DE102018006446A1

DE102018006446A1 - Steuer- bzw. Regelvorrichtung für Motor, Verfahren zur Motorsteuerung bzw. -regelung und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102018006446A1
Application number: DE102018006446.9A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Nakashima; Keitaro Ezumi; Yuichiro Tsumura; Daisuke Tanaka; Maiguma Taiki; Takuji Okumura; Kensuke Ashikaga; Masayoshi HIGASHIO
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US10480479B2; JP6642540B2; CN109424488B; US20190063394A1; CN109424488A; JP2019039383A

Abstract

Es wird eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für einen Motor bereitgestellt, in dem Teilkompressionszündungsverbrennung, die Fremdzündungsverbrennung, die durch erzwungenes Verbrennen eines Anteils von Gasgemisch im Innern eines Zylinders durchgeführt wird, gefolgt von Kompressionszündungsverbrennung umfasst, die ausgeführt wird, indem veranlasst wird, dass der Rest des Gasgemisches im Innern des Zylinders, der sich selbst entzündet, innerhalb eines Teils eines Betriebsbereichs des Motors ausgeführt wird. Die Vorrichtung umfasst einen Detektor, der ausgestaltet ist, einen Parameter zu detektieren, der Geräusche betrifft, die von der Verbrennung im Innern des Zylinders verursacht werden, einen Speicher, der ausgestaltet ist, eine Kennlinie zu speichern, die eine Beziehung zwischen einem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und einem Verbrennungsgeräuschindex speichert, und einen Prozessor, der ausgestaltet ist, einen gegebenen Verbrennungsgeräusch-Indexwert basierend auf dem Detektionswert des Detektors anzugeben und den Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung zu steuern bzw. zu regeln.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung für einen Motor, der Teilkompressionszündungsverbrennung ausführt, in der Gasgemisch innerhalb eines Zylinders teilweise auf erzwungene Weise mittels Fremdzündung (Spark Ignition - SI) verbrannt wird und dann übriges Gasgemisch innerhalb des Zylinders mittels Selbstzündung (Compression Ignition - CI) verbrannt wird. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors, einen Motor und ein Computerprogrammprodukt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In letzter Zeit hat homogene Kompressionszündung (Homogeneous Charge Compression Ignition - HCCI), in der mit Luft gemischter Benzinkraftstoff mittels Selbstzündung innerhalb eines ausreichend komprimierten Zylinders verbrannt wird, an Beachtung gewonnen. Diese HCCI-Verbrennung weist ein Problem auf, das darin besteht, dass ein Zündzeitpunt von Gasgemisch (ein Zeitpunkt, an dem das Gasgemisch sich selbst entzündet) aufgrund eines externen Faktors (z. B. Umgebungstemperatur) in hohem Maße schwankt, und ein Problem auf, das darin besteht, dass eine Steuerung bzw. Regelung während eines Übergangsbetriebs, in dem eine Motorlast sich stark ändert, schwierig ist.
Daher wird vorgeschlagen, anstatt der Verbrennung des gesamten Gasgemisches mittels Selbstzündung, einen Anteil des Gasgemisches mittels Fremdzündung unter Verwendung einer Zündkerze zu verbrennen. Das heißt, nachdem ein Anteil des Gasgemisches auf erzwungene Weise mittels Flammenausbreitung verbrannt wurde, die mittels Fremdzündung bewirkt wurde (Fremdzündungsverbrennung), wird der Rest des Gasgemisches mittels Selbstzündung (Kompressionszündungsverbrennung) verbrannt. Nachfolgend wird eine solche Verbrennung als „Teilkompressionszündungsverbrennung“ bezeichnet.
Durch erzwungenes Verbrennen des Anteils des Gasgemisches mittels Flammenausbreitung wird die anschließende Kompressionszündungsverbrennung einfach bewerkstelligt. Sogar in diesem Fall schwankt indes der Zündzeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung aufgrund des externen Faktors, was eine Änderung der Verbrennungsgeräusche zur Folge hat, und die Verbrennungsgeräusche können in der Kompressionszündungsverbrennung übermäßig werden.
JP 5 839 972 B offenbart ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung eines Verbrennungszustands von Gasgemisch, in dem ein Sensor bereitgestellt wird, der Druck im Innern eines Zylinders (Zylinderinnendruck) detektiert, ein Verbrennungsschwerpunkt-Zeitpunkt (ein Zeitpunkt, an dem ungefähr 50 % einer Masse der Kraftstoffzufuhr in den Zylinder verbrannt wird) basierend auf dem mittels des Sensors detektierten Zylinderinnendruck berechnet wird, und ein Zündzeitpunkt usw. derart auf geeignete Weise gesteuert bzw. geregelt werden, dass der Verbrennungsschwerpunkt-Zeitpunkt geeignet wird.
In der Teilkompressionszündungsverbrennung erfolgen die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung indes wie vorhergehend beschrieben. Der Verbrennungsschwerpunkt-Zeitpunkt ändert sich auch in Abhängigkeit von einem Verhältnis zwischen der Fremdzündungsverbrennung und der Kompressionszündungsverbrennung usw. Daher kann das einfache Steuern bzw. Regeln des Verbrennungsschwerpunkt-Zeitpunkts in der Teilkompressionszündungsverbrennung, um geeignet zu sein, die von der Kompressionszündungsverbrennung verursachten Verbrennungsgeräusche nicht ausreichend verringern.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung erfolgt im Hinblick auf die vorhergehenden Situationen und zielt darauf ab, eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für einen Motor bereitzustellen, die auf zuverlässigere Weise verhindert, dass Verbrennungsgeräusche bei der Teilkompressionszündungsverbrennung übermäßig werden.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird ein Steuer- bzw. Regelsystem für einen Kompressionszündungsmotor bereitgestellt. Der Motor umfasst mindestens einen Zylinder, einen Kolben, einen Zylinderkopf und einen Verbrennungsraum, der mittels des Zylinders, des Kolbens und des Zylinderkopfs gebildet ist, eine Zündkerze, die in dem Verbrennungsraum angeordnet ist, und ein Kraftstoffeinspritzventil, das angeordnet ist, um in den Verbrennungsraum ausgerichtet zu sein. Das Steuer- bzw. Regelsystem umfasst einen Zylinderinnendrucksensor, der mit dem Verbrennungsraum verbunden ist und ausgestaltet ist, Druck im Innern des Verbrennungsraums zu detektieren, und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung, die einen Prozessor umfasst, der mit der Zündkerze, dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Drucksensor verbunden ist und ausgestaltet ist, ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze, das Kraftstoffeinspritzventil beziehungsweise den Drucksensor auszugeben. Die Steuer- bzw. Regeleinheit führt ein Verbrennungsgeräusch-Indexwert-Berechnungsmodul, um basierend auf dem Ausgabewert des Zylinderinnendrucksensors einen ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen hohen Frequenz ist, und einen zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwert zu berechnen, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen niedrigen Frequenz ist, ein Grenzwert-Berechnungsmodul zum Berechnen eines Grenzwerts eines Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf dem ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und dem zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwert, ein Zündzeitpunkt-Einstellungsmodul zum Einstellen eines Zündzeitpunkts, derart dass der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung nicht über den Grenzwert hinaus vorverlegt wird, und ein Zündkerzensteuer- bzw. Regelmodul zum Ausgeben eines Zündbefehls an die Zündkerze am mittels des Zündzeitpunkt-Einstellungsmoduls eingestellten Zündzeitpunkt aus oder umfasst diese.
Die Steuer- bzw. Regeleinheit kann überdies ausgestaltet sein, ein Detektionszeitraum-Einstellungsmodul zum Einstellen eines Kurbelwinkelzeitraums, in dem der Zylinderinnendrucksensor die Detektion der Reihe nach durchführt, und ein Amplitudenwert-Berechnungsmodul zum Berechnen eines Amplitudenwerts des Zylinderinnendrucks für jede Frequenz basierend auf einem Ausgabewert des Zylinderinnendrucksensors während des Detektionszeitraums auszuführen oder zu umfassen. Das Verbrennungsgeräusch-Indexwert-Berechnungsmodul kann den ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und den zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwert basierend auf einem Ausgabewert des Amplitudenwert-Berechnungsmoduls berechnen.
Das Grenzwert-Berechnungsmodul kann den Anfangszeitpunktgrenzwert der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf einer Karte für die zulässige Grenze, in welcher der zulässige Wert des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei zunehmender Motordrehzahl höher eingestellt ist, und einer Karte für die zulässige Grenze berechnen, in welcher der zulässige Wert des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei zunehmender Motordrehzahl höher eingestellt ist.
Das Grenzwert-Berechnungsmodul kann den Anfangszeitpunkt-Grenzwert der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf einer Karte für die zulässige Grenze, in welcher der zulässige Wert des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei einer höheren Motordrehzahl höher eingestellt ist, und einer Karte für die zulässige Grenze berechnen, in welcher der zulässige Wert des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei zunehmender Motordrehzahl höher eingestellt ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung eines Kompressionszündungsmotors bereitgestellt, der mindestens einen Zylinder, einen Kolben, einen Zylinderkopf, einen von dem Zylinder, dem Kolben und dem Zylinderkopf gebildeten Verbrennungsraum, eine in dem Verbrennungsraum angeordnete Zündkerze und ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst, das angeordnet ist, um in den Verbrennungsraum ausgerichtet zu sein. Das Verfahren umfasst das Detektieren eines Zylinderinnendrucks, der ein Druck im Innern des Verbrennungsraums ist, das Berechnen eines ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen hohen Frequenz ist, basierend auf dem detektierten Zylinderinnendruck, und eines zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen niedrigen Frequenz ist, das Berechnen eines Grenzwerts eines Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf dem ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und dem zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwert, das Einstellen eines Zündzeitpunkts, derart dass der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung nicht über den Grenzwert hinaus vorverlegt wird, und das Bewirken, dass die Zündkerze am eingestellten Zündzeitpunkt zündet.
Das Verfahren kann überdies das Einstellen eines Kurbelwinkel-Zeitraums, in dem der Zylinderinnendruck der Reihe nach detektiert wird, das Berechnen eines Amplitudenwerts des Zylinderinnendrucks für jede Frequenz basierend auf dem detektierten Zylinderinnendruck während des Detektionszeitraums und das Berechnen des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts und des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts basierend auf dem berechneten Amplitudenwert umfassen.
Der Anfangszeitpunkt-Grenzwert der Kompressionszündungsverbrennung kann basierend auf einer Karte für die zulässige Grenze, in welcher der zulässige Wert des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei zunehmender Motordrehzahl höher eingestellt wird, und einer Karte für die zulässige Grenze berechnet werden, in welcher der zulässige Wert des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei zunehmender Motordrehzahl höher eingestellt wird.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für einen Motor bereitgestellt, in der Teilkompressionszündungsverbrennung durchgeführt wird, die Fremdzündungsverbrennung, die durch erzwungenes Verbrennen eines Anteils des Gasgemisches im Innern eines Zylinders durchgeführt wird, gefolgt von Kompressionszündungsverbrennung, die durchgeführt wird, indem bewirkt wird, dass der Rest des Gasgemisches im Innern des Zylinders sich selbst entzündet, im Innern eines Teils eines Betriebsbereichs des Motors ausgeführt wird. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfasst einen Detektor, der ausgestaltet ist, einen Parameter zu detektieren, der Geräusche betrifft, die von der Verbrennung im Innern des Zylinders verursacht werden, einen Speicher, der ausgestaltet ist, eine Kennlinie zu speichern, die eine Beziehung zwischen einem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und einem Verbrennungsgeräuschindex definiert, und einen Prozessor, der ausgestaltet ist, einen gegebenen Verbrennungsgeräusch-Indexwert basierend auf dem Detektionswert des Detektors anzugeben und den Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf der Kennlinie und dem Verbrennungsgeräusch-Indexwert zu steuern bzw. zu regeln.
Gemäß diesem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird der Verbrennungsgeräusch-Indexwert, der mit Geräuschen korreliert ist, die von der Verbrennung im Innern des Zylinders, d. h. Verbrennungsgeräuschen, verursacht werden, basierend auf dem Detektionswert des Detektors berechnet und der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung wird basierend auf dem berechneten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und der Kennlinie berechnet, welche die Beziehung zwischen diesem Verbrennungsgeräusch-Indexwert und dem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung definiert. Das heißt, der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung wird unter Verwendung eines Parameters gesteuert bzw. geregelt, der mit den Verbrennungsgeräuschen korreliert ist, welcher der Verbrennungsgeräusch-Indexwert ist. Daher wird in der Teilkompressionszündungsverbrennung der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung auf geeignete Weise angepasst, um zu verhindern, dass die Verbrennungsgeräusche übermäßig werden. Somit wird die Teilkompressionszündungsverbrennung auf geeignete Weise bewerkstelligt und die Verbrennungsgeräusche werden bei gleichzeitiger Verbesserung der Kraftstoffeffizienz verringert.
Der Prozessor kann eine Verteilung von einer Vielzahl von Verbrennungsgeräusch-Indexwerten erhalten, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten berechnet werden, eine zulässige Grenze des Verbrennungsgeräusch-Indexwerts basierend auf der Verteilung berechnen, einen Ziel-θci, der ein Zielanfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung ist, basierend auf der zulässigen Grenze und der Kennlinie bestimmen und die Verbrennung im Innern des Zylinders steuern bzw. regeln, um den bestimmten Ziel-θci zu erreichen.
Mit dieser Ausgestaltung werden der zulässige Wert des Verbrennungsgeräusch-Indexwerts und der Ziel-θci unter Berücksichtigung der Verteilung der Verbrennungsgeräusch-Indexwerte, d. h. der Veränderung der Verbrennungsgeräusch-Indexwerte, bestimmt. Daher wird eine Möglichkeit verringert, dass gelegentlich laute Verbrennungsgeräusche auftreten, welche die zulässige Grenze überschreiten.
In dieser Ausgestaltung kann der Prozessor basierend auf dem Detektionswert des Detektors einen Fremdzündungsklopfindexwert, der mit dem Fremdzündungsklopfen korreliert ist, in dem unverbranntes Gas außerhalb eines Bereichs des Zylinders, wo die Fremdzündungsverbrennung des Gasgemisches auftritt, sich aufgrund abnormaler lokaler Selbstzündung selbst entzündet, und einen Kompressionszündungsklopfindexwert, der mit Kompressionszündungsklopfen korreliert ist, in dem Geräusche bei einer niedrigeren Frequenz als beim Fremdzündungsklopfen während der Kompressionszündungsverbrennung auftreten, als den Verbrennungsgeräusch-Indexwert angeben. Der Speicher kann als die Kennlinie eine erste Kennlinie, welche die Beziehung zwischen dem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und dem Fremdzündungsklopfindexwert definiert, und eine zweite Kennlinie speichern, welche die Beziehung zwischen dem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und dem Kompressionszündungsklopfindexwert definiert. Der Prozessor kann eine zulässige Grenze des Fremdzündungsklopfindexwerts basierend auf einer Verteilung einer Vielzahl von Fremdzündungsklopfindexwerten, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten angegeben werden, und der ersten Kennlinie und eine zulässige Grenze des Kompressionszündungsklopfindexwerts basierend auf einer Verteilung einer Vielzahl von Kompressionszündungsklopfindexwerten, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten angegeben werden, und der zweiten Kennlinie einstellen, eine erste θci-Grenze, die eine Grenze des Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Fremdzündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze gehalten wird, basierend auf der ersten Kennlinie, die in dem Speicher gespeichert ist, erhalten, eine zweite θci-Grenze, die eine Grenze des Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Kompressionszündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze gehalten wird, basierend auf der ersten Kennlinie, die in dem Speicher gespeichert ist, erhalten, einen Zeitpunkt bestimmen, welcher der gleiche wie oder später als eine von der ersten θci-Grenze und der zweiten θci-Grenze ist, als den Ziel-θci bestimmen und die Verbrennung im Innern des Zylinders derart steuern bzw. regeln, dass der bestimmte Ziel-θci erreicht wird.
Gemäß dieser Ausgestaltung werden die erste θci-Grenze, um den Fremdzündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze zu halten, und die zweite θci-Grenze, um den Kompressionszündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze zu halten, auf geeignete Weise unter Verwendung der ersten und der zweiten Kennlinie abgeleitet und mittels der Ausführung einer gegebenen Verbrennungssteuerung bzw. -regelung (z. B. Anpassen eines Zündzeitpunkts), derart, dass die Kompressionszündungsverbrennung nicht früher als die erste und die zweite θci-Grenze beginnt, werden sowohl der Fremdzündungs- als auch der Kompressionszündungsklopfindexwert jeweils auf zuverlässige Weise niedriger als die zulässigen Grenzen gehalten. Daher wird während der Ausführung der Teilkompressionszündungsverbrennung, welche die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert, d. h. während des Betriebs, in dem sowohl das Fremdzündungsklopfen, das von der Fremdzündungsverbrennung verursacht wird, als auch das Kompressionszündungsklopfen, das von der Kompressionszündungsverbrennung verursacht wird, eine Sorge sind, verhindert, dass das Fremdzündungsklopfen und das Kompressionszündungsklopfen offensichtlich werden. Überdies wird, da die zulässigen Grenzen der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte unter Berücksichtigung von deren Schwankungen berechnet werden, eine Wahrscheinlichkeit, dass gelegentlich starkes Klopfen (laute Verbrennungsgeräusche) auftritt, das die zulässige Grenze überschreitet, verringert.
Der Prozessor kann eine Standardabweichung von der Vielzahl von Fremdzündungsklopfindexwerten berechnen; als die zulässige Grenze des Fremdzündungsklopfindexwerts einen Wert einstellen, der mittels Subtrahierens der Standardabweichung von den Fremdzündungsklopfindexwerten von einer gegebenen Bezugsgrenze des Fremdzündungsklopfindexwerts erhalten wird; eine Standardabweichung von der Vielzahl von Kompressionszündungsklopfindexwerten berechnen; und als die zulässige Grenze des Kompressionszündungsklopfindexwerts einen Wert einstellen, der mittels Subtrahierens der Standardabweichung von den Kompressionszündungsklopfindexwerten von einer gegebenen Bezugsgrenze des Kompressionszündungsklopfindexwerts erhalten wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das maschinenlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie auf ein geeignetes System geladen und darauf ausgeführt werden, die Schritte nach einem der vorhergehenden Verfahren ausführen können.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt wird ein Kompressionszündungsmotor bereitgestellt, der ein Steuer- bzw. Regelsystem, wie vorhergehend beschrieben, umfasst.
Figurenliste

1 ist ein Systemdiagramm, das schematisch eine Gesamtausgestaltung eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
2 zeigt Diagramme, die eine Querschnittsansicht eines Motorkörpers und eine Draufsicht eines Kolbens veranschaulichen.
3 ist eine schematische Draufsicht, die eine Struktur eines Zylinders und von Ansaug- und Abgassystemen in dessen Nähe veranschaulicht.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für den Motor veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm einer Karte, in der Betriebsbereiche des Motors gemäß einem Unterschied bei der Verbrennungsart unterteilt sind.
6 zeigt Zeitdiagrame, die schematisch eine Verbrennungssteuerung bzw. - regelung veranschaulichen, die in jedem Betriebsbereich des Motors ausgeführt wird.
7 ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer Wärmeerzeugungsrate in der SPCCI-Verbrennung (Teilkompressionszündungsverbrennung) veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen spezifischen Ablauf einer Steuerung bzw. Regelung veranschaulicht, die in der SPCCI-Verbrennung ausgeführt wird.
9 ist eine Unterroutine, die einen spezifischen Ablauf einer Steuerung bzw. Regelung bei S4 von 8 veranschaulicht.
10 ist eine Unterroutine, die einen spezifischen Ablauf einer Steuerung bei S10 von 8 veranschaulicht.
11A und 11B sind Karten, die zum Bestimmen einer zulässigen Grenze von jedem von einem Fremdzündungsklopfindexwert und einem Kompressionszündungsklopfindexwert verwendet werden, wobei 11A eine Karte der zulässigen Grenze des Fremdzündungsklopfindexwerts ist und 11B eine Karte zum Bestimmen der zulässigen Grenze des Kompressionszündungsklopfindexwerts ist.
12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte mit ihren entsprechenden Frequenzen veranschaulicht.
13A und 13B sind Karten, die zum Bestimmen eines Zielwerts (Ziel-θi) eines Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung verwendet werden, wobei 13A eine Karte veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen einem Anfangszeitpunkt (θci) der Kompressionszündungsverbrennung und dem Fremdzündungsklopfindexwert definiert, und 13B eine Karte veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen einem Anfangszeitpunkt (θci) der Kompressionszündungsverbrennung und dem Kompressionszündungsklopfindexwert veranschaulicht.
14 ist ein Diagramm, das eine Wellenform des mittels eines Zylinderinnendrucksensors detektierten Zylinderinnendrucks veranschaulicht.
15 ist ein Diagramm, das eine Fensterfunktion veranschaulicht, die auf eine Druckwellenform von 14 angewandt wird.
16 ist ein Diagramm, das eine Wellenform des Zylinderinnendrucks veranschaulicht, die nach Anwenden der Fensterfunktion von 15 erhalten wird.
17 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Durchführung von Fourier-Analyse auf der Druckwellenform von 16 veranschaulicht.
18 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Durchführung von 1/3-Oktavbandverarbeitung auf einem Frequenzspektrum von 17 veranschaulicht.
19 ist ein Diagramm, das 7 entspricht, das verschiedene Verfahren zur Definition eines Fremdzündungsverhältnisses veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
Gesamtausgestaltung des Motors
1 und 2 sind Diagramme, die eine geeignete Ausführungsform eines Motors veranschaulichen, bei dem eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung der vorliegenden Offenbarung angewandt wird. Der in 1 und 2 veranschaulichte Motor ist ein Vierzylinder-Benzinmotor mit Direkteinspritzung, der an einem Fahrzeug als eine Antriebsquelle zum Fahren montiert ist, und umfasst einen Motorkörper 1, einen Ansaugkanal 30, durch den Ansaugluft strömt, die in den Motorkörper 1 einzuführen ist, einen Abgaskanal 40, durch den Abgas strömt, das von dem Motorkörper 1 ausgestoßen wird, und eine AGR-Vorrichtung 50, die einen Anteil des durch den Abgaskanal 40 strömenden Abgases in den Ansaugkanal 30 zurückführt.
Der Motorkörper 1 weist einen Zylinderblock 3, der darin mit Zylindern 2 gebildet ist, einen Zylinderkopf 4, der an einer oberen Oberfläche des Zylinderblocks 3 befestigt ist, um die Zylinder 2 von oben abzudecken, und einen Kolben 5 auf, der sich hin und her bewegend in jeden Zylinder 2 eingepasst ist. Typischerweise ist der Motorkörper 1 von einem Mehrzylindertyp, der eine Vielzahl von Zylindern (z. B. vier Zylinder) aufweist. Hier erfolgt die Beschreibung der Einfachheit halber nur in Bezug auf einen Zylinder 2.
Ein Verbrennungsraum 6 ist über dem Kolben 5 definiert und Kraftstoff, der als einen Hauptbestandteil Benzin enthält, wird mittels einem Einspritzventil 15 (nachfolgend beschrieben) in den Verbrennungsraum 6 eingespritzt. Überdies wird der zugeführte Kraftstoff, während er mit Luft in dem Verbrennungsraum 6 gemischt wird, verbrannt und die mittels dieser Verbrennung bewirkte Expansionskraft drückt den Kolben 5 nach unten und so bewegt er sich in den Aufwärts- und Abwärtsrichtungen des Zylinders hin und her. Es sei erwähnt, dass der in den Verbrennungsraum 6 eingespritzte Kraftstoff irgendein Kraftstoff sein kann, solange er als einen Hauptbestandteil Benzin enthält, zum Beispiel kann er zusätzlich zu Benzin einen Unterbestandteil, wie beispielsweise Bioethanol, enthalten.
Eine Kurbelwelle 7, die eine Abtriebswelle des Motorkörpers 1 ist, ist unterhalb des Kolbens 5 bereitgestellt. Die Kurbelwelle 7 ist über eine Pleuelstange 8 mit dem Kolben 5 verbunden und dreht sich gemäß der Hin- und Herbewegung (Aufwärts- und Abwärtsbewegung) des Kolbens 5 um ihre Mittelachse.
Ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Zylinders 2, das heißt ein Verhältnis des Volumens des Verbrennungsraums 6, wenn der Kolben 5 sich an einem oberen Totpunkt (engl. Top Dead Center - TDC) befindet, zum Volumen des Verbrennungsraums 6, wenn der Kolben 5 sich an einem unteren Totpunkt (engl. Bottom Dead Center - BDC) befindet, wird zwischen ungefähr 13:1 und ungefähr 30:1 als ein geeigneter Wert für SPCCI-Verbrennung (Teilkompressionszündungsverbrennung) eingestellt, die nachfolgend beschrieben wird. Genauer gesagt, wird das geometrische Kompressionsverhältnis des Zylinders 2 in gewöhnlichen Spezifikationen, die Benzinkraftstoff verwenden, der eine hohe Oktanzahl von ungefähr 91 aufweist, zwischen ungefähr 14:1 und ungefähr 17:1 eingestellt und in Spezifikationen mit hoher Oktanzahl, die Benzinkraftstoff verwenden, der eine Oktanzahl von ungefähr 96 aufweist, zwischen ungefähr 15:1 und ungefähr 18:1 eingestellt.
Der Zylinderblock 3 ist mit einem Kurbelwinkelsensor SN1 versehen, der einen Drehwinkel (Kurbelwinkel) und eine Drehgeschwindigkeit (Motordrehzahl) der Kurbelwelle 7 detektiert.
Der Zylinderkopf 4 ist mit einer Ansaugöffnung 9 und einer Abgasöffnung 10 gebildet, die in den Verbrennungsraum 6 münden, und mit einem Ansaugventil 11, das die Ansaugöffnung 9 öffnet und schließt, und einem Abgasventil 12 versehen, das die Abgasöffnung 10 öffnet und schließt. Es sei erwähnt, dass, wie in 2 veranschaulicht, der Typ des Ventils des Motors dieser Ausführungsform ein Typ mit vier Ventilen ist, der zwei Ansaugventile und zwei Abgasventile umfasst. Das heißt, die Ansaugöffnung 9 umfasst eine erste Ansaugöffnung 9A und eine zweite Ansaugöffnung 9B und die Abgasöffnung 10 umfasst eine erste Abgasöffnung 10A und eine zweite Abgasöffnung 10B. Insgesamt zwei Ansaugventile 11 sind bereitgestellt, um die erste beziehungsweise die zweite Ansaugöffnung 9A und 9B zu öffnen und zu schließen, und insgesamt zwei Abgasventile 12 sind bereitgestellt, um die erste beziehungsweise die zweite Abgasöffnung 10A und 10B zu öffnen und zu schließen.
Wie in 3 veranschaulicht, ist ein Wirbelventil 18 darin bereitgestellt, das die zweite Ansaugöffnung 9B öffnen und schließen kann. Das Wirbelventil 18 ist nur in der zweiten Ansaugöffnung 9B bereitgestellt und nicht in der ersten Ansaugöffnung 9A bereitgestellt. Wenn ein solches Wirbelventil 18 in die Schließrichtung angetrieben wird, wird eine kreisende Strömung (Wirbelströmung), die um eine axiale Linie des Zylinders kreist, verstärkt, da eine Rate von Ansaugluft, die von der ersten Ansaugöffnung 9A, in der das Wirbelventil 18 nicht bereitgestellt ist, in den Verbrennungsraum 6 zunimmt. Umgekehrt schwächt das Antreiben des Wirbelventils 18 in die Öffnungsrichtung die kreisende Strömung.
Das Ansaugventil 11 und das Abgasventil 12 werden angetrieben, um sich in Verbindung mit der Drehung der Kurbelwelle 7 mittels Ventilbetätigungsmechanismen 13 und 14, die ein Paar von Nockenwellen umfassen, die in dem Zylinderkopf 4 angeordnet sind, zu öffnen und zu schließen.
Der Ventilbetätigungsmechanismus 13 für das Ansaugventil 11 ist darin mit einer Ansaug-VVT 13a eingebaut, die für mindestens einen Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 11 geändert werden kann. Auf ähnliche Weise ist der Ventilbetätigungsmechanismus 14 für das Abgasventil 12 darin mit einer Abgas-WT 14a eingebaut, die für mindestens einen Schließzeitpunkt des Abgasventils 12 geändert werden kann. Mittels Steuerns bzw. Regelns der Ansaug-VVT 13a und der Abgas-VVT-14a wird in dieser Ausführungsform ein Ventilüberdeckungszeitraum, in dem sowohl das Ansaug- 11 als auch das Abgasventil 12 über dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts geöffnet werden, angepasst und mittels Anpassens des Ventilüberdeckungszeitraums wird eine Menge an verbranntem Gas, die in dem Verbrennungsraum 6 bleibt (internes AGR-Gas) angepasst. Es sei erwähnt, dass die Ansaug-VVT 13a (Abgas-WT 14a) ein variabler Mechanismus, der nur den Schließzeitpunkt (Öffnungszeitpunkt) ändert, während der Öffnungszeitpunkt (Schließzeitpunkt) des Ansaugventils 11 (Abgasventils 12) festgelegt ist, oder ein Mechanismus mit variablen Phasen sein kann, der den Öffnungszeitpunkt und den Schließzeitpunkt des Ansaugventils 11 (Abgasventils 12) gleichzeitig ändert.
Der Zylinderkopf 4 ist mit dem Einspritzventil 15, das den Kraftstoff (hauptsächlich Benzin) in den Verbrennungsraum 6 einspritzt, und einer Zündkerze 16 versehen, die Gasgemisch entzündet, das den von dem Einspritzventil 15 in den Verbrennungsraum 6 eingespritzten Kraftstoff und in den Verbrennungsraum 6 eingeführte Luft enthält. Der Zylinderkopf 4 ist überdies mit einem Zylinderinnendrucksensor SN2 versehen, der Druck des Verbrennungsraums 6 (nachfolgend auch als Zylinderinnendruck bezeichnet) detektiert. Es sei erwähnt, dass der Zylinderinnendrucksensor SN2 einem „Detektor“ entspricht.
Wie in 2 veranschaulicht, ist auf einer Bodenoberfläche des Kolbens 5 ein Hohlraum 20 mittels Vertiefens eines relativ breiten Bereichs des Kolbens 5 einschließlich eines mittleren Teils davon zur dem Zylinderkopf 4 entgegengesetzten Seite (abwärts) gebildet. Ein mittlerer Abschnitt des Hohlraums 20 ist mit einem Wölbungsabschnitt 20a gebildet, der eine im Wesentlichen kegelige Form aufweist, die relativ nach oben gewölbt ist, und beide Seiten des Hohlraums 20 über dem Wölbungsabschnitt 20a in entsprechenden radialen Richtungen bilden einen im Querschnitt schalenförmig vertieften Abschnitt. Mit anderen Worten, der Hohlraum 20 ist ein vertiefter Abschnitt, der in der Draufsicht die Form eines Donuts aufweist, der gebildet ist, um den Wölbungsabschnitt 20a zu umgeben. Überdies ist ein Teil der Bodenoberfläche des Kolbens 5 radial auswärts des Hohlraums 20 ein Quetschabschnitt 21, der aus einer ringförmigen flachen Fläche besteht.
Das Einspritzventil 15 ist ein Einspritzventil mit mehreren Öffnungen, das eine Vielzahl von Düsenöffnungen an seinem Spitzenabschnitt aufweist, und der Kraftstoff wird im Wesentlichen radial von der Vielzahl von Düsenöffnungen eingespritzt („F“ in 2 gibt den von den entsprechenden Düsenöffnungen eingespritzten Kraftstoffspritzer an). Das Einspritzventil 15 ist derart bereitgestellt, dass sein Spitzenabschnitt dem mittleren Abschnitt (Wölbungsabschnitt 20a) der Bodenoberfläche des Kolbens 5 gegenüberliegt.
Die Zündkerze 16 ist in Bezug zum Einspritzventil 15 an einer zur Ansaugseite etwas versetzten Position angeordnet. Der Spitzenabschnitt (Elektrodenabschnitt) der Zündkerze 16 ist an einer Position eingestellt, die sich in der Draufsicht mit dem Hohlraum 20 überlappt.
Wie in 1 veranschaulicht, ist der Ansaugkanal 30 mit einer Seitenoberfläche des Zylinderkopfs 4 verbunden, um mit den Ansaugöffnungen 9 verbunden zu sein. Luft (Zuluft), die von einem vorgeschalteten Ende des Ansaugkanals 30 angesaugt wird, wird durch den Ansaugkanal 30 und die Ansaugöffnung 9 in den Verbrennungsraum 6 eingeführt.
In dem Ansaugkanal 30 sind in der Reihenfolge von der vorgeschalteten Seite ein Luftfilter 31, der Fremdkörper innerhalb der Ansaugluft entfernt, eine Drosselklappe 32, welche die Strömungsrate der Ansaugluft mittels Öffnens und Schließens anpasst, ein Verdichter 33, der die Ansaugluft pumpt und sie gleichzeitig verdichtet, ein Ladeluftkühler 35, der die mittels des Verdichters 33 verdichtete Ansaugluft kühlt, und ein Ausgleichsbehälter 36 bereitgestellt.
Ein Luftströmungssensor SN3, der die Strömungsrate von Ansaugluft detektiert, ein erster und ein zweiter Ansauglufttemperatursensor SN4 und SN6, welche die Temperatur der Ansaugluft detektieren, und ein erster und ein zweiter Ansaugluftdrucksensor SN5 und SN7, die Druck der Ansaugluft detektieren, sind in verschiedenen Teilen des Ansaugkanals 30 bereitgestellt. Der Luftströmungssensor SN3 und der erste Ansauglufttemperatursensor SN4 sind in einem Abschnitt des Ansaugkanals 30 zwischen dem Luftfilter 31 und der Drosselklappe 32 bereitgestellt und detektieren die Strömungsrate und die Temperatur der Ansaugluft, die diesen Abschnitt durchquert. Der erste Ansaugluftsensor SN5 ist in einem Abschnitt des Ansaugkanals 30 zwischen der Drosselklappe 32 und dem Verdichter 33 (einer Verbindungsöffnung eines AGR-Kanals 51, der nachfolgend beschrieben wird, nachgeschaltet) bereitgestellt und detektiert den Druck der Ansaugluft, die diesen Abschnitt durchquert. Der zweite Ansauglufttemperatursensor SN6 ist in einem Abschnitt des Ansaugkanals 30 zwischen dem Verdichter 33 und dem Ladeluftkühler 35 bereitgestellt und detektiert die Temperatur von Ansaugluft, die diesen Abschnitt durchquert. Der zweite Ansaugluftdrucksensor SN7 ist in dem Ausgleichsbehälter 36 bereitgestellt und detektiert den Druck von Ansaugluft in dem Ausgleichsbehälter 36.
Der Verdichter 33 ist ein mechanischer Verdichter (Lader), der mechanisch mit dem Motorkörper 1 verbunden ist. Obgleich der spezifische Typ des Verdichters 33 nicht besonders beschränkt ist, kann irgendeiner der bekannten Verdichter, wie beispielsweise einer vom Lysholm-Typ, Roots-Typ oder zentrifugalen Typ, als der Verdichter 33 verwendet werden.
Eine elektromagnetische Kupplung 34, deren Betriebsmodus elektrisch zwischen „eingekuppelt“ und „ausgekuppelt“ geschaltet werden kann, ist zwischen dem Verdichter 33 und dem Motorkörper 1 bereitgestellt. Wenn die elektromagnetische Kupplung 34 eingekuppelt ist, wird Antriebskraft von dem Motorkörper 1 auf den Verdichter 33 übertragen und das Verdichten mittels des Verdichters 33 wird durchgeführt. Wenn die elektromagnetische Kupplung 34 hingegen ausgekuppelt ist, ist die Übertragung der Antriebskraft unterbrochen und das Verdichten mittels des Verdichters 33 ist angehalten.
Ein Bypasskanal 38, der den Verdichter 33 umgeht, ist in dem Ansaugkanal 30 bereitgestellt. Der Bypasskanal 38 verbindet den Ausgleichsbehälter 36 mit dem nachfolgend beschriebenen AGR-Kanal 51. Ein Bypassventil 39, das sich öffnet und schließt, ist in dem Bypasskanal 38 bereitgestellt.
Der Abgaskanal 40 ist mit der anderen Seitenoberfläche des Zylinderkopfs 4 verbunden, um mit der Abgasöffnung 10 verbunden zu sein. Verbranntes Gas (Abgas), das in dem Verbrennungsraum 6 erzeugt wird, wird durch die Abgasöffnung 10 und den Abgaskanal 40 nach außen ausgestoßen.
Ein Katalysator 41 ist in dem Abgaskanal 40 bereitgestellt. Der Katalysator 41 ist darin mit einem Drei-Wege-Katalysator 41a, der gefährliche Bestandteile reinigt, die in dem Abgas enthalten sind, das durch den Abgaskanal 40 strömt (HC, CO und NOx), und einem Benzinpartikelfilter 41b eingebaut, der Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, auffängt. Es sei erwähnt, dass ein anderer Katalysator, der darin mit einem geeigneten Katalysator eingebaut ist, wie beispielsweise ein Drei-Wege-Katalysator oder ein NOx-Katalysator, dem Katalysator 41 nachgeschaltet hinzugefügt werden kann.
Die AGR-Vorrichtung 50 weist den AGR-Kanal 51, der den Abgaskanal 40 mit dem Ansaugkanal 30 verbindet, und einen AGR-Kühler 52 und ein AGR-Ventil 53 auf, das in dem AGR-Kanal 51 bereitgestellt ist. Der AGR-Kanal 51 verbindet einen Abschnitt des Abgaskanals 40 dem Katalysator 41 nachgeschaltet mit einem Abschnitt des Ansaugkanals 30 zwischen der Drosselklappe 32 und dem Verdichter 33. Der AGR-Kühler 52 kühlt das von dem Abgaskanal 40 durch den AGR-Kanal 51 zum Ansaugkanal 30 zurückgeführte Abgas (externes AGR-Gas) mittels Wärmeaustausches. Das AGR-Ventil 53 ist in dem AGR-Kanal 51 dem AGR-Kühler 52 (der Seite in der Nähe des Ansaugkanals 30) nachgeschaltet und passt die Strömungsrate des Abgases, das durch den AGR-Kanal 51 strömt, an.
Ein Druckdifferenzsensor SN8, der eine Differenz zwischen dem dem AGR-Ventil 53 vorgeschalteten Druck und dem ihm nachgeschalteten Druck detektiert, ist in dem AGR-Kanal 51 vorgesehen.
Steuer- bzw. Regelsystem
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 90 des Motors veranschaulicht. Ein Steuer- bzw. Regelsystem 80 von 1 kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung 90 von 4 und den Motor 1 umfassen. Eine ECU 100, die in 4 veranschaulicht ist, ist ein Mikroprozessor, der den Motor umfassend steuert bzw. regelt, und besteht aus einem gut bekannten Prozessor 101 (z. B. einer Zentraleinheit) und Speicher 102 (z. B. ROM und RAM). Die ECU 100 umfasst ein Verbrennungsgeräusch-Indexwert-Berechnungsmodul 103, ein Grenzwert-Berechnungsmodul 104, ein Zündzeitpunkt-Einstellungsmodul 105, ein ZündkerzenSteuer- bzw. Regelmodul 106, ein Detektionszeitraum-Einstellungsmodul 107 und ein Amplitudenwert-Berechnungsmodul 108. Der Prozessor 101 ist ausgestaltet, die Module, die in dem Speicher 102 als Software gespeichert sind, auszuführen, oder umfasst diese, um ihre jeweiligen Funktionen zu erzielen.
Die ECU 100 empfängt Detektionssignale von verschiedenen Sensoren. Zum Beispiel ist die ECU 100 elektrisch mit dem Kurbelwinkelsensor SN1, dem Zylinderinnendrucksensor SN2, dem Luftströmungssensor SN3, dem ersten und dem zweiten Ansauglufttemperatursensor SN4 und SN6, dem ersten und dem zweiten Ansaugdrucksensor SN5 und SN7 und dem Druckdifferenzsensor SN8 verbunden, die vorhergehend beschrieben sind. Die ECU 100 empfängt der Reihe nach die Informationen, die mittels dieser Sensoren detektiert werden (d. h. den Kurbelwinkel, die Motordrehzahl, den Zylinderinnendruck, die Ansaugluftströmungsrate, die Ansauglufttemperaturen, die Ansaugluftdrücke, die Druckdifferenz zwischen den vorgeschalteten und nachgeschalteten Seiten des AGR-Ventils 53 usw.).
Überdies ist ein Gaspedalsensor SN9, der eine Öffnung eines Gaspedals, das von einem Fahrzeugfahrer, der das Fahrzeug fährt, gesteuert bzw. geregelt wird, in dem Fahrzeug bereitgestellt und ein Detektionssignal von dem Gaspedalsensor SN9 wird auch in die ECU 100 eingegeben.
Die ECU 100 steuert bzw. regelt verschiedene Bauelemente des Motors, während sie verschiedene Bestimmungen und Berechnungen basierend auf den Eingangssignalen von den verschiedenen Sensoren ausführt. Das heißt, die ECU 100 ist elektrisch mit der Ansaug-VVT 13a, der Abgas-WT 14a, dem Einspritzventil 15, der Zündkerze 16, der Drosselklappe 32, der elektromagnetischen Kupplung 34, dem Bypassventil 39, dem AGR-Ventil 53 usw. verbunden und gibt Steuersignale an diese Bauteile basierend auf verschiedenen Berechnungsergebnissen aus.
Steuerung bzw. Regelung gemäß Betriebszustand
5 ist ein Diagramm einer Karte, die einen Unterschied bei der Steuerung bzw. Regelung gemäß einer Motordrehzahl und -last veranschaulicht. Wie in 5 veranschaulicht, ist ein Betriebsbereich des Motors aufgrund des Unterschieds in der Art der Verbrennung grob in vier Betriebsbereiche A1 bis A4 unterteilt. Wenn die vier Betriebsbereiche der erste Betriebsbereich A1, der zweite Betriebsbereich A2, der dritte Betriebsbereich A3 und der vierte Betriebsbereich A4 sind, ist der erste Betriebsbereich A1 ein Bereich mit niedriger Drehzahl und niedriger Last, in dem sowohl die Motordrehzahl als auch die Last niedrig sind, ist der dritte Betriebsbereich A3 ein Bereich mit niedriger Drehzahl und hoher Last, in dem die Motordrehzahl niedrig ist und die Motorlast hoch ist, ist der vierte Betriebsbereich A4 ein hoher Drehzahlbereich, in dem die Motordrehzahl hoch ist, und ist der zweite Betriebsbereich A2 der Rest des Bereichs außer dem ersten, dritten und vierten Betriebsbereich A1, A3 und A4 (d. h. der Bereich, der einen Bereich mit niedriger Drehzahl und mittlerer Last und einen mittleren Drehzahlbereich kombiniert). Nachfolgend wird die Verbrennungsart usw., die in jedem Betriebsbereich ausgewählt wird, der Reihe nach beschrieben.
Erster Betriebsbereich
Innerhalb des ersten Betriebsbereichs A1, in dem die Motordrehzahl niedrig ist und die Motorlast niedrig ist, wird die Teilkompressionszündungsverbrennung, welche die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert (nachfolgend als „SPCCI-Verbrennung“ bezeichnet), in einem Zustand durchgeführt, in dem das Verdichten mittels des Verdichters 33 angehalten ist (natürlicher Ansaugzustand). Es sei erwähnt, dass „SPCCI“ in der SPCCI-Verbrennung eine Abkürzung für „SPark Controlled Compression Ignition“ ist.
Hier ist die Fremdzündungsverbrennung eine Art, in der das Gasgemisch mittels der Zündkerze 16 entzündet wird und dann auf erzwungene Weise mittels Flammenausbreitung verbrannt wird, die den Verbrennungsbereich von dem Zündpunkt ausbreitet, und die Kompressionszündungsverbrennung ist eine Art, in der das Gasgemisch mittels Selbstentzündung in einer Umgebung verbrannt wird, deren Temperatur und Druck aufgrund der Kompression des Kolbens 5 erhöht ist. Die SPCCI-Verbrennung, welche die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert, ist eine Art der Verbrennung, in der die Fremdzündungsverbrennung auf einem Anteil des Gasgemisches in dem Verbrennungsraum 6 mittels Fremdzündung durchgeführt wird, die in einer Umgebung, unmittelbar, bevor das Gasgemisch sich selbst entzündet, durchgeführt wird, und nach der Fremdzündungsverbrennung wird die Kompressionszündungsverbrennung auf dem Rest des Gasgemisches in dem Verbrennungsraum 6 mittels Selbstzündung durchgeführt (mittels der weiteren Erhöhung der Temperatur und des Drucks, die mit der Fremdzündungsverbrennung einher geht).
In der SPCCI-Verbrennung wird die Wärmeerzeugung in der Fremdzündungsverbrennung langsamer als die Wärmeerzeugung in der Kompressionszündungsverbrennung. Zum Beispiel weist, wie in 6 oder 7 veranschaulicht, eine Wellenform einer Wärmeerzeugungsrate, wenn die SPCCI-Verbrennung durchgeführt wird, eine relativ allmählich ansteigende Steigung auf. Überdies ist eine Druckschwankung (d. h. dP/dθ: P ist der Zylinderinnendruck und θ ist der Kurbelwinkel) in dem Verbrennungsraum 6 in der Fremdzündungsverbrennung allmählicher als in der Kompressionszündungsverbrennung. Mit anderen Worten, die Wellenform der Wärmeerzeugungsrate in der SPCCI-Verbrennung ist gebildet, um einen ersten Wärmeerzeugungsratenabschnitt, der mittels der Fremdzündungsverbrennung gebildet wird und eine relativ allmähliche Steigung aufweist, und einen zweiten Wärmeerzeugungsabschnitt aufzuweisen, der von der Kompressionszündungsverbrennung gebildet wird und eine relativ scharf ansteigende Steigung aufweist, die einander in dieser Reihenfolge benachbart sind.
Wenn die Temperatur und der Druck im Innern des Verbrennungsraums 6 aufgrund der Fremdzündungsverbrennung ansteigen, entzündet sich das unverbrannte Gas selbst und die Kompressionszündungsverbrennung beginnt. Wie in 6 oder 7 veranschaulicht, die nachfolgend beschrieben sind, ändert sich die Steigung der Wellenform der Wärmeerzeugungsrate am Zeitpunkt der Selbstzündung (das heißt dem Zeitpunkt, an dem die Kompressionszündungsverbrennung beginnt) von allmählich zu scharf. Das heißt, die Wellenform der Wärmeerzeugungsrate in der SPCCI-Verbrennung weist an dem Zeitpunkt, an dem die Kompressionszündungsverbrennung beginnt (X in 7), einen Knick auf.
Nachdem die Kompressionszündungsverbrennung begonnen hat, werden die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung parallel durchgeführt. In der Kompressionszündungsverbrennung wird, da die Wärmeerzeugung größer ist als in der Fremdzündungsverbrennung, die Wärmeerzeugungsrate relativ hoch. Da indes die Kompressionszündungsverbrennung nach dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) durchgeführt wird, wird die Steigung der Wellenform der Wärmeerzeugungsrate nicht übermäßig. Das heißt, da nach dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts der Antriebsdruck aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens 5 abnimmt, wird verhindert, dass die Wärmeerzeugungsrate ansteigt, wodurch ein übermäßiges dp/dθ in der Kompressionszündungsverbrennung vermieden wird. In der SPCCI-Verbrennung ist es, da die Kompressionszündungsverbrennung nach der Fremdzündungsverbrennung durchgeführt wird, wie vorhergehend beschrieben, unwahrscheinlich, dass dp/dθ, das ein Index der Verbrennungsgeräusche ist, übermäßig wird, und die Verbrennungsgeräusche werden im Vergleich zur einfachen Durchführung der Kompressionszündungsverbrennung (in dem Fall, in dem die Kompressionszündungsverbrennung mit dem gesamten Kraftstoff durchgeführt wird) verringert.
Die SPCCI-Verbrennung endet aufgrund der Beendigung der Kompressionszündungsverbrennung. Da die Verbrennungsgeschwindigkeit der Kompressionszündungsverbrennung schneller ist als diejenige der Fremdzündungsverbrennung, ist der Zeitpunkt des Verbrennungsendes im Vergleich zur einfachen Durchführung der Fremdzündungsverbrennung (wenn die Fremdzündungsverbrennung auf dem gesamten Kraftstoff durchgeführt wird) vorgestellt. Mit anderen Worten, die SPCCI-Verbrennung bringt den Zeitpunkt des Verbrennungsendes beim Expansionstakt näher an den oberen Totpunkt des Kompressionstakts. So verbessert die SPCCI-Verbrennung die Kraftstoffeffizienz im Vergleich zur einfachen Fremdzündungsverbrennung.
Um die SPCCI-Verbrennung zu erreichen, wie vorhergehend beschrieben, werden innerhalb des ersten Betriebsbereichs A1 die verschiedenen Bauelemente des Motors wie folgt von der ECU 100 gesteuert.
Das Einspritzventil 15 spritzt den gesamten oder den meisten Kraftstoff für einen Verbrennungszyklus während des Kompressionstakts ein. Zum Beispiel spritzt das Einspritzventil 15 an einem Betriebspunkt P1, der in dem ersten Betriebsbereich A1 enthalten ist, den Kraftstoff getrennt an zwei Zeitpunkten von einer Zwischenstufe bis zu einer Endstufe des Kompressionstakts ein, wie in dem Diagramm (a) von 6 veranschaulicht.
Die Zündkerze 16 entzündet das Gasgemisch in der Nähe des oberen Totpunkts des Kompressionstakts. Zum Beispiel entzündet die Zündkerze 16 am Betriebspunkt P1 das Gasgemisch an einem leicht vor den oberen Totpunkt des Kompressionstakts vorverlegten Zeitpunkt. Die Zündung löst den Beginn der SPCCI-Verbrennung aus, ein Anteil des Gasgemisches in dem Verbrennungsraum 6 wird mittels Flammenausbreitung (Fremdzündungsverbrennung) verbrannt und dann wird der Rest des Gasgemisches mittels Selbstzündung verbrannt (Kompressionszündungsverbrennung).
Der Verdichter 33 wird ausgeschaltet. Das heißt, die elektromagnetische Kupplung 34 wird ausgekuppelt, um den Verdichter 33 von dem Motorkörper 1 zu trennen und das Bypassventil 39 vollständig zu öffnen, um das Verdichten mittels des Verdichters 33 zu beenden.
Die Ansaug-VVT 13a und die Abgas-VVT 14a stellen Ventilbetätigungszeitpunkte des Ansaug- und des Abgasventils 11 und 12 ein, derart, dass die interne AGR durchgeführt wird, d. h. der Ventilüberdeckungszeitraum, in dem sowohl das Ansaug- 11 als auch das Abgasventil 12 über dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts geöffnet sind, ist ausreichend gebildet. Folglich wird die interne AGR bewerkstelligt, die das verbrannte Gas in dem Verbrennungsraum 6 lässt, und die Temperatur des Verbrennungsraums 6 (die Ausgangstemperatur vor der Kompression) wird erhöht.
Die Drosselklappe 32 ist im Wesentlichen vollständig geöffnet.
Eine Öffnung des AGR-Ventils 53 wird derart gesteuert, dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K), das ein Massenverhältnis zwischen Luft (Zuluft) in dem Verbrennungsraum 6 und dem Kraftstoff ist, ein gegebenes Ziel-Luft/KraftstoffVerhältnis wird. Zum Beispiel wird das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem ersten Betriebsbereich A1 auf der niedrigeren Lastseite einer in 5 veranschaulichten Lastlinie L magerer (λ>1) als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt und auf der höheren Lastseite der Lastlinie L auf oder in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (λ ungefähr 1) eingestellt. Es sei erwähnt, dass λ ein Luftüberschussverhältnis ist. λ = 1 wird hergestellt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7:1) ist, und λ>1 wird hergestellt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Das AGR-Ventil 53 passt eine Menge des Abgases, das durch den AGR-Kanal 51 zurückgeführt wird (externes AGR-Gas) derart an, dass die Menge an Luft (Zuluft), die dem vorhergehend beschriebenen Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, in den Verbrennungsraum 6 eingeführt wird. Mit anderen Worten, das AGR-Ventil 53 passt die Strömungsrate in dem AGR-Kanal 51 derart an, dass eine Menge von Gas, die mittels Subtrahierens der Luftmenge, die dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Menge des aufgrund der internen AGR in dem Verbrennungsraum 6 verbleibenden verbrannten Gases entspricht, von einer Gesamtgasmenge, die in den Verbrennungsraum 6 eingeführt wird, wenn die Drosselklappe 32 im Wesentlichen vollständig geöffnet ist, erhalten wird, als externes AGR-Gas vom AGR-Kanal 51 zum Verbrennungsraum 6 zurückgeführt wird. Innerhalb des ersten Betriebsbereichs A1 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder magerer eingestellt, wie vorhergehend beschrieben, und auch das AGR-Gas (externes AGR-Gas und internes AGR-Gas) wird in den Verbrennungsraum 6 eingeführt. Daher ist ein Gas/Kraftstoff-Verhältnis (G/F), das ein Massenverhältnis des gesamten Gases zum Kraftstoff in dem Verbrennungsraum 6 ist, über den gesamten ersten Betriebsgereich A1 mager.
Die Öffnung des Wirbelventils 18 befindet sich in dem vollständig geschlossenen oder auf eine schmale Öffnung in der Nähe des vollständig geschlossenen Zustands geschlossenen Zustand. Folglich stammt die gesamte oder die meiste Ansaugluft, die in den Verbrennungsraum 6 eingeführt wird, von dem ersten Ansaugkanal 9A (dem Ansaugkanal auf der Seite, an der das Wirbelventil 18 nicht bereitgestellt ist), somit wird eine starke Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 6 gebildet. Diese Wirbelströmung nimmt während des Ansaugtakts zu und bleibt bis zur Mitte des Kompressionstakts. Daher wird zum Beispiel, wenn der Kraftstoff während des Kompressionstakts wie am vorhergehend beschriebenen Betriebspunkt P1 eingespritzt wird, mittels der Wirkung der Wirbelströmung eine Schichtung des Kraftstoffs bewerkstelligt. Das heißt, wenn der Kraftstoff nach der Zwischenstufe des Kompressionstakts bei Vorhandensein der Wirbelströmung eingespritzt wird, wird der eingespritzte Kraftstoff in einem mittleren Abschnitt des Verbrennungsraums 6 gesammelt, wo die Wirbelströmung relativ schwach ist. So tritt ein Konzentrationsunterschied auf, der darin besteht, dass der Kraftstoff in dem mittleren Abschnitt des Verbrennungsraums 6 sich mehr als außerhalb davon (äußerer Umfangsabschnitt) konzentriert, und die Schichtung des Kraftstoffs wird bewerkstelligt. Zum Beispiel wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem mittleren Abschnitt des Verbrennungsraums 6 auf zwischen ungefähr 20:1 und ungefähr 30:1 eingestellt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 6 wird auf ungefähr 35:1 oder höher eingestellt.
Zweiter Betriebsbereich
Innerhalb des zweiten Betriebsbereichs A2 (dem Bereich, der aus der Kombination des Bereichs mit niedriger Drehzahl und mittlerer Last und des mittleren Drehzahlbereichs besteht) wird eine Steuerung bzw. Regelung ausgeführt, in welcher der Verdichter 33 das Verdichten durchführt und die SPCCI-Verbrennung des Gasgemisches durchgeführt wird. Zum Beispiel werden zum Erzielen der SPCCI-Verbrennung, die mit einer solchen Verdichtung einhergeht, innerhalb des zweiten Betriebsbereichs A2 verschiedene Bauelemente des Motors wie folgt von der ECU 100 gesteuert bzw. geregelt.
Das Einspritzventil 15 spritzt einen Anteil des einzuspritzenden Kraftstoffs in einem Verbrennungszyklus während des Ansaugtakts ein und spritzt den Rest des Kraftstoffs während des Kompressionstakts ein. Zum Beispiel führt das Einspritzventil 15, wie im Diagramm (b) von 6 veranschaulicht, an einem Betriebspunkt P2, der in dem zweiten Betriebsbereich A2 umfasst ist, eine erste (erstmalige) Kraftstoffeinspritzung, in der eine relativ große Menge an Kraftstoff eingespritzt wird, während des Ansaugtakts durch und führt eine zweite (zweitmalige) Kraftstoffeinspritzung, in der eine kleinere Menge an Kraftstoff eingespritzt wird als bei der ersten Kraftstoffeinspritzung, während des Kompressionstakts durch. Überdies spritzt das Einspritzventil 15 an einem Betriebspunkt P3 bei einer höheren Last und einer höheren Drehzahl als beim Betriebspunkt P2 den Kraftstoff während eines ununterbrochenen Zeitraums vom Ansaugtakt bis zum Kompressionstakt ein, wie in dem Diagramm (c) von 6 veranschaulicht.
Die Zündkerze 16 entzündet das Gasgemisch in der Nähe des oberen Totpunkts des Kompressionstakts. Zum Beispiel zündet die Zündkerze 16 am Betriebspunkt P2 das Gasgemisch an einem Zeitpunkt, der leicht vor den oberen Totpunkt des Kompressionstakts vorverlegt ist (Diagramm (b) von 6), und an dem Betriebspunkt P3 an einem leicht vom oberen Totpunkt des Kompressionstakts verzögerten Zeitpunkt (Diagramm (c) in 6). Diese Zündung löst die SPCCI-Verbrennung aus, ein Anteil des Gasgemisches in dem Verbrennungsraum 6 wird mittels Flammenausbreitung (Fremdzündungsverbrennung) verbrannt und dann wird der Rest des Gasgemisches mittels Selbstzündung verbrannt (Kompressionszündungsverbrennung).
Der Verdichter 33 wird eingeschaltet. Das heißt, die elektromagnetische Kupplung 34 wird eingerückt, um den Verdichter 33 mit dem Motorkörper 1 zu verbinden, um die Verdichtung mittels des Verdichters 33 durchzuführen. Hier wird die Öffnung des Bypassventils 39 derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Druck in dem Ausgleichsbehälter 36 (Verdichtungsdruck), der mittels des zweiten AnsaugluftDrucksensors SN7 detektiert wird, mit einem gegebenen Zieldruck übereinstimmt, der für jeden Betriebszustand (Motordrehzahl und Motorlast) bestimmt wird. Zum Beispiel nimmt bei zunehmender Öffnung des Bypassventils 39 die Strömungsrate der Ansaugluft, die durch den Bypasskanal 38 zur vorgeschalteten Seite des Verdichters 33 zurückströmt, zu und folglich wird der Druck der Ansaugluft, die in den Ausgleichsbehälter 36 eingeführt wird, das heißt der Verdichtungsdruck, niedrig. Mittels Anpassens der Rückströmungsmenge der Ansaugluft auf diese Weise steuert bzw. regelt das Bypassventil 39 den Verdichtungsdruck auf den Zieldruck.
Die Ansaug-VTT 13a und die Abgas-VTT 14a steuern bzw. regeln die Ventilbetätigungszeitpunkte des Ansaug- und des Abgasventils 11 und 12 derart, dass die interne AGR nur in einem niedrigen Lastsegment des zweiten Betriebsbereichs A2 durchgeführt wird (d. h. die interne AGR wird in einem hohen Lastsegment angehalten).
Die Drosselklappe 32 ist im Wesentlichen vollständig geöffnet.
Die Öffnung des AGR-Ventils 53 wird derart gesteuert bzw. geregelt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) im Innern des Verbrennungsraums 6 das gegebene Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Zum Beispiel wird das Ziel-Luft/KraftstoffVerhältnis in dem zweiten Betriebsbereich A2 magerer (λ>1) als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der niedrigeren Lastseite der Lastlinie L (5) eingestellt und wird auf der höheren Lastseite der Lastlinie L auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt (λ ungefähr 1). Das AGR-Ventil 53 passt das externe AGR-Gas derart an, dass die Menge an Luft (Zuluft), die dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, in den Verbrennungsraum 6 eingeführt wird. Zum Beispiel wird die Rückführungsmenge des Abgases verringert, um bei zunehmender Motorlast kleiner zu werden, und wird in der Nähe einer höchsten Last des Motors im Wesentlichen null. Mit anderen Worten, das Gas/Kraftstoff-Verhältnis (G/F) in dem Verbrennungsraum 6 wird außer für die Nähe der höchsten Last des Motors mager eingestellt.
Das Wirbelventil 18 ist vollständig geschlossen oder mit einer geeigneten Zwischenöffnung geöffnet, die nicht vollständig geschlossen/geöffnet ist. Zum Beispiel ist das Wirbelventil 18 im niedrigen Lastsegment des zweiten Betriebsbereichs A2 vollständig geschlossen und wird angepasst, um in dem Rest des Bereichs A2 die Zwischenöffnung aufzuweisen. Es sei erwähnt, dass die Öffnung des Wirbelventils 18 im Rest des Bereichs A2 bei zunehmender Last erhöht wird.
Dritter Betriebsbereich
Innerhalb des dritten Betriebsbereichs A3 auf der Seite mit niedriger Drehzahl und hoher Last wird eine Steuerung bzw. Regelung ausgeführt, in welcher der Verdichter 33 das Verdichten durchführt und die Fremdzündungsverbrennung des Gasgemisches durchgeführt wird. Zum Beispiel werden zum Erzielen der Fremdzündungsverbrennung, die mit einer solchen Verdichtung einher geht, innerhalb des dritten Betriebsbereichs A3 die verschiedenen Bauelemente des Motors wie folgt von der ECU 100 gesteuert bzw. geregelt.
Das Einspritzventil 15 spritzt während des Ansaugtakts einen Anteil des Kraftstoffs für einen Verbrennungszyklus ein und spritzt den Rest des Kraftstoffs beim Kompressionstakt ein. Zum Beispiel führt das Einspritzventil 15, wie in dem Diagramm (d) von 6 veranschaulicht, an einem Betriebspunkt P4, der in dem dritten Betriebsbereich A3 umfasst ist, die erste Kraftstoffeinspritzung durch, in der eine relativ große Menge an Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt wird, und führt die zweite Kraftstoffeinspritzung durch, in der eine kleinere Menge an Kraftstoff als in der ersten Kraftstoffeinspritzung in der Endstufe des Kompressionstakts (unmittelbar vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts) eingespritzt wird.
Die Zündkerze 16 entzündet das Gasgemisch an einem relativ verzögerten Zeitpunkt, zum Beispiel 5° Kurbelwinkel bis ungefähr 20° Kurbelwinkel vom oberen Totpunkt des Kompressionstakts. Überdies löst diese Zündung die Fremdzündungsverbrennung aus und das gesamte Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 6 verbrennt mittels Flammenausbreitung. Es sei erwähnt, dass der Grund, weshalb der Zündzeitpunkt innerhalb des dritten Betriebsbereichs A3 verzögert wird, wie vorhergehend beschrieben, das Verhindern abnormaler Verbrennung, wie beispielsweise Klopfen und Vorzündung, ist. Indes wird in dem dritten Betriebsbereich A3 die zweite Kraftstoffeinspritzung eingestellt, um in der Endstufe des Kompressionstakts (unmittelbar vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts) durchgeführt zu werden, was ziemlich spät ist, daher ist die Verbrennungsgeschwindigkeit, sogar mit dem wie vorhergehend beschrieben verzögerten Zündzeitpunkt, nach der Zündung (Flammenausbreitungsgeschwindigkeit) relativ schnell. Das heißt, da der Zeitraum von der zweiten Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung ausreichend kurz ist, wird die Strömung (kinetische Turbulenzenergie) in dem Verbrennungsraum 6 relativ stark und die Verbrennungsgeschwindigkeit nach der Zündung wird unter Verwendung dieser Strömung beschleunigt. So wird der thermische Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Verhinderung der abnormalen Verbrennung hoch gehalten.
Der Verdichter 33 wird eingeschaltet. Das heißt, die elektromagnetische Kupplung 34 wird eingerückt, um den Verdichter 33 mit dem Motorkörper 1 zu verbinden, um das Verdichten mittels des Verdichters 33 durchzuführen. Überdies wird die Öffnung des Bypassventils 39 derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Druck in dem Ausgleichsbehälter 36 (Verdichtungsdruck) mit dem Zieldruck übereinstimmt.
Die Drosselklappe 32 wird im Wesentlichen vollständig geöffnet.
Die Öffnung des AGR-Ventils 53 wird derart gesteuert, dass das Luft/KraftstoffVerhältnis (L/K) in dem Verbrennungsraum 6 im Wesentlichen das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder leicht fetter wird. Das Gas/Kraftstoff-Verhältnis (G/F) in dem Verbrennungsraum 6 wird hingegen außer für die Nähe der höchsten Last des Motors mager eingestellt.
Die Öffnung des Wirbelventils 18 wird auf oder in der Nähe einer gegebenen Zwischenöffnung (z. B. ungefähr 50 %) eingestellt.
Vierter Betriebsbereich
Innerhalb des vierten Betriebsbereichs A4 auf der höheren Drehzahlseite des ersten bis dritten Betriebsbereichs A1 bis A3 wird eine relativ allgemeine Fremdzündungsverbrennung ausgeführt. Um diese Fremdzündungsverbrennung zu erzielen, werden die verschiedenen Bauelemente des Motors innerhalb des vierten Betriebsbereichs A4 von der ECU 100 wie folgt gesteuert bzw. geregelt.
Das Einspritzventil 15 spritzt den Kraftstoff mindestens über einen gegebenen Zeitraum hinweg ein, der sich mit dem Ansaugtakt überdeckt. Zum Beispiel spritzt das Einspritzventil 15 an einem Betriebspunkt P5, der in dem vierten Betriebsbereich A4 umfasst ist, den Kraftstoff über einen kontinuierlichen Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zum Kompressionstakt ein, wie in dem Diagramm (e) von 6 gezeigt. Es sei erwähnt, dass, da der Betriebspunkt P5 sich in einem Zustand mit ziemlich hoher Drehzahl und hoher Last befindet, die Menge an Kraftstoff, die in einem Verbrennungszyklus einzuspritzen ist, groß ist und auch ein Kurbelwinkel-Zeitraum, der zum Einspritzen der erforderlichen Menge an Kraftstoff erforderlich ist, lang wird, weshalb der Kraftstoffeinspritzungszeitraum an dem Betriebspunkt P5 länger ist als bei den vorhergehend beschriebenen anderen Betriebspunkten (P1 bis P4).
Die Zündkerze 16 entzündet das Gasgemisch in der Nähe des oberen Totpunkts des Kompressionstakts. Zum Beispiel entzündet die Zündkerze 16 am Betriebspunkt P5 das Gasgemisch an einem leicht vom oberen Totpunkt des Kompressionstakts vorverlegten Zeitpunkt. Überdies löst diese Zündung die Fremdzündungsverbrennung aus und das gesamte Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 6 wird mittels Flammenausbreitung verbrannt.
Der Verdichter 33 wird eingeschaltet. Das heißt, die elektromagnetische Kupplung 34 wird eingerückt, um den Verdichter 33 mit dem Motorkörper 1 zu verbinden, um das Verdichten mittels des Verdichters 33 durchzuführen. Überdies wird die Öffnung des Bypassventils 39 derart gesteuert bzw. geregelt, dass der Druck in dem Ausgleichsbehälter 36 (Verdichtungsdruck) mit dem Zieldruck übereinstimmt.
Die Drosselklappe 32 ist im Wesentlichen vollständig geöffnet.
Die Öffnung des AGR-Ventils 53 wird derart gesteuert bzw. geregelt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) in dem Verbrennungsraum 6 das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder leicht fetter wird. Das Gas/Kraftstoff-Verhältnis (G/F) in dem Verbrennungsraum 6 wird hingegen außer in der Nähe der höchsten Last des Motors mager eingestellt.
Das Wirbelventil 18 ist im Wesentlichen vollständig geöffnet. So sind nicht nur die erste Ansaugöffnung 9A, sondern auch die zweite Ansaugöffnung 9B im Wesentlichen vollständig geöffnet und der Ladewirkungsgrad des Motors wird verbessert.
Über das Fremdzündungsverhältnis
Wie vorhergehend beschrieben, wird in dieser Ausführungsform die SPCCI-Verbrennung, welche die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert, innerhalb des ersten A1 und des zweiten Betriebsbereichs A2 durchgeführt. In dieser SPCCI-Verbrennung ist es wichtig, das Verhältnis der Fremdzündungsverbrennung zur Kompressionszündungsverbrennung gemäß dem Betriebszustand zu steuern bzw. zu regeln.
In dieser Ausführungsform wird als das Verhältnis ein Fremdzündungsverhältnis, das ein Verhältnis einer Wärmeerzeugungsmenge von der Fremdzündungsverbrennung zur Gesamtwärmeerzeugungsmenge von der SPCCI-Verbrennung (der Fremdzündungsverbrennung und der Kompressionszündungsverbrennung) verwendet. 7 ist ein Diagramm, das dieses Fremdzündungsverhältnis veranschaulicht und eine Änderung bei der Wärmeerzeugungsrate (J/Grad) gemäß dem Kurbelwinkel veranschaulicht, wenn die SPCCI-Verbrennung auftritt. Der Knick X in der Wellenform von 7 ist ein Knick, der auftritt, wenn die Art der Verbrennung von der Fremdzündungsverbrennung zur Kompressionszündungsverbrennung umschaltet, und der Kurbelwinkel θci, der diesem Knick X entspricht, kann als der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung definiert werden. Überdies wird ein Bereich Q1 der Wellenform der Wärmeerzeugungsrate, der sich auf der Voreilungsseite dieses θci (dem Zeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung) befindet, als die Wärmeerzeugungsmenge von der Fremdzündungsverbrennung eingestellt, und ein Bereich Q2 der Wellenform der Wärmeerzeugungsrate, die sich auf der Verzögerungsseite von θci befindet, ist die Wärmeerzeugungsrate von der Kompressionszündungsverbrennung. So kann das Fremdzündungsverhältnis, das mittels (Wärmeerzeugungsmenge mittels Fremdzündungsverbrennung)/(Wärmeerzeugungsmenge mittels SPCCI-Verbrennung) definiert wird, mittels Q1/(Q1+Q2) unter Verwendung der entsprechenden Bereiche Q1 und Q2 ausgedrückt werden. Das heißt, in dieser Ausführungsform beträgt das Fremdzündungsverhältnis = Q1/(Q1+Q2).
In dem Fall der Kompressionszündungsverbrennung nimmt, da das Gasgemisch eine Vielzahl von Malen gleichzeitig mittels Selbstzündung verbrennt, die Wärmeerzeugungsrate im Vergleich zur Fremdzündungsverbrennung, die mittels Flammenausbreitung bewirkt wird, leicht zu und es treten leicht laute Geräusche auf. Daher wird bei steigender Motorlast als Ganzes das Fremdzündungsverhältnis (=Q1/(Q1+Q2)) in der SPCCI-Verbrennung auf gewünschte Weise erhöht. Dies ist so, weil, wenn die Last hoch ist, die Kraftstoffeinspritzmenge groß ist und die Gesamtwärmeerzeugungsmenge in dem Verbrennungsraum 6 im Vergleich zu, wenn die Last niedrig ist, größer ist und daher laute Geräusche erzeugt werden, wenn das Fremdzündungsverhältnis verringert wird (das heißt der Anteil der Kompressionszündungsverbrennung erhöht wird). Umgekehrt ist die Kompressionszündungsverbrennung hinsichtlich des thermischen Wirkungsrads ausgezeichnet. Daher ist es zu bevorzugen, die Kompressionszündungsverbrennung auf die größtmögliche Kraftstoffmenge anzuwenden, es sei denn, die Geräusche werden zum Problem. Daher wird als Ganzes das Fremdzündungsverhältnis in der SPCCI-Verbrennung auf wünschenswerte Weise bei abnehmender Motorlast verringert (d. h. der Anteil der Kompressionszündungsverbrennung wird erhöht). Angesichts dieser Punkte wird in dieser Ausführungsform das Fremdzündungsverhältnis, auf das abgezielt wird (Ziel-Fremdzündungsverhältnis), im Voraus gemäß dem Betriebszustand des Motors bestimmt und Zielwerte der Steuer- bzw. Regelgrößen, wie beispielsweise Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzmenge und -zeitpunkt und Zylinderinnenzustandsfunktionen, werden jeweils bestimmt, um dieses Ziel-Fremdzündungsverhältnis zu erzielen. Es sei erwähnt, dass die hier erwähnten Zylinderinnenzustandsfunktionen zum Beispiel die Temperatur in dem Verbrennungsraum 6 und das AGR-Verhältnis umfassen. Das AGR-Verhältnis umfasst ein externes AGR-Verhältnis, das ein Verhältnis des externen AGR-Gases (durch den AGR-Kanal 51 in den Verbrennungsraum 6 zurückgeführtes Abgas) zum gesamten Gas in dem Verbrennungsraum 6 und ein internes AGR-Verhältnis (in dem Verbrennungsraum 6 verbleibendes verbranntes Gas) umfasst, das ein Verhältnis des internen AGR-Gases zum gesamten Gas in dem Verbrennungsraum 6 ist.
Zum Beispiel wird, wenn der Zündzeitpunkt vorverlegt wird, eine größere Menge an Kraftstoff in der Fremdzündungsverbrennung verbrannt und das Fremdzündungsverhältnis nimmt zu. Überdies wird, wenn der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs vorverlegt wird, eine größere Menge an Kraftstoff in der Kompressionszündungsverbrennung verbrannt und das Fremdzündungsverhältnis nimmt ab. Alternativ wird bei steigender Temperatur des Verbrennungsraums 6 eine größere Menge an Kraftstoff in der Kompressionszündungsverbrennung verbrannt und das Fremdzündungsverhältnis nimmt ab.
Basierend auf einer solchen Tendenz werden in dieser Ausführungsform die Zielwerte des Zündzeitpunkts, der/des Kraftstoffeinspritzmenge und -zeitpunkts und der Zylinderinnenzustandsfunktionen (Temperatur, AGR-Verhältnis usw.) für jeden Betriebszustand im Voraus bestimmt, um eine Kombination von Werten zu erreichen, die für das vorhergehende beschriebene Zielfremdzündungsverhältnis erreichbar sind. Im Betrieb mit der SPCCI-Verbrennung (d. h. dem Betrieb innerhalb des ersten und des zweiten Betriebsbereichs A1 und A2) steuert bzw. regelt die ECU 100 das Einspritzventil 15, die Zündkerze 16, das AGR-Ventil 53, die Ansaug- und Abgas-VVTs 13a und 14a usw. basierend auf den Zielwerten dieser Steuer- bzw. Regelgrößen. Zum Beispiel wird die Zündkerze 16 basierend auf dem Zielwert des Zündzeitpunkts gesteuert bzw. geregelt und das Einspritzventil 15 wird basierend auf den Zielwerten für die/den Kraftstoffeinspritzmenge und -zeitpunkt gesteuert bzw. geregelt. Überdies werden das AGR-Ventil 53 und die Ansaug- und Abgas-WT 13a und 14a basierend auf den entsprechenden Zielwerten für die Temperatur des Verbrennungsraums 6 und das AGR-Verhältnis gesteuert bzw. geregelt und die Rückführungsmenge von Abgas (externes AGR-Gas) durch den AGR-Kanal 51 und die Restmenge an verbranntem Gas (internes AGR-Gas) durch die interne AGR werden angepasst.
Es sei erwähnt, dass in dieser Ausführungsform, in der das Ziel-Fremdzündungsverhältnis im Voraus für jeden Betriebszustand des Motors bestimmt wird, der Zeitpunkt θci des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung, an dem die Verbrennung, die an dieses Zielfremdzündungsverhältnis angepasst ist, auch natürlich bestimmt wird. In der folgenden Beschreibung wird der Zeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf dem Zielfremdzündungsverhältnis als Standard-θci bezeichnet. Dieser Standard-θci dient als ein Bezug zum Bestimmen des Ziel-θci in einem Ablaufdiagramm (S4 in 8), das nachfolgend beschrieben wird.
Steuerung gemäß dem Klopfindexwert
Hier kann in der SPCCI-Verbrennung, welche die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert, aufgrund der entsprechenden Fremdzündungsverbrennung und der Kompressionszündungsverbrennung Klopfen auftreten. Wenn Klopfen, das von der Fremdzündungsverbrennung verursacht wird, Fremdzündungsklopfen ist und Klopfen, das von der Kompressionszündungsverbrennung verursacht wird, Kompressionszündungsklopfen ist, bedeutet Fremdzündungsklopfen ein Phänomen, in dem das unverbrannte Gas außerhalb des Bereichs, wo die Fremdzündungsverbrennung des Gasgemisches auftritt, schnell mittels abnormaler lokaler Selbstzündung (lokale Selbstzündung, die sich deutlich von der normalen Kompressionszündungsverbrennung unterscheidet) verbrennt, und Kompressionszündungsklopfen ist ein Phänomen, in dem Hauptbauelemente des Motors (Zylinderblock/Kopf, Kolben, Kurbelwellenlagerzapfenteil usw.) aufgrund einer Druckschwankung von der Kompressionszündungsverbrennung mitschwingen. Das Fremdzündungsklopfen tritt als laute Geräusche bei einer Frequenz von ungefähr 6,3 kHz aufgrund von Schwingung der Luftsäule im Innern des Verbrennungsraums 6 auf, die aufgrund der lokalen Selbstzündung auftritt. Das Kompressionszündungsklopfen tritt hingegen als laute Geräusche bei einer Frequenz innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1 bis 4 kHz (genauer gesagt, einer Vielzahl von Frequenzen, die in diesem Bereich umfasst sind) aufgrund des Mitschwingens der Hauptbauelemente des Motors auf. So treten das Fremdzündungsklopfen und das Kompressionszündungsklopfen bei unterschiedlichen Frequenzen auf, die aus unterschiedlichen Gründen verursacht werden, und die Frequenz des Geräuschs in dem Kompressionszündungsklopfen ist niedriger als die Frequenz des Geräuschs in dem Fremdzündungsklopfen.
Da sowohl ein solches Fremdzündungsklopfen als auch ein solches Kompressionszündungsklopfen von einer Person in einer Fahrgastzelle als scharfe Geräusche wahrgenommen werden, wird die SPCCI-Verbrennung derart gesteuert bzw. geregelt, dass keines von dem Fremdzündungsklopfen und dem Kompressionszündungsklopfen auftritt. Daher werden in dieser Ausführungsform ein Fremdzündungsklopfindexwert (Verbrennungsgeräusch-Indexwert), der mit dem Fremdzündungsklopfen korreliert ist, und ein Kompressionszündungsklopfindexwert (Verbrennungsgeräusch-Indexwert), der mit dem Kompressionszündungsklopfen korreliert ist, basierend auf dem Detektionswert des Zylinderinnendrucksensors SN2 angegeben, und die SPCCI-Verbrennung basierend auf jedem angegebenen Klopfindexwert gesteuert bzw. geregelt. Es sei erwähnt, dass in dieser Ausführungsform der Fremdzündungsklopfindexwert ein Wert ist, der Geräusche in der Umgebung von 6,3 kHz darstellt, die aufgrund des Auftretens des Fremdzündungsklopfens zunehmen. Der Kompressionszündungsklopfindexwert ist ein Wert, der Geräusche in der Umgebung von 1 bis ungefähr 4 kHz darstellt, die aufgrund des Auftretens des Kompressionszündungsklopfens zunehmen. Wie nachfolgend ausführlich beschrieben, wird jeder von diesen Klopfindexwerten mittels Durchführens einer FourierTransformation auf einer mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 detektierten Wellenform berechnet.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine spezifische Prozedur zur Steuerung bzw. Regelung, die von der ECU 100 in der SPCCI-Verbrennung ausgeführt wird, das heißt den Betrieb innerhalb des ersten A1 und des zweiten Betriebsbereichs A2 veranschaulicht, die in 5 veranschaulicht sind. Wenn die in diesem Ablaufdiagramm veranschaulichte Steuerung bzw. Regelung beginnt, bestimmt die ECU 100 die Kraftstoffeinspritzmenge von dem Einspritzventil 15 und ihren Einspritzzeitpunkt basierend auf der mittels des Kurbelwinkelsensors SN1 detektierten Motordrehzahl und der Motorlast, die mittels des Detektionswerts des Gaspedalsensors SN9 (Gaspedalöffnung) angegeben wird, dem Detektionswert des Luftströmungssensors SN3 (Ansaugströmungsrate) usw. (S1). Es sei erwähnt, dass wie in Abschnitt (4) vorhergehend beschrieben, in dieser Ausführungsform das Zielfremdzündungsverhältnis im Voraus gemäß dem Betriebszustand des Motors bestimmt wird und die/der Kraftstoffeinspritzmenge und -zeitpunkt zum Erreichen dieses Zielfremdzündungsverhältnisses für jeden Betriebszustand des Motors im Voraus bestimmt werden. Die/der in S1 bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge und -zeitpunkt ist die/der Einspritzmenge und -zeitpunkt zum Erreichen dieses Zielfremdzündungsverhältnisses.
Als Nächstes bestimmt die ECU 100 eine zulässige Grenze W1, die eine Obergrenze für den Fremdzündungsklopfindexwert ist, der in einem gegenwärtigen Betriebszustand zulässig ist (11A) (S2) und bestimmt eine zulässige Grenze W2, die eine Obergrenze für den Kompressionszündungsklopfindexwert ist, der auch in dem gegenwärtigen Betriebszustand zulässig ist (11B) (S3).
Insbesondere gibt die ECU 100 bei S2 die zulässige Grenze W1 des Fremdzündungsklopfindexwerts basierend auf der mittels des Kurbelwinkelsensors SN1 detektierten Motordrehzahl, der basierend auf dem Detektionswert des Gaspedalsensors SN9) (Gaspedalöffnung) angegebenen Motorlast usw. und einer in 11A veranschaulichten Karte M1 an. Auf ähnliche Weise gibt die ECU 100 bei S3 die zulässige Grenze W2 des Kompressionszündungsklopfindexwerts basierend auf der Motordrehzahl und -last und der in 11B veranschaulichten Karte M2 an.
Die Karte M1 von 11A ist eine Karte, die eine Grundgrenze (Bezugsgrenze) V1 des Fremdzündungsklopfindexwerts für jede Motordrehzahl und - last definiert, und die Karte M2 von 11B ist eine Karte, die eine Grundgrenze (Bezugsgrenze) V2 des Kompressionszündungsklopfindexwerts für jede Motordrehzahl und -last definiert. Diese Karten M1 und M2 werden im Voraus in der ECU 100 gespeichert. In jeder von den Karten M1 und M2 werden die Grundgrenzen V1 und V2 der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte bestimmt, um höher zu werden, wenn die Motordrehzahl und -last höher werden. Das heißt, jede von den Grundgrenzen V1 und V2 steigt an, wenn eines von der Motordrehzahl und -last ansteigt, nimmt in dem Zustand mit niedriger Drehzahl und niedriger Last, in dem sowohl Motordrehzahl als auch -last niedrig sind, einen niedrigsten Wert an, und nimmt in dem Zustand mit hoher Drehzahl und hoher Last, in dem sowohl Motordrehzahl als auch -last hoch sind, einen höchsten Wert an. Dies ist so, da es einfacher wird, geringe Geräusche zu detektieren, wenn die Motordrehzahl und -last niedriger sind (mit anderen Worten, es wird schwieriger, bei zunehmender Motordrehzahl und -last große Geräusche zu detektieren).
Bei S2 und S3 gibt die ECU 100 die Grundgrenze V1x des Fremdzündungsklopfindexwerts und die Grundgrenze V2x des Kompressionszündungsklopfindexwerts an, die dem gegenwärtigen Betriebszustand entsprechen, indem sie die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen (Drehzahl und Last), die basierend auf den Detektionswerten der Sensoren SN1 und SN9 usw. angegeben werden, mit den Karten M1 und M2 von 11A und 11B vergleicht.
Die Margen „a“ und „b“ werden basierend auf Schwankungen der vorhergehend erfassten Fremdzündungs- beziehungsweise Kompressionszündungsklopfindexwerte erhalten. Diese Margen a und b werden von den Grundgrenzen V1x und V2x subtrahiert und die erhaltenen Werte werden als die zulässigen Grenzen W1 und W2 der Fremdzündungs- beziehungsweise Kompressionszündungsklopfindexwerte erhalten. Das heißt, die Grundgrenze V1x des Fremdzündungsklopfindexwerts, die dem gegenwärtigen Betriebszustand entspricht, wird unter Verwendung der Karte M1 ( 11A) angegeben und der Wert, der mittels Subtrahierens der Marge a, die auf der Schwankung des vorhergehend erfassten Fremdzündungsklopfindexwerts basiert, von der Grundgrenze V1x erhalten wird, wird als die zulässige Grenze W1 des Fremdzündungsklopfindexwerts bestimmt. Auf ähnliche Weise wird die Grundgrenze V2x des Kompressionszündungsklopfindexwerts, welcher dem gegenwärtigen Betriebszustand entspricht, unter Verwendung der Karte M2 (11B) angegeben und der Wert, der mittels Subtrahierens der Marge b, die auf der Schwankung des vorhergehend erfassten Kompressionszündungsklopfindexwerts basiert, von der Grundgrenze V2x erhalten wird, wird als die zulässige Grenze W2 des Kompressionszündungsklopfindexwerts bestimmt.
Hier werden die Margen a und b, die in dem vorhergehenden Prozess von den Grundgrenzen V1x beziehungsweise V2x zu subtrahieren sind, von den Verlaufsdaten der zuvor erfassten Fremdzündungs- beziehungsweise Kompressionszündungsklopfindexwerte erhalten (S11, nachfolgend beschrieben).
In dieser Ausführungsform wird eine Standardabweichung von einer Vielzahl von Fremdzündungsklopfindexwerten (Kompressionszündungsklopfindexwerten) an einer Vielzahl von Zeitpunkten, die einem gegebenen Zeitraum in der Vergangenheit entsprechen, die kumuliert werden, d. h. ein sogenannter Wert 1σ (1 Sigma) als die Marge a (Marge b) verwendet. Das heißt, in 12, die eine Beziehung der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfwerte mit ihren Frequenzen veranschaulicht, wird ein Wert, der um die Standardabweichung (1σ) des Fremdzündungsklopfindexwerts (Kompressionszündungsklopfindexwerts) kleiner als die Grundgrenze V1x (V2x) ist, als die zulässige Grenze W1 (W2) bestimmt.
Die zulässigen Grenzen W1 und W2 werden unter Berücksichtigung der Schwankungen bei den Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten bestimmt, wie vorhergehend beschrieben, da, wenn der zulässige Wert des Klopfindexwerts unter Missachtung der Schwankung der Geräusche in jedem Verbrennungszyklus festgelegt wird, eine Wahrscheinlichkeit, dass gelegentlich laute Geräusche auftreten, welche die zulässige Grenze überschreiten, hoch wird. Mit anderen Worten, die zulässigen Grenzen W1 und W2 werden unter Berücksichtigung der Schwankungen auf die vorhergehende Weise eingestellt, um sicherzustellen, das in irgendeinem Verbrennungszyklus unabhängig von dem Grad der Schwankung bei den Geräuschen keine Verbrennung auftritt, die mit lauten Geräuschen einhergeht, welche die zulässige Grenze überschreiten. In dieser Ausführungsform werden die Margen a und b auf ein sogenanntes 1σ (1 Sigma) eingestellt, welche die Standardabweichungen der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte sind, derart dass mindestes ungefähr 90 % der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte die Grundgrenzen V1x beziehungsweise V2x nicht überschreiten.
Als Nächstes bestimmt die ECU 100 den Ziel-θci, welcher der Zielzeitpunkt für den Beginn der Kompressionszündungsverbrennung (S4) ist. Dieser Ziel-θci ist ein Zielwert des Kurbelwinkels (des in 7 veranschaulichten Kurbelwinkels θci), an dem die Fremdzündungsverbrennung auf die Kompressionszündungsverbrennung umgeschaltet wird, und wird bestimmt, um die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte unter die zulässigen Grenzen W1 und W2 zu senken.
9 ist eine Unterroutine, die einen spezifischen Ablauf einer Steuerung bzw. Regelung bei S4 veranschaulicht, an welcher der Ziel-θci bestimmt wird. Nachdem die Steuerung bzw. Regelung in dieser Unterroutine begonnen wurde, bestimmt die ECU 100 eine erste θci-Grenze, die eine Grenze des Zeitpunkts des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Fremdzündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze W1 gehalten wird, basierend auf der mittels des Kurbelwinkelsensors S1 detektierten Motordrehzahl, der basierend auf dem Detektionswert des Gaspedalsensors SN9 angegebenen Motorlast usw., der zulässigen Grenze W1 des in S2 bestimmten Fremdzündungsklopfindexwerts und einer in 13A veranschaulichten Karte M3 (S21). Auf ähnliche Weise bestimmt die ECU 100 eine zweite θci-Grenze, die eine Grenze des Zeitpunkts des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Kompressionszündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze W2 gehalten wird, basierend auf der Motordrehzahl und -last, der zulässigen Grenze W2 des in S3 bestimmten Kompressionszündungsklopfindexwerts und einer in 13B veranschaulichten Karte M4 (S22).
Die Karte M3 von 13A ist eine Karte, die eine Standardbeziehung zwischen θci (Zeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung) und dem Fremdzündungsklopfindexwert definiert und einer „ersten Kennlinie“ und einer „Kennlinie“ entspricht. Die Karte M4 von 13B ist eine Karte, die eine Standardbeziehung zwischen θci und dem Kompressionszündungsklopfindexwert definiert und einer „zweiten Kennlinie“ und der „Kennlinie“ entspricht. Genauer gesagt, definiert die Karte M3 die Standardkennlinie des Fremdzündungsklopfindexwerts, der erhalten wird, wenn die Motorlast verschiedenartig geändert wird, während die Motordrehzahl (N1) gehalten wird, und die horizontale Achse gibt θci an und die vertikale Achse gibt den Fremdzündungsklopfindexwert (geschätzter Wert) an. Überdies definiert die Karte M4 die Standardkennlinie des Kompressionszündungsklopfindexwerts, der erhalten wird, wenn die Motorlast verschiedenartig geändert wird, während die Motordrehzahl (N1) gehalten wird, und die horizontale Achse gibt θci an und die vertikale Achse gibt den Kompressionszündungsklopfindexwert (geschätzter Wert) an. Diese Karten M3 und M4 werden im Voraus in der ECU 100 gespeichert. Es sei erwähnt, dass, obgleich in 13A und 13B nur drei Typen von Lasten - die niedrige Last, die mittlere Last und die hohe Last - der Einfachheit halber veranschaulicht sind, die Kennlinien von anderen als den drei Typen von Lasten auch in den Karten M3 und M4 umfasst sind. Überdies werden, obgleich die Motordrehzahl (N1) in den Karten M3 und M4 fest ist, Karten wie die Karten M3 und M4, die für andere verschiedene Motordrehzahlen erstellt werden, auch in der ECU 100 gespeichert. Wenn die Motordrehzahl/last nicht in der Karte M3 und M4 angegeben ist, können die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte mittels zum Beispiel linearer Interpolation geschätzt werden. Wie vorhergehend beschrieben, wird, wenn θci in verschiedenen Zuständen mit unterschiedlichen Motordrehzahlen/lasten geändert wird, die Art, auf welche die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte sich dementsprechend ändern, unter Verwendung der Karten M3 und M4 von 13A und 13B geschätzt.
Bei S21 vergleicht die ECU 100 die zulässige Grenze W1 des bei S2 bestimmten Fremdzündungsklopfindexwerts mit der Karte M3 in 13A, um θci derart anzugeben, dass der Fremdzündungsklopfindexwert mit der zulässigen Grenze W1 übereinstimmt, und dieser θci wird wie vorhergehend beschrieben als die erste θci-Grenze bestimmt. Auf ähnliche Weise vergleicht die ECU 100 bei S22 die zulässige Grenze W2 des bei S3 bestimmten Kompressionszündungsklopfindexwerts mit der Karte M4 in 13B, um θci derart anzugeben, dass der Kompressionszündungsklopfindexwert mit der zulässigen Grenze W2 übereinstimmt, und dieser θci wird als die zweite θci-Grenze bestimmt, die vorhergehend beschrieben ist.
Als Nächstes vergleicht die ECU 100 die erste, in S21 bestimmte θci-Grenze mit der zweiten, in S22 bestimmten θci-Grenze und bestimmt die letztere von den beiden als eine endgültige θci-Grenze (S23). Es sei erwähnt, dass die erste θci-Grenze und die zweite θci-Grenze in einigen Fällen vollständig gleich sein können, und in einem solchen Fall wird ein Wert, der sowohl mit der ersten θci-Grenze als auch der zweiten θci-Grenze übereinstimmt, als die endgültige θci-Grenze bestimmt.
Als Nächstes bestimmt die ECU 100, ob die endgültige, in S23 bestimmte θci-Grenze sich auf der Verzögerungsseite eines gegebenen Standard-θci befindet (S24). Es sei erwähnt, dass der hier verwendete Standard-θci, wie vorhergehend in Abschnitt (4) beschrieben, der Zeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbindung ist, der erhalten wird, wenn die Verbrennung mit dem für jeden Betriebszustand bestimmten Zielfremdzündungsverhältnis (mit anderen Worten die SPCCI-Verbrennung, auf die abgezielt wird) bewerkstelligt wird.
Wenn S24 JA ist und bestätigt wird, dass die endgültige θci-Grenze sich auf der Verzögerungsseite des Standard-θci befindet, bestimmt die ECU 100 die endgültige θci-Grenze als den Ziel-θci (S25).
Wenn hingegen S24 NEIN ist und bestätigt wird, dass die endgültige θci-Grenze sich nicht auf der Verzögerungsseite des Standard-θci befindet, mit anderen Worten, die endgültige θci-Grenze ist die gleiche oder befindet sich auf der Voreilungsseite des Standard-θci, bestimmt die ECU 100 den Standard-θci als den Ziel-θci (S26).
Nachdem der Bestimmungsprozess des Ziel-θci somit abgeschlossen wurde, bestimmt die ECU 100 basierend auf dem Detektionswert des Kurbelwinkelsensors SN1, ob der Kurbelwinkel sich auf einem bestimmten Winkel befindet (S5). Dieser spezifische Kurbelwinkel wird im Voraus als der Zeitpunkt zum Bestimmen des Zeitpunkts des Zündens mittels der Zündkerze 16 bestimmt, zum Beispiel ungefähr 60° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts.
Wenn S5 JA ist und bestätigt wird, dass der Kurbelwinkel sich auf dem spezifischen Winkel befindet, bestimmt die ECU 100 einen Zündzeitpunkt zum Erzielen des bei S4 bestimmten Ziel-θci (S6). Hier werden in dieser Ausführungsform für jeden Betriebszustand des Motors die Zielwerte des Zielfremdzündungsverhältnisses, der Standard-θci, der dem Zielfremdzündungsverhältnis entspricht, der Zündzeitpunkt zum Erzielen dieser Zielfremdzündungszielverhältnisse und des Standard-θci, die Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Zylinderinnenzustandsfunktionen (Temperatur, AGR-Verhältnis usw.) im Voraus bestimmt und der Zündzeitpunkt wird basierend auf diesen Zielwerten bestimmt. Zum Beispiel wird der Zündzeitpunkt zum Erzielen des Ziel-θci basierend auf einer Abweichung des Standard-θci von dem Ziel-θci und den Zylinderinnenzustandsfunktionen am spezifischen Kurbelwinkelzeitpunkt bestimmt.
Das heißt, da die Abweichung des Standard-θci von dem Ziel-θci größer ist, muss der Zündzeitpunkt stärker von einem Ausgangszielwert des Zündzeitpunkts abweichen, der dem Standard-θci entsprechend bestimmt wird (nachfolgend als „zeitweiliger Zündzeitpunkt“ bezeichnet). Überdies muss, da die Zylinderinnenzustandsfunktionen an dem spezifischen Kurbelwinkelzeitpunkt stärker von den Zielwerten abweichen, der Zündzeitpunkt immer noch mehr von dem zeitweiligen Zündzeitpunkt abweichen. Da hingegen in dieser Ausführungsform, wie bei S1 beschrieben, die Ausgangszielwerte, wie sie sind, als die Kraftstoffeinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt angenommen werden, müssen die Abweichungen der Kraftstoffeinspritzmenge und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts nicht berücksichtigt werden. Bei S6 wird unter Verwendung eines gegebenen arithmetischen Ausdrucks, der angesichts der vorhergehenden Situation im Voraus vorbereitet wird, der Zündzeitpunkt der Zündkerze 16 basierend auf der Abweichung des Standard-θci von dem Ziel-θci und der Abweichung der Zylinderinnenzustandsfunktionen von dem Zielwert bestimmt. Die Zylinderinnenzustandsfunktionen, das heißt die Temperatur des Verbrennungsraums 6, das AGR-Verhältnis usw., können basierend auf zum Beispiel den Detektionswerten des zweiten Ansauglufttemperatursensors SN6, des zweiten Ansaugluftdrucksensors SN7, des Druckdifferenzsensors SN8 usw. geschätzt werden. Es sei erwähnt, dass wenn der Ziel-θci der gleiche wie der Standard-θci ist und die Zylinderinnenzustandsfunktionen an dem spezifischen Kurbelwinkelzeitpunkt die gleichen sind wie der Zielwert, der zeitweilige Zündzeitpunkt wie er ist als der Zündzeitpunkt angenommen wird.
Als Nächstes schätzt die ECU 100 einen Verbrennungsschwerpunkt, der ein Zeitpunkt ist, an dem eine Menge an Kraftstoff, die ungefähr einer Hälfte der Masse (ungefähr 50 Massenprozent) des in einem Verbrennungszyklus insgesamt in den Verbrennungsraum 6 eingespritzten Kraftstoffs entspricht, basierend auf der Kraftstoffeinspritzungsmenge und dem in S1 bestimmten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, dem in S6 bestimmten Zündzeitpunkt und den Zylinderinnenzustandsfunktionen, und der Motordrehzahl an dem spezifischen Kurbelwinkelzeitpunkt (S7). Die Schätzungsverarbeitung in S7 wird basierend auf einem im Voraus vorbereiteten Schätzungsmodell durchgeführt.
Als Nächstes bestimmt die ECU 100 einen gegebenen Zeitpunkt, der den in S7 geschätzten Verbrennungsschwerpunkt umfasst, als einen Zeitpunkt, in dem der Zylinderinnendruck zum Berechnen der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte bei S10, wie nachfolgend beschrieben, detektiert wird (S8). Der Zeitraum, in dem der Zylinderinnendruck detektiert wird (nachfolgend als ein „Detektionszeitraum“ bezeichnet), wird als ein endlicher und ununterbrochener Zeitraum bestimmt, der den Verbrennungsschwerpunkt umfasst. Der Detektionszeitraum kann ein Zeitraum sein, der basierend auf Zeit eingestellt ist, oder kann ein Zeitraum sein, der basierend auf dem Kurbelwinkel eingestellt ist. Im Fall der Verwendung des Kurbelwinkels zum Beispiel ein Zeitraum von dem vom Verbrennungsschwerpunkt um ungefähr 40° CA (Kurbelwinkel) voreilenden Kurbelwinkel bis zum um ungefähr 40° CA (Kurbelwinkel) davon verzögerten Kurbelwinkel (siehe die nachfolgend beschriebene 14).
Als Nächstes bewirkt die ECU 100, dass die Zündkerze 16 am in S6 bestimmten Zündzeitpunkt zündet, um die SPCCI-Verbrennung des Gasgemisches auszulösen (S9).
Als Nächstes berechnet die ECU 100 den Fremdzündungsklopfindexwert und den Kompressionszündungsklopfindexwert basierend auf der Wellenform des Zylinderinnendrucks, der mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 während des in S8 bestimmten Detektionszeitraums detektiert wurde (S10).
10 ist eine Unterroutine, die einen spezifischen Ablauf der Steuerung bzw. Regelung bei S10 veranschaulicht, bei der die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte bestimmt werden. Wenn die in dieser Unterroutine veranschaulichte Steuerung bzw. Regelung beginnt, liest die ECU 100 die Wellenform des mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 während des Detektionszeitraums detektierten Zylinderinnendrucks (S31).
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Wellenform des in S31 gelesenen Zylinderinnendrucks veranschaulicht. Es sei erwähnt, dass der auf der horizontalen Achse des Diagramms angezeigte Kurbelwinkel der Kurbelwinkel (Grad nach dem oberen Totpunkt (ATDC)) ist, wenn der obere Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) ungefähr 0° Kurbelwinkel beträgt. In diesem Beispiel wird der Verbrennungsschwerpunkt auf ungefähr 20° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt geschätzt und ein Zeitraum, der ungefähr 40° Kurbelwinkel vor und nach dem Verbrennungsschwerpunkt (einen Zeitraum von minus ungefähr 20° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt bis ungefähr 60° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt) umfasst, wird als der Detektionszeitraum eingestellt. Die detektierte Wellenform innerhalb dieses Detektionszeitraums umfasst Zündgeräusche, die Geräusche sind, die von der Zündung der Zündkerze 16 verursacht werden.
Als Nächstes wendet die ECU 100 eine gegebene Fensterfunktion auf die Wellenform des bei S31 gelesenen Zylinderinnendrucks an, um die Zündgeräusche (S32) zu entfernen.
15 ist ein Diagramm, das eine Fensterfunktion (nachfolgend als „Zündgeräuschentfernungsfensterfunktion“ bezeichnet) veranschaulicht, die bei S32 verwendet wird. In dem Diagramm von 15 wird die Zündgeräuschentfernungsfensterfunktion mittels einer durchgezogenen Linie angegeben, während die Fensterfunktion (die sogenannte Hanning-Fensterfunktion), die allgemein in der Fourier-Analyse verwendet wird, mittels einer Strichpunktlinie mit einem Punkt angegeben ist. Wie aus dem Vergleich zwischen den zwei Funktionen ersichtlich, wird die Zündgeräuschentfernungsfensterfunktion anders als die Hanning-Fensterfunktion derart geändert, dass der Funktionswert über einen gegebenen Zeitraum vor und nach dem Zündzeitpunkt ungefähr null wird. Mittels Anwendens einer solchen Zündgeräuschentfernungsfensterfunktion auf die Druckwellenform von 14 wird eine Druckwellenform erhalten, von der die Zündgeräusche entfernt wurden, wie mittels einer durchgezogenen Linie in 16 angegeben. Es sei erwähnt, dass die Wellenform der Strichpunktlinie mit einem Punkt von 16 eine Druckwellenform ist, wenn die vorhergehend beschriebene Hanning-Fensterfunktion angewandt wird, und es versteht sich, dass die Zündgeräusche in diesem Fall bleiben.
Als Nächstes führt die ECU 100 die Fourier-Analyse auf der Druckwellenform durch, die mittels Anwendens der Zündgeräuschentfernungsfensterfunktion auf die mittels der durchgezogenen Linie in 16 angegebene detektierte Wellenform, d. h. die detektierte Wellenform des Zylinderinnendrucks, erhalten wurde, und erhält eine Amplitude für jede Frequenzkomponente (S33). 17 ist ein Diagramm, das ein Frequenzspektrum veranschaulicht, das mittels dieser Fourier-Analyse erhalten wird. Es versteht sich von diesem Diagramm, dass in dem Analyseergebnis von S33, das heißt ein Spektrum (durchgezogene Linie), das mittels der Fourier-Analyse der Wellenform nach der Anwendung der Zündgeräuschentfernungsfensterfunktion erhalten wird, die Amplitude für jede Frequenzkomponente sich in hohem Maße von einem Spektrum (gestrichelte Linie) im Fall des Anwendens der Hanning-Fensterfunktion unterscheidet. Das heißt, gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform, in dem die Zündgeräuschentfernungsfunktion angewandt wird und dann die Fourier-Analyse durchgeführt wird, werden keine unnötigen Frequenzkomponenten, die von den Zündgeräuschen verursacht werden, hineingemischt und die ursprüngliche Frequenzkomponente in der Wellenform des Zylinderinnendrucks wird genau extrahiert.
Als Nächstes führt die ECU 100 bei S33 1/3-Oktavbandverarbeitung auf dem Ergebnis der Fourier-Analyse durch (Frequenzspektrum) (S34). Die 1/3-Oktavbandverarbeitung ist Verarbeitung zum Unterteilen von jedem Oktavbereich (einem Bereich von einer bestimmten Frequenz bis zu einer Frequenz des Zweifachen davon) des Frequenzspektrums in drei und Berechnen eines Zylinderinnendruckpegels (CPL) von jedem geteilten Band. So wird, wie in 18 veranschaulicht, zum Beispiel der Zylinderinnendruckpegel von jedem der Bänder, die Mittenfrequenzen von ungefähr 1 kHz, ungefähr 1,25 kHz, ungefähr 1,6 kHz, ungefähr 2 kHz, ungefähr 2,5 kHz, ungefähr 3,15 kHz, ungefähr 4 kHz, ungefähr 5 kHz, ungefähr 6,3 kHz beziehungsweise ungefähr 8,0 kHz... aufweisen, angegeben.
Als Nächstes berechnet die ECU 100 den Fremdzündungsklopfindexwert und den Kompressionszündungsklopfindexwert basierend auf dem Ergebnis der 1/3-Oktavbandverarbeitung bei S34 (18) (S35 und S36). Zum Beispiel berechnet die ECU 100 den Zylinderinnendruckpegel, der mittels des aufgezeichneten ausgefüllten Diamanten in 18 angegeben ist, d. h. den Zylinderinnendruckpegel des Bandes, das die Mittenfrequenz von ungefähr 6,3 kHz aufweist, als den Fremdzündungsklopfindexwert (S35). Überdies berechnet die ECU 100 einen Durchschnittswert der mittels der aufgezeichneten hohlen Diamanten in 18 angegebenen Zylinderinnendruckpegel, d. h. der Zylinderinnendruckpegel der Bänder, welche die Mittenfrequenzen von ungefähr 1 kHz, ungefähr 1,25 kHz, ungefähr 1,6 kHz, ungefähr 2 kHz, ungefähr 2,5 kHz, ungefähr 3,15 kHz und ungefähr 4 kHz aufweisen, als den Kompressionszündungsklopfindexwert (S36). Wie vorhergehend beschrieben, steigt, wenn Geräusche in der Nähe von ungefähr 6,3 kHz zunehmen und Kompressionszündungsklopfen auftritt, da auch die Geräusche in der Umgebung von ungefähr 1 bis ungefähr 4 kHz zunehmen, der Zylinderinnendruckpegel des 6,3-kHz-Bandes vermutlich besonders an, wenn Fremdzündungsklopfen aufritt, und der Durchschnittswert der Zylinderinnendruckpegel der Bänder von ungefähr 1 bis ungefähr 4 kHz (ungefähr 1 kHz, ungefähr 1,25 kHz, ..., ungefähr 4 kHz) steigt vermutlich besonders an, wenn Kompressionszündungsklopfen auftritt. Daher wird in dieser Ausführungsform der Zylinderinneridruckpegel des 6,3-kHz-Bandes als der Fremdzündungsklopfindexwert berechnet und der Durchschnittswert der Zylinderinnendruckwerte der Bänder von 1 bis 4 kHz wird als der Kompressionszündungsklopfindexwert berechnet.
Erneut unter Bezugnahme auf 8, berechnet und aktualisiert die ECU 100 die Standardabweichung (1σ) des Fremdzündungsklopfindexwerts basierend auf dem neuesten, in S35 berechneten Fremdzündungsklopfindexwert und der Vielzahl von vorhergehend kumulierten Fremdzündungsklopfindexwerten und berechnet und aktualisiert die Standardabweichung (1σ) des Kompressionszündungsklopfindexwerts basierend auf dem neuesten, in S36 berechneten Kompressionszündungsklopfindexwert und der Vielzahl von vorhergehend kumulierten Kompressionszündungsklopfindexwerten (S11). Als Nächstes werden die Standardabweichungen (1σ) der auf diese Weise aktualisierten Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte als die Margen a und b (11) bei der Bestimmung der zulässigen Grenzen W1 und W2 der Fremdzündungs- beziehungsweise Kompressionszündungsklopfindexwerte verwendet. Es sei erwähnt, dass die Standardabweichungen (1σ) der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte von den, zum Beispiel über einen letzten gegebenen Zeitraum oder getrennt für jeden ähnlichen Betriebszustand, kumulierten Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten erhalten werden können.
Als Nächstes berechnet die ECU 100 den Verbrennungsschwerpunkt basierend auf der Wellenform des Zylinderinnendrucks während der Detektionsperiode und korrigiert das Modell für die Schätzung des Verbrennungsschwerpunkts basierend auf dem berechneten Verbrennungsschwerpunkt (S12). Das heißt, die ECU 100 schätzt die erzeugte Wärmemenge (Wärmeerzeugungsmenge), die mit der Verbrennung für jeden Kurbelwinkel einhergeht, basierend auf der Wellenform des mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 während des Detektionszeitraums detektierten Zylinderinnendrucks, und der Verbrennungsschwerpunkt am Zeitpunkt, an dem ungefähr 50 Massenprozent des Kraftstoffs verbrannt werden, wird basierend auf den Daten der Wärmeerzeugungsmenge für jeden Kurbelwinkel berechnet. Überdies wird das Modell für die Schätzung des Verbrennungsschwerpunkts basierend auf der Abweichung zwischen diesem berechneten Verbrennungsschwerpunkt und dem in S7 geschätzten Verbrennungsschwerpunkt korrigiert. Die Korrektur dieses Schätzungsmodells führt zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Schätzung des Verbrennungsschwerpunkts in dem ähnlichen Zustand beim nächsten Mal und danach (zur Verringerung der Abweichung zwischen dem geschätzten Wert und dem tatsächlichen Wert).
Betriebe und Effekte
Wie vorhergehend beschrieben, werden in dieser Ausführungsform der Fremdzündungsklopfindexwert, der mit dem Fremdzündungsklopfen korreliert ist, in dem unverbranntes Gas außerhalb des Fremdzündungsverbrennungsbereichs schnell von abnormaler lokaler Selbstzündung verbrannt (und somit Geräusche in der Umgebung von 6,3 kHz verursacht), und der Kompressionszündungsklopfindexwert, der mit dem Kompressionszündungsklopfen korreliert ist, in dem die Motorbauelemente aufgrund der Kompressionszündungsverbrennung mitschwingen (und somit Geräusche in der Umgebung von 1 bis ungefähr 4 kHz verursachen), basierend auf dem mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 detektierten Wert des Zylinderinnendrucks angegeben. Überdies wird der Ziel-θci basierend auf den angegebenen Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten und einer im Voraus erhaltenen Beziehung zwischen diesen Indexwerten und θci (Karten M3 und M4) bestimmt und eine Steuerung bzw. Regelung, wie beispielsweise das Anpassen des Zündzeitpunkts, wird ausgeführt, um den Ziel-θci zu erreichen.
Daher wird θci basierend auf den tatsächlichen Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten auf einen geeigneten Zeitpunkt eingestellt und es wird verhindert, dass diese Indexwerte übermäßig werden, das heißt, es wird verhindert, dass Verbrennungsgeräusche (Fremdzündungsklopfen und Kompressionszündungsklopfen) übermäßig werden.
Insbesondere werden, da während der Ausführung von SPCCI-Verbrennung, welche die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert, d. h. während des Betriebs, in dem sowohl Fremdzündungsklopfen als auch Kompressionszündungsklopfen betroffen sind, die Klopfindexwerte für Fremdzündungsklopfen, das von der Fremdzündungsverbrennung verursacht wird, und Kompressionszündungsklopfen erhalten werden, das von der Kompressionszündungsverbrennung verursacht wird, und der Ziel-θci basierend auf diesen Klopfindexwerten bestimmt wird, verhindert, dass dieses Fremdzündungsklopfen und Kompressionszündungsklopfen offenkundig werden, und es wird wirksam verhindert, dass eine Person an Bord scharfe Geräusche wahrnimmt, die von jedem Klopfen verursacht werden. Folglich wird die Kraftstoffeffizienz des Motors verbessert, während seine Geräuschlosigkeit auf ausreichende Weise sichergestellt wird.
Zum Beispiel wird in dieser Ausführungsform der endgültige Ziel-θci bestimmt, um der Zeitpunkt zu sein, derart dass der Fremdzündungsklopfindexwert und der Kompressionszündungsklopfindexwert nicht die entsprechenden zulässigen Grenzen W1 und W2 überschreiten, und der Zündzeitpunkt usw. werden derart gesteuert, dass der bestimmte Ziel-θci erreicht wird. Daher wird zuverlässiger verhindert, dass der Fremdzündungsklopfindexwert und der Kompressionszündungsklopfindexwert die entsprechenden zulässigen Grenzen W1 und W2 überschreiten, und die Geräuschlosigkeit wird zuverlässiger sichergestellt.
Genauer gesagt, wird in dieser Ausführungsform die erste θci-Grenze, welche die Grenze des Zeitpunkts des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Fremdzündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze W1 gehalten wird, basierend auf der Karte M3 erhalten, welche die Beziehung zwischen dem Zeitpunkt θci des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung und dem Fremdzündungsklopfindexwert definiert, wird die zweite θci-Grenze, welche die Grenze des Zeitpunkts des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Kompressionszündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze W2 gehalten wird, basierend auf der Karte M4 erhalten, welche die Beziehung zwischen dem Zeitpunkt θci des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung und dem Kompressionszündungsklopfindexwert definiert, und ein Zeitpunkt, der nicht früher ist als eine von der ersten θci-Grenze und der zweiten θci-Grenze, wird als der Ziel-θci bestimmt. Zum Beispiel wird der Zeitpunkt, welcher der späteren von der ersten und der zweiten θci-Grenze entspricht, als der Ziel-θci bestimmt, oder ein Zeitpunkt, der später ist als sowohl die erste als auch die zweite θci-Grenze (wenn der Standard-θci, welcher der Ausgangszielwert ist, später als sowohl die erste als auch die zweite θci-Grenze ist, der Standard-θci), wird als der Ziel-θci bestimmt.
Daher werden die erste θci-Grenze, um den Fremdzündungsklopfindexwert niedriger als die zulässige Grenze W1 zu halten, und die zweite θci-Grenze, um den Kompressionszündungsklopfindexwert niedriger als die zulässige Grenze W2 zu halten, auf zweckmäßige Weise unter Verwendung der gegebenen Kennlinienkarten M3 und M4 abgeleitet und mittels Steuerns bzw. Regelns des Zündzeitpunkts, derart dass die Kompressionszündungsverbrennung nicht früher als die erste und die zweite θci-Grenze beginnt, werden sowohl der Fremdzündungsklopfindexwert als auch der Kompressionszündungsklopfindexwert zuverlässig niedriger als die zulässige Grenze W1 beziehungsweise W2 gehalten.
Überdies werden in dieser Ausführungsform die zulässigen Grenzen W1 und W2 der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte basierend auf den Verteilungen der Fremdzündungs- beziehungsweise Kompressionszündungsklopfindexwerte an einer Vielzahl von Zeitpunkten eingestellt. Mit anderen Worten, jede von den zulässigen Grenzen W1 und W2 wird unter Berücksichtigung der Verteilung (Schwankung) des Fremdzündungs/Kompressionszündungsklopfindexwerts eingestellt.
Daher wird die Wahrscheinlichkeit, dass lautes Verbrennungsgeräusch, das die zulässige Grenze überschreitet, gelegentlich auftritt, verringert.
Insbesondere wird in dieser Ausführungsform da die Werte, die mittels Subtrahierens der Standardabweichungen (1σ) von der Vielzahl von Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten an einer Vielzahl von vergangenen Zeitpunkten von den Grundgrenzen V1x und V2x der Fremdzündungsbeziehungsweise Kompressionszündungsklopfindexwerte erhalten werden, als die zulässigen Grenzen W1 und W2 der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte eingestellt werden, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von ungefähr 90 % verhindert, dass die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte die zulässigen Grenzen W1 und W2 überschreiten.
Überdies werden in dieser Ausführungsform die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte basierend auf den Zylinderinnendruckwerten angegeben, die mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 über den gegebenen Zeitraum (den Zeitraum, der in 14 usw. als der Detektionszeitraum veranschaulicht ist) detektiert werden, der als ein endlicher Zeitraum definiert ist, der mindestens den Verbrennungsschwerpunkt an dem Zeitpunkt umfasst, an dem ungefähr 50 Massenprozent des dem Zylinder zugeführten Kraftstoffs verbrennt. Daher werden der Fremdzündungs- und der Kompressionszündungsklopfindexwert auf geeignete Weise basierend auf dem Detektionsdruck in dem Zeitraum berechnet, der sich über die Fremdzündungsverbrennung und die anschließende Kompressionszündungsverbrennung erstreckt. Überdies wird, da der Zylinderinnendruck, der während eines Zeitraums detektiert wird, der nicht mit dem Fremdzündungsklopfen und Kompressionszündungsklopfen verbunden ist (dem Zeitraum nicht während der Verbrennung), von dem Analyseziel zur Berechnung der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte ausgeschlossen wird, die Arbeitsbelastung zur Berechnung der Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte verringert.
Überdies wird in dieser Ausführungsform die Wellenform des Zylinderinnendrucks, der während des gegebenen Zeitraums (Detektionszeitraum) detektiert wird, der Fourier-Analyse unterzogen, wird die Stärke der Frequenzkomponente, die mit dem Fremdzündungsklopfen korreliert ist, das heißt der Zylinderinnendruck des Bandes, das die Mittenfrequenz von ungefähr 6,3 kHz aufweist, als der Fremdzündungsklopfindexwert berechnet und der Durchschnittswert der Zylinderinnendrücke in der Vielzahl von Bändern, welche die Mittenfrequenzen bei ungefähr 1 bis ungefähr 4 kHz aufweisen, wird als der Kompressionszündungsklopfindexwert berechnet. Daher werden die Niveaus des Fremdzündungsklopfens und des Kompressionszündungsklopfens, die von verschiedenen Faktoren verursacht werden, genau als die Stärken der verschiedenen Frequenzkomponenten erfasst, die dem entsprechenden Klopfen entsprechen.
Abwandlungen
In dieser Ausführungsform wird der Fall beschrieben, in dem der Fremdzündungsklopfindexwert und der Kompressionszündungsklopfindexwert einzeln erhalten werden, und danach die erste θci-Grenze, welche die Grenze für den Zeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Fremdzündungsklopfindexwert niedriger als die zulässige Grenze W1 gehalten wird, und die zweite θci-Grenze, welche die Grenze für den Zeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Kompressionszündungsklopfindexwert niedriger als die zulässige Grenze W2 gehalten wird, einzeln erhalten werden, der endgültige Zielwert von θci basierend auf der ersten θci-Grenze und der zweiten θci-Grenze eingestellt wird. Es kann indes ein Indexwert, der sowohl den Fremdzündungsklopfindexwert als auch den Kompressionszündungsklopfindexwert kombiniert, als ein Verbrennungsgeräusch-Indexwert berechnet werden und θci kann basierend auf diesem Wert gesteuert bzw. geregelt werden. Zum Beispiel kann der höhere oder der niedrigere von den berechneten Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten als der Verbrennungsgeräusch-Indexwert berechnet werden und dadurch, dass ein θci, der derart ist, dass der Verbrennungsgeräusch-Indexwert nicht die zulässige Grenze überschreitet, als der Zielwert vorhanden ist, können der Zündzeitpunkt usw. derart gesteuert bzw. geregelt werden, dass dieser Zielwert erreicht wird.
Obgleich in dieser Ausführungsform die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte basierend auf dem Zylinderinnendruck angegeben werden, der mittels des Zylinderinnendrucksensors SN2 (Detektor) detektiert wird, kann der Parameter, der detektiert werden muss, um die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte anzugeben, irgendein Parameter sein, solange er Geräusche betrifft, die mit der Verbrennung einhergehen, und der Zylinderinnendruck ist nur ein Beispiel. Zum Beispiel können Schwingung (Schwingungsbeschleunigung) des Motorkörpers 1 oder Geräusche selbst, die der Motorkörper 1 erzeugt, als der Parameter detektiert werden. Das heißt, der Detektor der vorliegenden Offenbarung kann außer dem Zylinderinnendruck einen Schwingungssensor, der ausgestaltet ist, die Schwingung des Motorkörpers 1 zu detektieren, einen Geräuschsensor, der ausgestaltet ist, Geräusche zu detektieren, usw. verwenden.
Obgleich in dieser Ausführungsform der Durchschnittswert der Zylinderinnendrücke in den Bändern von ungefähr 1 kHz, ungefähr 1,25 kHz, ungefähr 1,6 kHz, ungefähr 2 kHz, ungefähr 2,6 kHz, ungefähr 3,15 kHz und ungefähr 4 kHz, die mittels Fourier-Analyse auf der detektierten Wellenform des Zylinderinnendrucks erhalten werden, als der Kompressionszündungsklopfindexwert berechnet werden, kann alternativ ein höchster Wert der Zylinderinnendrücke in diesen Bändern als der Kompressionszündungsklopfindexwert berechnet werden. Überdies kann, da das Kompressionszündungsklopfen ein Resonanzphänomen der Motorbauelemente ist und die Resonanzfrequenzen natürlich auf einige wenige Frequenzen beschränkt sind, der Kompressionszündungsklopfindexwert unter Verwendung von lediglich den Zylinderinnendruckniveaus in einem begrenzten Band berechnet werden, das jeder Resonanzfrequenz am nächsten ist. Mit anderen Worten, die Zylinderinnendruckpegel in einem Teil von jedem Band, der weit von der Resonanzfrequenz entfernt ist, können vernachlässigt werden.
Obgleich in dieser Ausführungsform der Ziel-θci (der Zielwert des Zeitpunkts θci des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung), mit dem die Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerte die zulässigen Grenzen W1 und W2 nicht überschreiten, eingestellt wird und der Zündzeitpunkt der Zündkerze 16 angepasst wird, um den Ziel-θci zu erreichen, kann alternativ/zusätzlich zum Zündzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Einspritzventils 15 angepasst werden. Überdies können sowohl der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt als auch die Kraftstoffeinspritzmenge angepasst werden.
Obgleich in dieser Ausführungsform der Verdichter 33 (Lader), der mechanisch mittels des Motorkörpers 1 angetrieben wird, in dem Ansaugkanal 30 bereitgestellt ist, kann anstatt eines solchen mechanischen Verdichters 33 (Laders) ein elektrischer Verdichter, der mittels eines Motors angetrieben wird, oder ein Lader, der mittels der Energie des Abgases angetrieben wird, bereitgestellt werden.
Obgleich in dieser Ausführungsform der Hohlraum 20, der in der Draufsicht die Form eines Donuts aufweist, um den kegelförmigen Wölbungsabschnitt 20a zu umgeben, in der Bodenoberfläche des Kolbens 5 gebildet ist, kann der konkave Abschnitt des Hohlraums 20, welcher der Zündkerze 16 zugewandt ist, das heißt der konkave Abschnitt, der sich auf der Ansaugseite des Wölbungsabschnitts 20a befindet, derart gebildet sein, dass er kleiner als der konkave Abschnitt auf der entgegengesetzten Seite (Abgasseite) ist. Auf diese Weise wird, wenn der Kraftstoff von dem Einspritzventil 15 in der Endstufe des Kompressionstakts eingespritzt wird, der Kraftstoffspritzer schneller zur Nähe der Elektrode der Zündkerze 16 bewegt.
Obgleich in dieser Ausführungsform die Ansaug- und Abgas-WTs 13a und 14a gesteuert bzw. geregelt werden, um den Ventilüberdeckungszeitraum zu bilden, in dem beim Durchführen der internen AGR, in der das verbrannte Gas in dem Verbrennungsraum 6 gelassen wird, sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil 11 und 12 über den oberen Totpunkt des Ausstoßtakts geöffnet sind, kann die interne AGR umgekehrt mittels Bildens eines sogenannten negativen Überdeckungszeitraums durchgeführt werden, in dem sowohl das Ansaug- 11 als auch das Abgasventil 12 über dem oberen Totpunkt des Ausstoßtakts geschlossen sind.
Obgleich in dieser Ausführungsform die Steuer- bzw. Regelzielwerte des Zündzeitpunkts usw. derart im Voraus eingestellt werden, dass das Zielfremdzündungsverhältnis erreicht wird, das für jeden Betriebszustand bestimmt ist, und die Rückführsteuerung bzw. -regelung basierend auf dem Fremdzündungs- und dem Kompressionszündungsklopfindexwert derart ausgeführt wird, dass der Zündzeitpunkt korrigiert wird, wenn die Verbrennungsgeräusche laut sind (der Fremdzündungs- und der Kompressionszündungsklopfindexwert die zulässigen Grenzen W1 und W2 überschreiten), kann zusätzlich eine Rückführsteuerung bzw. - regelung basierend auf dem Fremdzündungsverhältnis durchgeführt werden. Das heißt, das Fremdzündungsverhältnis in jeder Verbrennung (SPCCI-Verbrennung) kann wie erforderlich basierend auf der detektierten Wellenform von dem Zylinderinnendrucksensor SN2 usw. berechnet werden, und wenn das berechnete Fremdzündungsverhältnis von dem Zielfremdzündungsverhältnis abweicht, können der Zündzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt usw. korrigiert werden, um die Abweichung zu verringern. In diesem Fall kann berücksichtigt werden, dass der Korrekturbetrag des Zündzeitpunkts usw., der erforderlich ist, um das Fremdzündungsverhältnis näher an das Zielfremdzündungsverhältnis zu bringen, und der Korrekturbetrag des Zündzeitpunkts usw., der erforderlich ist, damit der Fremdzündungs- und der Kompressionszündungsklopfindexwert nicht die zulässigen Grenzen überschreiten, nicht unbedingt übereinstimmen. Wenn diese Korrekturbeträge nicht übereinstimmen, kann der Korrekturbetrag basierend auf den Fremdzündungs- und Kompressionszündungsklopfindexwerten angenommen werden.
Überdies können bei der Berechnung des Fremdzündungsverhältnisses von jeder Verbrennung, wie vorhergehend beschrieben, verschiedene spezifische Verfahren zum Berechnen dieses Fremdzündungsverhältnisses in Betracht gezogen werden.
Zum Beispiel kann die Wärmeerzeugungsrate an jedem Kurbelwinkelzeitpunkt von der detektierten Wellenform von dem Zylinderinnendrucksensor SN2 berechnet werden und die Bereiche Q1 und Q2, die in 7 veranschaulicht sind, können basierend auf den Daten (Wellenform) der berechneten Wärmeerzeugungsrate berechnet werden. In diesem Fall kann, obgleich das Fremdzündungsverhältnis als Fremdzündungsverhältnis = Q1/(Q1+Q2) berechnet werden kann, wie vorhergehend beschrieben, alternativ das Fremdzündungsverhältnis = Q1/Q2 ermittelt werden.
Überdies kann das Fremdzündungsverhältnis unter Verwendung von Δθ1 und Δθ2 berechnet werden, wie in 19 veranschaulicht. Das heißt, wenn der Kurbelwellenzeitraum der Fremdzündungsverbrennung (der Kurbelwellenzeitraum auf der Voreilungsseite des Knicks X) Δθ1 ist und der Kurbelwellenzeitraum der Kompressionszündungsverbrennung (der Kurbelwellenzeitraum auf der Verzögerungsseite des Knicks X) Δθ2 ist, kann das Fremdzündungsverhältnis Δθ1/(Δθ1+ Δθ2) oder das Fremdzündungsverhältnis Δθ1/Δθ2 festgestellt werden.
Überdies kann, wenn eine Spitze der Wärmeerzeugungsrate der Fremdzündungsverbrennung ΔH1 ist und eine Spitze der Wärmeerzeugungsrate der Kompressionszündungsverbrennung ΔH2 ist, das Fremdzündungsverhältnis = ΔH1/(ΔH1+ ΔH2) oder das Fremdzündungsverhältnis ΔH1/ΔH2 festgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Motorkörper
2: Zylinder
15: Einspritzventil
16: Zündkerze
100: ECU
M3: Karte (Kennlinie, erste Kennlinie)
M4: Karte (Kennlinie, zweite Kennlinie)
SN2: Zylinderinnendrucksensor (Detektor)
W1: Zulässige Grenze (von Fremdzündungsklopfindexwert)
W2: Zulässige Grenze (von Kompressionszündungsklopfindexwert)
V1: Grundgrenze (von Fremdzündungsklopfindexwert; Bezugsgrenze)
V2: Grundgrenze (von Kompressionszündungsklopfindexwert; Bezugsgrenze)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5839972 B [0005]

Claims

Steuer- bzw. Regelsystem (80) für einen Kompressionszündungsmotor (1), umfassend mindestens einen Zylinder (2), einen Kolben (5), einen Zylinderkopf (2) und einen Verbrennungsraum (6), der mittels des Zylinders (2), des Kolbens (5) und des Zylinderkopfs (2) gebildet ist; eine Zündkerze (16), die in dem Verbrennungsraum (6) angeordnet ist; und ein Kraftstoffeinspritzventil (15), das angeordnet ist, um in den Verbrennungsraum (6) ausgerichtet zu sein, wobei das Steuer- bzw. Regelsystem (80) Folgendes umfasst: einen Zylinderinnendrucksensor (SN2), der mit dem Verbrennungsraum (6) verbunden ist und ausgestaltet ist, Druck im Innern des Verbrennungsraums (6) zu detektieren; und eine Steuer- bzw. Regeleinheit (100), die einen Prozessor (101) umfasst, der mit der Zündkerze (16), dem Kraftstoffeinspritzventil (15) und dem Drucksensor (SN2) verbunden ist und ausgestaltet ist, ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze (16), das Kraftstoffeinspritzventil (15) beziehungsweise den Drucksensor (SN2) auszugeben, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (100) Folgendes ausführt oder umfasst: ein Verbrennungsgeräusch-Indexwert-Berechnungsmodul (103) zum Berechnen eines ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen hohen Frequenz ist, und eines zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen niedrigen Frequenz ist, basierend auf dem Ausgabewert des Zylinderinnendrucksensors (SN2); ein Grenzwert-Berechnungsmodul (104) zum Berechnen eines Grenzwerts eines Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf dem ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und dem zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwert; ein Zündzeitpunkt-Einstellungsmodul (105) zum Einstellen eines Zündzeitpunkts derart, dass der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung nicht über den Grenzwert hinaus vorgestellt wird; und ein Zündkerzensteuer- bzw. Regelmodul (106) zum Ausgeben eines Zündbefehls an die Zündkerze (16) am mittels des Zündzeitpunkt-Einstellungsmoduls (105) eingestellten Zündzeitpunkt.
Steuer- bzw. Regelsystem (80) nach Anspruch 1, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (100) eine Verteilung von einer Vielzahl von Verbrennungsgeräusch-Indexwerten erhält, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten berechnet werden, eine zulässige Grenze (W1, W2) des ersten und des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts basierend auf der Verteilung einstellt, einen Ziel-θci, der ein Zielzeitpunkt des Beginns der Kompressionszündungsverbrennung ist, basierend auf der zulässigen Grenze (W1, W2) und einer Kennlinie (M1 bis 4) bestimmt und die Verbrennung im Innern des Zylinders (2) steuert bzw. regelt, um den bestimmten Ziel-θci zu erreichen.
Steuer- bzw. Regelsystem (80) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (100) überdies ausgestaltet ist, Folgendes auszuführen, oder Folgendes umfasst: ein Detektionszeitraum-Einstellungsmodul (107) zum Einstellen eines Kurbelwinkelzeitraums, in dem der Zylinderinnendrucksensor (SN2) die Detektion der Reihe nach durchführt; und ein Amplitudenwert-Berechnungsmodul (108) zum Berechnen eines Amplitudenwerts des Drucks innerhalb des Zylinders (2) für jede Frequenz basierend auf einem Ausgabewert des Zylinderinnendrucksensors (SN2) während des Detektionszeitraums, wobei das Verbrennungsgeräusch-Indexwert-Berechnungsmodul (103) den ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und den zweiten Verbrenhungsgeräusch-Indexwert basierend auf einem Ausgabewert des Amplitudenwert-Berechnungsmoduls (108) berechnet.
Steuer- bzw. Regelsystem (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Grenzwert-Berechnungsmodul (104) den Anfangszeitpunktgrenzwert der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf einer Karte (M1; M3) für die zulässige Grenze, in welcher der zulässige Wert des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei steigender Motordrehzahl höher eingestellt ist, und einer Karte (M2; M4) für die zulässige Grenze berechnet, in welcher der zulässige Wert des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei steigender Motordrehzahl höher eingestellt ist.
Steuer- bzw. Regelvorrichtung (90) für einen Motor (1), in dem Teilkompressionszündungsverbrennung, die Fremdzündungsverbrennung, die durch erzwungenes Verbrennen eines Anteils des Gasgemisches im Innern eines Zylinders (2) durchgeführt wird, gefolgt von Kompressionszündungsverbrennung umfasst, die durchgeführt wird, indem bewirkt wird, dass der Rest des Gasgemisches im Innern des Zylinders (2) sich selbst entzündet, innerhalb eines Teils eines Betriebsbereichs des Motors (1) ausgeführt wird, umfassend: einen Detektor (SN2), der ausgestaltet ist, einen Parameter zu detektieren, der Geräusche betrifft, die von der Verbrennung im Innern des Zylinders (2) verursacht werden; einen Speicher (102), der ausgestaltet ist, eine Kennlinie (M1 bis 4) zu speichern, die eine Beziehung zwischen einem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und einem Verbrennungsgeräuschindex definiert; und einen Prozessor (101), der für Folgendes ausgestaltet ist: Angeben eines gegebenen Verbrennungsgeräusch-Indexwerts basierend auf dem Detektionswert des Detektors (SN2); und Steuern bzw. Regeln des Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf der Kennlinie (M1 bis 4) und dem Verbrennungsgeräusch- Indexwert.
Steuer- bzw.- Regelvorrichtung (90) nach Anspruch 5, wobei der Prozessor (101) eine Verteilung einer Vielzahl von Verbrennungsgeräusch-Indexwerten erhält, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten berechnet werden, eine zulässige Grenze (W1, W2) des Verbrennungsgeräusch-Indexwerts basierend auf der Verteilung einstellt, einen Ziel-θci, der ein Zielanfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung ist, basierend auf der zulässigen Grenze (W1, W2) und der Kennlinie bestimmt und die Verbrennung im Innern des Zylinders (2) steuert bzw. regelt, um den bestimmten Ziel-θci zu erreichen.
Steuer- bzw. Regelvorrichtung (90) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Prozessor (101) basierend auf dem Detektionswert des Detektors (SN2) einen Fremdzündungsklopfindexwert, der mit dem Fremdzündungsklopfen korreliert ist, in dem unverbranntes Gas außerhalb eines Bereichs des Zylinders (2), wo die Fremdzündungsverbrennung des Gasgemisches auftritt, schnell mittels abnormaler lokaler Selbstzündung verbrennt, und einen Kompressionszündungsklopfindexwert, der mit Kompressionszündungsklopfen korreliert ist, in dem Geräusche bei einer niedrigeren Frequenz als beim Fremdzündungsklopfen während der Kompressionszündungsverbrennung auftreten, als den Verbrennungsgeräusch-Indexwert angibt, wobei der Speicher (102) eine erste Kennlinie (M3), welche die Beziehung zwischen dem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und dem Fremdzündungsklopfindexwert definiert, und eine zweite Kennlinie (M4), welche die Beziehung zwischen dem Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung und dem Kompressionszündungsklopfindexwert definiert, als die Kennlinie speichert, und wobei der Prozessor (101) eine zulässige Grenze (W1) des Fremdzündungsklopfindexwerts basierend auf einer Verteilung einer Vielzahl von Fremdzündungsklopfindexwerten, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten angegeben sind, und der ersten Kennlinie (M3) und eine zulässige Grenze (W2) des Kompressionszündungsklopfindexwerts basierend auf einer Verteilung einer Vielzahl von Kompressionszündungsklopfindexwerten, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten angegeben sind, und der zweiten Kennlinie (M4) einstellt, eine erste θci-Grenze, die eine Grenze des Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Fremdzündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze (W1) gehalten wird, basierend auf der ersten Kennlinie (M3) erhält, die in dem Speicher (102) gespeichert ist, eine zweite θci-Grenze, die eine Grenze des Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung ist, mittels welcher der Kompressionszündungsklopfindexwert unterhalb der zulässigen Grenze (W2) gehalten wird, basierend auf der ersten Kennlinie (M3) erhält, die in dem Speicher (102) gespeichert ist, einen Zeitpunkt, welcher der gleiche wie oder später als eine von der ersten θci-Grenze und der zweiten θci-Grenze ist, als den Ziel-θci bestimmt, und die Verbrennung im Innern des Zylinders (2) derart steuert bzw. regelt, dass der bestimmte Ziel-θci erreicht wird.
Steuer- bzw. Regelvorrichtung (90) nach Anspruch 7, wobei der Prozessor (101) eine Standardabweichung (1σ) von der Vielzahl von Fremdzündungsklopfindexwerten berechnet; als die zulässige Grenze (W1) des Fremdzündungsklopfindexwerts einen Wert einstellt, der mittels Subtrahierens der Standardabweichung (1σ) von den Fremdzündungsklopfindexwerten von einer gegebenen Bezugsgrenze (V1) des Fremdzündungsklopfindexwerts erhalten wird; eine Standardabweichung (1σ) von der Vielzahl von Kompressionszündungsklopfindexwerten berechnet; und als die zulässige Grenze (W2) des Kompressionszündungsklopfindexwerts einen Wert einstellt, der mittels Subtrahierens der Standardabweichung (1σ) von den Kompressionszündungsklopfindexwerten von einer gegebenen Bezugsgrenze (V2) des Kompressionszündungsklopfindexwerts erhalten wird.
Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Kompressionszündungsmotors, der mindestens einen Zylinder, einen Kolben, einen Zylinderkopf, einen von dem Zylinder, dem Kolben und dem Zylinderkopf gebildeten Verbrennungsraum, eine in dem Verbrennungsraum angeordnete Zündkerze und ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst, das angeordnet ist, um in den Verbrennungsraum ausgerichtet zu sein, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Detektieren eines Zylinderinnendrucks, der ein Druck im Innern des Verbrennungsraums ist; Berechnen eines ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen hohen Frequenz ist, und eines zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts, der ein Zylinderinnendruckpegel bei einer gegebenen niedrigen Frequenz ist, basierend auf dem detektierten Zylinderinnendruck; Berechnen (S2, S3) eines Grenzwerts eines Anfangszeitpunkts der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf dem ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwert und dem zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwert; Einstellen (S6) eines Zündzeitpunkts, derart dass der Anfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung nicht über den Grenzwert hinweg vorverlegt wird; und Bewirken (S9), dass die Zündkerze am eingestellten Zündzeitpunkt zündet.
Verfahren nach Anspruch 9, überdies umfassend: Erhalten einer Verteilung von einer Vielzahl von Verbrennungsgeräusch-Indexwerten, die an einer Vielzahl von Zeitpunkten berechnet werden; Einstellen (S2, S3) einer zulässigen Grenze der ersten und zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerte basierend auf der Verteilung; Bestimmen (S4) eines Ziel-θci, der ein Zielanfangszeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung ist, basierend auf der zulässigen Grenze und einer Kennlinie; und Steuern bzw. Regeln (S6, S9) der Verbrennung im Innern des Zylinders, um den bestimmten Ziel-θci zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, überdies umfassend: Einstellen eines Kurbelwinkelzeitraums, in dem der Zylinderinnendruck der Reihe nach detektiert wird; Berechnen (S33) eines Amplitudenwerts des Zylinderinnendrucks für jede Frequenz basierend auf dem während des Detektionszeitraums detektierten Zylinderinnendruck; und Berechnen (S35, S36) des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts und des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts basierend auf dem berechneten Amplitudenwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei der Anfangszeitpunktgrenzwert der Kompressionszündungsverbrennung basierend auf einer Karte der zulässigen Grenze, in welcher der zulässige Wert des ersten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei zunehmender Motordrehzahl höher eingestellt wird, und einer Karte der zulässigen Grenze berechnet wird, in welcher der zulässige Wert des zweiten Verbrennungsgeräusch-Indexwerts bei steigender Motordrehzahl und/oder Motorlast höher eingestellt wird.
Computerprogrammprodukt, das maschinenlesbare Befehle umfasst, die, wenn sie auf ein geeignetes System geladen und darauf ausgeführt werden, die Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 9 bis 12 durchführen können.
Kompressionszündungsmotor (1), der ein Steuer- bzw. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 umfasst.