DE69729338T2

DE69729338T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Unterdrücken von Drehmomentschwankungen für Brennkraftmaschine mit Magergemischverbrennung

Info

Publication number: DE69729338T2
Application number: DE69729338T
Authority: DE
Inventors: Zenichiro Toyota-shi Mashiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: JPH10176570A; DE69724566D1; DE69724566T2; JP3198957B2; DE69729338D1; EP0849454A3; EP0849454A2; EP0849454B1; US6041755A; EP1296058A1; EP1296058B1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen eines Motors mit Verbrennung eines mageren Gemisches.
EINSCHLÄGIGE TECHNIK
In einem gattungsgemäßen Motor wird Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzventil in einen Einlasskanal eingespritzt, um ein homogenes Gemisch aus Kraftstoff und Luft zum zugehörigen Brennraum zu fördern. Ein Ansaugkanal wird durch eine Drosselklappe geöffnet und geschlossen, welche durch die Bedienung eines Gaspedals betätigt wird. Die Öffnung der Drosselklappe passt die Ansaugluftmenge an (und schließlich die Menge des homogenen Gemisches aus Luft und Kraftstoff), die an den Brennraum des Motors zugeführt wird. Dies steuert die Motorleistung.
Wenn jedoch eine Homogenladungsverbrennung ausgeführt wird, wird durch die Drosselwirkung der Drosselklappe Vakuum erzeugt. Dies erhöht den Energieverlust auf Grund von Pumpen, das sich ergibt, wenn das Gemisch vom Einlasskanal in den Brennraum gezogen wird. Um zu versuchen dieses Problem zu lösen, wurde Schichtladungsverbrennung vorgeschlagen. Bei der Schichtladungsverbrennung wird die Drosselklappe weit geöffnet und Kraftstoff wird direkt in jeden Brennraum zugeführt. Dies erzeugt ein Gemisch, das ein relativ niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Umgebung der Zündkerze hat. Infolgedessen ist der Kraftstoff leichter zu entzünden.
"Verbrennung eines mageren Gemisches" beinhaltet "Schichtladungsverbrennung". "Verbrennung eines mageren Gemisches" beinhaltet nicht nur "Schichtladungsverbrennung", sondern auch "homogene Verbrennung eines mageren Gemisches", welche die Verbrennungsausbreitung mit weniger Kraftstoff verbessert, indem ein Wirbel oder dergleichen in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch während der Homogenladungsverbrennung ausgebildet wird. "Schichtladungsverbrennung" und "Verbrennung eines mageren Gemisches" verringern beide die Menge an Kraftstoff, die an den Brennraum zugeführt wird.
In einem Motor, der die vorstehend genannte "Verbrennung eines mageren Gemisches" ausführt, kann unnormale Verbrennung aufgrund von Selbstentzündung von Kraftstoff, Klopfen, auftreten. Um Klopfen zu unterdrücken, wird die Zündzeitsteuerung verzögert. Verzögerung der Zündzeitsteuerung verringert jedoch die Kraftstoffverbrennungsgeschwindigkeit, was die Verbrennung verschlechtert und die Drehmoment(Leistung)-Schwankungen des Motors erhöht.
Zum Beispiel offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. Hei 4-187851 eine Vorrichtung, die entwickelt wurde, um diesen Nachteil zu überwinden. Diese Vorrichtung erhöht die Menge der Kraftstoffeinspritzung entsprechend dem Betrag der Verzögerung, wenn die Einspritzzeitsteuerung verzögert wird. Der erhöhte Betrag der Kraftstoffeinspritzung unterdrückt die Verschlechterung der Verbrennung und verringert eine Erhöhung von Drehmomentschwankungen.
Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, erhöht die offenbarte Vorrichtung jedoch die Wahrscheinlichkeit von Klopfen. Um Klopfen zu unterdrücken sollte deshalb die Zündzeitsteuerung weiter verzögert werden. Dies kann zu einer Überverzögerung der Zündzeitsteuerung führen, was eine Fehlzündung verursachen kann. Eine solche Fehlzündung würde die Drehmomentschwankungen weiter erhöhen.
Dokument US 5 577 476 offenbart eine Zündzeitsteuerungsvorrichtung für einen Motor, welche die Zündzeitsteuerung entsprechend dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Abgasen korrigiert, die durch eine Abgasrückführvorrichtung in eine Brennkammer rückzuführen sind. Eine Steuereinheit errechnet eine Ausgangszündzeitsteuerung entsprechend dem Betriebszustand des Motors und korrigiert den errechneten Wert vorgezogengerichtet durch einen vorherbestimmten Wert entsprechend der Abgasrückführungsmenge. Des Weitern korrigiert die Steuereinheit den Kompensationswert der Zündzeitsteuerung durch einen vorherbestimmten Wert verzögerungsgerichtet auf die Zeitsteuerung nahe der Grenze, über die hinaus Klopfen beginnt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomentschwankungsverringerungsvorrichtung und ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit Verbrennung eines mageren Gemisches bereitzustellen, das Drehmomentschwankungen verringern kann ohne einen Fehlbetrieb zu erhöhen, der mit einer verzögerten Zündzeitsteuerung verbunden ist.
Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Verringerung von Drehmomentschwankungen eines Verbrennungsmotors bereit, der eine Magergemischverbrennung durchführt. Die Vorrichtung weist folgende Elemente auf: Einen Abgasrückführungsmechanismus zum Rückführen eines Gases von einem Abgaskanal in einen Ansaugkanal des Motors, wobei der Mechanismus einen Abgasrückführungskanal hat, um den Abgaskanal des Motors mit dem Ansaugkanal zu verbinden, ein Ventil, das in dem Abgasrückführungskanal angeordnet ist und einen Aktuator zum Öffnen und Schließen des Ventils; einen Zustandsmeßgeber zum Erfassen eines Laufzustands des Motors; einen Rückführungscomputer zum Errechnen einer Abgasrückführungsmenge basierend auf dem erfassten Laufzustand, und zum Steuern des Aktuators basierend auf der Abgasrückführungsmenge; eine Zündvorrichtung zum Zünden des Kraftstoffs, der in die Brennräume des Motors zugeführt wird; ein Klopfsensor zum Erfassen von Klopfen in dem Motor; eine Zündzeitpunktsteuerungseinrichtung zum Errechnen eines Verzögerungsbetrags der Zündzeitpunktsteuerung basierend auf einem Ergebnis der Klopfermittlung durch den Klopfsensor und zum Steuern der Zündvorrichtung, um die Zündzeitpunktsteuerung um den Verzögerungsbetrag zu verzögern, um Klopfen zu unterdrücken; eine Kompensationssteuerung zum Verringern der Abgasrückführungsmenge gemäß dem errechneten Verzögerungsbetrag.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verringerung von Drehmomentschwankungen eines Verbrennungsmotors mit Verbrennung eines mageren Gemisches bereit, dabei weist das Verfahren folgende Schritte auf:
Ermitteln eines Laufzustands des Motors; Errechnen einer Zielmenge der Abgasrückführung basierend auf dem erfassten Laufzustand; Steuern der Abgasrückführungsmenge basierend auf der Zielmenge; Erfassen, ob Klopfen in dem Motor aufgetreten ist; Errechnen eines Verzögerungsbetrags zum Verzögern der Zündzeitpunktsteuerung des Motors basierend auf dem Ergebnis des Klopferfassungsschrittes; Verzögern der Zündzeitpunktsteuerung um den Verzögerungsbetrag; Verringern der Abgasrückführungsmenge gemäß dem Verzögerungsbetrag.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung zusammen mit der Aufgaben und Vorteilen kann am Besten verstanden werden, indem auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen wird.
1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine Motordrehmomentschwankungsverringerungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen Zylinder von einem Motor zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine "Rückkopplungskompensationskoeffizientenerrechnungsroutine" veranschaulicht, die von der ECU ausgeführt wird;
4(a) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Drehmomentschwankung und einem Rückkopplungsbetrag darstellt;
4(b) ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Drehmomentschwankung und dem Rückkopplungsbetrag darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das eine "Abgasrückführungsmengenkompensationssteuerroutine" darstellt, die durch die ECU ausgeführt wird; und
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Betrag der Verzögerung der Zündzeitsteuerung und dem Betrag der Kompensation der Abgasrückführung darstellt.
BESCHREIBUNG VON BESONDEREN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Drehmomentschwankungsverringerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit Verbrennung eines mageren Gemisches gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausdrücklich beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Motor 1 mit vier Zylindern 1a ausgestattet. Der Aufbau der Brennkammer jedes Zylinders 1a ist in 2 dargestellt. Der Motor 1 hat einen Zylinderblock 2, der Kolben aufnimmt. Die Kolben werden in den Zylindern 1a des Zylinderblocks 2 hin und her bewegt. Ein Zylinderkopf 4 ist oben an dem Zylinderblock 2 angeordnet. Ein Brennraum 5 ist zwischen einem Kolben und einem Zylinderkopf 4 abgegrenzt. Vier Ventile sind für jeden Zylinder 1a bereitgestellt. Die vier Ventile haben ein erstes Einlassventil 6a, ein zweites Einlassventil 6b und zwei Auslassventile 8. Das erste Einlassventil 6a reguliert einen ersten Einlasskanal 7a während das zweite Einlassventil 6b einen zweiten Einlasskanal 7b reguliert. Jedes Auslassventil 8 ist in einem Auslasskanal 9 angeordnet.
Wie in 2 dargestellt, ist der erste Einlasskanal 7a ein spiralförmiger Kanal, der sich in einer spiralförmigen Art und Weise erstreckt. Der zweite Einlasskanal 7b erstreckt sich in einer im Wesentlichen geraden Art und Weise. Zündkerzen 10 sind in der Mitte des Zylinderkopfs 4 so angeordnet, dass sie auf den Brennraum 5 gerichtet sind. Hochspannung wird an jede Zündkerze 10 von einer Zündvorrichtung über einen Verteiler (nicht dargestellt) angelegt. Die Zündzeitsteuerung der Zündkerzen 10 wird durch die Ausgabezeitsteuerung der Hochspannung, die von der Zündvorrichtung 12 übermittelt wird, bestimmt. Ein Kraftstoffeinspritzventil 11 ist in der Nähe der Innenwand des Zylinderkopfs 4 angeordnet und zwar in der Umgebung von jeder Gruppe erster und zweiter Einlassventile 6a, 6b jedes Brennraums 5. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 spritzt Kraftstoff direkt in den zugehörigen Brennraum 5 des Zylinders 1a ein.
In diesem Ausführungsbeispiel spritzt jedes Einlassventil 11 Kraftstoff direkt in den zugehörigen Zylinder 1a ein, wenn entweder Schichtladungsverbrennung oder Homogenladungsverbrennung ausgeführt wird. Wenn Schichtladungsverbrennung ausgeführt wird, spritzt das Ventil 11 Kraftstoff in der Endphase von jedem Verdichtungstakt in den Brennraum 5 ein. Der eingespritzte Kraftstoff wird in einer konzentrierten Art und Weise um die Zündkerze 10 zugeführt und wird verbrannt. Während der Schichtladungsverbrennung ist eine Drosselklappe 23, die nachfolgend beschrieben wird, relativ geöffnet. Wenn andererseits Homogenladungsverbrennung ausgeführt wird, spritzt das Ventil 11 Kraftstoff während dem Ansaugtakt der zugehörigen Kolben in den Brennraum 5 ein. Der eingespritzte Kraftstoff wird mit Luft vermischt, die in den Brennraum 5 von den Einlasskanälen 7a, 7b eingeführt wird und verbrannt.
Wie in 1 dargestellt, ist der erste und zweite Einlasskanal 7a, 7b von jedem Zylinder 1a verbunden mit einem Ausgleichsbehälter 16 und zwar durch einen ersten Ansaugkanal 15a und einen zweiten Ansaugkanal 15b, die in einem Ansaugkrümmer 15 definiert sind. Ein Wirbel-Steuerventil 17 ist in jedem zweiten Ansaugkanal 15b angeordnet. Die Wirbel-Steuerventile 17 sind zum Beispiel mit einem Schrittmotor (oder einem Gleichstrommotor) 19 durch eine gemeinsame Welle 18 verbunden. Der Schrittmotor 19 wird durch Signale gesteuert, die von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 30, die später erklärt wird, übermittelt werden. Der Schrittmotor 19 kann durch einen Aktuatorelement ersetzt werden, das durch einen Vakuumdruck im Einlasskanal 7a, 7b gesteuert wird.
Der Ausgleichsbehälter 16 ist mit einem Luftreiniger 21 über ein Ansaugrohr 20 verbunden. Eine Drosselklappe 23, die durch einen Schrittmotor (oder Gleichstrommotor) 22 geöffnet und geschlossen wird, ist in dem Ansaugrohr 20 angeordnet. Die ECU 30 sendet Signale, um den Schrittmotor 22 zum Öffnen und Schließen der Drosselklappe 23 anzutreiben. Die Drosselklappe 23 passt die Menge von Ansaugluft an, die durch das Ansaugrohr 20 hindurchströmt und in den Brennraum 5 eintritt. In diesem Ausführungsbeispiel bilden das Ansaugrohr 20, der Ausgleichsbehälter 16, der erste Ansaugkanal 15a und der zweite Ansaugkanal 15b einen Ansaugpfad. Ein Drosselsensor 25 ist in der Umgebung der Drosselklappe 23 angeordnet, um den Öffnungswinkel (Drosselwinkel TA) von der Klappe 23 zu ermitteln.
Die Auslasskanäle 9 von jedem Zylinder 1a sind an einen Abgaskrümmer 14 angeschlossen. Nach der Verbrennung wird das Abgas durch einen Abgaskrümmer 14 an ein Abgasrohr (nicht dargestellt) geführt.
Der Motor 1 ist mit einem herkömmlichen Abgasrückführungs(EGR)-Mechanismus 51 versehen, der einen EGR-Kanal 52 und ein EGR-Ventil 53 hat, das in dem EGR-Kanal 52 angeordnet ist. Der EGR-Kanal 52 verbindet einen Teil des Ansaugrohrs 20 an einer stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 23 mit einem Abgasrohr, das mit dem Abgaskrümmer 14 verbunden ist. Das EGR-Ventil 53 hat einen Ventilsitz, einen Ventilkörper (keiner von beiden ist dargestellt) und einen Schrittmotor 54. Der Öffnungsbereich von dem EGR-Ventil 53 wird verändert, indem der Schrittmotor 54 dazu veranlasst wird, den Ventilkörper bezüglich des Ventilsitzes schrittweise zu versetzen. Wenn das EGR-Ventil 53 öffnet, tritt etwas von dem Abgas, welches in das Abgasrohr eingeleitet wurde, in den EGR-Kanal 52 ein. Das Gas wird dann in das Ansaugrohr 20 über das EGR-Ventil 53 eingezogen. Mit anderen Worten, etwas von dem Abgas wird durch den EGR-Mechanismus 51 rückgeführt und zum Luft-Kraftstoff-Gemisch zurückgebracht. Das EGR-Ventil 53 steuert die Rückführmenge des Abgases.
Die ECU 30 ist ein Digitalcomputer, der versehen ist mit einem Schreib-/Lese-Speicher (RAM) 32, einem Festwertspeicher (ROM) 33, einer zentralen Recheneinheit (CPU) 34, die ein Mikroprozessor ist, einem Eingabeanschluss 35 und einem Ausgabeanschluss 36. Ein bidirektionaler Bus 31 verbindet den RAM 32, den ROM 33, die CPU 34, den Eingabeanschluss 35 und den Ausgabeanschluss 36 miteinander.
Ein Gaspedal 24 ist mit einem Pedalwinkelsensor 26A verbunden. Der Pedalwinkelsensor 26A erzeugt Spannung proportional zu einem Grad des Niederdrückens des Gaspedals 24. Dies ermöglicht es den Gaspedalniederdrückbetrag zu ermitteln. Die Spannung, die durch den Pedalwinkelsensor 26A erzeugt wird, wird in die CPU 34 über einen Analog-zu-Digital(A/D)-Wandler 37 und den Eingabeanschluss 35 eingegeben. Das Gaspedal 24 ist auch mit einem Vollverschlussschalter 26B versehen, der ermittelt, ob das Gaspedal 24 überhaupt nicht gedrückt wird. Der Verschlussschalter 26B gibt eine Eins als Vollverschlusssignal aus, wenn das Gaspedal 24 überhaupt nicht gedrückt wird und gibt eine Null aus, wenn das Gaspedal 24 gedrückt wird. Die Ausgabespannung des Verschlussschalters 26B wird in die CPU 34 über den Eingabeanschluss 35 eingegeben.
Ein oberer Todpunkt-Sensor 27 erzeugt einen Ausgabeimpuls, wenn zum Beispiel der Kolben in dem ersten Zylinder 1a die obere Todpunktposition erreicht. Der Ausgabeimpuls wird über den Eingabeanschluss 35 an die CPU 34 zugeführt. Ein Kurbelwinkelsensor 28 erzeugt jedes Mal einen Ausgabeimpuls, wenn eine Kurbelwelle des Motors 1 beispielsweise um einen Kurbelwinkel CA von 30 Grad gedreht wird. Der Ausgabeimpuls, der von dem Kurbelwinkelsensor 28 ausgesendet wird, wird über den Eingabeanschluss 35 an die CPU 34 gesendet. Die CPU 34 liest die Ausgabeimpulse des oberen Todpunkt-Sensors 27 und des Kurbelwinkelsensors 28, um die die Motorgeschwindigkeit NE zu errechnen.
Der Drehwinkel der Welle 18 wird durch einen Wirbel-Steuerventilsensor 29 ermittelt, um den Öffnungsbereich des Wirbel-Steuerventils 17 zu messen. Die Signalausgabe des Wirbel-Steuerventilsensors 29 wird über einen A/D-Wandler 37 und den Eingabeanschluss 35 an die CPU 34 gesendet. Der Drosselsensor 25 ermittelt den Drosselwinkel TA. Diese Signalausgabe des Drosselsensors 25 wird an die CPU 34 über einen A/D-Wandler 37 und den Eingabeanschluss 35 gesendet.
Ein Ansaugdrucksensor 61 ist bereitgestellt, um den Druck in dem Ausgleichbehälter 16 (Ansaugdruck PIM) zu ermitteln. Ein Kühlmitteltemperatursensor 62 ist vorgesehen, um die Temperatur des Motorkühlmittels (Kühlmitteltemperatur THW) zu ermitteln. Diese Sensoren, 61, 62 geben Signale, die auf ermittelten Werten basieren, über entsprechende A/D-Wandler 37 und den Eingabeanschluss 35 an die CPU 34 aus.
Der Zylinderblock 2 ist mit einem Klopfsensor 63 versehen, der die Schwingung ermittelt, die Klopfen beinhaltet, welches durch den Motor 1 erzeugt wird und ein Klopfsignal KCS entsprechend der Frequenz und des Schwingungspegels ausgibt.
Die Sensoren 25–29, 61–63 und der Schalter 26B dienen als Vorrichtungen zum Ermitteln des Betriebszustands des Motors 1.
Der Ausgabeanschluss 36 ist durch Ansteuerschaltkreise 38 verbunden mit den Kraftstoffeinspritzventilen 11, den Schrittmotoren 19, 22, der Zündkerze 10 (Zündvorrichtung 12) und dem EGR-Ventil 53 (dem Schrittmotor 54). Die ECU 30 steuert optimal die Kraftstoffeinspritzventile 11, die Schrittmotoren 19, 22, 54 und die Zündvorrichtung 12 mit Steuerprogrammen, die in dem ROM 33 gespeichert sind, basierend auf Signalen, die von den Sensoren 25–29, 61–63 und dem Schalter 26B gesendet werden.
Ein Programm in Verbindung mit verschiedenen Steuerungen wird nun mit Bezug auf die 3, 4(a) und 4(b) erklärt.
Um die Menge an Kraftstoffeinspritzung durch Regulierung des Kraftstoffeinspritzventils 11 nach der Drehmomentschwankung zu steuern, führt die ECU 30 eine Routine aus, die in 3 veranschaulicht ist, und zwar mit einem Interrupt für jeden vorherbestimmten Kurbelwinkel.
Als erstes errechnet in Schritt 101 die ECU 30 eine Drehmomentschwankung dlnism. Die ECU 30 errechnet eine Veränderung in der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (eine Änderung der Motorgeschwindigkeit) als die Drehmomentschwankung dlnism basierend auf dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 28, das zu jedem vorherbestimmten Kurbelwinkel (30° CA) ausgesendet wird.
Als nächstes errechnet die ECU 30 in Schritt 102 eine Solldrehmomentschwankung Tdlnism basierend auf vorherbestimmten Funktionsdaten. Diese Funktionsdaten wurden vorher ermittelt, indem eine Grundkraftstoffeinspritzmenge QALL, die Motorgeschwindigkeit NE und die Solldrehmomentschwankung Tdlnism als Parameter verwendet wurden. Die Grundkraftstoffeinspritzmenge QALL wird im Voraus in einer separaten Routine basierend auf dem Gaspedalwinkel ACCP und der Motorgeschwindigkeit NE errechnet. Die Solldrehmomentschwankung Tdlnism ist eine Drehmomentschwankung, die unter dem vorherrschenden Betriebszustand des Motors 1 zulässig ist. Mit einer gegebenen Motorgeschwindigkeit NE und einer gegebenen Motorbelastung wird zum Beispiel die Solldrehmomentschwankung Tdlnism ermittelt und zwar entsprechend dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F ansteigt (da das Gemisch aus Kraftstoff und Luft magerer ist) steigt die Solldrehmomentschwankung Tdlnism an.
In Schritt 103 errechnet die ECU 30 einen Rückkopplungsbetrag C(j), der die Kraftstoffeinspritzmenge beeinflusst und zwar basierend auf den Drehmomentschwankungen dlnism und der Solldrehmomentschwankung Tdlnism. Genauer wählt die ECU 30 eine Rückkopplungsbetragsfunktion aus verschiedenen möglichen Rückkopplungsbetragsfunktionen basierend auf der Solldrehmomentschwankung Tdlnism aus. Zwei Graphen solcher Funktionen sind in 4(a) und 4(b) gegeben. Die horizontalen Achsen zeigen den Unterschied zwischen der Drehmomentschwankung dlnism und der Solldrehmomentschwankung Tdlnism (dlnism – Tdlnism) und die vertikalen Achsen zeigen C(j). Jede der horizontalen Achsen beinhaltet acht Bereiche L4, L3, L2, L1, H1, H2, H3, H4.
In 4(a) hat jeder der Bereiche L4–L1 und H1–H4 eine maximale Breite, während jeder der Bereiche L4–L1 und H1–H4 des Graphen aus 4(b) eine minimale Breite hat. Eine Anzahl anderer ähnlicher Funktionen, die zwischen diesen zwei Extremen sind, werden auch angewendet. Mit anderen Worten werden weitere Funktionsgraphen angewendet, die Bereiche L4–L1 und H1–H4 haben, die in der Breite zwischen denen aus 4(a) und 4(b) liegen, so dass die Breite ihrer Bereiche L4–L1 und H1–H4 sich schrittweise zwischen denen, die in 4(b) und denen die in 4(a) dargestellt sind, erhöhen. Wenn die errechnete Solldrehmomentschwankung Tdlnism hoch ist oder nahe des maximal erwarteten Werts ist, wählt die ECU 30 die Funktion aus, die durch den Graph aus 4(a) vertreten ist. Für Werte der Solldrehmomentschwankung Tdlnism, die zwischen dem Maximal- und Minimalwert liegen, wählt die ECU 30 proportional einen der nicht veranschaulichten Funktionen aus, die zwischen den veranschaulichten Extremen liegen.
In diesem Ausführungsbeispiel steigt der Rückkopplungsbetrag C(j) in umgekehrter Reihenfolge für die Bereiche L1–L4 und der Reihenfolge für die Bereiche H1–H4. Die ECU 30 errechnet den Rückkopplungsbetrag C(j) entsprechend der Differenz der Drehmomentschwankung dlnism und der Solldrehmomentschwankung Tdlnism. Wenn die Differenz zwischen der Drehmomentschwankung dlnism und der Solldrehmomentschwankung Tdlnism in einem der Bereiche L4–L1 liegt, nimmt der Rückkopplungsbetrag C(j) zum Regulieren der Kraftstoffeinspritzmenge einen negativen Wert an. Optional kann der Rückkopplungsbetrag C(j) in den Bereichen L4–L1 überall Null sein. Wenn die Drehmomentschwankung dlnism in einem der Bereiche H1–H4 liegt, nimmt der Rückkopplungsbetrag C(j) einen positiven Wert an.
Im nachfolgenden Schritt 104 ermittelt die ECU 30, ob ein Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm kleiner ist als ein vorliegender Referenzwert (der Grenzwert des Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrags) C₀. Mit anderen Worten ermittelt die ECU 30, ob die Zündzeitsteuerung überverzögert ist. Ein positives Ergebnis in Schritt 104 kennzeichnet eine Überverzögerung.
Der Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm wird in einer separaten Routine errechnet und zwar entsprechend dem Pegel, der Frequenz und dergleichen des Klopfens, das durch den Klopfsensor 63 ermittelt wird. Genauer, je mehr Klopfen auftritt, desto negativer ist der Zündzeitsteuerungsverzögerungswert aknksm. Mit anderen Worten ist ein großer Absolutwert von aknksm stellvertretend für eine große Zeitsteuerungsverzögerung. Wenn kein Klopfen auftritt, wird der Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm auf Null gesetzt. Der auf diese Weise gesetzte Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm, wird bei der Errechnung der Zündzeitsteuerung T verwendet. Genauer, um die Zündzeitsteuerung T zu ermitteln, errechnet die ECU 30 eine Basiszeitsteuerung T0 basierend auf dem gesetzten Grundkraftstoffeinspritzbetrag QALL und der Motorgeschwindigkeit NE und addiert den Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm zu dieser Basiszeitsteuerung T0.
Wenn der Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm kleiner ist als der Bezugswert C₀, fährt die ECU 30 zu Schritt 105 fort. In diesem Schritt 105 setzt die ECU 30 den Rückkopplungsbetrag C(j) für den Bereich H1 auf Null wie durch die Pfeile in 4(a) und 4(b) gekennzeichnet. Wenn der Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm gleich oder größer ist als der Bezugswert C₀ in Schritt 104, fährt die ECU 30 zu Schritt 106 fort.
In Schritt 106, der von Schritt 104 oder 105 erreicht wird, errechnet die ECU 30 einen Rückkopplungskompensationskoeffizienten FAF, der zur Kraftstoffeinspritzmenge zugehörig ist, basierend auf dem errechneten Rückkopplungsbetrag C(j) für die Kraftstoffeinspritzmenge. Das heißt, die ECU 30 addiert den Rückkopplungsbetrag C(j) zu einem vorhergehenden Rückkopplungskompensationskoeffizienten FAF_i–1, um einen neuen Rückkopplungskompensationskoeffizienten FAF zu erhalten.
Dann schließt die ECU 30 vorübergehend die nachfolgende Berechnung ab. Der aktuell errechnete Rückkopplungskompensationskoeffizient FAF wird zusammen mit der Grundkraftstoffeinspritzmenge QALL bei der Berechnung der Endkraftstoffeinspritzmenge in einer Kraftstoffeinspritzsteuerprogrammroutine verwendet.
Der Betrieb der Drehmomentschwankungsverringerungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben.
Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Grundkraftstoffeinspritzmenge QALL in einer separaten Routine auf Basis des Gaspedalwinkels ACCP und der Motorgeschwindigkeit NE berechnet. In der Routine aus 3 kompensiert die ECU 30 die Kraftstoffeinspritzmenge, um die tatsächliche Drehmomentschwankung dlnism hin zur Solldrehmomentschwankung Tdlnism zu lenken. Im Besonderen wird die Menge an Kraftstoff erhöht, um die Drehmomentschwankung dlnism zu verringern.
Wenn Klopfen auftritt, wird um das Klopfen zu verringern der Einspritzzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm, der in einer separaten Programmroutine berechnet wird, verringert, um das Klopfen zu verringern. Das heißt die Einspritzzeitsteuerung wird verzögert. Wenn der Einspritzzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm kleiner ist als der Bezugswert C₀ oder wenn die Einspritzzeitsteuerungsverzögerung bis zu einem gewissen Grad erhöht wird, wird der Rückkopplungsbetrag C(j) für den Bereich H1, der in den 4A und 4B dargestellt ist, von einem positiven Wert auf Null zurückgesetzt, wie durch die Pfeile in 4(a) und 4(b) gekennzeichnet. Wenn die Drehmomentschwankung dlnism groß genug ist, um im Bereich H1 zu liegen, begrenzt diese Einstellung ein weiteres Ansteigen des Grundkraftstoffeinspritzbetrags QALL. Diese Begrenzung der Kraftstofferhöhung verhindert, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit ansteigt und verhindert das Klopfen aufgrund von übermäßigem Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge auftritt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Unterdrückung von Klopfen eine höhere Priorität eingeräumt als der Verringerung der Drehmomentschwankung dlnism und zwar durch die Begrenzung der Erhöhung in der Kraftstoffeinspritzmenge. Dies verhindert, dass die Kraftstoffeinspritzmenge ansteigt, um die Drehmomentschwankung dlnism zu verringern und verhindert folglich einen ungewünschten Anstieg der Zündzeitsteuerungsverzögerung. Das heißt Überverzögerung wird verhindert. Dies verhindert Fehlzündungen aufgrund von Zeitsteuerungsüberverzögerung. Dies verhindert das sich wiederholende Problem, das sich aus der wiederholten Unterdrückung von Klopfen und der Verringerung der Drehmomentschwankung dlnism ergibt, welches im Stand der Technik beschrieben ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nun wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden, wurden den Bauteilen, welche die gleichen, wie die entsprechenden Bauteile des ersten Ausführungsbeispiels sind, gleiche Bezugszeichen gegeben.
Wenn gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm erhöht wird, um Klopfen zu unterdrücken, wird die Menge der Abgasrückführung entsprechend der Motorgeschwindigkeit NE kompensiert. Die ECU 30 führt eine Routine aus, die durch das Flussdiagramm aus 5 dargestellt ist und zwar mit einem Interrupt für jeden vorherbestimmten Kurbelwinkel, um die Kompensation auszuführen.
Als erstes errechnet die ECU 30 in Schritt 201 die Motorgeschwindigkeit NE aus dem Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 28 oder dergleichen. Dann ermittelt die ECU 30, dass die Motorgeschwindigkeit NE größer ist als der gegenwärtige Referenzwert NE₀. Wenn diese festgestellt wird, fährt die ECU 30 zu Schritt 202 fort.
In Schritt 202 ermittelt die ECU 30 basierend auf dem Ausgabesignal des Klopfsensors 63, ob Klopfen auftritt. Wenn Klopfen auftritt, fährt die ECU 30 zu Schritt 204 fort.
In Schritt 204 liest die ECU 30 den Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm ein, der separat in einer Routine errechnet wurde, die ähnlich der ist, die in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben wurde. Dann errechnet die ECU 30 einen EGR-Kompensationsbetrag dEGR basierend auf dem Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm. In 6 ist der EGR-Kompensationsbetrag dEGR dargestellt. Mit anderen Worten entsprechen höhere Absolutwerte des Verzögerungsbetrags (größere Zeitverzögerungen) größeren EGR-Kompensationswerten.
Wenn in Schritt 202 kein Klopfen ermittelt wird, fährt die ECU 30 zu Schritt 204 fort, um den EGR-Kompensationsbetrag dEGR auf Null zu setzen. Wenn die Motorgeschwindigkeit NE im vorhergehenden Schritt 201 gleich oder kleiner ist als der Referenzwert NE₀, fährt die ECU 30 zu Schritt 203 fort, um den EGR-Kompensationsbetrag dEGR wie in Schritt 205 auf Null zu setzen.
In Schritt 206, der von Schritt 203, 204 oder 205 erreicht wird, subtrahiert die ECU 30 den EGR-Kompensationsbetrag dEGR von einem Basis-EGR-Betrag EGR₀ und erhält einen EGR-Betrag EGRF. Der Basis-EGR-Betrag EGR₀ wird basierend auf dem Gaspedalwinkel ACCP oder dergleichen in einer separaten Routine errechnet. Dann schließt die ECU 30 vorübergehend die nachfolgende Berechnung ab.
Bei dieser Routine, wird wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, der Basis-EGR-Betrag EGR₀ um den EGR-Kompensationsbetrag dEGR verringert.
Der Betrieb für die Drehmomentschwankungsverringerungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben.
Zeitweise verringert die Rückführung von Abgasen zur Ansaugluft die Motorgeschwindigkeit und unterdrückt Klopfen. Wenn die Motorgeschwindigkeit NE hoch ist und die Temperatur der Abgase höher ist als ein bestimmtes Niveau, steigert jedoch die Rückführung der Abgase zur Ansaugluft die Ansaugtemperatur. Der Anstieg der Ansaugtemperatur steigert die Verbrennungsgeschwindigkeit. Während die Verbrennungsgeschwindigkeit ansteigt, verschlimmert sich Klopfen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wenn und nur wenn die Motorgeschwindigkeit NE einen vorherbestimmten Wert NE₀ übersteigt und wenn Klopfen auftritt, wird der EGR-Kompensationsbetrag dEGR auf einem positiven Wert eingestellt und zwar basierend auf dem Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm, der separat berechnet wurde. Der EGR-Betrag EGRF wird deshalb um den EGR-Kompensationsbetrag dEGR verringert. Die Verringerung des EGR-Betrags EGRF unterdrückt Klopfen.
Im Allgemeinen werden während der EGR-Betrag EGRF verringert wird, ungewünschte Abgasemissionen erhöht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch die Verringerung des EGR-Betrags EGR₀ durch den EGR-Kompensationsbetrag dEGR nur ausgeführt, wenn Klopfen bei hohen Motorgeschwindigkeiten auftritt und der EGR-Kompensationsbetrag dEGR wird basierend auf dem Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm entsprechend dem Grad des Klopfens eingestellt. Auf diese Art und Weise wird eine Verringerung des EGR-Betrags EGRF entsprechend des Grads an Klopfen minimiert. Dies verhindert, dass der EGR-Betrag EGRF mehr als notwendig verringert wird, so dass sich unerwünschte Abgasemissionen nicht mehr erhöhen als notwendig.
Da des Weiteren Klopfen durch die Verringerung des EGR-Betrags EGRF bei hohen Motorgeschwindigkeiten unterdrückt wird, wird der Zündzeitsteuerungsverzögerungsbetrag aknksm nicht mehr als notwendig erhöht. Dies verhindert die Erhöhung der Drehmomentschwankung und die Verzögerung der Zündzeitsteuerung. Des Weiteren wird das sich wiederholende Problem, das durch die wiederholte Unterdrückung von Klopfen und durch die Verringerung von Drehmomentschwankungen verursacht wird, verhindert.
Es sollte jenen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, ersichtlich sein, dass die Erfindung in vielen anderen spezifischen Arten ausgeführt werden kann. Insbesondere versteht sich, dass die Erfindung in auf die folgenden Arten ausgeführt werden kann:

(a) Anstatt der Verwendung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder der Veränderung der Motorgeschwindigkeit NE kann die Drehmomentschwankung dlnism auch basierend auf anderen Parametern errechnet werden, welche die Drehmomentschwankungen des Motors anzeigen, sowie zum Beispiel eine Schwankung des Verbrennungsdrucks.
(b) In Schritt 201 aus 5, können andere Parameter als die Motorgeschwindigkeit NE verwendet werden, wie zum Beispiel der Gaspedalwinkel und die Kraftstoffeinspritzmenge, so lange sie eine Veränderung der Temperatur der Abgase anzeigen.
(c) Obwohl die elektronisch steuerbare Drosselklappe 23 in dem vorstehend beschrieben Ausführungsbeispielen verwendet wird, kann eine mechanische Drosselklappe, die mit dem Gaspedal 24 verbunden ist, anstattdessen verwendet werden.
(d) Die Kraftstoffeinspritzmenge und der EGR-Betrag können beide kompensiert werden.
(e) Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann die vorliegende Erfindung in einem Zylindereinspritzmotor 1 angewendet werden. Jedoch kann die vorliegende Erfindung in jedem Motortyp angewendet werden, solange der Motor in der Lage ist, die Verbrennung eines mageren Gemisches auszuführen. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung in einem Motor angewendet werden, in dem Kraftstoff gegen die Rückseiten der Einspritzventile 6a, 6b zum Ausführen von Schichtladungsverbrennung eingespritzt wird, angewendet werden. Des Weiteren ist in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel das Kraftstoffeinspritzventil 11 in der Umgebung der Einlassventile 6a, 6b vorgesehen. Jedoch kann das Ventil 11 an jeder Position angeordnet werden, solange das Ventil 11 Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 einspritzen kann.
(f) Der Motor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat spiralförmige Einlasskanäle 7a, 7b, die einen Wirbel der Ansaugluft erzeugen. Jedoch ist ein Wirbel nicht erforderlich. Deshalb kann das Wirbel-Steuerventil 17 und der Schrittmotor 19 weggelassen werden.
(g) Das erste und zweite Ausführungsbeispiel werden in einem Benzinmotor 1 angewendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch in einem Dieselmotor angewendet werden.

Daher sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele und -formen als veranschaulichend und nicht als begrenzend zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf die hierbei gegebenen Details begrenzt, sondern kann innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
Eine Vorrichtung zum Verringern von Drehmomentschwankungen eines Verbrennungsmotors (1) mit Verbrennung eines mageren Gemisches. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (11) führt Kraftstoff an Brennräume des Motors (1) zu. Eine Zündvorrichtung (10, 12) zündet den in die Brennräume zugeführten Kraftstoff. Ein Klopfsensor erfasst Klopfen in dem Motor (1). Eine elektronische Steuereinheit (ECU) (30) errechnet einen Verzögerungsbetrag der Zündzeitsteuerung basierend auf dem Ergebnis der Klopferfassung durch den Klopfsensor und steuert die Zündvorrichtung (12), um die Zündzeitsteuerung um den Verzögerungsbetrag zum Unterdrücken von Klopfen zu verzögern. Die ECU (30) erfasst auch Drehmomentschwankungen des Motors (1). Die ECU (30) erhöht eine Menge an von der Einspritzvorrichtung (11) eingespritztem Kraftstoff um eine Anstiegsmenge, um die Drehmomentschwankungen zu verringern, wenn die erfassten Drehmomentschwankungen größer als ein Zielwert sind. Die ECU (30) begrenzt die Anstiegsmenge wenn die Zündzeitsteuerung um mehr als einen vorherbestimmten Verzögerungsbetrag verzögert wird.

Claims

Eine Vorrichtung zum Verringern von Drehmomentschwankungen eines Verbrennungsmotors (1) mit Verbrennung eines mageren Gemisches, der folgende Elemente aufweist: einen Abgasrückführungsmechanismus (51) zum Rückführen eines Gases von einem Abgaskanal (14) in einen Ansaugkanal (15a, 15b) des Motors (1), wobei der Mechanismus (51) einen Abgasrückführungskanal (52) hat, um den Abgaskanal (14) des Motors (1) mit dem Ansaugkanal (15a, 15b) zu verbinden, ein Ventil (53), das in dem Abgasrückführungskanal (52) angeordnet ist und einen Aktuator (54) zum Öffnen und Schließen des Ventils (53); einen Zustandsmeßgeber (25, 26A, 61) zum Erfassen eines Laufzustands des Motors (1); einen Rückführungscomputer (30) zum Errechnen einer Abgasrückführungsmenge basierend auf dem erfassten Laufzustand, und zum Steuern des Aktuators (54) basierend auf der Abgasrückführungsmenge; eine Zündvorrichtung (10, 12) zum Zünden des Kraftstoffs, der in die Brennräume des Motors (1) zugeführt wird; ein Klopfsensor (63) zum Erfassen von Klopfen in dem Motor (1); und eine Zündzeitpunktsteuerungseinrichtung (30) zum Errechnen eines Verzögerungsbetrags der Zündzeitpunktsteuerung basierend auf einem Ergebnis der Klopfermittlung durch den Klopfsensor (63) und zum Steuern der Zündvorrichtung (10, 12), um die Zündzeitpunktsteuerung um den Verzögerungsbetrag zu verzögern, um Klopfen zu unterdrücken; dabei ist die Vorrichtung gekennzeichnet, durch eine Kompensationssteuerung (30) zum Verringern der Abgasrückführungsmenge gemäß dem errechneten Verzögerungsbetrag.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Zustandsmeßgeber (25, 26A, 61) einen Sensor hat, um eine Anzahl an Umdrehungen des Motors (1) zu erfassen und die Kompesationssteuerung (30) die Abgasrückführungsmenge kompensiert, wenn die Anzahl an Umdrehungen des Motors (1) einen vorherbestimmten Referenzwert übersteigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Kompensationssteuerung (30) eine Abgasrückführungsmenge mehr verringert, als die Zündzeitsteuerung verzögert wird.
Verfahren zum Verringern der Drehmomentschwankung eines Verbrennungsmotors (1) mit Verbrennung eines mageren Gemisches, das folgende Verfahrensschritte aufweist: Ermitteln eines Laufzustands des Motors (1); Errechnen einer Zielmenge der Abgasrückführung basierend auf dem erfassten Laufzustand; Steuern der Abgasrückführungsmenge basierend auf der Zielmenge; Erfassen, ob Klopfen in dem Motor (1) aufgetreten ist; Errechnen eines Verzögerungsbetrags zum Verzögern der Zündzeitpunktsteuerung des Motors (1) basierend auf dem Ergebnis des Klopferfassungsschrittes; und Verzögern der Zündzeitpunktsteuerung um den Verzögerungsbetrag; dabei ist das Verfahren gekennzeichnet durch Verringern der Abgasrückführungsmenge gemäß dem Verzögerungsbetrag.
Verfahren gemäß Anspruch 4, das des Weiteren folgenden Verfahrensschritt aufweist: Erfassen der Anzahl an Umdrehungen des Motors (1) pro Zeiteinheit, wobei der Schritt des Verringerns der Abgasrückführungsmenge ausgeführt wird, wenn die Anzahl an Umdrehungen des Motors (1) pro Zeiteinheit einen vorherbestimmten Referenzwert übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Verfahrensschritt des Verringers der Abgasrückführungsmenge den Schritt aufweist, dass die Abgasrückführungsmenge mehr verringert wird als die Zündzeitsteuerung verzögert wird.