BR112015001448B1

BR112015001448B1 - aparelho de controle para motor sobrealimentado

Info

Publication number: BR112015001448B1
Application number: BR112015001448-8A
Authority: BR
Inventors: Shinichi Soejima; Akira Eiraku; Satoru Tanaka; Satoshi Yoshizaki; Kiyonori TAKAHASHI; Yoshihiro Sakayanagi
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2021-06-08
Also published as: EP2878791A1; CN104487679B; JP5790882B2; WO2014016926A1; US20150184606A1; EP2878791A4; BR112015001448A2; JPWO2014016926A1; RU2015101741A; CN104487679A; RU2601323C2; US10202924B2

Abstract

APARELHO DE CONTROLE PARA MOTOR SOBREALIMENTADO. É um objetivo da invenção aumentar a possibilidade de realizar um torque exigido em uma região de sobrealimentação onde recirculação ocorre em um aparelho de controle para um motor sobrealimentado. Para obter esse objetivo, o aparelho de controle para o motor sobrealimentado de acordo com a invenção determina uma quantidade de operação de um dispositivo de acionamento de válvula de admissão a partir de uma quantidade de ar em cilindro alvo que é calculada a partir de um torque exigido, e determina uma quantidade de operação de um estrangulador a partir de uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo que é obtida por adicionar uma quantidade de ar soprando através do interior de um cilindro a quantidade de ar em cilindro alvo.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001]A presente invenção refere-se a um aparelho de controle do tipo controle de demanda de torque que é empregado para um motor sobrealimentado.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002]Como um método de controle para um motor de combustão interna, o controle de demanda de torque para determinar quantidades de operação de acio- nadores utilizando um torque como uma variável controlada é conhecido. Os aciona- dores operados através de controle de demanda de torque incluem aqueles referentes à quantidade de ar, aqueles referentes ao timing de ignição, e aqueles referentes à razão de ar-combustível. Entre esses acionadores, aqueles referentes à quantidade de ar incluem, por exemplo, um estrangulador, um mecanismo de timing de válvula variável que muda o timing de válvula de uma válvula de admissão, e um mecanismo de timing de válvula variável que muda o timing de válvula de uma válvula de descarga.

[003]A figura 7 é um diagrama de blocos funcional mostrando a configuração de um aparelho de controle para um motor NA que executa controle de demanda de torque convencionalmente proposto. Um aparelho de controle 200 mostrado na figura 7 é projetado para operar um estrangulador 10, um mecanismo de timing de válvula variável de válvula de admissão (a seguir mencionado como IN-VVT) 20, e um mecanismo de timing de válvula variável de válvula de descarga (a seguir mencionado como EX-VVT) 30. A seguir, o aparelho de controle 200 é equipado com uma unidade de cálculo de quantidade de ar alvo 210, uma unidade de controle VVT 220, e uma unidade de controle de estrangulador 230.

[004]A unidade de cálculo de quantidade de ar alvo 210 calcula uma quantidade de ar necessário para realizar um torque realizado, como uma quantidade de ar alvo. O cálculo é realizado com o auxílio de um mapa no qual um torque e uma quantidade de ar são associados entre si utilizando vários trechos de informações de motor como uma velocidade rotacional de motor, um timing de ignição, uma razão de ar-combustível e similar como argumentos.

[005]A unidade de controle VVT 220 seleciona uma combinação que aperfeiçoa economia de combustível, entre combinações de um timing de válvula de uma válvula de admissão que pode ser realizada através da operação do IN-VVT 20 e um timing de válvula de uma válvula de descarga que pode ser realizada através da operação do EX-VVT 30. Tal combinação é armazenada antecipadamente como um timing de válvula de base. A unidade de controle VVT 220 determina um valor de comando para o IN-VVT 20 (um valor de comando IN-VVT) e um valor de comando para o EX-VVT 30 (um valor de comando EX-VVT) respectivamente, de acordo com o timing de válvula de base.

[006]Além disso, a unidade de controle VVT 220 armazena, na forma de um mapa, uma relação que é estabelecida entre uma quantidade de sobreposição de válvula, uma pressão de admissão, e uma quantidade de ar. Na figura 7, uma imagem do mapa é representada na forma de um gráfico em um bloco indicando a unidade de controle VVT 220. A quantidade de ar que é associada com a quantidade de sobreposição de válvula e a pressão de entrada nesse mapa é, em um sentido preciso, uma quantidade de ar que entrou um cilindro através da válvula de admissão. Por outro lado, a quantidade ar alvo que é calculada a partir do torque exigido é, em um sentido preciso, uma quantidade de ar utilizada para combustão, a saber, um valor alvo de uma quantidade de ar em cilindro. Entretanto, como será descrito posteriormente, uma válvula de admissão que passa quantidade de ar coincide com a quantidade de ar em cilindro pelo menos em um motor NA, de modo que não haja problema em aplicar a quantidade de ar alvo no mapa acima mencionado. A unidade de controle VVT 220 seleciona uma pressão de entrada correspondendo à quantidade de sobreposição de válvula no timing de válvula de base, entre combinações da pressão de entrada e a quantidade de sobreposição de válvula que pode realizar a quantidade de ar alvo, e determina a pressão de entrada selecionada como uma pressão de entrada alvo.

[007]A unidade de controle de estrangulador 230 calcula um grau de abertura de estrangulador a partir da pressão de entrada alvo e a quantidade de ar alvo. O modelo inverso de um modelo de ar é usado para calcular o grau de abertura de es- trangulador. O modelo de ar é um modelo físico que é obtido por modelar propriedades dinâmicas da pressão e taxa de fluxo em uma passagem de admissão em resposta ao movimento do estrangulador. A unidade de controle de estrangulador 230 opera o estrangulador 10 utilizando o grau de abertura de estrangulador calculado como uma quantidade de operação.

[008]O aparelho de controle desse modo configurado torna possível controlar a quantidade de ar em cilindro no motor para uma quantidade de ar que não é demasiadamente grande nem demasiadamente pequena para realizar o torque exigido, através de operação cooperativa do estrangulador 10, o IN-VVT 20 e o EX-VVT 30.

[009]A propósito, é concebível aplicar o controle de demanda de torque acima mencionado ao controle de um motor sobrealimentado que é equipado com um turbossobrealimentador ou um sobrealimentador mecânico. Se a configuração para controle de demanda de torque do motor NA mostrado na figura 7 for diretamente utilizado, uma configuração mostrada, por exemplo, na figura 8 pode ser adotada como uma configuração do aparelho de controle que é necessário para executar controle de demanda de torque do motor sobrealimentado. Um aparelho de controle 201 mostrado na figura 8 é projetado para operar uma válvula de gate waste (a seguir mencionada como WGV) 40 além do estrangulador 10, o IN-VVT 20 e o EX-VVT 30. A seguir, o aparelho de controle 201 é equipado com uma unidade de cálculo de pressão de sobrealimentação alvo 240 e uma unidade de controle WGV 250 além da unidade de cálculo de quantidade de ar alvo 210, unidade de controle VVT, e a unidade de controle de estrangulador 230.

[010]No caso de um motor sobrealimentado, a pressão de entrada pode atingir um limite superior devido à abertura do estrangulador 10 até um estado totalmente aberto em uma região de sobrealimentação onde sobrealimentação é realizada por um sobrealimentador. Nesse caso, a unidade de controle VVT 220 especifica combinações da pressão de entrada e a quantidade de sobreposição de válvula que pode realizar a quantidade de ar alvo com o auxílio do mapa acima, e seleciona a quantidade de sobreposição de válvula correspondendo ao limite superior da pressão de entrada a partir dessas combinações. Deve ser observado, entretanto, que há muitas combinações dos timings de válvula da válvula de admissão e válvula de descarga que podem realizar a quantidade de sobreposição de válvula selecionada, de modo que os valores de comando para os respectivos mecanismos de timing de válvula variável 20 e 30 não são exclusivamente determinados. Por exemplo, é concebível selecionar a combinação mais próxima ao timing de válvula de base, e determinar os valores de comando para os respectivos mecanismos de timing de válvula variável 20 e 30 de acordo com a combinação selecionada. Incidentalmente, no caso onde a pressão de entrada não atingiu o limite superior, o timing de válvula de base é selecionado como uma combinação dos timings de válvula respectivos da válvula de admissão e válvula de descarga, e a pressão de entrada correspondendo à quantidade de sobreposição de válvula no timing de válvula de base é determinada como a pressão de entrada alvo, como é o caso com o motor NA.

[011]A unidade de cálculo de pressão de sobrealimentação alvo 240 calcula um valor obtido por adicionar uma pressão reserva predeterminada à pressão de entrada alvo, como uma pressão de sobrealimentação alvo. A unidade de controle WGV 250 determina um valor de carga transmitido para um solenóide que aciona o WVG 40, com base na pressão de sobrealimentação alvo. Como exemplo do méto- do de determinar o valor de carga, é possível mencionar um método no qual um mapa que associa o valor de carga com a pressão de sobrealimentação é preparado e um valor de carga correspondendo à pressão de sobrealimentação alvo é calculado a partir do mapa. Além disso, é também possível mencionar um método no qual uma pressão de sobrealimentação efetiva é medida ou estimada, e o valor de carga é submetido a controle de realimentação de tal modo que a pressão de sobrealimen- tação efetiva se torne igual à pressão de sobrealimentação alvo.

[012]O aparelho de controle desse modo configurado torna possível fazer com que o motor transmita um torque exigido através do mesmo controle como no caso do motor NA, em uma região NA onde sobrealimentação não é realizada pelo turbossobrealimentador.

[013]Entretanto, na região de sobrealimentação onde sobrealimentação é realizada pelo turbossobrealimentador, o seguinte problema surge com relação à precisão em realizar o torque exigido.

[014]A figura 9 mostra uma imagem de um resultado de controle na região de sobrealimentação pelo aparelho de controle configurado como mostrado na figura 8. De acordo com o aparelho de controle mostrado na figura 8, a quantidade de ar alvo é calculada a partir do torque exigido e estrangulador 10, IN-VVT 20, EX-VVT 30 e WGV 40 são cooperativamente operados de tal modo a realizar a quantidade de ar alvo. Entretanto, a quantidade de ar que é efetivamente realizada pelo aparelho de controle mostrado na figura 8 é menor do que a quantidade de ar alvo.

[015]Esse déficit na quantidade de ar resulta da resposta direta do método de controle para o motor NA para o motor sobrealimentado. No motor NA, a pressão de descarga é mais elevada do que a pressão de entrada. Portanto, no caso onde o período aberto da válvula de admissão e o período aberto da válvula de descarga sobrepõem entre si, gás de combustão permanece no cilindro de acordo com a quantidade de sobreposição. Em outras palavras, o denominado EGR interno é cau- sado. Nesse caso, o ar (ar fresco) que entrou no cilindro através da válvula de admissão permanece no cilindro, e a soma da quantidade de ar que passa pela válvula de admissão e a quantidade de gás de combustão residual que resulta a partir de EGR interno é uma quantidade total de gás no cilindro. Consequentemente, no caso do motor NA, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão e a quantidade de ar no cilindro que é efetivamente utilizada para combustão coincidem entre si, independente de se ou não aqueles períodos abertos sobrepõem entre si.

[016] Por outro lado, no caso do motor sobrealimentado, a pressão de entrada é mais elevada do que a pressão de descarga na região de sobrealimentação. Portanto, no caso onde o período aberto da válvula de admissão e o período aberto da válvula de descarga sobrepõem entre si, recirculação, a saber, o sopro de ar a partir de um tubo de entrada através de um tubo de descarga ocorre na região de sobrealimentação. No caso onde recirculação ocorre, parte do ar que entrou no cilindro através da válvula de admissão flui através do tubo de descarga. Portanto, a quantidade de ar em cilindro que é efetivamente utilizada para combustão é menor que a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão por uma quantidade correspondendo a recirculação. Como resultado, como mostrado na figura 9, a quantidade de ar em cilindro que é efetivamente realizada é menor que a quantidade de ar alvo, de modo que o torque realizado fique abaixo do torque exigido.

[017]Como é evidente a partir do acima, no caso onde controle de demanda de torque é aplicado ao motor sobrealimentado, é inadequado utilizar diretamente a configuração para controle de demanda de torque no motor NA. Controle de demanda de torque para o motor sobrealimentado requer um aparelho de controle que torne possível realizar precisamente o torque exigido mesmo na região de sobrealimen- tação onde recirculação ocorre.

[018] Incidentalmente, os documentos mencionados abaixo são documentos da técnica relacionada indicando o estado da técnica em um campo técnico de acor- do com o presente pedido. Documentos da técnica relacionada Documentos de patente

[019]Documento de patente 1: publicação do pedido de patente japonesa no. 2009-068403 (JP-2009-068403 A). Documento de patente 2: publicação do pedido de patente japonesa no. 2008-075549 (JP-2008-075549 A) Documento de patente 3: publicação do pedido de patente japonesa no. 2004-263571 (JP-2004-263571 A)

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problemas a serem resolvidos pela invenção

[020]A invenção foi feita em vista do problema acima mencionado. É um objetivo da invenção fornecer um aparelho de controle para um motor sobrealimentado capaz de aumentar a possibilidade de realizar um torque exigido em uma região de sobrealimentação onde recirculação ocorre.

[021]Um aparelho de controle para um motor sobrealimentado de acordo com a invenção é aplicado a um motor sobrealimentado tendo um estrangulador, um dispositivo de acionamento de válvula de admissão e um sobrealimentador. O dispositivo de acionamento de válvula de admissão pode ser um dispositivo capaz de mudar pelo menos um timing para fechar uma válvula de admissão. O aparelho de controle para o motor sobrealimentado de acordo com a invenção determina uma quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão a partir de uma quantidade de ar em cilindro alvo que é calculada a partir de um torque exigido. Então, em paralelo, o aparelho de controle determina uma quantidade de operação de um estrangulador a partir de uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo que é obtida por adicionar uma quantidade de ar soprando através do interior de um cilindro a quantidade de ar em cilindro alvo. A quantidade de ar soprando através do interior do cilindro significa uma quantidade de ar fluindo através do tubo de descarga como parte do ar que entrou no cilindro através da válvula de admissão. A quantidade de ar que é adicionada à quantidade de ar em cilindro alvo pode ser um valor alvo que é determinada por alguma demanda para desempenho de motor, um valor fixo, ou um valor predeterminado como um valor flutuante correspondendo a um estado operacional ou similar.

[022]O aparelho de controle para o motor sobrealimentado de acordo com a invenção realiza um torque exigido através da operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão em um caso onde sobrealimentação é realizada pelo sobrealimentador e uma pressão de entrada atinge um limite superior de uma faixa que pode ser ajustada através da operação do estrangulador. Nesse caso, a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão é determinada a partir da quantidade de ar em cilindro alvo que é calculado a partir do torque exigido, com ase em uma relação que é estabelecida entre o timing para fechar a válvula de admissão, a pressão de admissão e uma quantidade de ar em cilindro.

[023] Um timing para abrir a válvula de admissão e o timing para fechar a válvula de admissão são determinados pela fixação da quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão. Deve ser observado, entretanto, que o que é importante é o timing para fechar a válvula de admissão como um fator determinando a quantidade de ar em cilindro. Isso é porque a quantidade de ar em cilindro é exclusivamente determinada pelo timing para fechar a válvula de admissão no caso onde a válvula de admissão influencia uma quantidade de sobreposição de um período aberto da válvula de admissão e um período aberto de uma válvula de descarga. Entretanto, uma quantidade de sobreposição de válvula em uma região de sobrealimentação onde recirculação ocorre não influencia a quantidade de ar em cilindro, e consequentemente, não influencia a precisão em realizar o torque exigido também. Em conseqüência, o período aberto da válvula de admissão não é limitado em particular.

[024]O motor sobrealimentado pode ser equipado com um dispositivo de acionamento de válvula de descarga. O dispositivo de acionamento de válvula de descarga pode ser um dispositivo capaz de mudar pelo menos o timing para fechar a válvula de descarga. Se o timing para fechar a válvula de descarga for fixa, a quantidade de sobreposição de válvula é fixa. A quantidade de sobreposição de válvula não influencia a precisão em realizar o torque exigido, porém a quantidade de recir- culação, a saber, a quantidade de ar soprando através do interior do cilindro aumenta ou diminui de acordo com a magnitude da quantidade de sobreposição de válvula. Um valor total da quantidade de recirculação e a quantidade de ar em cilindro é uma quantidade de ar que passa válvula de admissão. Portanto, no caso onde a pressão de entrada atingiu o limite superior, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão é exclusivamente determinada pela quantidade de sobreposição de válvula. Há várias demandas sobre a quantidade de recirculação em termos do aquecimento de um catalisador, prevenção de pré-ignição e similar. Portanto, uma quanti-dade de ar que passa pela válvula de admissão alvo pode ser determinada a luz de tais demandas, e uma quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de descarga pode ser determinada de tal modo a realizar a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo. Nesse caso, a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de descarga pode ser determinada a partir da quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo e a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão (mais especificamente, o timing para abrir a válvula de admissão), com base em uma relação que é estabelecida entre a quantidade de sobreposição de válvula, a pressão de entrada e a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão.

[025]Além disso, o sobrealimentador com o qual o motor sobrealimentado é equipado na invenção pode ser um sobrealimentador mecânico ou um turbossobrea- limentador. Entretanto, se o turbossobrealimentador capaz de mudar as propriedades de sobrealimentação por um acionador ligado ao mesmo é empregado, a pressão de sobrealimentação pode ser ativamente controlada através da operação do acionador. Por exemplo, um valor alvo da quantidade de ar em cilindro por tempo unitário pode ser calculado a partir da quantidade de ar em cilindro alvo e uma velocidade rotacional de motor, e uma quantidade de operação no acionador pode ser determinada a partir do valor alvo da quantidade de ar em cilindro por tempo unitário e uma pressão de sobrealimentação alvo, com base em uma relação que é estabelecida entre a quantidade de operação do acionador e as propriedades de sobreali- mentação do turbossobrealimentador. Nesse caso, se um valor atual ficar abaixo do valor alvo da quantidade de ar em cilindro por tempo unitário, uma quantidade de ar aparente pode ser aumentada com o auxílio de recirculação. Concretamente, uma quantidade de recirculação alvo pode ser calculada a partir de um déficit no valor atual com relação ao valor alvo da quantidade de ar em cilindro por tempo unitário, e uma quantidade operativa do dispositivo de acionamento de válvula de descarga pode ser determinada utilizando um valor total da quantidade de ar em cilindro alvo e a quantidade de recirculação alvo como uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026]A figura 1 é um diagrama de blocos funcional mostrando a configuração de um aparelho de controle para um motor sobrealimentado de acordo com uma modalidade da invenção.

[027]A figura 2 é um gráfico mostrando uma relação entre uma pressão de entrada e respectivas quantidades de ar.

[028]A figura 3 é uma vista para explicar um método de determinar uma pressão de entrada alvo e um timing de válvula de uma válvula de admissão a partir de uma quantidade de ar em cilindro alvo.

[029]A figura 4 é uma vista para explicar um método de determinar a pressão de entrada alvo e timing de válvula da válvula de admissão a partir da quantidade de ar em cilindro alvo.

[030]A figura 5 é uma vista para explicar um valor de carga de uma válvula de descarga e uma quantidade de recirculação alvo.

[031]A figura 6 é uma vista mostrando uma imagem de um resultado de controle obtido pelo aparelho de controle configurado como mostrado na figura 1.

[032]A figura 7 é um diagrama de blocos funcional mostrando a configuração de um aparelho de controle para um motor NA convencional.

[033]A figura 8 é um diagrama de blocos funcional mostrando a configuração de um aparelho de controle para um motor sobrealimentado que utiliza a configuração do aparelho de controle para o motor NA convencional.

[034]A figura 9 é uma vista mostrando uma imagem de um resultado de controle obtido pelo aparelho de controle configurado como mostrado na figura 8.

MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[035]A modalidade da invenção será descrita a seguir com referência aos desenhos.

[036]Um motor sobrealimentado ao qual um aparelho de controle de acordo com a presente modalidade da invenção é aplicado é um motor de reciprocar de quatro ciclos do tipo ignição de centelha que é equipado com um turbossobrealimen- tador tendo uma válvula de gate waste (uma WVG). Uma passagem de entrada desse motor sobrealimentado é montada com um estrangulador eletronicamente controlado. Além disso, uma válvula de admissão é montada com um mecanismo de timing de válvula variável de válvula de admissão (um IN-VVT), e uma válvula de descarga é montada com um mecanismo de timing de válvula variável de válvula de descarga (um EX-VVT).

[037]A operação do motor sobrealimentado é controlada por uma unidade de controle eletrônico veicular (uma ECU veicular). A ECU é dotada de várias funções como controle de veículo, controle de motor, controle de transmissão e similar. O aparelho de controle de acordo com a presente modalidade da invenção é realizada em algumas das funções com as quais a ECU é dotada. Vários trechos de informa-ções sobre o estado operacional e condição operacional do motor sobrealimentado são entrados na ECU a partir de vários sensores incluindo um medidor de fluxo de ar e um sensor de ângulo de cotovelo. No caso onde a ECU funciona como o aparelho de controle de acordo com a presente modalidade da invenção, a ECU cooperativa-mente opera acionadores em relação à quantidade de ar, a saber, o estrangulador, o IN-VVT, o EX-VVT e o WGV de acordo com um programa de controle para controle de demanda de torque que é armazenado em uma memória.

[038]S figura 1 é um diagrama de blocos funcionais mostrando a configuração de um aparelho de controle que é realizado quando a ECU funciona de acordo com o programa de controle. Um aparelho de controle 100 de acordo com a presente modalidade da invenção é constituído de uma unidade de cálculo de quantidade de ar alvo 110, uma unidade de controle IN-VVT 120, uma unidade de controle de estrangulador 130, uma unidade de controle EX-VVT 160, uma unidade de cálculo de pressão de sobrealimentação alvo 140 e uma unidade de controle WGV 150. Deve ser observado, entretanto, que a configuração mostrada na figura 1 é uma configuração que é empregada em uma região de sobrealimentação onde sobrealimen- tação é realizada por um turbossobrealimentador. Em uma região NA onde sobrea- limentação não é realizada pelo turbossobrealimentador (isto é, a pressão de sobre- alimentação não elevou), a configuração para controle de demanda de torque do motor NA convencional mostrado na figura 7 pode ser empregada. A configuração do aparelho de controle 100 que é adotada na região de sobrealimentação será descrita a seguir.

[039]A unidade de cálculo de quantidade de ar alvo 110 calcula uma quanti- dade de ar em cilindro que é necessária para realizar um torque exigido, como uma quantidade de ar em cilindro alvo. O cálculo é realizado com o auxílio de um mapa que associa o torque e a quantidade de ar em cilindro entre si utilizando vários tre-chos de informação de motor como uma velocidade rotacional de motor, um timing de ignição, uma razão de ar-combustível e similar como argumentos. O mapa utili-zado é igual a um mapa que é utilizado em controle de demanda de torque de um motor NA para calcular uma quantidade de ar alvo a partir de um torque exigido.

[040]A unidade de controle IN-VVT 120 determina um valor de comando de timing de válvula (um valor de comando IN-VVT) como uma quantidade de operação do IN-VVT 20 e uma pressão de entrada alvo a partir de uma quantidade de ar em cilindro alvo. A determinação é feita com o auxílio de um mapa que associa a quantidade de ar em cilindro com o timing de válvula da válvula de admissão e a pressão de entrada. Na figura 1, uma imagem do mapa é representada na forma de um gráfico em um bloco indicando a unidade de controle IN-VVT 120.

[041]A figura 2 é uma vista para explicar uma relação entre a pressão de entrada e a quantidade de ar em cilindro como definido pelo mapa do IN-VVT 20. Um gráfico mostrado na figura 2 representa linearmente como a quantidade de ar em cilindro, uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão e uma quantidade de gás total em cilindro são relacionadas à pressão de entrada no caso onde os respectivos timings de válvula da válvula de admissão e a válvula de descarga e a velocidade rotacional de motor são feitos constantes. A quantidade de gás total em cilindro aumenta em proporção à elevação na pressão de entrada. Em contraste, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão aumenta à medida que a pressão de entrada se eleva, porém aumenta não uniformemente. Na região NA onde a pressão de entrada é mais baixa do que a pressão atmosférica, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão é menor do que a quantidade de gás total em cilindro por uma quantidade de gás residual resultando de EGR interno. Entre- tanto, a quantidade de gás residual diminui à medida que a pressão de entrada aproxima a pressão atmosférica, e a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão coincide com a quantidade de gás total em cilindro assim que a pressão de entrada coincide com a pressão atmosférica. A seguir, na região de sobrealimen- tação onde a pressão de entrada é mais elevada do que a pressão atmosférica, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão é maior do que a quantidade de gás total em cilindro por uma quantidade de recirculação, a saber, uma quantidade de ar que sopra através do interior do cilindro para fluir a partir de um tubo de admissão para um tubo de descarga. A relação entre a pressão de entrada e a quantidade de gás total em cilindro depende somente no timing de válvula da válvula de admissão, mais especificamente, somente no timing para fechar a válvula de ad-missão. Por outro lado, a relação entre a pressão de entrada e a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão depende dos timings de válvula tanto da válvula de admissão como a válvula de descarga.

[042]A quantidade de ar em cilindro contribuindo para o torque é a menor da quantidade de ar que passa pela válvula de admissão e quantidade de gás total em cilindro. Em consequência, a quantidade de ar em cilindro coincide com a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão na região NA onde a pressão de entrada é mais baixa do que a pressão atmosférica, porém a quantidade de ar em cilindro coincide com a quantidade de gás total em cilindro na região de sobrealimen- tação onde a pressão de entrada é mais elevada do que a pressão atmosférica. Portanto, na região de sobrealimentação, a quantidade de ar em cilindro é proporcional à pressão de entrada, e a relação entre a quantidade de ar em cilindro e a pressão de entrada depende somente do timing para fechar a válvula de admissão.

[043]Cada das figuras 3 e 4 representam uma relação entre o timing de válvula da válvula de admissão, pressão de entrada e a quantidade de ar em cilindro por meio de um gráfico tendo um eixo de abscissa indicando a pressão de entrada e um eixo de ordenada indicando a quantidade de ar em cilindro. Cada gráfico representa linearmente relações entre a pressão de entrada e a quantidade de ar em cilindro em quatro timings de válvula diferentes (IN-VT1, IN-VT2, IN-VT3 e IN-VT4). Os respectivos timings de válvula são diferentes entre si pelo menos no timing para fechar a válvula de admissão. Deve ser observado, entretanto, que esses quatro timings de válvula são nada mais que exemplificações, e que a pressão de entrada e a quantidade de ar em cilindro são associadas entre si como para mais timings de válvulas em um mapa efetivo. Um método de determinar o timing de válvula da válvula de admissão e a pressão de entrada alvo a partir da quantidade de ar em cilindro alvo será descrito a seguir utilizando as figuras 3 e 4.

[044] No caso onde uma quantidade de ar em cilindro alvo é dada, pode haver uma pluralidade de combinações do timing de válvula da válvula de admissão e a pressão de entrada que pode realizar a quantidade de ar em cilindro alvo. Nesse caso, a unidade de controle IN-VTT 120 seleciona um timing de válvula de base preestabelecido, e calcula uma pressão de entrada que pode realizar a quantidade de ar em cilindro alvo, com base em uma relação entre a quantidade de ar em cilindro e a pressão de entrada no timing de válvula. O timing de válvula de base é, por exemplo, um timing de válvula no qual economia de combustível do motor é otimizada.

[045] Entretanto, como mostrado nos respectivos desenhos, a pressão de entrada tem um limite superior. Esse limite superior é um limite superior da faixa da pressão de entrada que pode ser ajustada através da operação do estrangulador 10. Por exemplo, a pressão de entrada no momento em que o estrangulador 10 está totalmente aberto ou a pressão de entrada no tempo em que o estrangulador 10 está aberto em uma velocidade máxima é o limite superior. O limite superior da pressão de entrada na região de sobrealimentação é uma pressão que está próxima a, porém igual a ou mais baixa do que a pressão de sobrealimentação.

[046]A pressão de entrada alvo não pode ser definida mais elevada do que o limite superior. No exemplo mostrado na figura 3, a pressão de entrada que pode realizar a quantidade de ar em cilindro alvo no IN-VT1 não é mais elevada do que o limite superior. Consequentemente, nesse caso, a pressão de entrada que pode rea-lizar a quantidade de ar em cilindro alvo em IN-VT1 é determinada como a pressão de entrada alvo, e IN-VT1 é determinado como um valor de comando de timing de válvula (um valor de comando IN-VVT), para o IN-VVT 20.

[047] Por outro lado, no exemplo mostrado na figura 4, a pressão de entrada que pode realizar a quantidade de ar em cilindro alvo em IN-VT1 é mais elevada do que o limite superior. Nesse caso, quando o limite superior da pressão de entrada é definido como a pressão de entrada alvo, o timing de válvula da válvula de admissão que pode realizar a quantidade de ar em cilindro alvo é selecionada. A quantidade de ar em cilindro no momento em que recirculação ocorre é determinada por um volume em cilindro e a pressão de entrada no momento em que a válvula de admissão é fechada. Portanto, no caso onde a pressão de entrada atingiu o limite superior, o timing de válvula da válvula de admissão que pode realizar a quantidade de ar em cilindro (mais especificamente o timing para fechar a válvula de admissão) é exclusivamente determinada.

[048] Desse modo, no caso onde a pressão de entrada atinge o limite superior da faixa que pode ser ajustada através da operação do estrangulador 10, a unidade de controle IN-VVT 120 determina o timing de válvula da válvula de admissão de acordo com a quantidade de ar em cilindro alvo, para controlar a quantidade de ar em cilindro de acordo com o timing para fechar a válvula de admissão. No exemplo mostrado na figura 4, IN-VT3 é selecionado e ajustado como um valor de comando de timing de válvula (um valor de comando IN-VVT) para o IN-VVT 20.

[049]O timing de válvula da válvula de admissão que é determinado pela unidade de controle IN-VVT 120 é comandado para o IN-VVT 20, e é entrado na unidade de controle EX-VVT 160. Além disso, a pressão de entrada alvo que é de- terminada pela unidade de controle IN-VVT 120 é entrada na unidade de controle EX-VVT 160, unidade de controle de estrangulador 130 e unidade de cálculo de pressão de sobrealimentação alvo 140.

[050]A quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo bem como o timing de válvula da válvula de admissão e pressão de entrada alvo são entradas na unidade de controle EX-VVT 160. A quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo é um valor total da quantidade de ar em cilindro alvo e uma quantidade de recirculação alvo que serão descritas posteriormente. A quantidade de recircu- lação alvo significa um valor alvo da quantidade de ar soprando a partir do tubo de entrada para o tubo de descarga através de recirculação. No caso onde a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão é maior que a quantidade de ar em cilindro que é determinada pelo timing para fechar a válvula de admissão e a pressão de entrada, a diferença entre as mesmas é uma quantidade de recirculação.

[051]A unidade de controle EX-VVT 160 armazena uma relação que é estabelecida entre a quantidade de sobreposição de válvula, a pressão de entrada e a quantidade de ar na forma de um mapa. Uma imagem do mapa é representada na forma de um gráfico em um bloco da figura 1. Nesse mapa, a quantidade de ar que é associada com a quantidade de sobreposição de válvula e a pressão de entrada significa a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão. Em uma situação onde a pressão de entrada atingiu o limite superior na região de sobrealimentação, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão é exclusivamente determinada pela quantidade de sobreposição de válvula. Além disso, o timing da válvula de admissão é fixo. Portanto, se a quantidade de sobreposição de válvula for determinada, o timing de válvula da válvula de descarga que pode realizar a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo (mais especificamente, o timing para fechar a válvula de descarga) é exclusivamente determinado.

[052] Desse modo, a unidade de controle EX-VVT 160 especifica uma quan-tidade de sobreposição de válvula que simultaneamente realiza a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo e a pressão de entrada alvo, utilizando o mapa. A seguir, a unidade de controle EX-VVT 160 calcula um timing de válvula da válvula de descarga com base na quantidade de sobreposição de válvula especificada e o timing de válvula da válvula de admissão determinada pela unidade de controle IN-VVT 120, e determina o timing de válvula calculado como um valor de comando (um valor de comando EX-VVT) para o EX-VVT 30.

[053]A unidade de controle de estrangulador 130 calcula um grau de abertura de estrangulador a partir da pressão de entrada alvo e a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo, utilizando o modelo inverso de um modelo de ar. Em uma situação onde a pressão de entrada atingiu o limite superior na região de sobrealimentação, o grau de abertura de estrangulador que é calculado pelo modelo inverso do modelo de ar é um grau de abertura aberto total. A unidade de controle de estrangulador 130 opera o estrangulador 10 utilizando o grau de abertura de estrangulador calculado como uma quantidade de operação.

[054]A unidade de cálculo de pressão de sobrealimentação alvo 140 calcula como a pressão de sobrealimentação alvo, um valor que é obtido por adicionar uma pressão de reserva igual a ou mais elevada do que 0 atm à pressão de entrada alvo. A pressão reserva pode ser um valor fixo ou um valor flutuante que é alterado de acordo com o estado operacional.

[055]A unidade de controle WGV 150 determina uma quantidade de operação do WGV 40 a partir da pressão de sobrealimentação alvo. A quantidade de operação do WGV 40 é um valor de carga transmitido para o solenoide que aciona o WGV 40. O valor de carga é determinado utilizando um mapa que associa o valor de carga do WGV 40 com as propriedades de sobrealimentação do turbossobrealimen- tador. Uma imagem do mapa é representada na forma de um gráfico em um bloco indicando a unidade de controle WGV 150 na figura 1.

[056]As propriedades de sobrealimentação do turbossobrealimentador podem ser representadas como uma relação entre a quantidade de ar em cilindro por tempo unitário (a seguir indicado por GA) e a pressão de sobrealimentação. GA é calculado por multiplicar a quantidade de ar em cilindro (em um sentido preciso, a quantidade de ar em cilindro por ciclo) pela velocidade rotacional de motor. Um GA alvo e um GA atual bem como a pressão de sobrealimentação alvo são entradas na unidade de controle WGV 150. O GA alvo como um valor alvo de GA é calculado por multiplicar a quantidade de ar em cilindro alvo pela velocidade rotacional de motor. O GA atual como um valor atual de GA é calculado por subtrair uma quantidade de recirculação estimada por tempo unitário a partir de uma taxa de fluxo de ar de admissão pelo medidor de fluxo de ar (uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão por tempo unitário). A quantidade de recirculação estimada por tempo unitário é calculada a partir de um mapa no qual o estado operacional do motor é utilizado como um argumento.

[057]A figura 5 representa uma imagem do mapa utilizado pela unidade de controle WGV 150, na forma de um gráfico tendo um eixo de abscissa indicando GA e um eixo de ordenada representando a pressão de sobrealimentação. O gráfico representa relações entre GA e a pressão de sobrealimentação em três valores de carga diferentes (Duty1, Dute2 e Duty3) na forma de curvas. Deve ser observado, entretanto, que esses quatro valores de carga não são nada mais que exemplificações, e que a pressão de entrada e a quantidade de ar em cilindro são associadas entre si como a mais valores de carga em um mapa efetivo. A unidade de controle WGV 150 recupera a partir do mapa um valor de carga que simultaneamente atende a pressão de sobrealimentação alvo e o GA alvo, e determina o valor de carga recuperado como o valor de carga do WGV 40. No exemplo mostrado na figura 5, Duty2 é determinado como o valor de carga do WGV 40.

[058]Além disso, a unidade de controle WGV 150 calcula um déficit no GA atual com relação ao GA alvo. A pressão de sobrealimentação depende não somente do grau de abertura do WGV 40, como também de GA. Portanto, uma pressão de sobrealimentação desejada não pode ser obtida no caso onde o GA atual fica abaixo do GA alvo. Desse modo, a quantidade de recirculação alvo é calculada a partir do déficit no GA atual com relação ao GA alvo, para aumentar a quantidade de ar apa-rente com o auxílio de recirculação. Mais especificamente, o déficit no GA atual com relação ao GA alvo é determinado como a quantidade de recirculação alvo por tem-po unitário. Desse modo, a quantidade de recirculação alvo por ciclo pode ser calcu-lada a partir da velocidade rotacional de motor. Se a quantidade de recirculação for aumentada, a pressão de sobrealimentação pode ser elevada sem influenciar o tor-que. A quantidade de recirculação alvo por ciclo é utilizada para calcular a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo como descrito acima, e o timing de válvula da válvula de descarga é determinado de acordo com a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo. A seguir, o EX-VVT 30 é operado de acordo com o timing de válvula determinado, assim a quantidade de recirculação alvo é realizada, e consequentemente o déficit no GA atual com relação ao GA alvo é compensado. Desse modo, o desempenho de acompanhamento da pressão de sobrealimentação efetiva com relação à pressão de sobrealimentação alvo é asse-gurado.

[059]Como descrito acima, com o aparelho de controle 100 de acordo com a presente modalidade da invenção, a quantidade de ar em cilindro alvo é calculada a partir do torque exigido na região de sobrealimentação onde sobrealimentação é realizada pelo turbossobrealimentador. A seguir, no caso onde a pressão de entrada atinge o limite superior da faixa que pode ser ajustada através da operação do es- trangulador 10, a quantidade de ar em cilindro é controlada pelo timing de válvula da válvula de admissão, mais especificamente, o timing para fechar a válvula de admissão. Desse modo, como mostrado na figura 6, a quantidade de ar em cilindro efeti- vamente realizada não se torna nem demasiadamente pequena nem demasiadamente grande com relação à quantidade de ar em cilindro alvo, e consequentemente o torque realizado não se torna nem demasiadamente pequeno nem demasiadamente grande com relação ao torque exigido. Isto é, com o aparelho de controle 100 de acordo com a presente modalidade da invenção, a possibilidade de realizar o torque exigido na região de sobrealimentação onde recirculação ocorre pode ser aumentada. Além disso, o aparelho de controle 100 de acordo com a presente modalidade da invenção também é vantajoso em que a quantidade de recirculação pode ser voluntariamente controlada de acordo com o timing de válvula da válvula de descarga. Desse modo, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão pode ser ajustada para qualquer quantidade sem influenciar o torque.

[060] Incidentalmente, a invenção não deve ser limitada à modalidade acima mencionada da mesma, porém pode ser realizada após ser modificada de vários modos sem se afastar da essência da mesma. Por exemplo, a unidade de cálculo de quantidade de ar alvo 110 pode calcular a quantidade de ar em cilindro alvo utilizando uma expressão relacional que associa o torque e a quantidade de ar em cilindro com vários trechos de informações de motor, ao invés do mapa. O mesmo é verdadeiro para os cálculos realizados pela unidade de controle IN-VVT 120, unidade de controle EX-VVT 160, e unidade de controle WGV 150. Nesses cálculos também, uma expressão de relação pode ser utilizada ao invés do mapa.

[061]Além disso, na modalidade acima mencionada da invenção, a quantidade de recirculação alvo é determinada como um processo de controle WGV pela unidade de controle WGV 150. Entretanto, a quantidade de recirculação alvo pode ser também determinada em termos do aquecimento do catalisador, prevenção de pré-ignição e similar. Além disso, a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão pode ser também determinada por adicionar um valor predeterminado equivalente à quantidade de recirculação à quantidade de ar em cilindro alvo. Nesse ca so, o valor predeterminado pode ser um valor igual a ou maior que zero. O valor pre-determinado pode ser um valor fixo ou um valor flutuante que é mudado de acordo com o estado operacional do motor.

[062]Além disso, com o motor sobrealimentado ao qual o aparelho de controle de acordo com a invenção é aplicado, o dispositivo de acionamento de válvula de admissão pode ser um dispositivo capaz de mudar pelo menos o timing para fechar a válvula de admissão. Em consequência, o dispositivo de acionamento de válvula de admissão pode não ser somente um dispositivo de timing de válvula variável, porém também um dispositivo de elevação de válvula variável que pode também mudar a quantidade de elevação ou o ângulo de trabalho, um dispositivo de elevação de válvula eletromagnética que abre/fecha uma válvula de admissão por uma válvula eletromagnética ou similar. O mesmo é verdadeiro para o dispositivo de acionamento de válvula de descarga. O dispositivo de acionamento de válvula de descarga pode ser um dispositivo capaz de mudar pelo menos o timing para fechar a válvula de descarga. Portanto, o dispositivo de acionamento de válvula de descarga pode ser um dispositivo de levantamento de válvula variável ou um dispositivo de levantamento de válvula eletromagnética. Além disso, o aparelho de controle de acordo com a invenção é aplicável a um motor sobrealimentado tendo um turbossobrealimentador do tipo de capacidade variável bem como um motor sobrealimentado tendo um tur- bossobrealimentador equipado com uma válvula de gate waste. DESCRIÇÃO DE NUMERAIS DE REFERÊNCIA 10 estrangulador 20 IN-VVT (mecanismo de timing de válvula variável de válvula de admissão) 30 EX-VVT (mecanismo de timing de válvula variável de válvula de descarga) 40 válvula de descarga aparelho de controle unidade de cálculo de quantidade de ar alvo unidade de controle IN-VVT unidade de controle de estrangulador unidade de cálculo de pressão de sobrealimentação alvo unidade de controle WGV 100 110 120 130 140 150 160 unidade de controle EX-VVT

Claims

1. Aparelho de controle (100) para um motor sobrealimentado tendo um dispositivo de acionamento de válvula de admissão (20) capaz de mudar um tempo para fechar uma válvula de admissão, um estrangulador (10), e um sobrealimentador compreendendo: meio (110) para calcular uma quantidade de ar em cilindro alvo a partir de um torque exigido; e meio (120) para determinar uma quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão (20) a partir da quantidade de ar em cilindro alvo; CARACTERIZADO pelo fato de compreender: meio para calcular uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo por adicionar uma quantidade de ar que sopra através do interior de um cilindro para a quantidade de ar em cilindro alvo; e meio (130) para determinar uma quantidade de operação do estrangulador (10) a partir da quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo.

2. Aparelho de controle (100) para o motor sobrealimentado, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio (120) para determinar a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão (20) é configurado para determinar a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão (20), com base em uma relação que é estabelecida entre o tempo para fechar a válvula de admissão, uma pressão de entrada, e uma quantidade de ar em cilindro, em um caso onde a sobrealimentação é realizada pelo sobrealimentador e a pressão de entrada atinge um limite superior de uma faixa que pode ser ajustada através da operação do estrangulador (10).

3. Aparelho de controle (100) para o motor sobrealimentado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o motor sobrealimentado tem ainda um dispositivo de acionamento de válvula de descarga (30) capaz de mudar um tempo para fechar uma válvula de descarga, e o aparelho de controle (100) compreendendo ainda: meio (160) para determinar uma quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de descarga (30) a partir da quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo e a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de admissão (20).

4. Aparelho de controle (100) para o motor sobrealimentado, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio (160) para determinar a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de descarga (30) é configurado para determinar a quantidade de operação do dispositivo de acionamento de válvula de descarga (30), com base em uma relação que é estabelecida entre uma quantidade de sobreposição de um período aberto da válvula de admissão e um período aberto da válvula de descarga, uma pressão de entrada, e uma quantidade de ar que passa pela válvula de admissão, em um caso onde sobrealimentação é realizada pelo sobrealimentador e a pressão de entrada atinge um limite superior de uma faixa que pode ser ajustada através da operação do estrangulador (10).

5. Aparelho de controle (100) para o motor sobrealimentado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o sobrealimentador é um turbossobrealimentador capaz de mudar propriedades de sobrealimentação por um acionador ligado ao mesmo, e o aparelho de controle compreendendo ainda: meio (140) para determinar uma pressão de sobrealimentação alvo; meio para calcular uma quantidade de ar em cilindro alvo por tempo unitário a partir da quantidade de ar em cilindro alvo e uma velocidade rotacional de motor; e meio (150) para determinar uma quantidade de operação do acionador a partir da quantidade de ar em cilindro alvo por tempo unitário e a pressão de sobrea- limentação alvo, com base em uma relação que é estabelecida entre a quantidade de operação do acionador e as propriedades de sobrealimentação do turbossobrea- limentador.

6. Aparelho de controle (100) para o motor sobrealimentado, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: meio para adquirir um valor atual da quantidade de ar em cilindro por tempo unitário; e meio para calcular um valor alvo de uma quantidade de ar soprando através do interior do cilindro a partir de um déficit no valor atual com relação à quantidade de ar em cilindro alvo por tempo unitário, e em que o meio para determinar a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo é configurado para determinar um valor total da quantidade de ar em cilindro alvo e o valor alvo da quantidade de ar soprando através do interior do cilindro, como a quantidade de ar que passa pela válvula de admissão alvo.