in dem die Verbrennung aufgrund eines übermäßigen Energieabnahmeausmaßes instabil wird, zu verhindern.
Als nächstes wird in Schritt S8 von 4 der Inhalt der durch die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 durchgeführten Verarbeitung unter Bezugnahme auf die 21 und 22 beschrieben.
21 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die durch die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 ausgeführte Verarbeitung zeigt.
Zuerst schätzt die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 den Verdünnungsgrad basierend auf dem eingespeisten Feuchteerkennungswert (S41). Zu dieser Zeit kann die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 den Verdünnungsgrad durch Durchführen der Verarbeitung in Schritt S31 von 19 und Verwenden von Gleichung (13) schätzen.
Als nächstes berechnet die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 ein Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels entsprechend dem Verdünnungsgrad und der Feuchte (S42). Zu dieser Zeit erhält die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels durch die folgende Gleichung (15) unter Verwendung eines Anpassungswerts ΔADVref des Vorlaufwinkelausmaßes [Grad] oder eines Vorlaufwinkelgeschwindigkeitsausmaßes [Grad/ms], der als fester Wert unter den Anpassungsbetriebsbedingungen gegeben ist, und eine Zündvorlaufwinkel-Korrekturvergrößerung rA. Wie oben beschrieben, ist bei der dritten Ausführungsform das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels ein Wert, der entsprechend dem Verdünnungsgrad und der Feuchte bestimmt wird. $Δ ADV = rA \times Δ ADVref$
Hier wird eine Zündvorlaufwinkel-Korrekturvergrößerung rA beschrieben.
22 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Zündvorlaufwinkel-Korrekturvergrößerung rA in Bezug auf die Feuchte oder den Verdünnungsgrad darstellt.
Die Zündvorlaufwinkel-Korrekturvergrößerung rA ist, wie in 22 dargestellt, als Funktion des Verdünnungsgrads und der Feuchte gegeben. Je höher die Feuchte und der Verdünnungsgrad, desto wahrscheinlicher ist es, dass der Zündzeitpunkt instabil wird, wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird. Daher ist es effektiv, den Zündzeitpunkt früher als üblich vorzuverlegen und ihn auf stabile Bedingungen zu bringen. Daher erhöht die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit (feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182) das Vorlaufkorrekturausmaß, das den Zündzeitpunkt der Zündkerze (Zündkerze 17) auf den Vorlaufwinkel korrigiert, wenn die durch die Feuchteerfassungseinheit (Feuchtesensoren 3a und 3b) erfasste Feuchte des Gases zunimmt. Daher wird die Zündvorlaufwinkel-Korrekturvergrößerung rA so eingestellt, dass der Wert umso größer ist, je höher die Feuchte und der Verdünnungsgrad sind. Wenn die feuchteentsprechende Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit 182 das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels berechnet, fährt die Verarbeitung mit Schritt S9 fort, und eine nachfolgende Verarbeitung wird durchgeführt.
Da das Ausmaß ΔADV des Zündvorlaufwinkels auf diese Weise berechnet wird, kann ein Zeitraum für das Einstellen eines Zündnachlaufwinkels auch unter Bedingungen mit hoher Feuchte, bei denen die Verbrennung dazu neigt, unstabil zu sein, verkürzt werden, und es wird möglich, den Verbrennungsmotor MOT stabiler zu betreiben.
23 ist ein Zeitdiagramm, das eine Beziehung zwischen dem durch die Zündsteuereinheit 24B berechneten Wert und dem Zündbetätigungsausmaß gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. Ein Betriebsbeispiel und eine Wirkung der Zündsteuereinheit 24B gemäß der dritten Ausführungsform unter Bedingungen hoher Feuchte werden unter Bezugnahme auf 23 beschrieben.
Es ist zu beachten, dass dem in 23 dargestellten Zeitdiagramm ein Element, das anzeigt, dass der Feuchtezustand hoch ist, hinzugefügt ist. Dann ist in 23 zum Vergleich das Diagramm entsprechend 13 unter der Bedingung niedriger Feuchte durch eine Zweipunkt-Kettenlinie dargestellt, und das Diagramm gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter der Bedingung hoher Feuchte ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
(Zeit t1)
Da jeder Wert in einem Anfangszustand mit dem in 13 dargestellten Zeitdiagramm übereinstimmt, erfolgt die Beschreibung ab der Zeit t1. Auch in 23 wird ab der Zeit t1 angenommen, dass die Steuerung der Zündverzögerung aufgrund eines Klopfereignisses oder anderer Faktoren unter der Bedingung, dass das Soll-Drehmoment konstant ist, durchgeführt wird. Wenn der Zündzeitpunkt mit einem Nachlaufwinkel ausgeführt wird, beginnt das berechnete Irregulärströmungsverhältnis, anzusteigen. Wie in 9 dargestellt, steigt, da der Zündzeitpunkts in Richtung des Nachlaufwinkels gesteuert wird und die erforderliche Energie ansteigt, die Versorgungsenergie ebenfalls an.
(Zeit t2)
Zur Zeit t2 übersteigt das Irregulärströmungsverhältnis R den eingestellten Verhältniswert Tr des Irregulärströmungsverhältnisses, da die Versorgungsenergie E zunimmt. Mit diesem Timing beginnt die Steuerung mit dem Zündzeitpunkt als Vorlaufwinkel durch die Bestimmungsverarbeitung in Schritt S7 von 4 (S8, S9). Da der Zündzeitpunkt in Richtung des Vorlaufwinkels gesteuert wird, verringert sich das Irregulärströmungsverhältnis R.
(Zeit t6)
Unter Bedingungen mit hoher Feuchte wird das Ausmaß des Vorlaufwinkels des Zündzeitpunkts größer eingestellt als unter Bedingungen mit niedriger Feuchte. Infolgedessen schreitet der Zündzeitpunkt schneller voran als bei der Bedingung niedriger Feuchte. Daher beginnt das berechnete Irregulärströmungsverhältnis R zu sinken und das Irregulärströmungsverhältnis R fällt zur Zeit t6 unter den eingestellten Verhältniswert Tr des Regulärströmungsverhältnisses. Da außerdem das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß ΔE zunimmt, um die Versorgungsenergie zu verringern und zu korrigieren, nimmt die Zünderregungszeit allmählich ab. Dabei wird das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß kleiner eingestellt als die Bedingung bei niedriger Feuchte unter Berücksichtigung der Feuchte der Ansaugluft. Daher wird die Zünderregungszeit, verglichen mit dem Zustand mit niedriger Feuchte, allmählich verringert.
(Zeit t3)
Die Zeit t3 veranschaulicht, wie sich jeder Wert unter Bedingungen mit niedriger Feuchte, wie in 13 dargestellt, ändert. 23 veranschaulicht, dass das Timing, mit dem sich jeder Wert unter Bedingungen hoher Feuchte ändert, früher ist als das Timing, mit dem sich jeder Wert unter Bedingungen niedriger Feuchte ändert.
Bei der Zündsteuereinheit 24B, die in der ECU 20 gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform enthalten ist, können das Ausmaß des Zündvorlaufwinkels und die Versorgungsenergie unter Berücksichtigung der Änderung der Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und dem stabilen Verbrennungszustand aufgrund des Anstiegs der Feuchte betrieben werden. Infolgedessen kann die Versorgungsenergie selbst bei Bedingungen hoher Feuchte verringert werden, ohne den Verbrennungszustand zu destabilisieren, so dass die Wärmeerzeugung der Zündspule 16 und der Verschleiß der Zündkerze 17 unterdrückt werden können.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene andere Anwendungsbeispiele und Modifikationen ergriffen werden können, solange von dem in den Ansprüchen beschriebene Kern der vorliegenden Erfindung nicht abgewichen wird.
Zum Beispiel beschreibt die oben beschriebene Ausführungsform die Konfiguration des Verbrennungsmotorsystems detailliert und konkret, um die vorliegende Erfindung in leicht verständlicher Weise zu erläutern, und ist nicht notwendigerweise auf diejenige beschränkt, die alle beschriebenen Konfigurationen enthält. Darüber hinaus ist es möglich, in Bezug auf einige der Komponenten der jeweiligen Ausführungsformen weitere Komponenten hinzuzufügen, zu entfernen und zu ersetzen.
Darüber hinaus zeigen Steuerungs- und Informationslinien an, was zur Erläuterung als notwendig erachtet wird, und nicht unbedingt alle Steuerungs- und Informationslinien in dem Produkt. In der Praxis kann davon ausgegangen werden, dass nahezu alle Ausführungsformen miteinander verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Luftströmungssensor
2: Elektronisch gesteuerte Drosselklappe
5: Variables Ventil
8: Tumblesteuerklappe
13: Injektor
14: Zylinder
16: Zündspule
17: Zündkerze
20: ECU
24: Zündsteuereinheit
25: Einlassventil
31: Sekundärspannungsberechnungseinheit
32: Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit
33: Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit
34: Sollwert-Berechnungseinheit
35: Vorlaufwinkel-/Energiekorrektur-Bestimmungseinheit
36: Versorgungsenergie-Korrektureinheit
37: Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit

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 2016217190 A [0009]

Claims

Steuereinrichtung, die eine Zündsteuereinheit, die eine Primärspannung an eine Primärseite einer Zündspule, die in einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist, gemäß einem vorgegebenen Zündbetätigungsausmaß liefert, enthält, eine in dem Verbrennungsmotor vorgesehene Zündkerze entlädt und eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, in dem ein in einen Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugtes Gas und ein Kraftstoff gemischt sind, steuert und die den Verbrennungsmotor durch die Zündsteuereinheit steuert, wobei die Zündsteuereinheit enthält: eine Sekundärspannungsberechnungseinheit, die einen Mittelwert einer auf einer Sekundärseite der Zündspule erzeugten Sekundärspannung berechnet; eine Irregulärströmungsverhältnis-Berechnungseinheit, die ein Verhältnis eines Zyklus', in dem der Mittelwert der Sekundärspannung gleich oder kleiner als ein eingestellter Mittelwert ist, in Bezug auf einen Zyklus des Verbrennungsmotors in einem vorgegebenen Zeitraum als ein Irregulärströmungsverhältnis, das anzeigt, dass eine Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder irregulär ist, berechnet; und eine Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit, die das Zündbetätigungsausmaß so korrigiert, dass das Irregulärströmungsverhältnis gleich oder kleiner als ein eingestellter Verhältniswert, der eine zu erreichende Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnisses darstellt, ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündsteuereinheit enthält: eine Energieversorgungsausmaß-Berechnungseinheit, die ein Energieversorgungsausmaß einer von der Zündkerze an das Luft-Kraftstoff-Gemisch gelieferten Versorgungsenergie basierend auf dem durch die Sekundärspannungsberechnungseinheit berechneten Mittelwert der Sekundärspannung und einem durch einen an der Zündspule angebrachten Stromsensor erfassten Sekundärstrom der Zündspule berechnet; eine Sollwert-Berechnungseinheit, die einen Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors berechnet; und eine Korrekturbestimmungseinheit, die basierend auf dem Irregulärströmungsverhältnis, dem Energieversorgungsausmaß und dem Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses bestimmt, ob die Zündbetätigungsausmaßkorrektur durchgeführt werden soll oder nicht, und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit das Zündbetätigungsausmaß korrigiert, wenn die Korrekturbestimmungseinheit bestimmt, dass die Korrektur des Zündbetätigungsausmaßes durchgeführt wird.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses den eingestellten Verhältniswert enthält, und die Korrekturbestimmungseinheit bestimmt, ob eine Korrektur zum Verringern der auf der Sekundärseite der Zündspule erzeugten Versorgungsenergie durchgeführt wird oder nicht, wenn das Irregulärströmungsverhältnis gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Versorgungsenergie-Korrektureinheit, die ein Versorgungsenergie-Korrekturausmaß zum Durchführen der Korrektur zum Verringern der Versorgungsenergie berechnet und das Versorgungsenergie-Korrekturausmaß an die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit ausgibt, wenn die Korrekturbestimmungseinheit feststellt, dass die Korrektur zum Verringern der Versorgungsenergie durchgeführt wird, aufweist, wobei die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit die Versorgungsenergie basierend auf dem von der Versorgungsenergie-Korrektureinheit eingespeisten Versorgungsenergie-Korrekturausmaß verringert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses eine eingestellte Versorgungsenergie, die die durch die Zündkerze dem Luft-Kraftstoff-Gemisch bei dem eingestellten Verhältniswert zugeführte Versorgungsenergie darstellt, beinhaltet, die Versorgungsenergie-Korrektureinheit eine Differenz zwischen der eingestellten Versorgungsenergie und der Versorgungsenergie als ein Versorgungsenergie-Korrekturausmaß berechnet, wenn das Irregulärströmungsverhältnis gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert ist, und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit die Versorgungsenergie basierend auf dem von der Versorgungsenergie-Korrektureinheit eingespeisten Versorgungsenergie-Korrekturausmaß verringert.
Steuereinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit eine Zünderregungszeit zum Erregen der Primärseite der Zündspule korrigiert.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit einen Zündzeitpunkt der Zündkerze auf einen Vorlaufwinkel korrigiert, wenn das Irregulärströmungsverhältnis den eingestellten Verhältniswert übersteigt.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sollwert-Berechnungseinheit den eingestellten Verhältniswert kleiner einstellt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist und das Drehmoment des Verbrennungsmotors kleiner ist, und den eingestellten Verhältniswert größer einstellt, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedriger ist und das Drehmoment des Verbrennungsmotors größer ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor eine Tumblesteuerklappe, die eine Strömungsgeschwindigkeit des in den Zylinder strömenden Gases verändert, enthält und die Sollwert-Berechnungseinheit den eingestellten Verhältniswert kleiner einstellt, wenn ein Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe kleiner ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor ein variables Ventil, das ein Timing, mit dem ein in dem Verbrennungsmotor vorgesehenes Einlassventil arbeitet, ändert, enthält, und die Sollwert-Berechnungseinheit den eingestellten Verhältniswert größer einstellt, wenn ein Einlassventil-Schließ-Timing aufgrund der Betätigung des variablen Ventils fortschreitet.
Steuereinrichtung nach Anspruch 6, wobei eine aus einer Verbrennungsstabilität des Luft-Kraftstoff-Gemischs bestimmte, erforderliche Energie zunimmt, wenn der Zündzeitpunkt verglichen mit der eingestellten Versorgungsenergie bei einem optimalen Zündzeitpunkt verzögert wird, wenn sich der Zündzeitpunkt der Zündkerze bei dem Vorlaufwinkel befindet.
Steuereinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Verbrennungsmotor eine Feuchteerfassungseinheit, die eine Feuchte des in den Zylinder eingeleiteten Gases erfasst, enthält, und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit das durch die Versorgungsenergie-Korrektureinheit berechnete Versorgungsenergie-Korrekturausmaß kleiner einstellt, wenn die durch die Feuchteerfassungseinheit erfasste Feuchte des Gases höher ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 7, wobei der Verbrennungsmotor eine Feuchteerfassungseinheit, die eine Feuchte des in den Zylinder eingeleiteten Gases erfasst, enthält, und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit ein Vorlaufwinkel-Korrekturausmaß zum Korrigieren des Zündzeitpunkts der Zündkerze auf den Vorlaufwinkel erhöht, wenn die durch die Feuchteerfassungseinheit erfasste Feuchte des Gases höher ist.
Steuereinrichtung, die eine Zündsteuereinheit, die eine Primärspannung an eine Primärseite einer in einem Verbrennungsmotor vorgesehenen Zündspule entsprechend einem vorgegebenen Zündbetätigungsausmaß liefert, enthält, eine in dem Verbrennungsmotor vorgesehene Zündkerze entlädt und eine Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, in dem ein in einen Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugtes Gas und ein Kraftstoff gemischt sind, steuert und die den Verbrennungsmotor durch die Zündsteuereinheit steuert, wobei die Zündsteuereinheit enthält: eine Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit, die einen geschätzten Wert eines Irregulärströmungsverhältnisses, das anzeigt, dass eine Strömung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder irregulär ist, basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors schätzt; und eine Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit, die ein Zündbetätigungsausmaß so korrigiert, dass der geschätzte Wert des Irregulärströmungsverhältnisses gleich oder kleiner als ein eingestellter Verhältniswert, der die zu erreichende Vorgabe des Irregulärströmungsverhältnisses darstellt, ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 14, wobei die Zündsteuereinheit enthält: eine Energieversorgungsausmaß-Schätzeinheit, die ein Energieversorgungsausmaß einer der Zündspule zugeführten Versorgungsenergie entsprechend einer Zünderregungszeit zum Erregen der Primärseite der Zündspule schätzt, eine Sollwert-Berechnungseinheit, die einen Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors berechnet, und eine Korrekturbestimmungseinheit, die basierend auf dem geschätzten Wert des Irregulärströmungsverhältnisses, dem Energieversorgungsausmaß und dem Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses bestimmt, ob das Zündbetätigungsausmaß korrigiert werden soll oder nicht, und die Zündbetätigungsausmaß-Korrektureinheit das Zündbetätigungsausmaß korrigiert, wenn die Korrekturbestimmungseinheit bestimmt, dass die Korrektur des Zündbetätigungsausmaßes durchgeführt wird.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15, wobei der Sollwert des Irregulärströmungsverhältnisses den eingestellten Verhältniswert enthält, und die Korrekturbestimmungseinheit bestimmt, ob eine Korrektur zum Verringern der Versorgungsenergie durchgeführt wird oder nicht, wenn der geschätzte Wert des Irregulärströmungsverhältnisses gleich oder kleiner als der eingestellte Verhältniswert ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15, wobei die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit schätzt, dass das Irregulärströmungsverhältnis größer ist, wenn der Zündzeitpunkt der Zündkerze verzögert ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15, wobei die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit das Irregulärströmungsverhältnis als kleiner einschätzt, wenn eine Drehzahl des Verbrennungsmotors ansteigt, und das Irregulärströmungsverhältnis als größer einschätzt, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors ansteigt.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15, wobei der Verbrennungsmotor eine Tumblesteuerklappe, die eine Strömungsgeschwindigkeit des in den Zylinder strömenden Gases ändert, enthält, und die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit das Irregulärströmungsverhältnis als kleiner einschätzt, wenn ein Öffnungsgrad der Tumblesteuerklappe kleiner ist.
Steuereinrichtung nach Anspruch 15, wobei der Verbrennungsmotor ein variables Ventil, das ein Timing, mit dem ein in dem Verbrennungsmotor vorgesehenes Einlassventil arbeitet, ändert, enthält, und die Irregulärströmungsverhältnis-Schätzeinheit das Irregulärströmungsverhältnis als größer einschätzt, wenn ein Einlassventil-Schließ-Timing aufgrund der Betätigung des variablen Ventils fortschreitet.