DE102008041346B4

DE102008041346B4 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und Kraftstoffeinspritzsteuersystem

Info

Publication number: DE102008041346B4
Application number: DE102008041346.1A
Authority: DE
Inventors: Satoru Sasaki; Tokuji Kuronita; Youhei Morimoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-08-20
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: US7870845B2; JP2009047058A; JP4760802B2; DE102008041346A1; US20090055083A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Steuern eines Betriebs einer Einspritzeinrichtung (21) derart, dass ein bei jedem Verbrennungszyklus in eine Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und zumindest durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung eingespritzt wird, welche nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird und die eine größere Menge des Kraftstoffs als die erste Einspritzung einspritzt, gekennzeichnet durch:eine Erlangungseinrichtung (S10), die ausgebildet ist, um einen Messwert eines Zylinderdrucks in der Brennkammer zu erlangen, der mit einem Zylinderdrucksensor (20a) gemessen wird; undeine Schätzeinrichtung eines ersten Verbrennungszustands (S20), die ausgebildet ist, um einen tatsächlichen Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert zur Zeit einer zweiten Verbrennung, der auf eine Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurückzuführen ist, aus den Zylinderdruckmesswerten zu schätzen, wobeidie Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um eine auf die Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurückzuführende Wärmeabgaberate basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu berechnen und den Verbrennungszustand basierend auf der Wärmeabgaberate zu schätzen, unddie Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit zu schätzen, die dafür erforderlich ist, dass sich die Wärmeabgaberate um einen vorbestimmten Betrag verändert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem zum Steuern eines Betriebs einer Einspritzeinrichtung, so dass ein bei jedem Verbrennungszyklus in eine Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und durch mehrere Einspritzungen eingespritzt wird.
Üblicherweise ist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung bekannt, die einen Betrieb einer Einspritzeinrichtung derart steuert, dass ein bei jedem Verbrennungszyklus in eine Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und durch mehrere Einspritzungen eingespritzt wird. Eine Technologie, die in jedem von einem Patentdokument 1 ( JP H11-148410 A ) und einem Patentdokument 2 ( JP H11-141386 A ) beschrieben ist, führt beispielsweise eine Einspritzung mit einer geringen Kraftstoffmenge durch eine Piloteinspritzung (erste Einspritzung) vor einer Haupteinspritzung (zweite Einspritzung) durch. Die Piloteinspritzung hat die nachfolgenden Wirkungen (1) und (2).

(1) Da eine Verbrennung des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs (nachfolgend als Pilotverbrennung bezeichnet) vor einer Verbrennung des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs (nachfolgend als Hauptverbrennung bezeichnet) auftritt, wird eine Temperatur einer Wandfläche einer Brennkammer vor dem Beginn der Haupteinspritzung erhöht. Daraus folgend wird eine Zündverzögerung der Haupteinspritzung verhindert, um ein Verbrennungsgeräusch zu verringern.
(2) Da ein durch die Piloteinspritzung ausgebildetes, vorgemischtes Gas in einem frühen Stadium der Hauptverbrennung brennt, kann eine durch die Haupteinspritzung einzuspritzende Einspritzmenge verringert werden. Folglich kann die Verbrennungsgastemperatur verringert werden, um eine Erzeugung von NOx zu verringern.

Die in Patentdokument 1 beschriebene Technologie schätzt eine tatsächlich durch die Piloteinspritzung eingespritzte Einspritzmenge und steuert die Piloteinspritzung derart, dass eine Abweichung zwischen der geschätzten Einspritzmenge und einer Solleinspritzmenge Null wird. Bei der Schätzung wird eine der Pilotverbrennung zurechenbare Veränderung des Zylinderdrucks mit einem Zylinderdrucksensor gemessen und eine Wärmeerzeugung Iq (gezeigt durch einen schraffierten Bereich im Teil (b) von 5) durch die Pilotverbrennung wird basierend auf dem Messergebnis berechnet. Anschließend wird eine Piloteinspritzmenge basierend auf der berechneten Wärmeerzeugung Iq geschätzt.
Da jedoch die Piloteinspritzmenge viel kleiner als die Haupteinspritzmenge ist, ist die durch die Pilotverbrennung verursachte Veränderung des Zylinderdrucks (Veränderung der Wärmeerzeugung Iq) extrem gering. Daher ist eine hohe Genauigkeit eines Zylinderdrucksensors erforderlich, um die Piloteinspritzmenge mit hoher Genauigkeit zu schätzen, was zu einer Kostenerhöhung führt.
Bei einer mehrstufigen Einspritzung (nachfolgend als eine Mehrfacheinspritzung bezeichnet) aus Aufteilen einer Kraftstoffmenge und mehrmaliges Durchführen einer Einspritzung der aufgeteilten Kraftstoffmenge während eines Verbrennungszyklus ist die durch jede Einspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge klein. Daher ist nicht nur für die Piloteinspritzung, die die vorhergehend beschriebenen Wirkungen (1) und (2) hat, sondern auch für andere Einspritzungen eine hohe Genauigkeit des Zylinderdrucksensors erforderlich, um die Einspritzmenge wie vorhergehend beschrieben zu schätzen.
DE 101 59 017 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine. Wenigstens ein Sensor dient zur Erfassung einer ersten Größe, die den Druck im Brennraum wenigstens eines Zylinders charakterisiert. Ausgehend von dieser ersten Größe wird eine zweite Größe ermittelt, die den Maximalwert der Änderung und/oder die Lage des Maximalwertes der Änderung charakterisiert. Diese zweite Größe dient zur Steuerung und/oder Regelung von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine.
DE 100 11 630 A1 betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors. Bei dem Verfahren wird eine Folge von Messwerten bestimmt, die eine Vorverbrennung beschreibt, welche durch eine vor einer Haupteinspritzung stattfindende Voreinspritzung verursacht ist. Anschließend wird die Folge von Messwerten ausgewertet und auf Grundlage der Auswertung zumindest einer der Einspritzparameter der nachfolgenden Voreinspritzung entsprechend nachgeregelt.
In DE 10 2005 058 820 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zylinderindividuell wenigstens eine Größe, die einen jeweiligen Verlauf einer Verbrennung in einem zugehörigen Brennraum charakterisiert, gebildet wird und abhängig von dieser wenigstens einen, den Verbrennungsverlauf charakterisierenden Größe die Regelung von zylinderindividuellen Kraftstoffeinspritzparametern beeinflusst wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung oder ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem bereitzustellen, das in der Lage ist, die für einen Zylinderdrucksensor erforderliche Genauigkeit zu verringern, wenn ein Verbrennungszustand des aufgeteilten und durch mehrere Einspritzungen eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert geschätzt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtungen nach Anspruch 1 oder Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung steuert eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einen Betrieb einer Einspritzeinrichtung derart, dass ein pro Verbrennungszyklus in eine Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und zumindest durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung eingespritzt wird, welche mit einer größeren Kraftstoffmenge als die erste Einspritzung nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung weist einen Erlangungsbereich und einen Schätzbereich eines ersten Verbrennungszustands auf. Der Erlangungsbereich erlangt einen Zylinderdruckmesswert in der Brennkammer, der mit einem Zylinderdrucksensor gemessen wird. Der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands schätzt einen tatsächlichen Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung, der einer Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zuzurechnen ist, aus den Zylinderdruckmesswerten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung trafen den vorhergehend genannten Gesichtspunkt der Erfindung, indem die Aufmerksamkeit auf nachfolgende Punkte gerichtet wurde. Sprich, der tatsächliche Verbrennungszustand des Kraftstoffs durch die erste Einspritzung beeinflusst die Verbrennung des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs (erste Verbrennung) und zudem die Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs (zweite Verbrennung). In dem Fall, in dem die zweite Einspritzung eine größere Kraftstoffmenge als die erste Einspritzung einspritzt, verändert sich des Weiteren der der zweiten Verbrennung zurechenbare Zylinderdruck (als Zylinderdruck zur Zeit der zweiten Verbrennung bezeichnet) in höherem Maße als der der ersten Verbrennung zurechenbare Zylinderdruck (als Zylinderdruck zur Zeit der ersten Verbrennung bezeichnet), falls sich der Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs verändert.
Gemäß dem vorhergehenden Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der angesichts dieser Punkte getroffen wurde, wird in dem Fall, in dem die zweite Einspritzung eine größere Kraftstoffmenge als die erste Einspritzung einspritzt, der tatsächliche Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf dem Messwert bezüglich des Zylinderdrucks zur Zeit der zweiten Verbrennung aus den Zylinderdruckmesswerten geschätzt. Die Veränderung des Zylinderdrucks zur Zeit der zweiten Verbrennung, die die der ersten Einspritzung zurechenbare Veränderung des Verbrennungszustands begleitet, ist größer als die Veränderung des Zylinderdrucks zur Zeit der ersten Verbrennung. Daher kann das für den Zylinderdrucksensor erforderliche Genauigkeitsniveau im Vergleich zu der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie verringert werden, die den der ersten Einspritzung zurechenbaren Verbrennungszustand basierend auf dem Zylinderdruck zur Zeit der ersten Verbrennung schätzt, der nur eine geringe Veränderung verursacht.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst der durch den Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands geschätzte Verbrennungszustand wenigstens eines von einer Wärmeerzeugung durch die erste Einspritzung und einer tatsächlichen Einspritzmenge der ersten Einspritzung. Demnach kann beispielsweise der Betrieb der Einspritzeinrichtung gesteuert werden, um die geschätzte Wärmeerzeugung an eine Sollwärmeerzeugung anzupassen oder um die geschätzte tatsächliche Einspritzmenge an eine Solleinspritzmenge anzupassen. Wenn die Wärmeerzeugung, die tatsächliche Einspitzmenge oder die tatsächlich Einspritzzeit geschätzt sind, kann ein Wert geschätzt werden, der sich auf jeden der Werte bezieht. Ein Beispiel des Werts, der sich auf die Wärmeerzeugung bezieht, umfasst einen Spitzenwert einer Wärmeabgaberate (Wärmeerzeugung pro Zeiteinheit), eine zunehmende Geschwindigkeit der Wärmeabgaberate und dergleichen.
Der Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs wird zudem durch nachfolgende Zustandsveränderungen zusätzlich zu den Veränderungen der Wärmeerzeugung und der tatsächlichen Einspritzmenge verändert.

(1) Veränderung der tatsächlichen Einspritzzeit der ersten Einspritzung oder der Kraftstoffeigenschaften (beispielsweise einer Cetanzahl).
(2) Alterungsbedingte Veränderung eines Sprühzustands (beispielsweise eines Einspritzmusters, das durch eine Einspritzlochform einer Einspritzeinrichtung oder eine Anordnung der Einspritzeinrichtung bestimmt ist).
(3) Alterungsbedingte Veränderung einer Brennkraftmaschine (beispielsweise eine Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses).

Demnach kann der durch den Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands geschätzte Verbrennungszustand die vorhergehenden Zustände (1), (2) oder (3) zusätzlich zu der Wärmeerzeugung und der tatsächlichen Einspritzmenge umfassen. Ein Einfluss der Veränderung des Zylinderdrucks zur Zeit der ersten Verbrennung tritt merklicher bei der Veränderung der Wärmeerzeugung oder der tatsächlichen Einspritzmenge als in den vorhergehenden Zuständen (1), (2) oder (3) auf. Daher ist es vorzuziehen, die Wärmeerzeugung oder die tatsächliche Einspritzmenge als den Verbrennungszustand zu verwenden, der durch den Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands geschätzt wird.
Wie es vorhergehend beschrieben ist, beeinflusst der tatsächliche Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zudem die zweite Verbrennung. Insbesondere beeinflusst der Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs die Anstiegszeit bzw. die Anwachszeit der zweiten Verbrennung merklicher in der zweiten Verbrennung. Die Anstiegszeit der zweiten Einspritzung wird beispielsweise kürzer, wie es in Teil (a) von 6 gezeigt ist, wenn eine Einspritzmenge der ersten Einspritzung kleiner wird (oder wenn die Einspritzzeit vorgestellt wird). Die Anstiegszeit der zweiten Einspritzung wird länger, wie es in Teil (c) von 6 gezeigt ist, wenn die Einspritzmenge der ersten Einspritzung zunimmt (oder wenn die Einspritzzeit nachgestellt wird).
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der angesichts dieses Punkts getroffen wurde, schätzt der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands den Verbrennungszustand basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit, zu der der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zunimmt. Somit kann durch Schätzen des Verbrennungszustands basierend auf einer zeitlichen Veränderung während dem Anstieg des Zylinderdrucks, bei dem die zeitliche Veränderung als eine große Veränderung auftritt, die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
Bezüglich der Schätzung des tatsächlichen Verbrennungszustands des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung kann nachfolgendes Beispiel dargelegt werden. Sprich, ein wie in Patentdokument 1 verwendetes Verfahren des Berechnens einer durch die Pilotverbrennung verursachten Wärmeerzeugung Iq (mit Bezug auf Teil (b) von 5) wird verwendet, um eine durch die Hauptverbrennung verursachte Wärmeerzeugung Iqm (wie beispielsweise durch einen gepunkteten Bereich im Teil (b) von 5 gezeigt ist) zu berechnen und eine Piloteinspritzmenge wird basierend auf der Wärmeerzeugung Iqm geschätzt. Die auf diese Weise berechnete Wärmeerzeugung Iqm ist ein Wert, der durch Integrieren von Werten der Wärmeabgaberate H zu jeweiligen Zeiten berechnet wird (Werte, die mit einer vertikalen Achse in Teil (b) von 5 angegeben werden) und der Gesamtmessfehler (Zylinderdruckmessfehler) enthält, die in den jeweiligen Werten der Wärmeabgaberate H enthalten sind.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der angesichts dieses Punkts getroffen wurde, schätzt der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit, die für den Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung erforderlich ist, um sich um einen vorbestimmten Betrag zu verändern. Da die vorhergehende Zeit aus einem Unterschied (Tdqm) zwischen einer Startzeit der Veränderung des vorbestimmten Betrags (beispielsweise eine Zeit t1, die in Teil (b) von 5 gezeigt ist) und einer Endzeit (t2) derselben berechnet wird, ist das vorhergehend beschriebene Integrieren der Zylinderdruckmesswerte der Wärmeabgaberate unnötig. Daher ist der Messfehler des Werts der Wärmeabgaberate, der in der vorhergehenden Zeit enthalten ist, geringer als der Messfehler, der in der Wärmeerzeugung Iqm enthalten ist, die durch Integrieren der Wärmeabgaberate erhalten wird. Folglich kann die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der angesichts der vorhergehenden Erkenntnis, dass der tatsächliche Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs die Anstiegszeit der zweiten Verbrennung am merklichsten beeinflusst, getroffen wurde, wird der vorbestimmte Betrag als ein Zunahmenbetrag des Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit festgesetzt, zu der der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zunimmt. Somit kann durch Schätzen des Verbrennungszustands basierend auf einer zeitlichen Veränderung während der Zunahme des Zylinderdrucks, bei der die zeitliche Veränderung als eine große Veränderung auftritt, die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schätzt der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands der Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit, in der der zweite Verbrennungszeitzylinderdruckmesswert größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Wenn der Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung wie vorhergehend beschrieben geschätzt wird, kann beispielsweise der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung so verwendet werden, wie er ist, und der Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs kann basierend auf einer Beziehung zwischen der Veränderung des Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung und dem Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs geschätzt werden. Jedoch wird gemäß dem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Wärmeabgaberate, die der Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurechenbar ist, basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung berechnet und der Verbrennungszustand wird basierend auf der Wärmeabgaberate geschätzt.
Gemäß dem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schätzt der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit, die für die Wärmeabgaberate erforderlich ist, um sich um einen vorbestimmten Betrag zu verändern. Wie es vorhergehend beschrieben ist, kann die vorhergehend genannte Zeit aus dem Unterschied (Tdqm) zwischen der Startzeit der Veränderung des vorbestimmten Betrags (beispielsweise die Zeit t1, die in Teil (b) von 5 gezeigt ist) und der Endzeit (t2) derselben berechnet werden. Daher ist der Messfehler der Wärmeabgaberate, der in der Zeit enthalten ist, kleiner als der in der Wärmeerzeugung Iqm, die durch Integrieren der Wärmeabgaberate berechnet wird. Folglich kann die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
Wie es vorhergehend beschrieben ist beeinflusst der Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs die Anstiegszeit bzw. die Anwachszeit der zweiten Verbrennung am merklichsten. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der angesichts dieses Punkts getroffen wurde, ist der vorbestimmte Betrag als ein Anstiegsbetrag der Wärmeabgaberate zu der Zeit festgesetzt, zu der die Wärmeabgaberate zunimmt. Somit wird der Verbrennungszustand basierend auf einer zeitlichen Veränderung in der Wärmeabgaberate während der Zunahme der Wärmeabgaberate geschätzt, bei der die zeitliche Veränderung als eine große Veränderung auftritt. Daher kann die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schätzt der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit, zu der die Wärmeabgaberate größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die zweite Einspritzung eine Haupteinspritzung, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit gesteuert sind, um während eines Verbrennungszykluses einen Hauptteil eines Abtriebsdrehmoments bzw. eines Abgabedrehmoments zu erzeugen. Üblicherweise ist die durch die Haupteinspritzung eingespritzte Einspritzmenge größer als die von anderen Einspritzungen. Daher wird die Verbrennung des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs in hohem Maße durch den Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs beeinflusst. Auch wenn beispielsweise die erste Einspritzmenge leicht verändert wird, verändert sich der Zylinderdruck zur Zeit der zweiten Verbrennung in hohem Maße. Gemäß dem vorhergehenden Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung des Schätzens des Verbrennungszustands basierend auf dem Zylinderdruck zur Zeit der zweiten Verbrennung, der sich mit der Veränderung des Verbrennungszustands stark verändert, die der ersten Einspritzung zurechenbar ist, kann daher die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
In einem Beispiel ist die Haupteinspritzung derart festgesetzt, dass der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff nahe einem Totpunkt des Verdichtungshubs innerhalb der Einspritzzeitdauer zündet. In einem weiteren Beispiel ist die Haupteinspritzung so festgesetzt, dass die Haupteinspritzung innerhalb eines Bereichs von 0° CA (Kurbelwinkel) bis 15° CA nach einem oberen Totpunkt (TDC) durchgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die erste Einspritzung eine Piloteinspritzung, die eine Kraftstoffeinspritzung vor einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs abschließt, wobei eine Einspritzmenge und eine Einspritzzeit der Piloteinspritzung derart gesteuert werden, dass ein Teil des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zusammen mit dem durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff nach einer Vormischzeitdauer verbrannt wird. Herkömmlicherweise beeinflusst eine derartige Piloteinspritzung den Verbrennungszustand des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs in hohem Maße.
Auch wenn sich beispielsweise die Piloteinspritzmenge leicht verändert, verändert sich der Zylinderdruck zur Zeit der zweiten Verbrennung in hohem Maße. Daher kann gemäß dem vorhergehenden Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Schätzgenauigkeit des Verbrennungszustands verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor erforderlich ist, weiter verringert werden kann.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einen zweiten Einspritzzeitsteuerbereich zum Durchführen einer Regelung einer Einspritzzeit der zweiten Einspritzung auf, um einen tatsächlichen Zündzeitpunkt, bei dem der durch die zweite Einspritzung eingespritzte Kraftstoff tatsächlich zündet, an einen Sollzündzeitpunkt anzunähern. Der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands schätzt den Verbrennungszustand basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit, wenn eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt weniger als ein vorbestimmter Betrag ist.
Wenn die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt groß ist, ist die Beziehung zwischen der ersten Verbrennung und der zweiten Verbrennung schwach, obwohl der Zustand der ersten Verbrennung die zweite Verbrennung beeinflusst. Daher ist es schwierig, den Zustand der ersten Verbrennung ausgehend von der zweiten Verbrennung zu schätzen. In dieser Hinsicht wird gemäß dem vorhergehenden Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der Zustand der ersten Verbrennung basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit geschätzt, bei der die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt weniger als der vorbestimmte Wert ist. Daher kann die Schätzgenauigkeit verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung steuert eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einen Betrieb einer Einspritzeinrichtung derart, dass ein bei jedem Verbrennungszyklus in die Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und zumindest durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung eingespritzt wird, welche nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird. Die zweite Einspritzung ist eine Haupteinspritzung, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit derart gesteuert sind, dass der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff nahe einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs innerhalb einer Einspritzzeitdauer zündet. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung weist einen Erlangungsbereich und einen Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands auf. Der Erlangungsbereich erlangt einen Messwert eines Zylinderdrucks in der Brennkammer, der mit einem Zylinderdrucksensor gemessen wird. Der Schätzbereich des ersten Verbrennungszustands schätzt einen tatsächlichen Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert zur Zeit einer zweiten Verbrennung, der einer Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurechenbar ist, aus den Zylinderdruckmesswerten.
Während die zweite Einspritzung gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine größere Menge des Krafftstoffs als die erste Einspritzung einspritzt, ist die zweite Einspritzung gemäß diesem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Haupteinspritzung, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit gesteuert sind, um während eines Verbrennungszykluses einen Hauptteil des Abtriebsdrehmoments zu erzeugen. In dem Fall einer derartigen Haupteinspritzung kann auch dann, wenn die Haupteinspritzung keine größere Menge des Krafftstoffs als die erste Einspritzung einspritzt, gesagt werden, dass der tatsächliche Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zudem die Verbrennung des durch die zweite Einspritzung (Haupteinspritzung) eingespritzten Kraftstoffs (zweite Verbrennung) beeinflusst, die nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird. Daher erzielt dieser Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ebenfalls dieselbe Wirkung wie die des ersten Gesichtspunkts.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Gesichtspunkte und wenigstens eines von der Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkammer und dem Zylinderdrucksensor zum Messen des Zylinderdrucks in der Brennkammer auf. Das Kraftstoffeinspritzsteuersystem kann dieselben Wirkungen wie die vorhergehend genannten verschiedenen Wirkungen haben.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen sowie Betriebsverfahren und die Funktion der bezüglichen Teile sind aus einem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, der angehängten Ansprüchen und der Zeichnungen ersichtlich.
In den Zeichnungen:

1 ist ein Konstruktionsschaubild, das einen Umriss eines Fahrzeugsteuersystems zeigt, welches als ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wirkt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen durch eine ECU ausgeführten Steuervorgang einer Piloteinspritzmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Unterroutinenverarbeiten zum Schätzen eines Pilotverbrennungszustands gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Unterroutinenverarbeiten zum Korrigieren der Piloteinspritzmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist ein Zeitschaubild, das eine Veränderung einer Wärmeabgaberate aufgrund einer Piloteinspritzung und einer Haupteinspritzung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist ein Zeitschaubild, das eine Veränderung einer Anstiegszeitdauer aufgrund einer Veränderung der Piloteinspritzmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuervorgang einer Piloteinspritzmenge gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Unterroutinenverarbeiten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

Nachfolgend ist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung ist als ein Beispiel ein Fall erklärt, in dem die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung in ein System (ein Maschinensteuersystem) zum Durchführen einer Maschinensteuerung einer Hubkolbenmaschine (Brennkraftmaschine) für ein vierrädriges Fahrzeug aufgenommen ist.
1 ist ein Konstruktionschaubild, das einen Umriss eines mit einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgerüstetes Fahrzeugsteuersystem zeigt. Wie es in 1 gezeigt ist, führt das Maschinensteuersystem eine Steuerung einer Vierzylinder-Dieselmaschine 10 durch, die mit einer Common Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgerüstet ist. Das in 1 gezeigte Maschinensteuersystem weist zum Steuern der Maschine 10 verschiedene Sensoren, eine ECU 50 (elektronische Steuereinheit) und dergleichen auf. Nachfolgend sind jeweilige Komponenten, die das System einschließlich der Maschine 10 als das Steuerziel bilden, ausführlich beschrieben.
Die Maschine 10 ist aufgebaut, indem Kolben (nicht gezeigt) jeweils in vier Zylindern 20 aufgenommen sind. Eine Drehstellung (und letztendlich eine Drehzahl und dergleichen) einer Kurbelwelle (einer Abtriebswelle), die an den Kolben vorgesehen ist, kann mit einem Kurbelwinkelsensor 41 gemessen werden. Das heißt, dass der Kurbelwinkelsensor 41 gestaltet ist, um ein Kurbelwinkelsignal an die ECU 50 bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (beispielsweise in einem Zyklus von 30° CA) auszugeben.
Ein variabler Ventilmechanismus 23 ist an einer Nockenwelle als ein Ventilbetätigungsmechanismus für ein Einlassventil und ein Abgasventil vorgesehen. Der variable Ventilmechanismus 23 variiert kontinuierlich Ventilöffnungs-/-schließbetriebsbedingungen, wie z. B. Ventilöffnungs-/-schließzeiten und einen Ventilüberlappbetrag des Einlassventils und des Abgasventils, mit einem bekannten variablen Ventilzeitenmechanismus (VTC). In diesem System wird eine Sensorausgabe eines Nockenpositionssensors der ECU 50 sequenziell eingegeben. Der variable Ventilmechanismus 23 wird gemäß einem Befehl von der ECU 50 geeignet betätigt, um eine optimale Ventilöffnungs-/-schließbetriebsbedingung in Übereinstimmung mit einem Maschinenbetriebszustand, einer Anforderung eines Fahrers oder dergleichen zu jeder Zeit zu verwirklichen.
Ein Luftströmungsmessgerät 14 ist in einem Einlassrohr 11, das ein Einlasssystem der Maschine 10 bildet, zum Messen einer Menge von Frischluft vorgesehen, die durch eine Luftreinigungseinrichtung 13 aufgenommen wird, welche sich an dem stromaufwärtigsten Abschnitt des Einlassrohrs 11 befindet. Ein Zwischenkühler 15 (eine Kühlvorrichtung) ist in dem Einlassrohr 11 zum Kühlen der Einlassluft vorgesehen. Ein Umgehungsdurchgang 11b, der den Zwischenkühler 15 umgeht, ist in dem Einlassrohr 11 ausgebildet. Ein Verhältnis zwischen der durch den Zwischenkühler 15 gekühlten Einlassluft und der durch den Umgehungsdurchgang 11b strömenden Einlassluft wird durch Einstellen eines Öffnungsgrads eines Umgehungsventils 15a eingestellt.
Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 16 ist stromabwärts des Zwischenkühlers 15 vorgesehen, oder genauer gesagt stromabwärts des Umgehungsventils 15a, das an einer Anschlussstelle des Umgehungsdurchgangs 11b vorgesehen ist. Ein Öffnungsgrad des Drosselventils 16 wird durch einen Aktor elektronisch eingestellt, wie z.B. einen Gleichstrommotor. Das Drosselventil 16 ist mit einem Drosselstellungssensor 16a zum Messen einer Stellung (d.h. des Öffnungsgrads) oder einer Bewegung (d.h. der Veränderung der Stellung) des Drosselventils 16 versehen.
Ein DPF 17 (Dieselpartikelfilter) ist in einem Angasrohr 12 vorgesehen, das ein Abgassystem der Maschine 10 bildet. Der DPF 17 wirkt als eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Auffangen von Partikelmaterie (PM) in dem Abgas. Ein Abgastemperatursensor 17a ist stromaufwärts des DPF 17 zum Messen einer Abgastemperatur vorgesehen. Der DPF 17 ist ein kontinuierlich regenerativer PM-Entfernungsfilter zum Auffangen der Partikelmaterie in dem Abgas. Der DPF 17 kann beispielsweise kontinuierlich durch wiederholtes Durchführen einer Verbrennung und eines Entfernens der gesammelten Partikelmaterie (d.h. einer Regenerationsabwicklung) verwendet werden, beispielsweise durch eine Nacheinspritzung, die nach einer Haupteinspritzung durchgeführt wird, welche einen Hauptteil des Ausgabedrehmoments erzeugt. Der DPF 17 stützt einen auf Platin basierenden Oxidationskatalysator (nicht gezeigt) zum Entfernen von sowohl HC und CO als auch eines organisch löslichen Anteils (SOF - „soluble organic fraction“) als einer der Partikelmateriebestandteile.
Eine Einspritzeinrichtung 21 und ein Zylinderdrucksensor 20a sind fernen in der Brennkammer eines jeden Zylinders 20 vorgesehen. Die Einspritzeinrichtung 21 ist eine elektromagnetisch angetriebene Einspritzeinrichtung, die eine Einspritzzufuhr von Kraftstoff (Leichtöl), der zur Verbrennung in der Brennkammer verwendet wird, direkt in die Brennkammer durchführt. Der Zylinderdrucksensor 20a misst einen Druck (Zylinderdruck) an einem Messabschnitt, der in der Brennkammer vorgesehen ist (d.h. an einem vorderen Ende einer Sonde, die in die Brennkammer eingebracht ist).
Hochdruckkraftstoff wird sequenziell von einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zu einer Common Rail 22 gepumpt, so dass die Common Rail 22 den Kraftstoff mit einem hohem Druck speichert, der zu einem Einspritzdruck äquivalent ist. Die Einspritzeinrichtung 21 ist mit der Common Rail 22 als ein Drucksammelrohr durch ein Hochdruckkraftstoffrohr verbunden. Die Common Rail 22 ist mit einem Kraftstoffdrucksensor 22a zum Messen des Kraftstoffdrucks in der Common Rail 22 versehen (Common Rail-Druck). Somit kann der Ursprungsdruck des einzuspritzenden und durch jede Einspritzeinrichtung 21 zuzuführenden Kraftstoffs zu jeder Zeit überwacht werden.
In der Maschine 10 (Dieselmaschine) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine erforderliche Menge des Kraftstoffs eingespritzt und zu jedem Zylinder 20 nach Bedarf durch einen Ventilöffnungsantrieb der Einspritzeinrichtung 21 zugeführt. Das heißt, dass die Einlassluft von dem Einlassrohr 11 während dem Betrieb der Maschine 10 durch eine Öffnungshandlung des Einlassventils in die Brennkammer der Zylinder 20 eingebracht und anschließend mit dem eingespritzten und von der Einspritzeinrichtung 21 zugeführten Kraftstoff gemischt wird, um ein Mischungsgas auszubilden. Das Mischungsgas wird durch den Kolben in den Zylinder 20 verdichtet, wodurch das Mischungsgas zündet (durch Selbstzündung) und verbrennt. Durch die Verbrennung ausgebildetes Abgas wird durch eine Öffnungshandlung des Abgasventils an das Abgasrohr 12 abgegeben.
Ein Turbolader 18 ist zwischen dem Einlassrohr 11 und dem Abgasrohr 12 abgeordnet. Der Turbolader 18 hat einen Einlassverdichter 18a, der in dem Einlassrohr 11 vorgesehen ist, und eine Abgasturbine 18b, die in dem Abgasrohr 12 vorgesehen ist. Der Verdichter 18a und die Turbine 18b sind durch eine Welle 18c verbunden. Das heißt, dass das durch das Abgasrohr 12 strömende Abgas die Abgasturbine 18b dreht und die Drehkraft der Abgasturbine 18b durch die Welle 18c zu dem Einlassverdichter 18a übertragen wird. Der Einlassverdichter 18a verdichtet die durch das Einlassrohr 11 strömende Luft, wodurch die Luft vorverdichtet wird. Das Vorverdichten verbessert einen Füllwirkungsgrad der Einlassluft an jeden Zylinder 20. Bei dem Vorverdichten wird die vorverdichtete Luft durch den Zwischenkühler 15 gekühlt, wodurch ein Füllwirkungsgrad an jeden Zylinder 20 weiterverbessert wird.
Zudem ist eine AGR-Vorrichtung 19 zwischen dem Einlassrohr 11 und dem Abgasrohr 12 angeordnet, um einen Teil des Abgases als ein AGR-Gas (Abgasrückführungsgas) an das Einlasssystem rückzuführen. Die AGR-Vorrichtung 19 besteht aus einem AGR-Rohr 30, das das Einlassrohr 11 und das Abgasrohr 12 verbindet, und einem AGR-Ventil 19a, das aus einem elektromagnetischen Ventil und dergleichen besteht. Das elektromagnetische Ventil des AGR-Ventils 19a ist stromabwärts des Drosselventils 16 in dem Einlassrohr 11 vorgesehen und kann durch dessen Ventilöffnungsgrad einen Durchgangsbereich des AGR-Rohrs 30 und letztendlich ein AGR-Verhältnis einstellen. Das AGR-Verhältnis ist ein Verhältnis einer Menge des AGR-Gases, das zu dem Zylinder rückgeführt wird, zu der Menge des Gesamtabgases.
Ein AGR-Kühler 19c nach wasserkühlender Art (eine Kühlvorrichtung) zum Kühlen des AGR-Gases mit einem Kühlmittel ist in dem AGR-Rohr 30 vorgesehen (d.h. in einem Verbindungsdurchgang zwischen dem Einlassdurchgang und dem Abgasdurchgang). Ein Umgehungsdurchgang 30b, der die AGR-Kühleinrichtung 19c umgeht, ist in dem AGR-Rohr 30 ausgebildet. Die AGR-Vorrichtung 19 ist derart aufgebaut, dass ein Rückführpfad des Abgases durch einen Zustand des Umgehungsventils 19b entschieden wird. Die AGR-Vorrichtung 19 kann durch Rückführen eines Teils des Abgases an das Einlasssystem durch das AGR-Rohr 30 eine Verbrennungstemperatur senken, wodurch die Erzeugung von NOx verhindert wird. Des Weiteren kann durch Durchführen einer Auswahl (eines Schaltens) des Rückführpfads und durch eine variable Steuerung des Strömungsdurchgangsbereichs mit dem Umgehungsventil 19b ein Verhältnis zwischen dem durch die AGR-Kühlrichtung 19c gekühlten Abgas und dem durch den Umgehungsdurchgang 30b strömenden Abgas eingestellt werden.
Zusätzlich zu den Ausgaben (den Messsignalen) der vorhergehend beschriebenen Sensoren werden Signale von verschiedenen Sensoren, wie z.B. einen Beschleunigersensor 42 zum Messen eines Betätigungsbetrags einer Beschleunigungseinrichtung durch einen Fahrer (d.h. eine Beschleunigungseinrichtungsstellung ACCP) der ECU 50 sequentiell eingegeben, die als die Maschinensteuervorrichtung wirkt. Die ECU 50 betätigt verschiedene Aktoren, wie z.B. die Einspritzeinrichtung 21, basierend auf den Messsignalen der verschiedenen Sensoren zum Steuern eines Betriebszustands der Maschine 10.
Genauer gesagt weist die ECU 50 einen Mikrocomputer (nicht gezeigt) auf. Der Mikrocomputer besteht im Wesentlich aus verschiedenen Berechnungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Signalverarbeitungsvorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen und dergleichen, wie z.B. einer CPU (Hauptverarbeitungseinheit) zum Durchführen verschiedener Arten von Berechnungen, einem RAM (Random Access-Memory; Schreib-Lese-Speicher) als ein Hauptspeicher zum vorübergehenden Speichern von Daten bei dem Vorgang der Berechnung, Berechnungsergebnisse und dergleichen, einem ROM (Nur-Lese-Speicher) als ein Programmspeicher, einen EEPROM (elektrisch widerbeschreibbaren nicht flüchtigen Speicher) als einen Speicher zur Datensicherung, einem Backup-RAM (einem RAM, der durch eine Backup-Stromzufuhr, wie z.B. eine Fahrzeug-Batterie, mit Strom versorgt wird), Signalverarbeitungsvorrichtungen, wie z.B. einem A/D-Wandler und einem Uhrerzeugungsschaltkreis, und Eingabe-/Ausgabeanschlüsse zum Eingeben/Ausgeben von Signalen von/zu einer Außenseite.
Des Weiteren ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Hochgeschwindigkeitsprozessor zur digitalen Signalverarbeitung (DSP) zusätzlich zu der CPU vorgesehen, um eine Verarbeitungsgeschwindigkeit der in der Steuerung durchgeführten Signalverarbeitung zu verbessern (insbesondere einer Signalverarbeitung, die die Ausgabe des Zylinderdrucksensors 20a betrifft). Der ROM speichert zuvor verschiedene Programme, Steuerabbilder und dergleichen, die die Maschinensteuerung betreffen, einschließlich eines Programms, dass die Einspritzsteuerung betrifft. Der Datensicherungsspeicher (bspw. der EEPROM) speichert zuvor verschiedene Steuerdaten und dergleichen einschließlich Designdaten der Maschine 10.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die ECU 50 eine Kraftstoffeinspritzmenge (als ein Maschinensteuerbetrag) basierend auf den sequentiell eingegebenen, verschiedenen Sensorausgaben (den Messsignalen) und steuert das Maschinendrehmoment (Abtriebsdrehmoment bzw. Ausgabedrehmoment), das durch eine Verbrennung in der Maschine 10 erzeugt wird, basierend auf der Kraftstoffeinspritzmenge. Das heißt, dass beispielsweise die ECU 50 die Kraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit dem Beschleunigungseinrichtungsbetätigungsbetrag ACCP des Fahrers berechnet und ein Einspritzsteuersignal ausgibt, das eine Kraftstoffeinspritzung mit der Kraftstoffeinspritzmenge an die Einspritzeinrichtung 21 zu einer Einspritzzeit entsprechend einem Maschinenbetriebszustand einer jeden Zeit richtet. Folglich wird das Abtriebsdrehmoment der Maschine 10 basierend auf einem Antriebsbetrag der Einspritzeinrichtung 21 auf einen Sollwert gesteuert (bspw. basierend auf einer Ventilöffnungszeitdauer) .
Die Dieselmaschine führt eine Verbrennung durch Selbstzündung durch und ein Einlassdrosselventil (das Drosselventil 16), das in dem Einlassdurchgang der Maschine 10 vorgesehen ist, wird normalerweise auf einem konstanten Öffnungsgrad gehalten (bspw. in einem vollständig geöffneten Zustand). Daher ist die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge ein Hauptteil der Verbrennungssteuerung der Maschine 10.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie in dem Fall der Vorrichtung, die in jedem der vorhergehend genannten Patentdokumente 1 und 2 beschrieben ist, die Kraftstoffeinspritzsteuerung in der Form einer Mehrfacheinspritzung (mehrstufigen Einspritzung) durchgeführt. Das heißt, dass in einem Verbrennungszyklus vor einer Haupteinspritzung (zweite Einspritzung) zum Erzeugen des Abtriebsdrehmoments eine Piloteinspritzung (erste Einspritzung) mit einer Einspritzmenge durchgeführt wird, die kleiner als eine Einspritzmenge der Haupteinspritzung ist. Die Haupteinspritzung ist eine Einspritzung, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit derart gesteuert sind, dass der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff nahe einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs innerhalb einer Einspritzzeitdauer zündet. Die Piloteinspritzung ist eine Einspritzung, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit derart gesteuert sind, dass die Kraftstoffeinspritzung vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs abgeschlossen ist und ein Teil des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs nach einer Vormischzeitdauer zündet.
Demnach hat die Piloteinspritzung folgende Wirkungen. Sprich, da die Verbrennung des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs (nachfolgend als Pilotverbrennung oder erste Verbrennung bezeichnet) vor der Verbrennung des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs (nachfolgend als Hauptverbrennung oder zweite Verbrennung bezeichnet) auftritt, wird eine Wandflächentemperatur der Brennkammer vor einem Start der Hauptverbrennung erhöht. Folglich kann eine Zündverzögerung der Hauptverbrennung begrenzt werden, wodurch ein Verbrennungsgeräusch verringert wird, das durch eine schnelle Verbrennung des Kraftstoffs in einer kurzen Zeit verursacht wird. Da darüber hinaus das durch die Piloteinspritzung ausgebildete Vormischgas in einem frühen Stadium der Hauptverbrennung verbrennt, kann die Einspritzmenge der Haupteinspritzung verringert werden. Folglich kann die Verbrennungsgastemperatur verringert werden, um eine Erzeugung des NOx zu verringern.
Die ECU 50 (Kraftstoffeinspriztsteuervorrichtung) berechnet eine Solleinspritzmenge und eine Solleinspritzzeit des einzuspritzenden Kraftstoffs während einem Verbrennungszyklus für jede der Einspritzeinrichtungen 21 basierend auf einer Maschinendrehzahl, die durch den Kurbelwinkelsensor 41 gemessen wird, Parametern, die sich auf eine Maschinenlast beziehen, und dergleichen. Die Parameter, die mit der Maschinenlast in Beziehung stehen, umfassen den Beschleunigungseinrichtungsbetätigungsbetrag ACCP des Fahrers, der mit dem Beschleunigungseinrichtungssensor 42 gemessen wird, dem Öffnungsgrad des Drosselventils 16, der mit dem Drosselstellungssensor 16a gemessen wird, einen Einlassdruck und dergleichen. Des Weiteren berechnet die ECU 50 eine Solleinspritzmenge und eine Solleinspritzzeit einer jeden der Haupteinspritzung und Piloteinspritzung basierend auf den Parametern, die mit der Maschinelast in Beziehung stehen, der Maschinendrehzahl und dergleichen.
Nachfolgend ist die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge der Piloteinspritzung mit Bezug auf die in 2 und 4 gezeigten Flussdiagramme ausführlich erklärt. Diese Verarbeitung wird in einem vorbestimmten Zyklus (bspw. einem Zyklus von 10 ms) durch den Mikrocomputer (CPU oder DSP) in der ECU 50 wiederholt ausgeführt.
Als erstes wird in S10 (einem Erlangungsbereich) des im 2 gezeigten Flussdiagramms ein Zylinderdrucksignal (ein Zylinderdruckmesswert) erlangt, der mit dem Zylinderdrucksensor 20a gemessen wird. Anschließend wird in S20 (einem Schätzbereich eines ersten Verbrennungszustands) ein Verbrennungszustand des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs (bspw. die Einspritzmenge) basierend auf dem Zylinderdruck geschätzt, der der Hauptverbrennung zurechenbar ist (d.h. der Zylinderdruck wie aus der Hauptverbrennung: nachfolgend als ein Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung oder als ein Zylinderdruck zur Zeit der zweiten Verbrennung bezeichnet) unter den erlangten Zylinderdruckerlangungswerten.
Wie es vorhergehend beschrieben ist, berechnet die ECU 50 die Solleinspritzmenge der Piloteinspritzung basierend auf der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl. Im nachfolgenden S30 wird die Solleinspritzmenge basierend auf den geschätzten Verbrennungszustand der Pilotverbrennung korrigiert, um die in S20 geschätzte tatsächliche Einspritzmenge basierend auf der berechneten Solleinspritzmenge der Piloteinspritzmenge anzunähern. Dann wird in S40 ein Betrieb der Einspritzeinrichtung 21 (bspw. eine Ventilöffnungszeitdauer) gesteuert, um die in S20 korrigierte Solleinspritzmenge zu erreichen.
3 zeigt eine Unterroutinenverarbeitung zum Schätzen des Zustandes der Pilotverbrennung in S20. Zuerst wird in S21 ein Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung, der der Hauptverbrennung zurechenbar ist, aus den in S10 erlangten Zylinderdruckmesswerten erfasst. Es ist beispielsweise vorzuziehen, einen Zylinderdruckmesswert nach dem TDC als den Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung zu erhalten.
Unter der Annahme, dass eine durch die Verbrennung pro Zeiteinheit (pro vorbestimmten Kurbelwinkel) erzeugte Wärmemenge eine Wärmeabgaberate ist, wird in S22 eine Wärmeabgaberate dQm durch die Hauptverbrennung basierend auf wenigstens dem Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung berechnet. Nachfolgend ist ein Beispiel eines Berechnungsverfahrens der Wärmeabgaberate dQm erklärt.
Ein Zylinderinnenvolumen Vθ ist durch die nachfolgende Gleichung 1 ausgedrückt. $V θ = Vc + π \times \frac{B^{2}}{4} \times (L + \frac{S}{2} - (\frac{S}{2} cos θ c + \sqrt{L^{2} - {(\frac{2}{2} cos θ)}^{2}}))$
In Gleichung 1 stellt Vc einen Totraum (m³) dar, S ist ein Kolbenhub (m), L ist eine Pleuellänge (1) und θc ist ein Kurbelwinkel (°). Ein durch das Zylinderinnenvolumen Vθ und den Kurbelelwinkel θc festgelegter Differentialwert kann in Echtzeit jedes Mal berechnet werden, wenn der Kurbelwinkel θc aktualisiert wird, oder kann im Voraus berechnet werden und sequentiell aus einem Datenabbild ausgelesen werden, das in einem Speicher gesichert ist. Ein Differentialwert, der durch den Zylinderdruck Pc und dem Kurbelwinkel θc festgelegt ist, kann durch Verarbeiten des Messsignals des Zylinderdrucksensors 20a mit dem DSP erhalten werden. Eine Wärmeabgaberate q (= dQ /dθc) wird durch nachfolgende Gleichung 2 berechnet. Unter der Annahme, dass ein Verhältnis κ einer spezifischen Wärme konstant ist, wird nachfolgende Gleichung 2 in Echtzeit berechnet. $q = \frac{d Q}{d θ c} = \frac{1}{κ - 1} (V θ \cdot \frac{d P θ}{d θ c} + κ \cdot P θ \cdot \frac{d V θ}{d θ c})$
Eine tatsächliche Veränderung der Wärmeabgaberate H tritt in einem Modus auf, der in Teil (b) von 5 gezeigt ist. Teil (a) von 5 zeigt eine Veränderung eines Einspritzanweisungssignal INJ (eine Solleinspritzmenge). Eine horizontale Achse eins jeden der Teile (a) und (b) von 5 stellt ein Verstreichen von Zeit dar. Teil (a) von 5 zeigt, dass eine Einspritzzeitdauer der Piloteinspritzung kürzer als die der Haupteinspritzung ist. In Übereinstimmung damit zeigt Teil (b) von 5, dass die Piloteinspritzmenge kleiner als die Haupteinspritzmenge ist und dass eine Wärmeerzeugung durch die Piloteinspritzung (gezeigt durch einen schraffierten Bereiche Iq) kleiner als die Wärmeerzeugung durch die Haupteinspritzung ist (gezeigt durch einen gepunkteten Bereich Iqm).
Anschließend wird im S23 eine Zeit berechnet, die tatsächlich für die Hauptwärmeabgaberate dQm erforderlich ist, um um einen vorbestimmten Betrag anzusteigen, d.h. eine Anstiegszeitdauer Tdqm, die in Teil (b) von 5 gezeigt ist. Genauer gesagt werden eine erste Zeit t1, wenn die Hauptwärmeabgaberate dQm einen ersten Schwellenwert α erreicht, und eine zweite Zeit t2, wenn die Hauptwärmeabgaberate dQm einen zweiten Schwellenwert β erreicht, gemessen und die Anstiegszeitdauer Tdqm wird aus einem Unterschied zwischen den Zeiten t1, t2 berechnet. Es kann gesagt werden, dass die Anstiegszeitdauer Tdqm eine Verbrennungsgeschwindigkeit der Hauptverbrennung darstellt. Das bedeutet, dass es gesagt werden kann, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit langsamer ist, wenn die Anstiegszeitdauer Tdqm länger ist.
In S24 wird anschließend eine Sollanstiegszeitdauer Tdqmt berechnet. Genauer gesagt, wie es vorhergehend beschrieben ist, wird ein Abbild, das eine Beziehung zwischen der Sollanstiegszeitdauer Tdqmt und wenigstens einem von der Maschinenlast, der Maschinendrehzahl und der Solleinspritzmenge zeigt, zuvor in dem ROM, dem EEPROM oder dergleichen gespeichert und die Sollanstiegszeitdauer Tdqmt wird unter Verwendung des Abbildes berechnet. Es ist vorzuziehen, das Abbild als ein Basisabbild festzusetzen und die Sollanstiegszeitdauer Tdqmt zu korrigieren, die aus dem Basisabbild mit wenigstens einem von einer AGR-Rate, einer AGR-Gasmenge und einer AGR-Gastemperatur berechnet wird.
In S25 wird dann eine Abweichung ΔTdqm (= Tdqm - Tdqmt) zwischen der in S23 berechneten Anstiegszeitdauer Tdqm und der in S24 berechneten Sollanstiegszeitdauer Tdqmt berechnet. Die Piloteinspritzmenge (im Sinne des Verbrennungszustands) beeinflusst nicht nur die Pilotverbrennung durch die Piloteinspritzung sondern zudem die Hauptverbrennung. Des Weiteren, da die Haupteinspritzmenge größer als die Piloteinspritzmenge ist, tritt dann, falls sich die Piloteinspritzmenge verändert, eine größere Veränderung in dem Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung als in dem Zylinderdruck auf, der der Pilotverbrennung zurechenbar ist (d.h. der Zylinderdruck der Pilotverbrennung: nachfolgend als Zylinderdruck zur Zeit der Pilotverbrennung bezeichnet).
Angesichts dessen wird in der Unterroutineverarbeitung von S20 (S21 bis S25) die Anstiegszeitdauerabweichung ΔTdqm als ein Wert bezüglich der Piloteinspritzmenge geschätzt, die den Pilotverbrennungszustand in hohem Maße beeinflusst. Das bedeutet, dass dann, wenn die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj kleiner als der Sollwert ist (mit Bezug auf Teil (a) von 6), die Anstiegszeitdauer Tdqm kürzer als in dem Fall ist, in dem die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj gleich zu dem Sollwert ist (mit Bezug auf Teil (b) von 6). Daher wird die Abweichung ΔTdqm (= Tdqm - Tdqmt) ein negativer Wert. Wenn die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj größer als der Sollwert ist (mit Bezug auf Teil (c) von 6), ist die Anstiegszeitdauer Tdqm länger als in dem Fall, in dem die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj gleich zu dem Sollwert ist. Daher wird die Abweichung ΔTdqm ein positiver Wert.
Eine horizontale Achse der in 6 gezeigten Graphen gibt ein Verstreichen von Zeit an. Eine vertikale Achse eines jeden Teils (a), (b) und (c) von 6 gibt die Wärmeabgaberate H an. Eine vertikale Achse des Teils (d) von 6 gibt einen Messwert des Zylinderdrucksensors 20a an. Eine durchgezogene Linie „a“ in Teil (d) von 6 zeigt eine Zylinderdruckveränderung zu einer Nichtverbrennungszeit (d.h. bei einem Abgashub) und eine strichgepunktete Linie „b“ und eine gepunktete Linie „c“ zeigen Zylinderdruckveränderungen zu einer Verbrennungszeit (d.h. bei einem Verbrennungshub). Die strichgepunktete Linie „b“ in Teil (d) von 6 zeigt eine Zylinderdruckveränderung in dem Fall, in dem nur die Haupteinspritzung durchgeführt wird, ohne die Piloteinspritzung durchzuführen. Die gepunktete Linie „c“ in Teil (d) von 6 zeigt eine Zylinderdruckveränderung in dem Fall, in dem die Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Jeder der Teile (a) bis (c) von 6 zeigt eine Veränderung der Wärmeabgaberate H, die basierend auf der Zylinderdruckveränderung berechnet wird, die durch die gepunktete Linie in Teil „c“ (d) in 6 gezeigt ist.
4 zeigt ein Unterroutinenverarbeiten zum Korrigieren der Piloteinspritzmenge in S30. Zuerst wird in S31 die Anstiegszeitdauerabweichung ΔTdqm, die in S25 berechnet wird, ausgelesen. Im Nachfolgenden S32 wird es bestimmt, ob die Abweichung ΔTdqm ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist.
Wenn die Abweichung ΔTdqm als ein positiver Wert bestimmt ist, wird es in S33 bestimmt, das die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpijn größer als der Sollwert ist und der Sollwert wird korrigiert, um die Piloteinspritzmenge qpinj zu verringern. Wenn die Abweichung ΔTdqm als ein negativer Wert bestimmt ist, wird es in S34 bestimmt, dass die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj kleiner als der Sollwert ist und der Sollwert wird korrigiert, um die Piloteinspritzmenge qpinj zu erhöhen. Wenn der Wert der Abweichung Tdqm gleich Null ist, wird die Verarbeitungsreihe in S30 (S31 bis S34) beendet, ohne den Sollwert der Piloteinspritzmenge qpinj zu korrigieren.
Das vorhergehende beschriebene Ausführungsbeispiel hat die nachfolgenden hervorragenden Wirkungen.
Die tatsächliche Einspritzmenge (der Verbrennungszustand) durch die Piloteinspritzung wird basierend auf dem Messwert bezüglich des Zylinderdrucks zur Zeit der Hauptverbrennung aus den Zylinderdruckmesswerten geschätzt. Die Veränderung in dem Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung, der die Veränderung der Piloteinspritzmenge begleitet, ist größer als die Veränderung in dem Zylinderdruck zur Zeit der Pilotverbrennung. Daher kann ein Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor 20a erforderlich ist, im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem die Piloteinspritzmenge basierend auf dem Zylinderdruck zur Zeit der Pilotverbrennung geschätzt wird, der sich nur leicht verändert.

(2) Die tatsächliche Piloteinspritzmenge wird basierend auf der Zeit geschätzt (d.h. der Anstiegszeitdauer Tdqm), die dafür erforderlich ist, dass sich die Wärmeabgaberate durch die Hauptverbrennung um einen vorbestimmten Betrag verändert. Das bedeutet, dass es dann, wenn die Anstiegszeitdauer Tdqm kürzer als die aus dem Sollwert berechnete Zeitdauer ist, bestimmt wird (geschätzt wird), dass die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj klein ist und der Sollwert der Piloteinspritzmenge qpinj wird korrigiert und erhöht. Wenn die Anstiegszeitdauer Tdqm länger als die von dem Sollwert berechnete Zeitdauer ist, wird es bestimmt (geschätzt), dass die tatsächliche Piloteinspritzmenge qpinj groß ist und der Sollwert der Piloteinspritzmenge qpinj wird korrigiert und herabgesetzt.

Im Vergleich zu der Wärmeerzeugung Iqm (gezeigt durch den gepunkteten Bereich im Teil (b) von 5), die durch Integrieren der Wärmeabgaberate H berechnet wird, ist ein Messwert der Wärmeabgaberate H (d.h. ein Zylinderdruckmessfehler) klein, der in der Anstiegszeitdauer Tdqm enthalten ist, welche die Integration nicht erfordert. Demnach kann die Schätzgenauigkeit der tatsächlichen Piloteinspritzmenge verbessert werden. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor 20a erforderlich ist, weiter verringert werden kann.

(3) Die Veränderung der Hauptwärmeabgaberate dQm aufgrund der Veränderung der Piloteinspritzmenge ist dann größer, wenn die Hauptwärmeabgaberate dQm zunimmt, als dann, wenn die Hauptwärmeabgaberate dQm abnimmt. In dem angesichts dessen gemachten vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Sollwert der Piloteinspritzmenge qpinj basierend auf der Anstiegszeitdauer Tdqm korrigiert, bei der die Hauptwärmeabgaberate dQm um einen vorbestimmten Betrag ansteigt. Daher kann die Schätzgenauigkeit der Piloteinspritzmenge im Vergleich zu der Zeitdauer verbessert werden, bei der die Hauptwärmeabgaberate dQm um den vorbestimmten Betrag abnimmt. Das bedeutet, dass das Genauigkeitsniveau, das für den Zylinderdrucksensor 20a erforderlich ist, weiter verringert werden kann.

Wenn die tatsächliche Haupteinspritzmenge von der Sollmenge abweicht, beeinflusst der Abweichungsbetrag die Veränderung der Hauptwärmeabgaberate dQm während dem Anstieg der Hauptwärmeabgaberate dQm. Die Veränderung der Piloteinspritzmenge beeinflusst jedoch die Veränderung während dem Anstieg in höherem Maße als der Abweichungsbetrag. Daher ist es dann, wenn die Piloteinspritzmenge basierend auf der Veränderung der Hauptwärmeabgaberate dQm während dem Anstieg geschätzt wird, weniger wahrscheinlich, dass die Schätzgenauigkeit durch den Abweichungsbetrag der tatsächlichen Haupteinspritzmenge beeinflusst wird.
Als nächstes ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine in 7 gezeigte Verarbeitung anstelle von der in 2 gezeigten Verarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt. Bei der in 7 gezeigten Verarbeitung wird eine Verarbeitung in S15 (einem zweiten Einspritzzeitsteuerbereich) vor der Verarbeitung des Schätzens der Piloteinspritzmenge basierend auf dem Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung in S20 ausgeführt. In S15 wird eine Regelung der Einspritzzeiten der Haupteinspritzung durchgeführt, um die tatsächlichen Einspritzzeiten, bei denen der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff tatsächlich zündet, an die Solleinspritzzeiten anzunähern.
8 zeigt eine Unterroutinenverarbeitung von S15 des Durchführens der Regelung der Einspritzzeiten. Zuerst wird in S151 der Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung, der der Hauptverbrennung zurechenbar ist, aus den in S10 erhaltenen Zylinderdruckmesswerten gemessen. Es ist beispielsweise vorzuziehen, den Zylinderdruckmesswert nach dem TDC als den Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung zu erfassen.
In S152 wird dann der tatsächliche Zündzeitpunkt des Haupteinspritzkraftstoffs basierend auf dem in S151 gemessenen Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung berechnet. Es ist beispielsweise vorzuziehen, den tatsächlichen Zündzeitpunkt basierend auf der Zeit zu berechnen, wenn der Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung während einem Verbrennungszyklus maximiert ist, oder den tatsächlichen Zündzeitpunkt basierend auf der Zeit zu berechnen, wenn die Anstiegsrate des Zylinderdrucks zur Zeit der Hauptverbrennung während einem Verbrennungszyklus maximiert ist.
In S153 wird es dann bestimmt, ob eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt, der in S152 berechnet wird, und dem Sollzündzeitpunkt „gleich zu oder weniger als“ ein vorbestimmter Wert α ist. Der Sollzündzeitpunkt wird aus einem Abbild oder dergleichen berechnet, das zuvor in Übereinstimmung mit einer Maschinendrehzahl und der Maschinenlast festgesetzt wird.
Wenn es bestimmt ist, dass die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt nicht „gleich zu oder weniger als“ der vorbestimmten Wert α ist (S153: nein), geht die Verarbeitung zu S154 über, wo die Haupteinspritzzeit vor- oder nachgestellt wird, um die Abweichung an Null anzugleichen. Danach wird in S155 ein Zündabweichungsflag angeschaltet. Wenn es bestimmt ist, dass die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt „gleich zu oder weniger als“ dem vorbestimmten Wert α ist (S153: ja), wird in S156 das Zündabweichungsflag abgeschaltet und die Unterroutineverarbeitungsreihe von S151 bis S156 ist beendet.
Die Verarbeitungen in S20 und S30, die in 7 gezeigt sind, wird nicht ausgeführt, wenn das Zündabweichungsflag an ist. Folglich wird dann, wenn das Zündabweichungsflag an ist, ein Betrieb der Einspritzeinrichtung 21 in S40 basierend auf der Solleinspritzmenge gesteuert, die nicht in S30 korrigiert wird. Das bedeutet, dass die Schätzverarbeitung der Piloteinspritzmenge in S20 basierend auf einer Bedingung ausgeführt wird, dass die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt gleich zu oder weniger als der vorbestimmte Wert durch die Verarbeitung von S15 wie vorhergehend beschrieben wird.
In einem Zustand, in dem die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt groß ist, ist die Beziehung zwischen der Piloteinspritzmenge und der Anstiegszeitdauer schwach, obwohl die Piloteinspritzmenge die Anstiegszeitdauer der Hauptverbrennung beeinflusst. Daher ist es schwierig, die Piloteinspritzmenge in einem derartigen Zustand zu schätzen. In dieser Hinsicht wird die Piloteinspritzmenge basierend auf dem Zylinderdruck zur Zeit der Hauptverbrennung zu der Zeit geschätzt, wenn die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt gleich zu oder weniger als der vorbestimmte Betrag ist. Daher kann die Schätzgenauigkeit verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann wie beispielsweise nachfolgend beschrieben abgewandelt und umgesetzt werden.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird nach dem Messen des Messwerts des Zylinderdrucksensors 20a, wie es in Teil (d) von 6 gezeigt ist, die in jedem der Teile (a), (b) und (c) von 6 gezeigte Wärmeabgaberate H basierend auf den Messwert berechnet und die Piloteinspritzmenge wird basierend auf der Veränderung der berechneten Hauptwärmeabgaberate dQm berechnet. Alternativ kann die Berechnung der Wärmeabgaberate basierend auf dem Zylinderdruck ausgelassen werden und die Piloteinspritzmenge kann basierend auf der Veränderung des
Zylinderdrucks direkt geschätzt werden. Die vorhergehend beschriebene Gleichung 2 dient zum Berechnen der Wärmeabgaberate basierend auf dem Zylinderdruck und es gibt eine Beziehung zwischen der berechneten Wärmeabgaberate und der Piloteinspritzmenge. Daher ist es vorzuziehen, die Piloteinspritzmenge basierend auf den Zylinderdruck unter Verwendung einer mathematischen Gleichung zu berechnen, die aus einem Kombinieren der Beziehung und der Gleichung 2 besteht.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird der Sollwert der Piloteinspritzmenge qpinj basierend auf der Zeit korrigiert (d.h. der Anstiegszeitdauer Tdqm), die tatsächlich für die Hauptwärmeabgaberate dQm erforderlich ist, um um den vorbestimmten Betrag anzusteigen. Alternativ, wie es in Teil (c) von 5 gezeigt ist, kann die Korrektur basierend auf einer Länge einer Zeitdauer durchgeführt werden, in der die Wärmeabgaberate H höher als ein vorbestimmter Wert γ ist. Alternativ kann die Korrektur basierend auf einem Anstieg (einem Anstiegsbetrag pro Zeiteinheit) der Hauptwärmeabgaberate dQm zu der Zeit durchgeführt werden, wenn die Hauptwärmeabgaberate dQm ansteigt. Alternativ kann die Korrektur basierend auf einem Anstiegsbetrag der Hauptwärmeabgaberate dQm durchgeführt werden, die zu einer vorbestimmten Zeit erhalten wird.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird die Piloteinspritzmenge basierend auf der Zeit (beispielsweise der Anstiegszeitdauer Tdqm) geschätzt, die erforderlich ist, um den Zylinderdruckmesswert zur Zeit der Hauptverbrennung um den vorbestimmten Betrag zu verändern. Alternativ kann die Piloteinspritzmenge basierend auf einem Veränderungsbetrag des Zylinderdruckmesswerts zur Zeit der Hauptverbrennung geschätzt werden, der während einer vorbestimmten Zeit hervorgerufen wird. Beispielsweise können die Hauptwärmeabgaberaten dQm zur ersten Zeit t1 und zur zweiten Zeit t2 jeweils gemessen werden und ein Unterschied zwischen den Hauptwärmeabgaberaten dQm kann als der vorhergehend genannte Veränderungsbetrag berechnet werden. Mit einem derartigen Verfahren kann zudem die Schätzgenauigkeit der tatsächlichen Piloteinspritzmenge verbessert werden, da der Messfehler (Zylinderdruckmessfehler) der Wärmeabgaberate, der in dem vorhergehend genannten Veränderungsbetrag enthalten ist, kleiner als in der Wärmeerzeugung Iqm (durch den gepunkteten Bereich in Teil (b) von 5 gezeigt) ist, die durch Integrieren der Wärmeabgaberate dQm erhalten wird.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird eine Piloteinspritzmenge basierend auf der Anstiegszeitdauer Tdqm der Wärmeabgaberate dQm der Hauptverbrennung geschätzt. Alternativ kann die Piloteinspritzmenge basierend auf der Wärmeerzeugung Iqm (durch den gepunkteten Bereich in Teil (b) von 5 gezeigt) geschätzt werden, die durch Integrieren der Wärmeabgaberate erhalten wird. In diesem Fall spiegelt die Wärmeerzeugung Iqm einen Veränderungsvorgang der Hauptwärmeabgaberate dQm in der Anstiegszeitdauer wieder, in der die Hauptwärmeabgaberate dQm von dem ersten Schwellenwert α zu dem zweiten Schwellenwert β reicht, oder in der Zeitdauer, in der die Hauptwärmeabgaberate dQm höher als der vorbestimmte Wert α ist. Daher kann das Schätzergebnis der Piloteinspritzmenge erhalten werden, das einen derartigen Veränderungsvorgang widerspiegelt. Dieses Schema hat jedoch den Nachteil, dass ein großer Messfehler (Zylinderdruckmessfehler) der Hauptwärmeabgaberate dQm wie vorhergehend beschrieben enthalten ist.
In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist der Zylinderdrucksensor 20a in jedem der mehrfachen Zylinder vorgesehen. Alternativ kann der Zylinderdrucksensor 20a in nur einem Zylinder vorgesehen sein. Auch wenn eine alterungsbedingte Veränderung in der Maschine aufgrund einer Verdichtungsverhältnisänderung oder dergleichen in einer derartigen Konstruktion auftritt, kann die Kraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit der alterungsbedingten Veränderung korrigiert werden. Eine Korrektur entsprechend den alterungsbedingten Veränderungen in Einspritzcharakteristikvariationen der mehrfachen Einspritzeinrichtung 21 kann jedoch nicht durchgeführt werden.
In den vorhergehend genannten Ausführungsbeispielen wird der Verbrennungszustand (die Einspritzmenge) des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf dem Verbrennungszustand des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs geschätzt. Alternativ kann die vorliegende Erfindung bei einer Voreinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff nach der Piloteinspritzung und vor der Haupteinspritzung angewandt werden und ein Verbrennungszustand des durch die Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs kann basierend auf dem Verbrennungszustand des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs geschätzt werden. Alternativ können beide Verbrennungszustände der Piloteinspritzung und der Voreinspritzung basierend auf dem Verbrennungszustand des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs geschätzt werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Schätzung des Verbrennungszustands des durch die Piloteinspritzung oder die Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf dem Verbrennungszustand des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann vielmehr bei einer Schätzung eines Verbrennungszustands eines durch eine erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs angewandt werden, die vor einer zweiten Einspritzung bei einer Mehrfacheinspritzung durchgeführt wird, basierend auf einem Verbrennungszustand eines durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs. Dieser Fall setzt voraus, dass die zweite Einspritzmenge größer als die erste Einspritzmenge ist.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird der Sollwert der Einspritzmenge (d.h. der Verbrennungszustand) der Piloteinspritzung basierend auf dem Verbrennungszustand des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs korrigiert. Alternativ kann der Sollwert der Piloteinspritzzeit (der Verbrennungszustand) korrigiert werden. Beispielsweise wird auch mit derselben Piloteinspritzmenge die Anstiegszeitdauer Tdqm wie in Teil (a) von 6 verkürzt, wenn die tatsächliche Piloteinspritzzeit früher als eine gewünschte Zeit ist, und die Anstiegszeitdauer Tdqm wird wie in Teil (c) von 6 verlängert, wenn die tatsächliche Piloteinspritzzeit später als die gewünschte Zeit ist. Daher kann eine Verarbeitung eines Vorstellens der Einspritzzeit anstelle der Einspritzmengenverringerungsverarbeitung in S33 durchgeführt werden und eine Verarbeitung eines Nachstellens der Einspritzzeit kann anstelle der Einspritzmengenherabsetzverarbeitung in S34 durchgeführt werden.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird die elektromagnetisch angetriebene Einspritzeinrichtung 21 eingesetzt. Alternativ kann eine Piezoeinspritzeinrichtung unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements als ein Aktor zum Steuern des Verbrennungszustands (z.B. der Einspritzzeit oder der Einspritzrate) eingesetzt werden.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Einspritzmenge der Haupteinspritzung größer als die Einspritzmenge der ersten Einspritzung festgesetzt. Alternativ kann die Haupteinspritzmenge gleich oder kleiner als die erste Einspritzmenge festgesetzt sein, falls das Festsetzen derart durchgeführt wird, dass der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs innerhalb der Einspritzzeitdauer zündet.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung steuert einen Betrieb einer Einspritzeinrichtung derart, dass ein in eine Brennkammer pro Verbrennungszyklus einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und zumindest durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung eingespritzt wird, die mit einer größeren Kraftstoffmenge als die erste Einspritzung nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung weist einen Erlangungsbereich und einen Schätzbereich für einen ersten Verbrennungszustand auf. Der Erlangungsbereich erlangt einen Messwert eines Zylinderdrucks in der Brennkammer, der mit einem Zylinderdrucksensor gemessen wird. Der Schätzbereich für den ersten Verbrennungszustand schätzt einen tatsächlichen Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert zur Zeit einer zweiten Verbrennung, der einer Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurechenbar ist, aus den Zylinderdruckmesswerten.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Steuern eines Betriebs einer Einspritzeinrichtung (21) derart, dass ein bei jedem Verbrennungszyklus in eine Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und zumindest durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung eingespritzt wird, welche nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird und die eine größere Menge des Kraftstoffs als die erste Einspritzung einspritzt, gekennzeichnet durch: eine Erlangungseinrichtung (S10), die ausgebildet ist, um einen Messwert eines Zylinderdrucks in der Brennkammer zu erlangen, der mit einem Zylinderdrucksensor (20a) gemessen wird; und eine Schätzeinrichtung eines ersten Verbrennungszustands (S20), die ausgebildet ist, um einen tatsächlichen Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert zur Zeit einer zweiten Verbrennung, der auf eine Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurückzuführen ist, aus den Zylinderdruckmesswerten zu schätzen, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um eine auf die Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurückzuführende Wärmeabgaberate basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu berechnen und den Verbrennungszustand basierend auf der Wärmeabgaberate zu schätzen, und die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit zu schätzen, die dafür erforderlich ist, dass sich die Wärmeabgaberate um einen vorbestimmten Betrag verändert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der durch die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) geschätzte Verbrennungszustand wenigstens eines von einer Wärmeerzeugung durch die erste Einspritzung und einer tatsächlichen Einspritzmenge der ersten Einspritzung umfasst.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit zu schätzen, wenn der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung ansteigt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit zu schätzen, die dafür erforderlich ist, dass sich der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung um einen vorbestimmten Betrag verändert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Betrag als ein Anstiegsbetrag des Zylinderdruckmesswerts zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit festgesetzt ist, wenn der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung ansteigt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit zu schätzen, in der der Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Betrag als ein Anstiegsbetrag der Wärmeabgaberate zu der Zeit festgesetzt ist, wenn die Wärmeabgaberate ansteigt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit zu schätzen, bei der die Wärmeabgaberate größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Einspritzung eine Haupteinspritzung ist, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit gesteuert sind, um während eines Verbrennungszyklus einen Hauptteil eines Ausgabedrehmoments zu erzeugen.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Einspritzung eine Piloteinspritzung ist, die eine Kraftstoffeinspritzung vor einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs abschließt, wobei eine Einspritzmenge und eine Einspritzzeit der Piloteinspritzung derart gesteuert sind, dass ein Teil des durch die Piloteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zusammen mit dem durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff nach einer Vormischzeitdauer verbrennt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Zeitsteuereinrichtung für die zweite Einspritzung (S15), die ausgebildet ist, um eine Regelung einer Einspritzzeit der zweiten Einspritzung zum Annähern eines tatsächlichen Zündzeitpunkts, bei dem sich der durch die zweite Einspritzung eingespritzte Kraftstoff tatsächlich entzündet, an einen Sollzündzeitpunkt durchzuführen, der in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine (10) berechnet ist, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu der Zeit zu schätzen, wenn eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Zündzeitpunkt und dem Sollzündzeitpunkt weniger als ein vorbestimmter Betrag ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die ausgebildet ist, um einen Betrieb einer Einspritzeinrichtung (21) derart zu steuern, dass in ein bei jedem Verbrennungszyklus in eine Brennkammer einzuspritzender Kraftstoff aufgeteilt und zumindest durch eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung eingespritzt wird, welche nach der ersten Einspritzung durchgeführt wird, wobei die zweite Einspritzung eine Haupteinspritzung ist, deren Einspritzmenge und Einspritzzeit gesteuert sind, um während des Verbrennungszyklus einen Hauptteil eines Ausgabedrehmoments zu erzeugen, gekennzeichnet durch: eine Erlangungseinrichtung (S10), die ausgebildet ist, um einen Zylinderdruckmesswert in der Brennkammer zu erlangen, der mit einem Zylinderdrucksensor (20a) gemessen wird; und eine Schätzeinrichtung eines ersten Verbrennungszustands (S20), die ausgebildet ist, um einen tatsächlichen Verbrennungszustand des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs basierend auf einem Zylinderdruckmesswert zur Zeit einer zweiten Verbrennung, der einer Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zuzuschreiben ist, aus den Zylinderdruckmesswerten zu schätzen, wobei die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um eine auf die Verbrennung des durch die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs zurückzuführende Wärmeabgaberate basierend auf dem Zylinderdruckmesswert zur Zeit der zweiten Verbrennung zu berechnen und den Verbrennungszustand basierend auf der Wärmeabgaberate zu schätzen, und die Schätzeinrichtung des ersten Verbrennungszustands (S20) ausgebildet ist, um den Verbrennungszustand basierend auf einer Zeit zu schätzen, die dafür erforderlich ist, dass sich die Wärmeabgaberate um einen vorbestimmten Betrag verändert.
Kraftstoffeinspritzsystem mit: der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und wenigstens eines von der Einspritzeinrichtung (21), die ausgebildet ist, um den Kraftstoff in die Brennkammer einzuspritzen, und dem Zylinderdrucksensor (20a), der ausgebildet ist, um den Zylinderdruck in der Brennkammer zu messen.