DE112006003205T5 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der die Ventilöffnungs-Charakteristik von zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil verändern kann, so dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer zum Erzeugen von Leistung verbrannt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung Folgendes aufweist:
eine Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Zylinderdrucks innerhalb der Brennkammer,
eine Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks aufgrund der Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils,
eine Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Menge Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdrucks, der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird, und des Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks, der durch die Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung berechnet wird, eine Zündeinrichtung zum Zünden des gasförmigen Gemischs in der Brennkammer, und eine Zündzeitab
stimmungs-Steuereinrichtung zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung durch die Zündeinrichtung auf der Grundlage der Einlassluftmenge, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die Leistung durch Verbrennen eines gasförmigen Gemischs aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer erzeugt, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der eine Ventilöffnungs-Charakteristik von zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil ändern kann.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen wird eine Zündzeitabstimmung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine näherungsweise auf der Grundlage einer Menge Luft, die in eine Brennkammer gesaugt wird (einer Einlassluftmenge), und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt. Unterdessen wird die Einlassluftmenge auf der Grundlage eines Werts bestimmt, der durch ein Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, das an der stromaufwärtigen Seite eines Einlasspfads vorgesehen ist.
  • Die Einlassluftmenge, die auf der Grundlage des Werts bestimmt wird, der durch das Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, ist manchmal ungenau und kann relativ zu einer tatsächlichen Einlassmenge, die in die Zylinderbrennkammer gesaugt wird, einen Fehler aufweisen. Das Luftdurchflussmessgerät ist nämlich an einer Position stromaufwärts von der Zylinderbrennkammer gelegen, und wenn die Brennkraftmaschine für ein Automobil verwendet wird, befindet sie sich oft in einem nichtstationären Zustand, oder einem Übergangszustand eher als in einem stationären Zustand. Demgemäß gibt es eine Zeitverzögerung zwischen einem Augenblick, in dem Luft durch das Luftdurchflussmessgerät läuft, und einem Augenblick, in dem die Luft in die Zylinderbrennkammer eintritt, und kommt es in diesem Zeitintervall nicht selten vor, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich verändert hat. Daher stimmt der gemessene Wert der Einlassluftmenge, der von dem Luftdurchflussmessgerät erhalten wird, nicht immer mit der tatsächlichen Luftmenge überein, die in die Zylinderbrennkammer gesaugt wird. Wenn die Brennkraftmaschine eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ist, misst das Luftdurchflussmessgerät ebenso die Einlassluftmenge an einem Sammelpunkt vor der Verteilung der Einlassluft in die entsprechenden Zylinder, wodurch ein solcher gemessener Wert nicht immer die Einlassluftmenge wiedergibt, die tatsächlich in den entsprechenden Zylinder gesaugt wird. Ferner kann die Veränderung zwischen den entsprechenden Zylindern, die durch den Herstellungsfehler oder Anderes verursacht werden kann, ein Faktor für den Messfehler der Einlassluftmenge sein.
  • Da die Einlassluftmenge, die durch das Luftdurchflussmessgerät gemessen wird, den Fehler auf diese Art aufweist, wird die auf der Grundlage davon bestimmte Zündzeitabstimmung nicht immer eine optimale Zündzeitabstimmung.
  • Einerseits wurde eine Technologie zum Schätzen der Einlassluftmenge innerhalb der Zylinderbrennkammer, die nicht auf dem Luftdurchflussmessgerät beruht, in dem Stand der Technik vorgeschlagen. Beispielsweise ist in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-040054 (1990) eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine offenbart, die eine Einrichtung zum Berechnen der Veränderung des Zylinderdrucks zwischen einer Zeitabstimmung, die direkt nach der Öffnung eines Einlassventils liegt, und einer Zeitabstimmung, die direkt vor der Zündung liegt, auf der Grundlage des Zylinderdrucks, des Kurbelwinkels und des Öffnungsgrads einer Drossel, und eine Einrichtung zum Berechnen der Einlassluftmenge aus der Veränderung des Zylinderdrucks und der Kraftmaschinendrehzahl aufweist.
  • Andererseits ist zur Verbesserung der Ausgangsleistung oder des Wirkungsgrads ebenso wie zum Verringern der Emissionen eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Ventilüberschneidung zum gleichzeitigen Öffnen des Einlassventils und des Auslassventils einstellen kann. Bei derartigen Brennkraftmaschinen ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die mit einer Steuervorrichtung versehen ist, die eine Menge Gas berechnen kann, das in der Brennkammer verbleibt (interne EGR-Menge), was durch die Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils verursacht wird (siehe beispielsweise Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-108262 ). Da die Menge des Gases, das tatsächlich in der Brennkammer verbleibt, eine Summe einer Menge von angesaugter Frischluft und einer Menge von vorher verbleibendem Gas ist, ist die Kenntnis der verbleibenden Gasmenge zum Messen einer genauen Menge der Einlassluft (Frischluftmenge) und zum Bestimmen der optimalen Zündzeitabstimmung vorzuziehen.
  • Die in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-108262 beschriebene Steuervorrichtung berechnet die Zylindertemperatur und den Zylinderdruck ebenso wie eine Gaskonstante auf der Grundlage von Signalen, die von einem Ausstoßtemperatursensor, einem Einlassluftdrucksensor und einem Ausstoßdrucksensor abgegeben werden, und berechnet eine Menge Gas in dem Zylinder beim Schließen des Auslassventils auf der Grundlage dieser Zylindertemperatur, dieses Zylinderdrucks und dieser Gaskonstante. Ferner berechnet diese Steuervorrichtung eine Menge von Nebenstromgas während der Überschneidung des Einlassventils und des Auslassventils auf der Grundlage von Signalen, die von einem Kurbelwinkelsensor, einem Wassertemperatursensor, einem Nockenwinkelsensor und einem Beschleunigeröffnungsgradsensor abgegeben werden, und berechnet eine Menge Gas, das in der Brennkammer verbleibt (interne EGR-Menge), die durch die Ventilüberschneidung verursacht wird, auf der Grundlage dieser Zylindergasmenge und dieser Nebenstromgasmenge.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der herkömmlichen Steuervorrichtung möglich, die Menge der Einlassluft bei der Brennkraftmaschine und die Menge des verbleibenden Gases (interne EGR-Menge) zu berechnen, wenn die Ventilüberschneidung eingestellt wird. Jedoch ist bei dem vorstehend erwähnten Stand der Technik eine Anzahl von Parametern zur Berechnung der Menge der Einlassluft oder der Menge des verbleibenden Gases erforderlich. Demgemäß sind bei der herkömmlichen Brennkraftmaschine viele Sensoren zum Erhalten dieser Parameter erforderlich, was eine Erhöhung der Herstellungskosten zur Folge hat.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine Menge Luft, die in eine Brennkammer gesaugt wird, genau und kostengünstig berechnen kann und die eine Zündzeitabstimmung unter Verwendung der berechneten Luftmenge optimal bestimmen kann.
  • Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe ist gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der die Ventilöffnungs-Charakteristik bei zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil verändern kann, so dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer verbrannt wird, um Leistung zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Zylinderdrucks innerhalb der Brennkammer, eine Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks aufgrund der Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils, eine Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Menge Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdrucks, der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird, und des Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks, der durch die Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung berechnet wird, eine Zündeinrichtung zum Zünden des gasförmigen Gemischs in der Brennkammer und eine Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung durch die Zündeinrichtung auf der Grundlage der Einlassluftmenge, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird.
  • Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bestimmt in dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung eine Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die durch ein Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, oder einer Einlassluftmenge, die auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Drosselventils geschätzt wird, und einer Kraftmaschinendrehzahl, bestimmt ein Verhältnis eines Restgases in der Brennkammer auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird, bestimmt einen Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag auf der Grundlage des Verhältnisses des Restgases und korrigiert die Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung.
  • Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in dem ersten oder zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die vorbestimmte Zeitabstimmung gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geändert.
  • Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die vorbestimmte Zeitabstimmung gemäß der Kraftmaschinendrehzahl geändert.
  • Gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die vorbestimmte Zeitabstimmung gemäß der Basiszündzeitabstimmung in dem zweiten Gesichtspunkt geändert.
  • Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung führt in dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung die Korrektur der Basiszündzeitabstimmung nicht aus, sondern bestimmt die Basiszündzeitabstimmung als Zündzeitabstimmung, wenn die Kraftmaschinendrehzahl die vorbestimmte Drehzahl übersteigt.
  • Gemäß einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist in dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Einlassluftmengen-Steuereinrichtung ferner in dem ersten Gesichtspunkt zum Steuern der Einlassluftmenge vorgesehen, so dass eine Drehmomentabgabe von der Brennkraftmaschine mit einem Soll-Drehmoment übereinstimmt, das auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Beschleunigers bestimmt wird, und bestimmt die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung eine Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die von einem Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, oder einer Einlassluftmenge, die auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Drosselventils und einer Kraftmaschinendrehzahl bestimmt wird, schätzt ein Ausgangsdrehmoment von der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Einlassluftmenge, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird, bestimmt einen Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag auf der Grundlage des geschätzten Ausgangsdrehmoments und des Soll-Drehmoments und korrigiert die Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung.
  • Gemäß einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat in jedem des ersten bis siebten Gesichtspunkts die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Brennkammern, die jeweils die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung haben, wobei die Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung den Zylinderdruck-Veränderungsbetrag in der entsprechenden Brennkammer berechnet, wobei die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung eine Menge Luft, die in die entsprechende Brennkammer gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdrucks der entsprechenden Brennkammer, der durch die entsprechende Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wird, und des Zylinderdruck-Veränderungsbetrags in der entsprechenden Brennkammer, der durch die Zylinderdruck-Veränderungs-Berechnungseinrichtung berechnet wird, berechnet, wobei die Zündeinrichtung in der entsprechenden Brennkammer vorgesehen ist und die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung eine Zündzeitabstimmung der Zündeinrichtung in der entsprechenden Brennkammer auf der Grundlage der Einlassluftmenge in der entsprechenden Brennkammer bestimmt, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird.
  • Gemäß einem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der die Ventilöffnungs-Charakteristik bei zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil verändern kann, so dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer verbrannt wird, um Leistung zu erzeugen, gekennzeichnet durch einen Schritt (a) zum Bestimmen einer Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die durch ein Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, oder einer Einlassluftmenge, die auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Drosselventils und einer Kraftmaschinendrehzahl geschätzt wird, einen Schritt (b) zum Berechnen eines Zylinderdruck-Veränderungsbetrags, der durch die Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils verursacht wird, und zum Berechnen einer Menge Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdruck-Veränderungsbetrags und des Zylinderdrucks in der Brennkammer, der bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird, und einen Schritt (c) zum Bestimmen eines Verhältnisses von Restgas in der Brennkammer auf der Grundlage der berechneten Einlassluftmenge, zum Bestimmen eines Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags auf der Grundlage des Verhältnisses des Restgases und zum Bestimmen einer Zündzeitabstimmung durch Korrigieren der Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine zu verwirklichen, die die Einlassluftmenge, die in die Brennkammer gesaugt wird, genau und kostengünstig berechnen kann und die ebenso die Zündzeitabstimmung unter Verwendung der berechneten Luftmenge bestimmen kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, auf die die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären einer Einlassluftmengen-Berechnungsroutine bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine;
  • 3 ist ein Beispiel einer Graphik, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis eines Einlassluftdrucks bei einer vorbestimmen Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung relativ zu einem Zylinderdruck direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung und einem Verhältnis eines Drucks der Einlassluft relativ zu einem Druck von Ausstoßgas bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung darstellt;
  • 4 ist ein Beispiel einer Graphik, die die Beziehung zwischen einem Verhältnis eines Einlassluftdrucks bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung relativ zu einem Zylinderdruck direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung und einem Verhältnis eines Drucks der Einlassluft relativ zu einem Druck von Ausstoßgas bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung darstellt;
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären einer Routine zum Schätzen des Einlassluftdrucks bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Zylinderdrucks;
  • 6 ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms, das die Zeitabstimmung zum Ausführen des entsprechenden Prozesses bei der Steuervorrichtung in diesem Gesichtspunkt darstellt;
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine zum Steuern der Zündzeitabstimmung gemäß dem ersten Gesichtspunkt;
  • 8A und 8B sind Zeitdiagramme, die die Ausführzeitabstimmung für die entsprechenden Prozesse der Zündzeitabstimmungs-Steuerung gemäß dem ersten und dem zweiten Gesichtspunkt darstellen;
  • 9 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine zum Steuern der Zündzeitabstimmung gemäß dem zweiten Gesichtspunkt;
  • 10 ist ein Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags-Kennfeld der Zündzeitabstimmungs-Steuerung gemäß dem zweiten Gesichtspunkt;
  • 11 ist ein Ablaufdiagramm einer Routine der Zündzeitabstimmungs-Steuerung gemäß einem dritten Gesichtspunkt;
  • 12 ist eine Graphik zum Erklären des Schätzverfahrens des Ausgangsdrehmoments; und
  • 13 ist ein Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags-Kennfeld der Zündzeitabstimmungs-Steuerung gemäß dem dritten Gesichtspunkt.
  • BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine ist geeignet, einen Betrag einer Veränderung eines Zylinderdrucks, wenn die Ventilüberschneidung eines Einlassventils und eines Auslassventils eingestellt wird, die durch die Ventilüberschneidung verursacht wird, und auf der Grundlage dieses Zylinderdruck-Veränderungsbetrags und eines Zylinderdrucks, der durch eine Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird, zu berechnen. In dieser Hinsicht sollte in geeigneter Weise auf 6, die die nachstehend beschriebene entsprechende Zeitabstimmung darstellt, Bezug genommen werden.
  • Dabei wird in dem Fall, dass eine Überschneidung zwischen einem Einlass- und Auslassventil eingestellt ist, eine Menge Gas, das in der Brennkammer Me verbleibt, das durch die Ventilüberschneidung verursacht wird, durch die folgende Formel (1) dargestellt, wobei ein Einlassluftdruck bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung (einer Zeitabstimmung, bei der ein Kurbelwinkel θ1 wird) Pm(θ1) ist, ein Abgasdruck bei dieser vorbestimmten Zeitabstimmung Pe(θ1) ist, eine Abgastemperatur zu diesem Zeitpunkt Te ist und eine Gaskonstante R(J/(kg·K)) ist. Me = S·ϕ(Pm(θ1)/Pe(θ1))·Pe(θ1)/√R·Te (1)
  • In der vorstehend angegebenen Formel (1) bezeichnet S eine effektive Gasdurchgangsfläche zum Gestatten, dass Gas während der Ventilüberschneidung hindurch tritt. Eine solche effektive Gasdurchgangsfläche S wird durch die folgende Formel (2) dargestellt. In der Formel (2) bezeichnet Ne(θ1) Kraftmaschinenumdrehungen (pro Minute; entspricht im Wesentlichen einer Kraftmaschinendrehzahl) bei einer Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ1 beträgt. Ebenso bezeichnet Ri einen Durchmesser eines Einlassventils Vi; bezeichnet Re einen Durchmesser eines Auslassventils Ve; bezeichnet Li(θ1) einen Hubbetrag des Einlassventils Vi; bezeichnet Le einen Hubbetrag des Auslassventils Ve; bezeichnet IVO einen Kurbelwinkel bei einer Zeitabstimmung zum Öffnen des Einlassventils Vi; und bezeichnet EVC einen Kurbelwinkel bei einer Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils Ve. Ferner ist in der Formel (2) ein Wert (∫v(Li(θ·Le(θ))dθ), der durch Integrieren von v(Li(θ·Le(θ))) von IVO bis EVC erhalten wird, ein Wert, der gemäß einem Vorlaufbetrag durch einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus bestimmt wird (VVT-Vorlaufbetrag).
  • Ebenso ist in der vorstehend genannten Formel (1) f(Pm(θ1)/Pe(θ1)) ein Ausdruck, der sich auf ein Verhältnis des Einlassluftdrucks relativ zu dem Abgasdruck bezieht, der grundsätzlich durch die folgende Formel (3) dargestellt wird, wobei dann, wenn ein Wert von Pm(θ1)/Pe(θ1) klein ist, dieser durch die folgende Formel (4) dargestellt wird. In dieser Hinsicht bezeichnet in den Formeln (3) und (4) κ ein Verhältnis der spezifischen Wärme.
  • Figure 00130001
  • Andererseits wird die Beziehung zwischen einer Menge Me von Gas, das in der Brennkammer verbleibt, das durch die Ventilüberschneidung verursacht wird, und eines Veränderungsbetrags ΔPc des Zylinderdrucks aufgrund der Ventilüberschneidung durch die folgende Formel (5) dargestellt. Dadurch wird aus den vorstehend angegebenen Formeln (1) und (5) der Zylinderdruck-Veränderungsbetrag ΔPc durch die folgende Formel (6) auf der Grundlage einer Menge Me von Gas, das in der Brennkammer verbleibt, das durch die Ventilüberschneidung verursacht wird, dargestellt. In dieser Hinsicht bezeichnet in der Formel (6) a eine Konstante, die auf der Grundlage von Experimenten oder Ähnlichem bestimmt wird. Da experimentell herausgefunden wurde, dass der Temperaturausdruck Te/vTe in der Formel (5) als Konstante angenommen wird, ist der Temperaturausdruck in a enthalten. Aus dem Zylinderdruck-Veränderungsbetrag ΔPc und dem Zylinderdruck Pc(θ2), der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung bei einer vorbestimmen Zeitabstimmung während des Kompressionstakts erfasst wird (bei einer Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ2 beträgt, vor der Verbrennungsstartzeitabstimmung (Zündzeitabstimmung) θig und nachdem das Einlassventil sich geschlossen hat), wird eine Menge Mair der Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, durch die folgende Formel (7) dargestellt. In dieser Hinsicht bezeichnet in der Formel (7) β eine Konstante, die auf der Grundlage von Experimenten oder Ähnlichem bestimmt wird. ΔPc ∝ Me·Te = S·ϕ(Pm(θ1)/Pe(θ1))·Pe(θ1)·Te/√R·Te ∝ S·ϕ(Pm(θ1)/Pe(θ1)·Pe(θ1) (5) ΔPc = α·S·ϕ(Pm(θ1)/Pe(θ1))·Pe(θ1) (6)
  • Demgemäß ist es möglich, die Menge Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, ohne Verwendung vieler Sensoren genau und kostengünstig zu berechnen, wobei der Druck Pm(θ1) der Einlassluft und die Kraftmaschinenumdrehungen Ne(θ1) bei der vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung und der Zylinderdruck Pc(θ2), der bei der vorbestimmen Zeitabstimmung erfasst wird, erhalten wird, wie es bei der Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • Ebenso wird, wie vorstehend beschrieben ist, wenn der Zylinderdruck-Veränderungsbetrag ΔPc aufgrund der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Einlassluftdrucks Pm(θ1) und des Abgasdrucks Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung berechnet wird, der Abgasdruck Pe(θ1) vorzugsweise auf der Grundlage des Zylinderdrucks Pc(θ0) geschätzt, der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung erfasst wird (bei der Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ0 wird).
  • Der Abgasdruck, bevor das Einlassventil für die Ventilüberschneidung offen ist, oder bei der Öffnung des Einlassventils, stimmt nämlich näherungsweise mit dem Zylinderdruck überein, und wenn eine Last der Brennkraftmaschine nicht besonders groß ist, ist die Druckveränderung zwischen dem Zeitpunkt vor und nach der Öffnung des Einlassventils klein. Demgemäß ist es möglich, den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Zylinderdrucks Pc(θ0), der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wird, direkt vor oder gerade beim Beginn der Ventilüberschneidung zu schätzen, und wenn die Brennkraftmaschine mit einem niedrigen Niveau belastet wird, wird die folgende Beziehung Pe(θ1) = Pc(θ0) verwirklicht. Da der Sensor zum Erfassen des Abgasdrucks unnötig ist, ist es somit möglich, die Kosten zu verringern, die zum Berechnen der Menge Luft notwendig sind, die in die Brennkammer gesaugt wird.
  • Wenn andererseits die Last der Brennkraftmaschine bis zu einem gewissen Ausmaß größer wird, erhöht sich die Druckveränderung des Abgases während der Ventilüberschneidung unter dem Einfluss von Abgaspulsationen oder Anderem, wodurch es schwierig wird, den Zylinderdruck Pc(θ0), der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wird, direkt vor oder gerade beim Beginn der Ventilüberschneidung anstelle des Abgasdrucks Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung zu verwenden.
  • Bis die Last der Brennkraftmaschine nämlich bis zu einem gewissen Ausmaß höher wird, stimmt das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung, das in die Funktion f in der Formel (3) eingesetzt ist, näherungsweise mit dem Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) während der Ventilüberschneidung relativ zu dem Zylinderdruck Pc(θ0) direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung überein, wobei beide Verhältnisse größer werden, wenn die Last sich vergrößert. Wenn dagegen das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Zylinderdruck Pc(θ0) einen vorbestimmten Wert e übersteigt, der experimentell oder auf der Grundlage der Erfahrungswerten definiert wird, wird die durch die Formel Pm(θ1)/Pe(θ1) = Pm(θ1)/Pc(θ0) dargestellte Beziehung nicht gebildet.
  • Wenn demgemäß das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Zylinderdruck Pc(θ0) einen vorbestimmten Wert e übersteigt, wird zuerst die Annahme gemacht, dass das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung auf den vorbestimmten Wert e festgelegt ist, und wird dann der Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung vorzugsweise durch die folgende Formel auf der Grundlage des Einlassluftdrucks Pm(θ1) während der Ventilüberschneidung und des vorbestimmten Werts e definiert: Pe(θ1) = Pm(θ1)/e. Auch wenn die Last der Brennkraftmaschine ansteigt, wenn der Abgasdruck während der Ventilüberschneidung tatsächlich nicht gemessen wird, ist es dadurch möglich, die Menge Luft, die in die Brennkraftmaschine gesaugt wird, genau zu berechnen, ohne dass sie durch die Druckveränderung des Abgases beeinflusst wird, die mit der Ventilüberschneidung einhergeht.
  • Bei der Brennkraftmaschine einer Mehrzylinder-Bauart ist eine Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung vorzugsweise in der entsprechenden Brennkammer vorgesehen. Vorzugsweise wird in einem solchen Fall der Veränderungsbetrag ΔPc des Zylinderdrucks für die entsprechende Brennkammer berechnet und wird eine Menge Luft, die in die entsprechende Brennkammer gesaugt wird, vorzugsweise auf der Grundlage dieses Veränderungsbetrags ΔPc in der entsprechenden Brennkammer und des Zylinderdrucks Pc(θ2) in der entsprechenden Brennkammer, der durch die entsprechende Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wird, bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung berechnet. Da es möglich ist, die Veränderung der Einlassluftmengen zwischen den Brennkammern genau zu kennen, wird dadurch die Genauigkeit der Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses usw. in der entsprechenden Brennkammer verbessert.
  • Ebenso kann der Einlassluftdruck in einer der Brennkammern während der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Zylinderdrucks an dem unteren Totpunkt der Brennkammer geschätzt werden, in der der Einlasstakt vor der Brennkammer ausgeführt wird.
  • Im Allgemeinen sind der Einlassluftdruck und der Zylinderdruck an dem unteren Totpunkt des Einlasstakts näherungsweise gleich. Ebenso stimmt die Zeitabstimmung, mit der die Ventilüberschneidung in einer bestimmten Brennkammer ausgeführt wird, näherungsweise mit der Zeitabstimmung überein, bei der der untere Totpunkt des Einlasstakts in einer anderen Brennkammer erreicht wird, in der der Einlasstakt um 1/N Zyklus vor der erstgenannten Brennkammer durchgeführt wird (in dieser Hinsicht bilden ein Einlass-, Verdichtungs-, Expansions- und Auslasstakt einen Zyklus und stellt N die Anzahl von Zylindern dar). Demgemäß sind durch Schätzen des Einlassluftdrucks auf der Grundlage des Zylinderdrucks unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts keine Sensoren zum Erfassen des Einlassluftdrucks notwendig, wodurch es möglich ist, die für die Berechnung der Menge der Luft notwendigen Kosten weitergehend zu reduzieren, die in die entsprechende Brennkammer gesaugt wird.
  • Als Nächstes werden nachstehend beste Wege zum Ausführen der vorliegenden Erfindung konkret beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, auf die die erfindungsgemäße Steuervorrichtung angewendet wird. Eine in dieser Zeichnung gezeigte Brennkraftmaschine 1 ist so aufgebaut, dass sie Leistung durch Verbrennen eines gasförmigen Gemischs aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer 3, die in einem Zylinderblock 2 ausgebildet ist, und durch Hin- und Herbewegen eines Kolbens 4 innerhalb der Brennkammer 3 erzeugt. Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise eine Mehrzylinder-Bauart und die Brennkraftmaschine 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist als Vierzylinder-Kraftmaschine für ein Automobil ausgebildet.
  • Ein Einlassanschluss der entsprechenden Brennkammer 3 ist mit einem Einlassrohr (Einlasskrümmer) 5 verbunden und ein Auslassanschluss der entsprechenden Brennkammer 3 ist mit einem Abgasrohr (Auslasskrümmer) 6 verbunden. Ebenso sind in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 ein Einlassventil Vi und ein Auslassventil Ve in der entsprechenden Brennkammer 3 angeordnet. Das entsprechende Einlassventil Vi öffnet und schließt den entsprechenden Einlassanschluss und das entsprechende Auslassventil Ve öffnet und schließt den entsprechenden Auslassanschluss. Das Einlassventil Vi bzw. das Auslassventil Ve werden durch einen Ventilantriebsmechanismus VM mit einem variablen Zeitabstimmungsmechanismus geöffnet und geschlossen. Ferner hat die Brennkraftmaschine 1 eine Vielzahl von Zündkerzen 7 entsprechend der Anzahl der Zylinder, wobei die Zündkerze 7 in einem Zylinderkopf dem Innenraum der entsprechenden Brennkammer gegenüberliegend angeordnet ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist das Einlassrohr 5 mit einem Ausgleichstank 8 verbunden. Eine Luftzufuhrleitung L1 ist mit dem Ausgleichstank und ferner über einen Luftreiniger 9 mit einem nicht gezeigten Lufteinlassanschluss verbunden. In der Luftzufuhrleitung L1 (an einer Position zwischen dem Ausgleichstank 8 und dem Luftreiniger 9) ist ein Drosselventil (ein elektronisches Steuerdrosselventil in diesem Ausführungsbeispiel) 10 eingebaut. In der Luftzufuhrleitung L1 ist an der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 10 ein Luftdurchflussmessgerät 21 als Einlassluftmengen-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Menge von Luft vorgesehen, die in die Brennkraftmaschine gesaugt wird. Andererseits sind, wie in 1 gezeigt ist, eine katalytische Vorrichtung 11a einer vorderen Stufe, die beispielsweise einen Drei-Wege-Katalysator enthält, und eine katalytische Vorrichtung 11b einer hinteren Stufe, die beispielsweise einen NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator enthält, mit dem Abgasrohr 6 verbunden.
  • Ferner hat die Brennkraftmaschine 1 eine Vielzahl von Injektoren 12, die jeweils der entsprechenden Brennkammer 3 gegenüberliegend angeordnet sind, wie in 1 gezeigt ist. Der entsprechende Kolben 4 in der Brennkraftmaschine 1 ist als so genannte Tellerform-Oberseitenbauart ausgebildet, die einen Einschnitt 4a an seiner oberen Fläche hat. Bei der Brennkraftmaschine 1 wird Kraftstoff, wie z. B. Benzin, direkt von dem entsprechenden Injektor 12 zu dem Einschnitt 4a des Kolbens 4a in der entsprechenden Brennkammer 4 eingespritzt, während Luft in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird.
  • Da bei der Brennkraftmaschine 1 eine Schicht aus dem gasförmigen Gemisch aus Kraftstoff und Luft in der Umgebung der Zündkerze 7 ausgebildet (geschichtet) wird, während es von der umgebenden Luftschicht getrennt wird, ist es dadurch möglich, die stabile Schichtverbrennung unter Verwendung eines extrem mageren gasförmigen Gemischs auszuführen. In dieser Hinsicht ist die Brennkraftmaschine 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine so genannte Direkteinspritz-Kraftmaschine. Die Erfindung sollte nicht auf diese Bauart der Kraftmaschine begrenzt werden, jedoch ist sie natürlich auf eine Brennkraftmaschine der Einlassrohr-Einspritzbauart (Einlassanschluss-Einspritzbauart) anwendbar.
  • Die vorstehend erwähnte Zündkerze 7, das Drosselventil 10, der Injektor 12 und der Ventilantriebsmechanismus VM und Anderes sind mit einer elektrischen Steuereinheit (als ECU im Folgenden bezeichnet) 20 elektrisch verbunden. Die ECU 20 weist eine CPU, einen ROM, einen RAM, eine Eingabe-/Ausgabeanschluss und einen Speicher und Anderes auf, die alle in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Wie in 1 gezeigt ist, sind verschiedenartige Sensoren elektrisch mit der ECU 20 verbunden, wie z. B. ein Kurbelwinkelsensor 14, ein Sensor 22 zum Erfassen eines Beschleunigeröffnungsgrads, ein Drosselöffnungsgradsensor, der in dem Drosselventilsensor 10 eingebaut ist, und Anderes. Die ECU 20 steuert die Zündkerze 7, das Drosselventil 10, den Injektor 12, den Ventilantriebsmechanismus und Anderes, so dass eine gewünschte Ausgangsleistung verfügbar ist.
  • Die Brennkraftmaschine 1 hat eine Vielzahl von Zylinderdrucksensoren (Zylinderdruck-Erfassungseinrichtungen) 15, einschließlich Halbleiterelementen, piezoelektrischen Elementen, Magnetspannungselementen, optischen Fasererfassungselementen und Anderen, entsprechend der Anzahl der Zylinder. Der entsprechende Zylinderdrucksensor 15 ist in dem Zylinderkopf angeordnet, so dass die Druckaufnahmefläche dem Inneren der entsprechenden Brennkammer 3 gegenüberliegt, und ist elektrisch mit der ECU 20 über einen A/D-Wandler und Anderem verbunden, was nicht gezeigt ist. Der Zylinderdrucksensor 15 gibt einen Druck, der auf seine Druckaufnahmefläche aufgebracht wird, in der Brennkammer 3 (einen Zylinderdruck) als einen Wert relativ zu dem atmosphärischen Druck ab und stellt ein Spannungssignal (ein Signal, das den erfassten Wert darstellt) für die ECU 20 bereit, wobei das Signal dem Druck (dem Zylinderdruck) entspricht, der auf die Druckaufnahmefläche in der Brennkammer aufgebracht wird.
  • Ferner hat die Brennkraftmaschine 1 einen Einlassluftdrucksensor 16 zum Erfassen des Drucks der Einlassluft (eines Einlassluftdrucks) in dem Ausgleichstank 8 als absoluten Druck. Ebenso ist der Einlassluftdrucksensor 16 über einen A/D-Wandler, der nicht gezeigt ist, und Anderes mit der ECU 20 verbunden, um ein Signal, das den erfassten absoluten Druck der Einlassluft in dem Ausgleichstank 8 darstellt, für die ECU 20 bereitzustellen. In dieser Hinsicht werden Werte, die durch den Kurbelwinkelsensor 14 und den Einlassluftdrucksensor 16 erfasst werden, sequentiell für die ECU 20 mit einem kleinen Zeitintervall bereitgestellt und werden in vorbestimmten Bereichen der ECU 20 (einem Puffer) bitweise gespeichert. Ebenso werden Werte, die durch den entsprechenden Zylinderdrucksensor 15 erfasst werden (Zylinderdrücke), in vorbestimmten Bereichen der ECU 20 (in dem Puffer) bitweise gespeichert, nachdem sie mit dem absoluten Druck auf der Grundlage des Werts korrigiert werden, der durch den Einlassluftdrucksensor 16 erfasst wird.
  • Als Nächstes wird ein Prozess unter Bezugnahme auf 2 zum Berechnen oder Schätzen einer Menge Luft erklärt, die in die entsprechende Brennkammer 3 der vorstehend erwähnten Brennkraftmaschine 1 gesaugt wird, ohne dass der Wert verwendet wird, der durch das Luftdurchflussmessgerät 21 erfasst wird. Wenn die Brennkraftmaschine 1 gestartet wird, wird die in 2 gezeigte Einlassluftmengen-Berechnungsroutine wiederholt durch die ECU 20 in der entsprechenden Brennkammer 3 ausgeführt. Die Einlassluftmengen-Berechnungsroutine ist so aufgebaut, dass sie eine Menge Luft, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird, grundsätzlich unter Verwendung der vorstehend erwähnten Formeln (1) bis (7) berechnet. Bei der Zeitabstimmung für die Ausführung dieser Routine bestimmt die ECU 20 zuerst, ob die Ventilöffnungszeitabstimmung des Einlassventils Vi vorgestellt ist oder nicht (bei S10).
  • Wenn die ECU 20 bei S10 bestimmt, dass die Ventilöffnungszeitabstimmung des Einlassventils Vi vorgestellt ist, liest die ECU 20 aus dem vorbestimmten Speicherbereich den Zylinderdruck Pc(θ0) der gewünschten Brennkammer 3 ein, der durch den Zylinderdrucksensor 15 bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung direkt vor der Ventilüberschneidung des Einlassventils Vi und des Auslassventils Ve oder beim Beginn davon erfasst wird (bei der Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ0 wird), und liest ebenso den Einlassluftdruck Pm(θ1) ein, der durch den Einlassluftdrucksensor 16 bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung des Einlassventils Vi und des Auslassventils Ve erfasst wird (bei der Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ1 wird) (bei S12). Ebenso bestimmt bei S12 die ECU 20 die Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) auf der Grundlage des Werts, der durch den Kurbelwinkelsensor 14 bestimmt wird, bei der vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung (bei der Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ1 wird) und erhält einen VVT-Vorlaufbetrag von dem Ventilantriebsmechanismus VM bei der Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ1 wird.
  • Ebenso ist, wie in 6 gezeigt ist, in diesem Ausführungsbeispiel die vorbestimmte Zeitabstimmung direkt vor der Ventilüberschneidung des Einlassventils Vi und des Auslassventils Ve oder beim Beginn davon eine Zeitabstimmung des Beginns der Ventilüberschneidung; insbesondere eine Zeitabstimmung, wenn das Einlassventil Vi beginnt sich zu öffnen; wobei der Kurbelwinkel beispielsweise θ0 = 20° vor dem oberen Totpunkt ist (20° vor OT in dem Auslasstakt). Ebenso ist die vorbestimmte Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung eine Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel beispielsweise θ1 = 10° vor dem oberen Totpunkt ist (10° vor OT in dem Auslasstakt). Nachdem der Zylinderdruck Pc(θ0) bei der Zeitabstimmung, wenn der Kurbelwinkel θ0 wird, und der Einlassluftdruck Pm(θ1) bei der Zeitabstimmung, wenn der Kurbelwinkel θ1 wird, bei S12 erhalten sind, berechnet die ECU 20 einen Wert von Pm(θ1)/Pc(θ0), der ein Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Zylinderdruck Pm(θ0) ist, und bestimmt ebenso, ob der Wert von Pm(θ1)/Pc(θ0) gleich wie oder kleiner als der vorbestimmte Schwellwert e ist (in diesem Ausführungsbeispiel, e = 0,95) (bei S14).
  • Dabei existiert die Beziehung, wie in 3 gezeigt ist, zwischen Pm(θ1)/Pc(θ0), die das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Zylinderdruck Pc(θ0) ist, und Pm(θ1)/Pe(θ1), die das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck Pe(θ1) ist, die als Parameter in der vorstehend erwähnten Formel (3) verwendet wird. In einem Bereich, so dass die Last der Brennkraftmaschine 1 nicht so groß ist, steigen nämlich die Werte Pm(θ1)/Pe(θ0) bzw. Pm(θ1)/Pc(θ0) an, wenn die Last höher wird, was zur Folge hat, dass die Beziehung von Pm(θ1)/Pe(θ0) = Pm(θ1)/Pc(θ0) wird.
  • Bei der Zeitabstimmung direkt vor dem Öffnen des Einlassventils Vi zum Zweck der Ventilüberschneidung oder der Öffnung des Ventils stimmen nämlich der Abgasdruck und der Zylinderdruck im Wesentlichen miteinander überein, und wenn die Last der Brennkraftmaschine 1 nicht besonders groß ist, ist die Druckveränderung des Abgases zwischen dem Zeitpunkt, der vor und nachdem das Einlassventil Vi zum Zweck der Ventilüberschneidung geöffnet wird, klein. Demgemäß ist in einem Bereich, in dem die Last der Brennkraftmaschine 1 nicht besonders groß ist, die Möglichkeit gegeben, den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung anzunehmen, insbesondere bei der Zeitabstimmung, wenn der Kurbelwinkel θ1 ist, auf der Grundlage des Zylinderdrucks Pc(θ0), der durch den Zylinderdrucksensor 15 direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung erfasst wird, nämlich bei der Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ0 beträgt, wodurch die Schätzung möglich ist, dass Pe(θ1) = Pc(θ0) und Pm(θ1)/Pe(θ0) = Pm(θ1)/Pc(θ0) ist.
  • Wenn dagegen die Last der Brennkraftmaschine 1 bis zu einem gewissen Ausmaß größer wird, wird die Druckveränderung des Abgases zwischen dem Zeitpunkt vor und nach dem Öffnen des Einlassventils Vi zum Zweck der Ventilüberschneidung aufgrund der Pulsation des Abgases und dergleichen größer. Wenn nämlich die Last der Brennkraftmaschine 1 bis zu einem gewissen Ausmaß größer wird, und das Verhältnis Pm(θ1)/Pc(θ0) des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Zylinderdruck Pc(θ0) den vorbestimmten Wert e übersteigt, wird die Beziehung von Pm(θ1)/Pe(θ1) = Pm(θ1)/Pc(θ0) nicht verwirklicht und ist es schwierig, den Zylinderdruck Pc(θ0), der direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung erfasst wird, durch den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung zu ersetzen.
  • Im Hinblick auf diese Sachverhalte wird, wenn bei S14 bestimmt wird, dass der Wert von Pm(θ1)/Pc(θ0) gleich wie oder kleiner als der vorstehend erwähnte Schwellwert e in der entsprechenden Brennkammer ist, der Zylinderdruck Pc(θ0), der durch den Zylinderdrucksensor 15 direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung erfasst wird, durch den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung ersetzt und als Pe(θ1) = Pc(θ0) durch die ECU 20 eingestellt (bei S16). Wenn bei S14 bestimmt wird, dass der Wert von Pm(θ1)/Pc(θ0) in der entsprechenden Brennkammer 3 den Schwellwert e übersteigt, bestimmt ebenso die ECU 20 den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung gemäß der Formel Pe(θ1) = Pm(θ1)/e (bei S18). Bei dem Prozess bei S18 wird nämlich angenommen, dass das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung auf den Schwellwert e als Begrenzungswert fixiert wird (0,95 in diesem Ausführungsbeispiel), und wird der Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Einlassluftdrucks Pm(θ1) während der Ventilüberschneidung und des Schwellwerts e bestimmt.
  • Wenn der Prozess bei S16 oder S18 ausgeführt wird, bestimmt die ECU 20 einen Wert von ∫v(Li(θ)·Le(θ))dθ entsprechend dem VVT-Vorlaufbetrag, der bei S12 erhalten wird, unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion oder eines Kennfelds, und berechnet eine effektive Gasdurchgangsfläche S unter Verwendung dieses Werts und der Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1), der bei S12 erhalten wird (bei S20). Nach dem Erhalten der effektiven Gasdurchgangsfläche S bestimmt die ECU 20, ob ein Wert, der den Einlassluftdruck Pm(θ1), der bei S12 erhalten wird, durch den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung teilt, der bei S16 oder S18 eingestellt wird, einen Schwellwert übersteigt oder nicht (2/(κ + 1))κ/(κ – 1) (bei S22). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird als Schwellwert (2/(κ + 1))κ/(κ – 1) eine Konstante eingesetzt, die beispielsweise unter Verwendung von κ = 1,32 erhalten wird.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, verändert sich die Formel, die ϕ(Pm(θ1)/Pe(θ1)) darstellt, die notwendig ist, wenn der Veränderungsbetrag ΔPc des Zylinderdrucks aufgrund der Ventilüberschneidung berechnet wird, gemäß dem Wert von Pm(θ1)/Pe(θ1). Wenn bei S22 bestimmt wird, dass der Wert von Pm(θ1)/Pe(θ1) den vorstehend erwähnten Schwellwert übersteigt, berechnet nämlich daher die ECU 20 den Wert von (Pm(θ1)/Pe(θ1) unter Verwendung der Formel (4) (bei S26).
  • Nach der Bestimmung der effektiven Gasdurchgangsfläche S bei S20 und von Pm(θ1)/Pe(θ1) bei S24 oder S26 berechnet die ECU 20 den Veränderungsbetrag ΔPc des Zylinderdrucks in der gewünschten Brennkammer 3, der durch die Ventilüberschneidung verursacht wird (bei S28). Nach dem Prozess bei S28 liest die ECU 20 den Zylinderdruck Pc(θ2) in der gewünschten Brennkammer 3 ein, der durch den Zylinderdrucksensor 15 bei der Zeitabstimmung erfasst wird, bei der der Kurbelwinkel in dem Verdichtungstakt θ2 wird (bei S30). In dieser Hinsicht ist in diesem Ausführungsbeispiel die vorbestimmte Zeitabstimmung in dem Verdichtungstakt eine Zeitabstimmung, bei der der Kurbelwinkel θ2 beispielsweise 50° vor dem oberen Totpunkt ist (50° vor OT in dem Verdichtungstakt).
  • Die ECU 20 berechnet die Einlassluftmenge Mair in der gewünschten Brennkammer 3 aus dem Zylinderdruck-Veränderungsbetrag, der bei S28 erhalten wird, und dem Zylinderdruck Pc(θ2), der bei S30 erhalten wird, unter Verwendung der vorstehend erwähnten Formel (7) (bei S32). Auf eine solche Weise ist es bei der Brennkraftmaschine 1 möglich, die Menge der Luft, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird, bei geringen Kosten ohne Verwendung einer Anzahl von Sensoren durch Erhalten des Einlassluftdrucks Pm(θ1), des Abgasdrucks Pe(θ1) und der Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) bei der vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung, und des Zylinderdrucks Pc(θ2) genau zu erhalten, der bei der vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird.
  • Ebenso wird bei der Brennkraftmaschine 1, wenn die Last relativ niedrig ist und bestimmt wird, dass der Wert von Pm(θ1)/Pc(θ0) kleiner als der Schwellwert e ist, der Zylinderdruck Pc(θ0), der durch den Zylinderdrucksensor 15 direkt vor oder beim Beginn der Ventilüberschneidung erfasst wird, durch den Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung ersetzt. Da der Sensor zum tatsächlichen Messen des Abgasdrucks unnötig ist, ist es dadurch möglich, die Kosten zu verringern, die zum Berechnen der Menge der Luft erforderlich sind, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird.
  • Bei der Brennkraftmaschine 1, die keinen Sensor zum tatsächlichen Messen des Abgasdrucks hat, wird der Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Schwellwerts e (bei S18) unter der Annahme bestimmt, dass das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung als so genannter Begrenzungswert auf den Schwellwert e fixiert ist (0,95 in diesem Ausführungsbeispiel), wenn bestimmt wird, dass der Wert von Pm(θ1)/Pc(θ0) den bei S14 eingestellten Schwellwert als Ergebnis der Erhöhung der Last übersteigt. Da die Differenz zwischen dem Einlassluftdruck und dem Abgasdruck, wie vorstehend beschrieben, klein wird, und das Restgas selbst gering ist, wenn die Last der Brennkraftmaschine 1 hoch wird, ist es möglich, die Menge der Luft, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird, genau zu berechnen, ohne dass diese durch die Veränderung des Abgasdrucks beeinflusst wird, auch wenn der durch S18 definierte Prozess ausgeführt wird; es ist nämlich ein praktisch hervorragendes Ergebnis erhältlich.
  • Ferner wird bei der Brennkraftmaschine 1, die eine Vielzahl von Brennkammern 3 und Zylinderdrucksensoren 15 hat, die in den entsprechenden Brennkammern 3 vorgesehen sind, der Zylinderdruck-Veränderungsbetrag ΔPc in der entsprechenden Brennkammer 3 berechnet, und wird auf der Grundlage dieses Zylinderdruck-Veränderungsbetrags ΔPc in der entsprechenden Brennkammer 3 und des Zylinderdrucks Pc(θ2) in der entsprechenden Brennkammer 3, der durch den entsprechenden Zylinderdrucksensor 15 erfasst wird, die Menge der Luft, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird, berechnet. Dadurch ist es möglich, die Veränderung der Einlassluftmenge zwischen den entsprechenden Brennkammern 3 zu kennen, und die Genauigkeit der Kraftstoffverhältnissteuerung und Anderen in der entsprechenden Brennkammer 3 zu verbessern.
  • Wenn andererseits bei S10 bestimmt wird, dass die Öffnungszeitabstimmung des Einlassventils Vi nicht vorgestellt ist, wodurch es keine Ventilüberschneidung zwischen dem Einlassventil Vi und dem Auslassventil Ve gibt, stellt die ECU 20 den Zylinderdruck-Veränderungsbetrag ΔPc, der bei S2 zu verwenden ist, auf Null ein (bei S34). Wenn die Ventilüberschneidung nicht eingestellt wird, wird nämlich die Menge der Luft Mair, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird, bei S32 einzig auf der Grundlage des Zylinderdrucks Pc(θ2) berechnet, der bei S30 erhalten wird. Dabei hat der Zylinderdruck während des Verdichtungstakts einen relativ hohen Wert und ist ungeachtet der Erfassungsgenauigkeit des Zylinderdrucksensors 15 oder der Auflösungsleistungsfähigkeit der Zylinderdruckdaten genau erfassbar. Wenn der Zylinderdruck in der Brennkammer 3 bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während des Verdichtungstakts verwendet wird, ist es demgemäß möglich, die Menge der Luft genau zu erhalten, die in die Brennkammer 3 gesaugt wird.
  • Bei der vorstehend erwähnten Brennkraftmaschine 1 wird, wenn die Antwort bei S14 negativ ist, angenommen, dass das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck Pe(θ1) während der Ventilüberschneidung auf den Schwellwert e als Begrenzungswert fixiert ist. Jedoch ist das nicht beschränkend. Wie nämlich in 4 gezeigt ist, kann die Beziehung zwischen Pm(θ1)/Pc(θ0), die das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Zylinderdruck Pc(θ0) ist, und Pm(θ1)/Pe(θ1), das das Verhältnis des Einlassluftdrucks Pm(θ1) relativ zu dem Abgasdruck PE(θ1) ist, unter Verwendung einer Vielzahl von Funktionen angenähert werden.
  • In dem in 4 gezeigten Beispiel wird die Beziehung zwischen Pm(θ1)/Pc(θ0) und Pm(θ1)/Pe(θ1) unter Verwendung von zwei Geraden angenähert; d. h., in einem Bereich von 0 ≤ Pm(θ1)/Pc(θ0) ≤ e1 (wobei e1 eine Konstante ist, die experimentell oder auf der Grundlage von Erfahrungswerten definiert wird), ist Pm(θ1)/Pe(θ1) = Pm(θ1)/Pc(θ0), und in einem Bereich von e1 ≤ Pm(θ1)/Pc(θ0) ≤ 1,0, wird Pm(θ1)/Pe(θ1) durch die folgende Formel (8) dargestellt (wobei e2 eine Konstante ist, die experimentell oder auf der Grundlage von Erfahrungswerten definiert wird, und wobei e2 > e1 ist). Wenn diese Annäherung angenommen wird und die Antwort bei S14 in 2 negativ ist, wird der Wert von Pe(θ1) gemäß der folgenden Formel (9) bei S18 eingestellt:
    Figure 00300001
  • Während der Einlassluftdrucksensor 16 zum Erfassen des Einlassluftdrucks in dem Ausgleichstank 8 in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann dieser Sensor 16 weggelassen werden und kann der Einlassluftdruck Pm(θ1) bei der vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung (bei der der Kurbelwinkel θ1 wird) auf der Grundlage des Zylinderdrucks geschätzt werden.
  • Der Einlassluftdruck und der Zylinderdruck sind nämlich näherungsweise an dem unteren Totpunkt des Einlasstakts gleich. Bei einer Vierzylinder-Kraftmaschine stimmt die Zeitabstimmung, bei der die Ventilüberschneidung in einer gewissen Brennkammer 3 ausgeführt wird, näherungsweise mit der Zeitabstimmung überein, bei der der untere Totpunkt in einer anderen Brennkammer 3 erreicht wird, wobei der Einlasstakt um 1/4 Zyklus (180 Grad) relativ zu der gewünschten Brennkammer 3 vorgestellt ist. Demgemäß kann von einem solchen Standpunkt ausgehend der Einlassluftdruck während der Ventilüberschneidung in einer gewissen Brennkammer 3 auf der Grundlage des Zylinderdrucks bei dem unteren Totpunkt des Einlasstakts in einer anderen Brennkammer 3 geschätzt werden, wobei der Einlasstakt 1/4 Zyklus relativ zu der gewünschten Brennkammer 3 vorläuft. Dadurch wird der Einlassluftdrucksensor 16 zum Erfassen des Einlassluftdrucks unnötig, so dass weitergehend Kosten gespart werden, die zum Berechnen der Menge der Luft erforderlich sind, die in die entsprechende Brennkammer 3 gesaugt wird.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erklären der Routine zum Schätzen des Einlassluftdrucks bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung während der Ventilüberschneidung auf der Grundlage des Zylinderdrucks. Die in 5 gezeigte Routine wird durch die ECU 20 beispielsweise bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung vor S14 in 2 ausgeführt.
  • In diesem Fall liest die ECU 20 den neuesten Wert Pc(θUT) aus einem vorbestimmten Speicherbereich ein, der durch den Zylinderdrucksensor 15 bei dem unteren Totpunkt des Einlasstakts in der Brennkammer erfasst wird, wobei der Einlasstakt um 1/4 Zyklus relativ zu der gewünschten Brennkammer 3 vorläuft (bei S100). Ferner liest die ECU 20 Werte Pc(θa) und Pc(θb) ein, die durch den Zylinderdrucksensor 15 bei zwei vorbestimmten Punkten in dem Verdichtungstakt, dem vorstehend erwähnten unteren Totpunkt der Brennkammer 3 folgend, erfasst werden, wobei der Einlasstakt um 1/4 Zyklus relativ zu der gewünschten Brennkammer 3 vorläuft (bei S102). In dieser Hinsicht können die Kurbelwinkel θa und θb optional vorgesehen werden, wobei sie in dem Verdichtungstakt enthalten sind.
  • Da das Ausgangssignal (der relative Druck) von dem Zylinderdrucksensor 15 nicht auf einen absoluten Druck korrigiert werden kann, wenn der Einlassluftdrucksensor 16 weggelassen wird, werden die Werte Pc(θa) und Pc(θb), die durch den Zylinderdrucksensor 15 erfasst werden, in dem Speicherbereich unverändert gespeichert, ohne dass sie auf den absoluten Druck korrigiert werden (nämlich in einem Zustand zum Darstellen des relativen Drucks). Wenn dabei der Zylinderdruck bei dem Kurbelwinkel θa, nachdem er auf den absoluten Druck (den wahren Wert) korrigiert wird, als Pa bezeichnet wird, der Zylinderdruck bei dem Kurbelwinkel θb, nachdem er auf den absoluten Druck (den wahren Wert) korrigiert wird, als Pb bezeichnet wird, und der Absolutdruckkorrekturwert des Zylindersensors 15 als Pr bezeichnet wird, ergibt sich die folgende Formel: Pa = Pc(θa) + Pr Pb = Pc(θb) + Pr
  • Wenn angenommen wird, dass der Verdichtungstakt der Brennkraftmaschine ein adiabatischer Prozess ist, und das Verhältnis der spezifischen Wärme κ beträgt, wird ebenso die Beziehung Pa·Vκ(θa) = Pb·Vκ(θb) gebildet, und wird durch die folgende Formel (10) dargestellt. Der Absolutdruck-Korrekturwert Pr wird durch die folgende Formel (11) erhalten, die aus der Formel (10) abgeleitet wird:
    Figure 00330001
  • Zu diesem Zweck berechnet nach dem Prozess bei S102 die ECU 20 den Absolutdruck-Korrekturwert Pr des Zylinderdrucksensors 15, während sie die Werte Pc(θa) und Pc(θb), die durch den Zylinderdrucksensor 15 bei den vorbestimmten zwei Punkten während des Verdichtungstakts in der vorherigen Brennkammer 3 erfasst werden, und die Zylindervolumina V(θa) und V(θb) bei den zwei vorbestimmten Punkten der vorstehend genannten Formel (11) (bei S104) verwendet. In dieser Hinsicht wurden die Werte der Zylindervolumina V(θa) und V(θb), die bei S104 verwendet werden, vorläufig berechnet und in dem Speicher gespeichert, und liest die ECU 20 diese Werte der Zylindervolumina V(θa) und V(θb) aus dem Speicher ein und verwendet sie für den Prozess bei S20.
  • Nach dem Erhalten des Absolutdruck-Korrekturwerts Pr bei 104 berechnet die ECU 20 den Einlassluftdruck Pm(θ1) in der gewünschten Brennkammer 3 während der Ventilüberschneidung unter Verwendung des Werts Pc(θUT), der bei S100 durch den Zylinderdrucksensor 15 bei dem unteren Totpunkt in dem Einlasstakt erfasst wird, und des Einlassluftdrucks Pm(θ1) während der Ventilüberschneidung in der gewünschten Brennkammer 3, der bei S104 erhalten wird (bei S106). Der Einlassluftdruck Pm(θ1) während der Ventilüberschneidung in einer gewissen Brennkammer 3 kann nämlich durch die folgende Formel berechnet werden: Pm(θ1) = Pr + Pc – 180(θUT)wobei Pc – 180(θUT) ein Zylinderdruck bei dem unteren Totpunkt in der Brennkammer 3 ist, bei der der Einlasstakt um 1/4 Zyklus (1/N Zyklus in der N-Zylinder-Kraftmaschine) relativ zu der gewünschten Brennkammer 3 vorläuft. Durch Ausführen der in 5 gezeigten Routine auf eine solche Weise ist es möglich, die Menge der Luft, die in die Brennkammer 3 gesaugt wird, ohne Verwendung des Einlassluftdrucksensors zum Erfassen des Einlassluftdrucks auf der Grundlage des Zylinderdrucks P(θ) und des Zylindervolumens V(θ) genau zu berechnen (auf der Grundlage des Produkts P(θ)·Vκ(θ) des Zylinderdrucks P(θ) und des Werts Vκ(θ), das durch wiederholtes Multiplizieren des Zylindervolumens V(θ) selbst um das κ-fache erhalten wird (wobei κ der vorbestimmte Index entsprechend dem Verhältnis der spezifischen Wärme ist).
  • Die Einlassluftmenge der Brennkammer 3 in dem entsprechenden Zylinder, die auf die vorstehend genannte Weise berechnet wird, ist genauer als diejenige, die aus dem Wert erhalten wird, der durch das Luftdurchflussmessgerät 21 erfasst wird. Das liegt daran, dass die Einlassluftmenge auf der Grundlage des Zylinderdrucks oder Ähnlichem in dem vorliegenden Zyklus des gewünschten Zylinders berechnet wird, und es nicht notwendig ist, eine Zeitverzögerung zu berücksichtigen, die durch einen Abstand von dem gewünschten Zylinder zu dem Luftdurchflussmessgerät 21, die Veränderung des Kraftmaschinenbetriebszustands aufgrund einer solchen Zeitverzögerung, die Veränderlichkeit zwischen den Zylindern und Anderem verursacht wird. Demgemäß ist es durch Steuern der Zündzeitabstimmung unter Verwendung einer solchen Einlassluftmenge möglich, die Zündung bei der optimalen Zündzeitabstimmung genau auszuführen.
  • Die Zündzeitabstimmungs-Steuerung gemäß der Erfindung, die die Einlassluftmenge verwendet, die durch das vorstehend erwähnte Verfahren berechnet wird (im Folgenden als Verfahren unter Verwendung des Zylinderdrucks bezeichnet), wird nachstehend beschrieben.
  • 7 stellt eine Steuerroutine gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung dar. Wenn die Brennkraftmaschine 1 startet, wird die Zündzeitabstimmungs-Steuerroutine, die in 7 gezeigt ist, in der entsprechenden Brennkammer 3 durch die ECU 20 wiederholt. Zuerst berechnet die ECU 20 die Einlassluftmenge Mair durch das Verfahren unter Verwendung des Zylinderdrucks, das vorstehend beschrieben ist (bei S1010). Dann bestimmt die ECU 20 die Zündzeitabstimmung θig auf der Grundlage der berechneten Einlassluftmenge Mair und der Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds (oder einer Funktion) (bei S1020). In dieser Hinsicht wird, da die Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) erhalten wurde, als die Einlassluftmenge Mair berechnet wurde (siehe S20 in 2 und die vorstehend erwähnte Formel (2)), wird die Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) vorzugsweise ebenso bei diesem Schritt S1020 verwendet. In dem Kennfeld (oder der Funktion), das dabei verwendet wird, wird die Zündzeitabstimmung relativ zu der Einlassluftmenge und der Kraftmaschinenumdrehung auf der Grundlage eines Experiments oder Anderem gebildet, so dass die maximale Kraftmaschinenausgangsleistung erhalten werden kann, während die Erzeugung von Klopfen und NOx unterdrückt wird. Darauf führt die ECU 20 einen elektrischen Strom zu der Zündkerze 7 zu, um die Zündung zum gleichen Zeitpunkt auszuführen, zu dem der Kurbelwinkel, der durch den Kurbelwinkelsensor 14 erfasst wird, mit der bestimmten Zündzeitabstimmung θig übereinstimmt (nämlich zu dem gleichen Zeitpunkt, zu dem die Zündzeitabstimmung θig erreicht wurde) (bei S1030).
  • Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung wird, da die Zündzeitabstimmung θig ohne die Verwendung des Luftdurchflussmessgeräts 21 auf der Grundlage der genauen Einlassluftmenge bestimmt wird, die durch den Zylinderdruck unter Verwendung des Verfahrens berechnet wird, und die Zündung bei dieser Zündzeitabstimmung θig ausgeführt wird, die Zündzeitabstimmung besser optimiert als nach dem Stand der Technik, wobei die Einlassluftmenge auf der Grundlage des erfassten Werts des Luftdurchflussmessgeräts 21 bestimmt wird. Somit ist es möglich, die maximale Kraftmaschinenausgangsleistung zu erhalten, die so groß wie möglich ist, während die Erzeugung von Klopfen und NOx unterdrückt wird. Da in diesem Gesichtspunkt das Luftdurchflussmessgerät 21 weggelassen ist, können Kosten eingespart werden.
  • Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung, wie in 8A gezeigt ist, wird, nachdem der Zylinderdruck Pc(θ2) durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung (dem Zylinderdrucksensor 15) bei der vorbestimmten Zeitabstimmung θ2 in dem Verdichtungstakt erfasst wird (der Zeitabstimmung nach dem Schließen des Einlassventils und vor der Zündzeitabstimmung θig; im Folgenden als ein Ende der Messung des Zylinderdrucks bezeichnet), die Einlassluftmenge Mair berechnet, und wird dann die Zündzeitabstimmung θig durch Durchsuchen des Zündzeitabstimmungs-Kennfelds bestimmt, und wird die Zündung gleichzeitig mit dem Erreichen der Zündzeitabstimmung θig ausgeführt.
  • Andererseits wird das Ende der Messung des Zylinderdrucks vorzugsweise so nahe wie möglich an die Zündzeitabstimmung θig aus den folgenden Gründen gesetzt (anders gesagt verzögert). Wenn es zutrifft, wird eine Zeitdauer von dem Ende der Messung des Zylinderdrucks zu der Zündzeitabstimmung θ2 kurz, was keine ausreichende Berechnungszeit zur Verfügung stellt, und im schlimmsten Fall kann die Gefahr bestehen, dass die Zündzeitabstimmung θig vor der tatsächlichen Zündzeitabstimmung θig nicht bestimmt werden kann. Da nämlich eine Luftströmung in der Brennkammer 3 direkt nach dem Schließen des Einlassventils vorliegt, ist ein genauer Zylinderdruck Pc(θ2) nicht immer in einem solchen Zustand erfassbar. Demgemäß wird die Erfassung des Zylinderdrucks Pc(θ2) vorzugsweise ausgeführt, wenn es keine Luftverwirbelung in der Brennkammer gibt, nämlich eine gewisse Zeitdauer nach dem Öffnen des Einlassventils. Ebenso ist die Zeitabstimmung zum Erfassen des Zylinderdrucks Pc(θ2) vorzugsweise so spät wie möglich, da der erhaltene Zylinderdruck Pc(θ2) selbst höher wird, um den Erfassungsfehler zu minimieren. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Grunds wird die Zeitabstimmung zum Erfassen des Zylinderdrucks Pc(θ2) so spät wie möglich verzögert.
  • In dieser Hinsicht ist der verzögerte Erfassungszeitabstimmung des Zylinderdrucks Pc(θ2) äquivalent zu der Verkürzung der Zeitdauer von seiner Zeitabstimmung θ2 zu der Zündzeitabstimmung θig, wodurch die ECU 20 eine rasche Verarbeitung durchführen muss. Zusätzlich ist das Zündkennfeld ein zweidimensionales Kennfeld, dessen Parameter die Einlassluftmenge und die Kraftmaschinenumdrehung sind, und dessen Durchsuchung ist relativ zeitintensiv. Ferner wird eine Zeitdauer von der Erfassungszeitabstimmung des Zylinderdrucks Pc(θ2) zu der Zündzeitabstimmung θig umso kürzer, je höher die Kraftmaschinenumdrehung ist. In der Praxis wird die Zeitabstimmung θ2 bestimmt, während ein Gleichgewicht zwischen der Erfassungsgenauigkeit des Zylinderdrucks und der Verarbeitungsgeschwindigkeit der ECU 20 berücksichtigt wird. Eine Zeitdauer von der Erfassungszeitabstimmung θ2 des Zylinderdrucks Pc(θ2) (in diesem Ausführungsbeispiel 50° vor dem oberen Totpunkt in dem Verdichtungstakt) zu der Zündzeitabstimmung θig in dem Kennfeld beträgt nur näherungsweise 20° bis 40°, wodurch die ECU 20 die Zündzeitabstimmung innerhalb einer solchen kurzen Zeitdauer bestimmen muss.
  • Ein zweiter Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung, die zum Beseitigen eines solchen Problems geeignet ist, wird auf der Grundlage von 9 erklärt. Dabei wird die Zündzeitabstimmungs-Steuerroutine, die in 9 gezeigt ist, durch die ECU 20 in der entsprechenden Brennkammer 3 wiederholt ausgeführt.
  • Die ECU 20 erhält die Einlassluftmenge MairAFM auf der Grundlage des Werts, der durch das Luftdurchflussmessgerät 21 zuerst erfasst wird, und dann die Kraftmaschinenumdrehung (bei S2010). Während die Kraftmaschinenumdrehung, die dabei erhalten wird, vorzugsweise die Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) bei der Zeitabstimmung θ1 ist, die in dem Verfahren unter Verwendung des Zylinderdrucks vom Standpunkt der gemeinsamen Verwendung von Daten verwendet wird, ist das nicht immer notwendig. Als Nächstes bestimmt die ECU 20 zeitweilig die Zündzeitabstimmung θigb, die zu einer Basis wird, unter Verwendung des Zündzeitabstimmungs-Kennfelds, auf der Grundlage der erhaltenen Einlassluftmenge MairAFM und der Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) (bei S2020). Die vorstehend erwähnte Prozedur ist dieselbe wie die nach dem Stand der Technik zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung, und die hier bestimmte Zündzeitabstimmung θigb ist nicht immer die optimale Zündzeitabstimmung, sondern als ungefähre Zündzeitabstimmung zum Vereinfachen der Nachverarbeitung verwendbar.
  • Darauf berechnet die ECU 20 das Restgasverhältnis H unter Verwendung des vorstehend erwähnten Verfahrens unter Verwendung des Zylinderdrucks, das in 2 gezeigt ist (bei S2030). Die Formel (7) bei S32 von 2 wird nämlich in die folgende Formel (7)' umgeschrieben: β·Pc(θ) = Mair + β·ΔPc (7)'wobei die Einlassluftmenge Mair auf der rechten Seite für eine Menge frisch eingeführter Luft in dem Gas steht, das in der Brennkammer 3 vorhanden ist, β·ΔPc auf der rechten Seite für eine Menge Restgas in dem Gas steht, das in der Brennkammer 3 vorhanden ist, und β·Pc(θ) auf der linken Seite, das eine Summe aus diesen ist, für eine Gesamtmenge des Gases steht, das in der Brennkammer 3 vorhanden ist. Die ECU 20 berechnet die Menge des Restgases β·ΔPc auf der Grundlage der Einlassluftmenge Mair, die bei S32 in 2 erhalten wird, und berechnet das Verhältnis des Restgases in der Brennkammer 3; H = β·ΔPc/β·Pc(θ2) = ΔPc/Pc(θ2), auf der Grundlage der Menge des Restgases β·ΔPc und der Gesamtgasmenge β·Pc(θ2) in der Brennkammer 3.
  • Die ECU 20 bestimmt den Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig auf der Grundlage dieses Verhältnisses H des Restgases unter Verwendung des vorbestimmten Kennfelds (oder der Funktion) (bei 2040). Dieses Kennfeld (diese Funktion) wird durch Experimente oder Anderes eingerichtet, so dass die maximale Kraftmaschinenausgangsleistung erhalten wird, während das Klopfen und NOx unterdrückt wird.
  • Ein bevorzugtes Beispiel dieses Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags-Kennfelds ist in 10 gezeigt. In 10 stellt eine horizontale Achse das Verhältnis H des Restgases dar (das im Verlauf nach rechts größer wird) und eine vertikale Achse stellt den Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig dar (der im Verlauf nach oben weiter fortschreitet). Eine durchgezogene Linie und eine gestrichelte Linie stellen die Beziehung zwischen dem Verhältnis H des Restgases und des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags Δθig dar, die unter Berücksichtigung der Klopfgrenze bzw. der NOx-Grenze bestimmt wird.
  • Wenn die Klopfgrenze berücksichtigt wird, wird das Klopfen unterdrückt, wenn der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig gerade vor oder neben der durchgezogenen Linie (an der Verzögerungsseite) ausgewählt wird. Wenn dagegen der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig oberhalb der durchgezogenen Linie (an der Vorlaufseite) ausgewählt wird, kann die Möglichkeit der Erzeugung von Klopfen bestehen. Wenn die NOx-Grenze berücksichtigt wird, wird die NOx-Erzeugungsmenge unterhalb der vorbestimmten zulässigen Menge unterdrückt, wenn der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig gerade auf oder neben der gestrichelten Linie (an der Nachlaufseite) ausgewählt wird. Wenn dagegen der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig oberhalb der gestrichelten Linie (an der Vorlaufseite) ausgewählt wird, kann die Möglichkeit bestehen, dass die NOx-Erzeugungsmenge die vorbestimmte zulässige Menge übersteigt. Andererseits wird im Hinblick auf die Kraftmaschinenausgangsleistung der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig vorzugsweise auf der Vorlaufseite so tief wie möglich eingerichtet.
  • Aus diesem Grund wählt die ECU 20 einen kleineren der Werte (an der Nachlaufseite) entsprechend dem Verhältnis H des Restgases an der durchgezogenen und gestrichelten Linie aus und bestimmt diesen Wert als Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig bei S2040. Daher ist es möglich, die maximale Kraftmaschinenausgangsleistung zu erhalten, während sowohl das Klopfen als auch NOx unterdrückt wird.
  • Darauf korrigiert die ECU 20 die Zündzeitabstimmung durch Addieren des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags Δθig, der bei S2040 erhalten wird, zu der Zündzeitabstimmung θigb, die bei S2020 erhalten wird, um eine Endzündzeitabstimmung θig zu bestimmen (bei S2050). Es gilt nämlich θig = θigb + Δθig. Dann führt die ECU 20 einen elektrischen Strom zu der Zündkerze 7 gleichzeitig mit dem Erreichen der Zündzeitabstimmung θig zu, um die Zündung auszuführen (bei S2060).
  • Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung, die in 8B gezeigt ist, wird die Basiszündzeitabstimmung θig zuerst durch das Durchsuchen des Zündzeitabstimmungs-Kennfelds auf der Grundlage des Werts bestimmt, der durch das Luftdurchflussmessgerät 21 erfasst wird, nämlich vor der vorbestimmten Zeitabstimmung θ2 (dem Ende der Messung des Zylinderdrucks), wobei dann das Durchsuchen des in 10 gezeigten Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags-Kennfelds ausgeführt wird, um den Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig nach der Zeitabstimmung θ2 zu bestimmen. Somit wird die Endzündzeitabstimmung θig erhalten.
  • Das in 10 gezeigte Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags-Kennfeld ist ein eindimensionales Kennfeld, das als Parameter ausschließlich das Verhältnis H des Restgases verwendet, dessen Durchsuchung eine kürzere Zeit als die Durchsuchung des zweidimensionalen Zündzeitabstimmungs-Kennfelds erfordert. Die Durchsuchung des Zündzeitabstimmungs-Kennfelds, die eine relativ lange Zeit erfordert, wird zu einer Zeitdauer übertragen, die einen relativ großen Bereich vor der Zeitabstimmung θ2 aufweist. Demgemäß kann eine Zeit, die zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung θig nach der Zeitabstimmung θ2 erforderlich ist, kürzer als in dem ersten Gesichtspunkt sein, wodurch die Berechnung möglicherweise durch die tatsächliche Zündzeitabstimmung θig beendet werden kann. Ebenso kann die Zeitabstimmung θ2 später bestimmt werden. In diesem Fall ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit der Einlassluftmenge ebenso wie die Genauigkeit der Zündzeitabstimmungs-Steuerung zu verbessern.
  • Während die Basiszündzeitabstimmung θig auf der Grundlage des Werts bestimmt wird, der durch das Luftdurchflussmessgerät 21 erfasst wird, ist in diesem Beispiel ein Verfahren zum Bestimmen der Basiszündzeitabstimmung θig optional. Beispielsweise kann ohne die Verwendung des Luftdurchflussmessgeräts 21 die Einlassluftmenge durch das folgende Luftmodellverfahren geschätzt werden, und kann auf der Grundlage der geschätzten Einlassluftmenge die Basiszündzeitabstimmung θigb aus dem Zündzeitabstimmungs-Kennfeld bestimmt werden. Das Luftmodellverfahren ist ein Verfahren, bei dem die Beziehung zwischen der Einlassluftmenge und Parametern (beispielsweise ein Öffnungsgrad der Drossel oder eine Kraftmaschinenumdrehung) außer der Einlassluftmenge vorläufig in einem Kennfeld oder einer Funktion bestimmt wird (die so bestimmten sind ein Luftmodell), und wird die Einlassluftmenge auf der Grundlage der erfassten Daten dieser anderen Parameter geschätzt. Gemäß diesem Luftmodellverfahren ist es unnötig, die Zeitverzögerung, die verursacht wird, wenn Luft von dem Luftdurchflussmessgerät zu der Zylinderbrennkammer überführt wird, verursacht wird, zu berücksichtigen, wodurch eine so genannte Vorerkennungserfassung möglich ist. Wenn somit das Luftmodellverfahren verwendet wird, kann sich die Möglichkeit ergeben, dass die Erfassungsgenauigkeit der Einlassluftmenge oder die Genauigkeit der Zündzeitabstimmungs-Steuerung weitergehend verbessert wird. Da das Luftdurchflussmessgerät weggelassen werden kann, ist es ebenso vorteilhaft für die Kosteneinsparung.
  • Wenn in dem zweiten Gesichtspunkt die Bestimmung der Zündzeitabstimmung θig nicht zeitgerecht vor der tatsächlichen Zündzeitabstimmung θig liegt, da die Kraftmaschinenumdrehung hoch ist, wenn nämlich die Kraftmaschinenumdrehung den vorbestimmten Wert übersteigt, überspringt die Routine S2030, S2040 und S2050, und kann die Basiszündzeitabstimmung θigb, die bei S2020 bestimmt wird, unverändert zum Ausführen der Zündung verwendet werden.
  • Zusätzlich ist es in dem zweiten Gesichtspunkt vorzuziehen, die vorbestimmte Zeitabstimmung (das Ende der Messung des Zylinderdrucks) θ2 während des Verdichtungstakts gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (vorzugsweise der Kraftmaschinendrehzahl) zu ändern. Beispielsweise bestimmt die ECU 20 das Ende der Messung des Zylinderdrucks bei S2020 auf der Grundlage der Kraftmaschinenumdrehung, die bei S2010 erhalten wird, gemäß dem vorbestimmten Kennfeld (oder der Funktion). In dem Kennfeld ist die Beziehung zwischen der Kraftmaschinenumdrehung und dem Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks gespeichert, woraus sich die Möglichkeit ergibt, das frühere Ende θ2 des Zylinderdrucks zu erhalten, wenn die Kraftmaschinenumdrehung sich erhöht, und die Zeitdauer sicherzustellen, die zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung θig notwendig ist. Dadurch ist es möglich, das Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks vorzustellen, wenn die Kraftmaschinendrehzahl sich erhöht, und die Zeit durchgehend sicherzustellen, die zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung θig von dem Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks notwendig ist. Wenn die Kraftmaschinenumdrehung gering ist, kann das Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks verzögert werden, um die Erfassungsgenauigkeit der Einlassluftmenge und die Genauigkeit der Zündzeitabstimmungs-Steuerung zu verbessern. In diesem Zusammenhang ist es ebenso in dem ersten Gesichtspunkt möglich, das Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks auf dieselbe Weise gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (vorzugsweise der Drehzahl der Kraftmaschine) zu ändern.
  • Ferner kann in dem zweiten Gesichtspunkt die vorbestimmte Zeitabstimmung (das Ende der Messung des Zylinderdrucks) θ2 während des Verdichtungstakts gemäß der Basiszündzeitabstimmung θigb verändert werden, die beim S2020 bestimmt wird. Beispielsweise bestimmt die ECU 20 das Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks auf der Grundlage der Basiszündzeitabstimmung θigb, die bei S2020 bestimmt wird, gemäß dem vorbestimmten Kennfeld (oder der Funktion). Zu diesem Zeitpunkt wird in dem Kennfeld die Beziehung zwischen der Basiszündzeitabstimmung θigb und dem Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks vorläufig eingegeben, um zu ermöglichen, dass frühzeitige Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks zu erhalten, das die Basiszündzeitabstimmung θigb früher ist, und ebenso um die Zeit sicherzustellen, die zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung θig notwendig ist. Da die abschließend bestimmte Zündzeitabstimmung früher wird, wenn die Basiszündzeitabstimmung θigb früher ist, ist es möglich, durchgehend die Zeit von dem Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks sicherzustellen, die zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung θig notwendig ist, indem das Ende θ2 der Messung des Zylinderdrucks in Verbindung mit der Basiszündzeitabstimmung θigb geändert wird.
  • Als Nächstes wird nachstehend ein dritter Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung beschrieben. Die Charakteristik des dritten Gesichtspunkt ist es, dass das Ist-Ausgangsdrehmoment in vorteilhafter Weise in der Nähe des Soll-Drehmoments mit einer hohen Genauigkeit in einer so genannten Drehmomentbedarfssteuerung liegt. Bei der Steuervorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß dem dritten Gesichtspunkt bestimmt die ECU 20 ein Soll-Drehmoment Td, das von der Brennkraftmaschine 1 abzugeben ist, auf der Grundlage des Öffnungsgrads des Beschleunigers, der durch den Beschleuniger-Öffnungsgradsensor 22 erfasst wird, in der entsprechenden Brennkammer 3, während das vorbestimmte Kennfeld (oder die Funktion) verwendet wird. Verschiedenartige Parameter außer dem Öffnungsgrad des Beschleunigers, wie z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit, können zum Bestimmen des Soll-Drehmoments Td verwendet werden. Dann steuert die ECU 20 den Öffnungsgrad des Drosselventils 10 auf der Grundlage des Soll-Drehmoments Td unter Bezugnahme auf das vorbestimmte Kennfeld (oder die Funktion), so dass das Drehmoment, das tatsächlich von der Brennkraftmaschine 1 abgegeben wird, mit dem Soll-Drehmoment Td übereinstimmt, und steuert die Einlassluftmenge. Demgemäß wird die Einlassluftmenge auf einen Wert gesteuert, der grundsätzlich dem Soll-Drehmoment Td entspricht.
  • 11 stellt eine Routine gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Zündzeitabstimmungs-Steuerung dar. Die Zündzeitabstimmungs-Steuerroutine, die in 11 gezeigt ist, wird durch die ECU 20 in der entsprechenden Brennkammer 3 wiederholt.
  • Zuerst erhält die ECU 20 die Einlassluftmenge MairAFM auf der Grundlage des Werts, der durch das Luftdurchflussmessgerät 21 erfasst wird, um die Kraftmaschinenumdrehung zu bestimmen, und erhält den Öffnungsgrad des Beschleunigers, der durch den Beschleuniger-Öffnungsgradsensor 22 erfasst wird (bei S3010). Auf dieselbe Weise wie bei S2010 kann, während die Kraftmaschinenumdrehung vorzugsweise die Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1) bei der Zeitabstimmung θ1 ist, die Kraftmaschinenumdrehung bei einer anderen Zeitabstimmung zulässig sein. Anstelle der Einlassluftmenge MairAFM, die durch das Luftdurchflussmessgerät 21 erfasst wird, kann diejenige verwendet werden, die durch das Luftmodell geschätzt wird.
  • Dann bestimmt die ECU 20 die Basiszündzeitabstimmung θigb unter Verwendung des Zündzeitabstimmungs-Kennfelds auf der Grundlage der erhaltenen Einlassluftmenge MairAFM und der Kraftmaschinenumdrehung Ne(θ1). Ebenso bestimmt die ECU 20 das Soll-Drehmoment Td auf der Grundlage von zumindest dem Öffnungsgrad des Beschleunigers, der von dem vorbestimmten Kennfeld (oder der Funktion) erhalten wird, und auf der Grundlage dieses Soll-Drehmoments Td, während sie Bezug auf das Kennfeld (oder die Funktion) nimmt, steuert sie den Öffnungsgrad des Drosselventils 10 zum Steuern der Einlassluftmenge auf einen Wert gemäß dem Soll-Drehmoment Td (bei S3020).
  • Ferner berechnet die ECU 20 auf dieselbe Weise wie bei S1010 in 7 die Einlassluftmenge Mair durch den Zylinderdruck unter Verwendung des Verfahrens, das in 2 gezeigt ist (bei S3030). Darauf berechnet die ECU 20 ein Ausgangsdrehmoment Te, das ein Schätzwert eines Drehmoments ist, das praktisch von der Brennkraftmaschine 1 abgegeben wird, auf der Grundlage der berechneten Einlassluftmenge Mair durch eine nachstehend als ein Beispiel beschriebene Prozedur (bei S3040).
  • 12 ist die Darstellung zum Erklären eines Verfahrens zum Schätzen des Ausgangsdrehmoments Te, genauer gesagt das Maximaldrehmoment-Diagramm der Brennkraftmaschine 1. Auf jedem von Punkten an der Maximaldrehmomentkurve Tmax ist der Öffnungsgrad des Drosselventils maximal (100%) und wird die Einlassluftmenge in der Brennkammer 3 ebenso maximal. Dabei wird eine Fülleffizienz KL zum maximalen Wert. Die Fülleffizienz KL ist ein Verhältnis einer Masse AG von Frischluft, die tatsächlich in der Brennkammer 3 ist, relativ zu einer Masse AGmax von Frischluft in einem Volumen der Zylinderbrennkammer 3 an einem unteren Totpunkt des Kolbens. Es gilt nämlich KL = AG/AGmax. Während der maximale Wert der Fülleffizienz KL theoretisch 1 (100%) beträgt, ist er praktisch geringer als 1 aufgrund des Einlasswiderstands oder Anderen. Jedoch kann er tatsächlich zur Annehmlichkeit als 1 angenommen werden.
  • Der maximale Wert der Einlassluftmenge bei der entsprechenden Umdrehung auf der Maximaldrehmomentkurve Tmax wird im Voraus durch das Experiment erhalten und in der Form eines Kennfelds (oder einer Funktion) in der ECU 20 gespeichert. Die ECU 20 erhält den maximalen Wert der Einlassluftmenge entsprechend der Kraftmaschinenumdrehung (beispielsweise Ne(θ1)), die bei S3010 erhalten wird, teilt die Einlassluftmenge Mair, die bei S3030 erhalten wird, durch den Zylinderdruck unter Verwendung des Verfahrens mit dem maximalen Wert der Einlassluftmenge, um die Fülleffizienz zu berechnen. Dann schätzt die ECU 20 das Ausgangsdrehmoment Te auf der Grundlage der berechneten Fülleffizienz KL und der Kraftmaschinenumdrehung (beispielsweise Ne(θ1)) unter Verwendung des vorbestimmten Kennfelds (oder der Funktion).
  • Das Ausgangsdrehmoment Te, das so geschätzt wird, sollte ein Wert sein, der näher an dem Soll-Drehmoment Td liegt, da das Drosselventil 10 im voraus gesteuert wird, um die Einlassluftmenge so zu regulieren, dass ein solches Ergebnis erhalten wird. Jedoch stimmt die tatsächliche Einlassluftmenge (= Mair) nicht immer mit dem vorbestimmten Sollwert überein. Demgemäß kann das Ausgangsdrehmoment, das auf der Grundlage der tatsächlichen Einlassluftmenge Mair geschätzt wird, von dem Soll-Drehmoment Td unterschiedlich sein.
  • Zum Ausgleichen dieser Differenz wird die Korrektur der Zündzeitabstimmung ausgeführt. Wie in 11 gezeigt ist, berechnet die ECU 20 die Differenz zwischen dem Ausgangsdrehmoment Te und dem Soll-Drehmoment Td; nämlich den Drehmomentfehler ΔT = Te – Td (bei S3050) und wird auf der Grundlage dieses Drehmomentfehlers ΔT der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig aus dem vorbestimmten Kennfeld (oder der Funktion) berechnet, das in 13 gezeigt ist (bei S3060). In dem in 13 gezeigten Kennfeld wird der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig an der Nachlaufseite größer eingestellt, wenn der Drehmomentfehler Δθig größer in der positiven Richtung ist, während der Zündzeitabstimmungs- Korrekturbetrag Δθig an der Vorlaufseite größer eingestellt wird, wenn der Drehmomentfehler Δθig in der negativen Richtung größer ist. Es ist anzumerken, dass dann, wenn der Drehmomentfehler ΔT Null ist, der Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag ebenso Null ist. Darauf addiert die ECU 20 den Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag Δθig, der bei S3060 erhalten wird, zu der Basiszündzeitabstimmung θigb, die bei S3020 erhalten wird, um die Zündzeitabstimmung zu korrigieren, und bestimmt die Endzündzeitabstimmung θig (bei S3070). Es gilt nämlich, θig = ∆θigb + Δθig. Dann führt die ECU 20 einen elektrischen Strom zu der Zündkerze 7 zu demselben Zeitpunkt wie dem Erreichen der Zündzeitabstimmung θig zu, um die Zündung auszuführen (bei S3080).
  • Wie aus 13 erkennbar ist, ist es möglich, die Zündzeitabstimmung nachzustellen, wenn der Drehmomentfehler ΔT größer in der positiven Richtung ist, während es möglich ist, die Zündzeitabstimmung vorzustellen, wenn der Drehmomentfehler ΔT in der negativen Richtung größer ist. Wenn nämlich das geschätzte Ausgangsdrehmoment Te größer als das Soll-Drehmoment Td ist, wird die Zündzeitabstimmung verzögert, um die Erhöhung des Drehmoments auszugleichen, während dann, wenn das geschätzte Ausgangsdrehmoment Te kleiner als das Soll-Drehmoment Td ist, die Zündzeitabstimmung vorgestellt wird, um die Verringerung des Drehmoments auszugleichen. Demgemäß ist es möglich, das tatsächliche Ausgangsdrehmoment weitergehend an das Soll-Drehmoment Td anzunähern, um die Genauigkeit der Drehmomentbedarfssteuerung zu verbessern. Ebenso ist es möglich, die Zündzeitabstimmung vorzüglich zu steuern, um diese zu erzielen.
  • In dieser Hinsicht ist es auf dieselbe Weise wie in dem zweiten Gesichtspunkt vorzuziehen, die vorbestimmte Zeitabstimmung (das Ende der Messung des Zylinderdrucks) θ2 während des Verdichtungstakts entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu ändern oder das Ende der Messung des Zylinderdrucks θ2 gemäß der Basiszündzeitabstimmung θigb zu ändern, die bei S3020 bestimmt wird.
  • Während die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt werden. Beispielsweise können zwei oder mehr Zündkerzen (Zündeinrichtungen) vorgesehen werden, wobei beide Zündkerzen mit derselben Zeitabstimmung oder einer unterschiedlichen Zeitabstimmung gezündet werden können. Wenn die unterschiedlichen Zündzeitabstimmungen verwendet werden, wird die vorstehend erwähnte Steuerung der Zündzeitabstimmung vorzugsweise bei der Zündkerze ausgeführt, bei der die erste Zündung ausgeführt wird. Ebenso kann als Zündeinrichtung anstelle der Zündkerze eine Zündvorrichtung mit einem hohen Freiheitsgrad vorgesehen werden, wie z. B. eine Laserzündvorrichtung.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf eine Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der die Ventilöffnungs-Charakteristik von zumindest dem Einlassventil oder dem Auslassventil ändern kann.
  • Zusammenfassung
  • Die Brennkraftmaschine (1) hat einen Ventilantriebsmechanismus (VM), der die Ventilöffnungs-Charakteristik von zumindest einem Einlassventil (Vi) oder einem Auslassventil (Ve) ändern kann, einen Zylinderdrucksensor (15) zum Erfassen des Zylinderdrucks in einer Brennkammer (3) und eine ECU (20). Die ECU (20) berechnet den Veränderungsbetrag des Zylinderdrucks, der durch die Ventilüberschneidung des Einlassventils (Vi) und des Auslassventils (Ve) verursacht wird, und auf der Grundlage dieses Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks und des Zylinderdrucks, der bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung in dem Verdichtungstakt erfasst wird, berechnet sie eine Menge Luft, die in die Brennkammer (3) gesaugt wird, und bestimmt ebenso auf der Grundlage dieser berechneten Einlassluftmenge die Zündzeitabstimmung. Die Menge Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, wird genau und kostengünstig berechnet, und die Zündzeitabstimmung wird unter Verwendung der berechneten Luftmenge optimal bestimmt.
  • 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
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Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der die Ventilöffnungs-Charakteristik von zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil verändern kann, so dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer zum Erzeugen von Leistung verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Zylinderdrucks innerhalb der Brennkammer, eine Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks aufgrund der Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils, eine Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Menge Luft, die in die Brennkammer gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdrucks, der durch die Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird, und des Veränderungsbetrags des Zylinderdrucks, der durch die Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung berechnet wird, eine Zündeinrichtung zum Zünden des gasförmigen Gemischs in der Brennkammer, und eine Zündzeitab stimmungs-Steuereinrichtung zum Bestimmen der Zündzeitabstimmung durch die Zündeinrichtung auf der Grundlage der Einlassluftmenge, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird.
  2. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung eine Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die durch ein Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, oder einer Einlassluftmenge, die auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Drosselventils und einer Kraftmaschinendrehzahl geschätzt wird, bestimmt, ein Verhältnis von Restgas in der Brennkammer auf der Grundlage einer Einlassluftmenge bestimmt, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird, einen Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag auf der Grundlage des Verhältnisses des Restgases bestimmt und die Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags korrigiert, um die Zündzeitabstimmung zu bestimmen.
  3. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Zeitabstimmung gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geändert wird.
  4. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Zeitabstimmung gemäß der Kraftmaschinendrehzahl geändert wird.
  5. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Zeitabstimmung gemäß der Basiszündzeitabstimmung geändert wird.
  6. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung die Korrektur der Basiszündzeitabstimmung nicht ausführt, sondern die Basiszündzeitabstimmung als Zündzeitabstimmung bestimmt, wenn die Kraftmaschinendrehzahl die vorbestimmte Drehzahl übersteigt.
  7. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Einlassluftmengen-Steuereinrichtung ferner zum Steuern der Einlassluftmenge vorgesehen ist, so dass eine Drehmomentabgabe von der Brennkraftmaschine mit einem Soll-Drehmoment übereinstimmt, das auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Beschleunigers bestimmt wird, und wobei die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung eine Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die von einem Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, oder einer Einlassluftmenge, die auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Drosselventils und einer Kraftmaschinendrehzahl geschätzt wird, bestimmt, ein Ausgangsdrehmoment von der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Einlassluftmenge schätzt, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird, einen Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrag auf der Grundlage des geschätzten Ausgangsdrehmoments und des Soll-Drehmoments bestimmt und die Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags korrigiert, um die Zündzeitabstimmung zu bestimmen.
  8. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Brennkammern hat, die jeweils die Zylinderdruck- Erfassungseinrichtung haben, wobei die Zylinderdruck-Veränderungsbetrags-Berechnungseinrichtung den Zylinderdruck-Veränderungsbetrag in der entsprechenden Brennkammer berechnet, wobei die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung die Menge von Luft, die in die entsprechende Brennkammer gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdrucks der entsprechenden Brennkammer, der durch die entsprechende Zylinderdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wird, und des Zylinderdruck-Veränderungsbetrags in der entsprechenden Brennkammer, der durch die Zylinderdruck-Veränderungs-Berechnungseinrichtung berechnet wird, berechnet, wobei die Zündeinrichtung in der entsprechenden Brennkammer vorgesehen ist, und wobei die Zündzeitabstimmungs-Steuereinrichtung eine Zündzeitabstimmung der Zündeinrichtung in der entsprechenden Brennkammer auf der Grundlage der Einlassluftmenge in der entsprechenden Brennkammer bestimmt, die durch die Einlassluftmengen-Berechnungseinrichtung berechnet wird.
  9. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine, die einen Ventilantriebsmechanismus hat, der die Ventilöffnungs-Charakteristik in zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil verändern kann, so dass das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in dem Inneren einer Brennkammer verbrannt wird, um Leistung zu erzeugen, gekennzeichnet durch einen Schritt (a) zum Bestimmen einer Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage einer Einlassluftmenge, die durch ein Luftdurchflussmessgerät erfasst wird, oder einer Einlassluftmenge, die auf der Grundlage eines Öffnungsgrads eines Drosselventils und einer Kraftmaschinendrehzahl geschätzt wird, einen Schritt (b) zum Berechnen eines Zylinderdruck-Veränderungsbetrags, der durch die Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils verursacht wird, und zum Berechnen einer Menge Luft, die in die Brennkraftmaschine gesaugt wird, auf der Grundlage des Zylinderdruck-Veränderungsbetrags und des Zylinderdrucks in der Brennkammer, der bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung erfasst wird, und einen Schritt (c) zum Bestimmen eines Verhältnisses von Restgas in der Brennkammer auf der Grundlage der berechneten Einlassluftmenge, zum Bestimmen eines Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags auf der Grundlage des Verhältnisses des Restgases und zum Bestimmen einer Zündzeitabstimmung durch Korrigieren der Basiszündzeitabstimmung auf der Grundlage des Zündzeitabstimmungs-Korrekturbetrags.
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