DE102010043237A1

DE102010043237A1 - Kraftmaschinensteuerungssystem mit einem Algorithmus für eine Betätigungseinrichtungssteuerung

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Publication number: DE102010043237A1
Application number: DE102010043237A
Authority: DE
Inventors: Youhei Kariya-city Morimoto; Koji Kariya-City Ishizuka; Yoshimitsu Kariya-city Takashima; Kazuhiro Kariya-city Higuchi; Sumitaka Kariya-city Ikeda; Mitsuhiro Kariya-city Nishimura; Masahiro Kariya-city Asano; Satoru Kariya-city Sasaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-06-09
Also published as: US20110106408A1; JP2011094586A; CN102052186A; JP4893802B2; CN102052186B; US8688353B2

Abstract

Es wird ein Kraftmaschinensteuerungsgerät bereitgestellt, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Das Kraftmaschinensteuerungsgerät ist mit einem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck ausgestattet, der Wechselbeziehungen zwischen einer Vielzahl von Verbrennungsparametern und einer Vielzahl von gesteuerten Variablen von Betätigungseinrichtungen zur Steuerung eines Betriebs der Kraftmaschine definiert, um eine Kombination von Befehlswerten zu berechnen, die zu den Betätigungseinrichtungen zum Regulieren der gesteuerten Variablen auszugeben sind, die zum Erreichen von Sollwerten der Verbrennungsparameter benötigt werden. Wenn einer der Befehlswerte außerhalb eines zulässigen Betriebsbereichs einer entsprechenden der Betätigungseinrichtungen erzeugt wird, korrigiert oder begrenzt das Kraftmaschinensteuerungsgerät den einen der Befehlswerte auf eine obere oder eine untere Grenze des zulässigen Betriebsbereichs, wodurch die Stabilität bei einem Heranbringen von Kraftmaschinenausgabeeigenschaften an gewünschte Werte sichergestellt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE DRUCKSCHRIFT
Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-251864 , die am 2. November 2009 eingereicht wurde, und auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftmaschinensteuerungssystem, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann und ausgelegt ist, einen Algorithmus zur Steuerung von Betätigungen bzw. Betrieben von Betätigungseinrichtungen, wie beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung und eines EGR-Ventils (EGR: Exhaust Gas Recirculation bzw. Abgasrückführung), zum Regulieren einer Verbrennungsbedingung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine und auch zur Steuerung von Ausgabeeigenschaften der Kraftmaschine zu verwenden.
2. Hintergrund der Erfindung
Es sind Kraftmaschinensteuerungssysteme bekannt, die Steuerungsvariable bzw. gesteuerte Variable, wie beispielsweise die in eine Kraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge (die nachstehend auch als eine Einspritzmenge bezeichnet wird), die Einspritzzeitsteuerung bzw. den Einspritzzeitpunkt, die Größe bzw. Menge eines Abgasanteils, der zu dem Einlass der Kraftmaschine zurückzuführen ist (die nachstehend auch als eine EGR-Größe bezeichnet wird), den Ladedruck, die Größe bzw. Menge einer Einlassluft, die Zündzeitsteuerung bzw. den Zündzeitpunkt und eine Öffnungs-/Schließzeitsteuerung bzw. einen Öffnungs-/Schließzeitpunkt von Einlass- und Auslassventilen, um einen kraftmaschinenausgabebetreffenden Wert, wie beispielsweise die Größe bzw. Menge von Abgasemissionen, beispielsweise NOx oder CO, das durch die Kraftmaschine ausgegebene Drehmoment oder den spezifischen Kraftstoffverbrauch (oder einen Kraftstoffleistungsgrad) in Übereinstimmung mit einem erforderlichen Wert zu bringen.
Die meisten Kraftstoffsteuerungssysteme sind mit einem Steuerungskennfeld bzw. einer Steuerungsabbildung ausgestattet, die optimale Werte beispielsweise einer Sollkraftstoffmenge, die in die Kraftmaschine für jeweilige erforderliche kraftmaschinenausgabebezogenen Werte einzuspritzen ist, speichert. Die Steuerungsabbildung wird üblicherweise durch Anwendbarkeitstests gebildet, die durch einen Kraftmaschinenhersteller ausgeführt werden. Die Kraftmaschinensteuerungssysteme arbeiten, um die gesteuerte Variable bzw. Steuerungsvariable, die zum Erfüllen des erforderlichen kraftmaschinenausgabebezogenen Werts benötigt wird, unter Verwendung der Steuerungsabbildung zu berechnen, und geben ein Befehlssignal zu einer entsprechenden Betätigungseinrichtung aus, um die gesteuerte Variable zu erreichen.
Das Bilden der Steuerungsabbildung erfordert üblicherweise eine große Anzahl von Anwendbarkeitstests, so dass die Anwendbarkeitstests insgesamt eine deutliche Zeitdauer benötigen. Die Anwendbarkeitstestarbeit und die Abbildungsherstellungsarbeit bürden den Steuerungssystemherstellern folglich eine schwere Last auf. Insbesondere erfordert, wenn die Steuerungsabbildung in Bezug auf jede Umgebungsbedingung, wie beispielsweise der Temperatur eines Kraftmaschinenkühlmittels und der Außenlufttemperatur, gebildet wird, dies eine große Anzahl von Anwendbarkeitstests, die eine große Belastung für die Steuerungssystemhersteller bilden.
Die Anwendbarkeitstests werden üblicherweise für jeden der unterschiedlichen kraftmaschinenausgabebezogenen Werte ausgeführt. Dies führt wahrscheinlich zu einer Interferenz bzw. Störung zwischen den unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen dahingehend, dass, wenn einer der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte einen zugehörigen erforderlichen Wert erreicht, ein anderer kraftmaschinenausgabebezogener Wert von seinem erforderlichen Wert abweicht, wohingegen, wenn der andere kraftmaschinenausgabebezogene Wert auf den erforderlichen Wert gebracht ist, der zuvor genannte eine der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von dem erforderlichen Wert abweicht. Es ist folglich sehr schwierig, die unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gleichzeitig in Übereinstimmung mit Sollwerten zu bringen.
Die japanischen Patentveröffentlichungen Nrn. 2008-223643 und 2007-77935 offenbaren Kraftmaschinensteuerungssysteme, die einen Sollwert eines Drucks in einem Zylinder der Kraftmaschine (d. h. einen Verbrennungsparameter) auf der Grundlage eines Werts eines Drehmoments, das die Kraftmaschine ausgeben muss, berechnen und die Öffnungs-/Schließzeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile sowie die Kraftstoffmenge, die in die Kraftmaschine einzuspritzen ist, (d. h. gesteuerte Variablen von Betätigungseinrichtungen) einstellen, um den Zylinderinnendruck in Übereinstimmung mit dem Sollwert zu bringen.
Die vorstehend genannten Kraftmaschinensteuerungssysteme müssen jedoch ebenso auf experimentelle Weise optimale Werte des Zylinderinnendrucks für jeweilige erforderliche Werte eines Ausgabedrehmoments der Kraftmaschine durch die Anwendbarkeitstests erproben, was eine Menge Zeit kostet. Die Kraftmaschinensteuerungssysteme sehen sich ebenso dem Problem bezüglich der Interferenz zwischen den unterschiedlichen Typen gesteuerter Variablen dahingehend gegenüber, dass, wenn ein Ist-Ausgabedrehmoment der Kraftmaschine einen erforderlichen Wert erreicht, ein anderer kraftmaschinenausgabebezogener Wert, wie beispielsweise die Menge von NOx, von einem Sollwert abweicht, während, wenn der andere kraftmaschinenausgabebezogene Wert den Sollwert erreicht, das Ist-Ausgabedrehmoment von dem erforderlichen Wert abweicht. Es ist somit schwierig, die unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten gleichzeitig in Übereinstimmung mit Sollwerten zu bringen.
Die Kraftmaschinensteuerungssysteme der vorstehend genannten Veröffentlichungen weisen ebenso die nachstehend genannten Schwierigkeiten auf. Jede der Betätigungseinrichtungen weist üblicherweise einen zulässigen Betriebsbereich auf. Beispielsweise hängt eine minimal mögliche Kraftstoffmenge, die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung bei einem einzelnen Einspritzereignis einspritzen kann, von einer Grenze der Geschwindigkeit ab, mit der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung geöffnet oder geschlossen wird. Dementsprechend werden, auch wenn die Kraftmaschinensteuerungssysteme einen Befehlswert zur Anweisung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen ausgeben, weniger als die minimal mögliche Menge einzuspritzen, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen die minimal mögliche Kraftstoffmenge einspritzen. Zusätzlich kann, wenn die Kraftstoffmenge, die in einem Piloteinspritzereignis bzw. einem Voreinspritzereignis vor dem Haupteinspritzereignis einzuspritzen ist, in einer Mehrfacheinspritzbetriebsart, in der der Kraftstoff mehrere Male in jedem Kraftmaschinenbetriebszyklus (d. h. ein Vierfach-Hub-Zyklus) eingespritzt wird, der einen Einlass bzw. ein Ansaugen oder eine Zuführung, eine Komprimierung, eine Verbrennung und ein Auslassen bzw. Ausstoßen umfasst, übermäßig vergrößert wird, dies verursachen, dass die Menge bzw. Größe eines Abgasrauchs einen zulässigen Wert überschreitet. Es ist somit notwendig, der Kraftstoffmenge, die in dem Piloteinspritzereignis einzuspritzen ist, eine Obergrenze zu geben. Wenn die Befehlswerte, die in den vorstehend genannten Kraftmaschinensteuerungssystemen erzeugt werden, dazu dienen, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen anzuweisen, eine Kraftstoffmenge einzuspritzen, die außerhalb der oberen oder unteren Grenze (d. h. des zulässigen Betriebsbereichs) liegt, kann dies verursachen, dass die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von erforderlichen Werten in großem Umfang abweichen.
Ferner kann, wenn es erforderlich ist, die Betätigungseinrichtungen zu betreiben, um die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in Reaktion auf eine Änderung in einer Temperatur eines Kühlmittels für die Kraftmaschine zu regulieren, die Begrenzung auf den Betrieb der Betätigungseinrichtungen innerhalb der zulässigen Betriebsbereiche zu einem Fehler führen, wenn die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte jeweils in Übereinstimmung mit erforderlichen Werten gebracht werden.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist folglich eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein Kraftmaschinensteuerungsgerät bereitzustellen, das aufgebaut ist, um eine Belastung bezüglich der Anwendbarkeitstestarbeit und der Abbildungsherstellungsarbeit zu verkleinern und die Steuerbarkeit, wenn eine Vielzahl von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten gleichzeitig in Übereinstimmung mit erforderlichen Werten oder Sollwerten gebracht werden, zu verbessern.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftmaschinensteuerungsgerät bereitzustellen, das ausgelegt ist, kraftmaschinenausgabebezogene Werte näher an erforderliche Werte heranzubringen, wenn eine gesteuerte Variable bzw. Steuerungsvariable einer Betätigungseinrichtung auf einen zulässigen Betriebsbereich begrenzt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kraftmaschinensteuerungsgerät bereitgestellt, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Das Kraftmaschinensteuerungsgerät umfasst: (a) eine Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung, die Sollwerte einer Vielzahl von Typen von Verbrennungsparametern, die mit Verbrennungsbedingungen einer Brennkraftmaschine verbunden sind, auf der Grundlage einer Vielzahl von Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten berechnet, die Ausgabeeigenschaften der Brennkraftmaschine darstellen, (b) eine Speichervorrichtung, die in sich einen arithmetischen Steuerungsvariableausdruck speichert, der Wechselbeziehungen zwischen den Verbrennungsparametern und einer Vielzahl von gesteuerten Parametern bzw. Steuerungsparametern von Betätigungseinrichtungen definiert, die arbeiten, um die Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine zu steuern, (c) eine Steuerungsvariablebefehlswertberechnungseinrichtung, die den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck verwendet, um eine Kombination von Befehlswerten zu berechnen, die den Sollwerten der Verbrennungsparameter entsprechen, wie sie durch die Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung hergeleitet werden, wobei die Befehlswerte bereitgestellt werden, um gesteuerte Variable bzw. Steuerungsvariable der Betätigungseinrichtungen einzustellen, um gewünschte Werte der Ausgabeeigenschaften der Brennkraftmaschine zu erreichen, (d) eine Verbrennungsparameterrückführungsschaltung bzw. Verbrennungsparameterrückkopplungsschaltung, die arbeitet, um Abweichungen von Ist-Werten oder berechneten Wertender Verbrennungsparameter von den zugehörigen Sollwerten für eine Verwendung in einer Berechnung der Befehlswerte in der Steuerungsvariablebefehlswertberechnungseinrichtung in einer Rückführungsbetriebsart bzw. Rückkopplungsbetriebsart zu bestimmen, und (e) eine Steuerungsvariablekorrektureinrichtung, die arbeitet, um zumindest einen der Befehlswerte, wie sie durch die Steuerungsvariablebefehlswertberechnungseinrichtung hergeleitet werden, der außerhalb eines vorgegebenen zulässigen Betriebsbereichs einer entsprechenden der Betätigungseinrichtungen liegt, zu einer aus einer oberen und einer unteren Grenze des zulässigen Betriebsbereichs zu korrigieren.
Die Ist-Werte der Verbrennungsparameter können direkt durch Sensoren gemessen werden. Die berechneten Werte der Verbrennungsparameter können mathematisch durch Modelle hergeleitet werden.
Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck, der vorstehend beschrieben ist, definiert die Wechselbeziehungen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Variablen bzw. Steuerungsparametern der Betätigungseinrichtungen. Die Übereinstimmung von Ist-Werten der Verbrennungsparameter mit zugehörigen Sollwerten kann folglich erreicht werden, indem die Betriebe bzw. Betätigungen der Betätigungseinrichtungen gesteuert werden, um die erforderlichen Werte der gesteuerten Variablen zu erreichen, wie sie durch Substituieren der Sollwerte der Verbrennungsparameter in dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck hergeleitet werden. Anders ausgedrückt drückt der arithmetische Steuerungsvariableausdruck aus, wie die Betätigungseinrichtungen zu betreiben sind, um gewünschte Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine zu erfüllen. Die Sollwerte der Verbrennungsparameter werden folglich erreicht, indem die Befehlswerte auf der Grundlage von Werten bestimmt werden, die aus dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck berechnet werden, und die Befehlswerte zu den Betätigungseinrichtungen ausgegeben werden. Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck kann durch eine Determinante, wie es in 1(c) veranschaulicht ist, oder ein Modell, wie es in 1(a) veranschaulicht ist, implementiert sein.
Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck kann die Wechselbeziehungen der Zündzeitsteuerung bzw. des Zündzeitpunkts, der Zündverzögerung usw. (d. h. der Verbrennungsparameter) und der Einspritzmenge, der EGR-Größe, des Aufladerdrucks usw. (d. h. der gesteuerten Variablen) definieren. Anders ausgedrückt definiert der arithmetische Steuerungsvariableausdruck keine Eins-Zu-Eins-Entsprechung zwischen beispielsweise dem Zündzeitpunkt und der Einspritzmenge, sondern er zeigt, wie eine Kombination beispielsweise der Einspritzmenge, der EGR-Größe und des Aufladerdrucks auszuwählen ist, um alle Sollwerte des Zündzeitpunkts und der Zündverzögerung zu erfüllen.
Grundsätzlich wird der arithmetische Steuerungsvariableausdruck gebildet, um eine vorgegebene Anzahl aller möglichen Kombinationen oder alle möglichen Kombinationen der gesteuerten Variablen mit den Verbrennungsparametern zu definieren, die erforderlich sind, um die Sollwerte der Verbrennungsparameter zu erreichen.
Das Kraftmaschinensteuerungsgerät, wie es vorstehend beschrieben ist, arbeitet, um den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck zu verwenden, um eine Kombination der Befehlswerte für die gesteuerten Variablen zu berechnen, die Sollwerten der Verbrennungsparameter entsprechen, wobei somit das Erfordernis zum Herausfinden von Relationen bzw. Beziehungen optimaler Werte der gesteuerten Variablen zu den Verbrennungsparametern durch die Anwendbarkeitstests beseitigt wird, was eine Verkleinerung der Belastung der Anwendbarkeitstestarbeit und der Abbildungsherstellungsarbeit bei Herstellern zur Folge hat.
Wenn die Befehlswerte für die gesteuerten Variablen in Bezug auf die Verbrennungsparameter unabhängig voneinander bestimmt werden, kann dies die nachstehende wechselseitige Interferenz bzw. Störung zur Folge haben. Spezifisch weicht, wenn einer der Verbrennungsparameter, der dem Befehlswert für eine der gesteuerten Variablen entspricht, einen zugehörigen Sollwert erreicht hat, ein anderer Verbrennungsparameter von einem zugehörigen Sollwert ab, während, wenn der andere Verbrennungsparameter in Übereinstimmung mit dem zugehörigen Sollwert gebracht wird, der eine der Verbrennungsparameter von dem zugehörigen Sollwert abweicht. Im Gegensatz dazu berechnet das Kraftmaschinensteuerungsgerät eine Kombination der Befehlswerte für die gesteuerten Variablen, die Sollwerten der Verbrennungsparameter entsprechen, und steuert den Betrieb der Betätigungseinrichtungen auf der Grundlage der Kombination der Befehlswerte, wobei somit die Verschlechterung der Steuerbarkeit, die aus der gegenseitigen Interferenz zwischen den Verbrennungsparametern herrührt, vermieden wird und die gleichzeitige Übereinstimmung der Verbrennungsparameter mit den zugehörigen Sollwerten erreicht wird, was eine Verbesserung der Steuerbarkeit des Kraftmaschinensteuerungsgeräts zur Folge hat.
Die Verbrennungsparameterrückführungsschaltung bzw. Verbrennungsparameterrückkopplungsschaltung und die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung stellen die nachstehend genannten vorteilhaften Wirkungen bereit.
Jede der Betätigungseinrichtungen weist üblicherweise einen zulässigen Betriebsbereich auf. Beispielsweise hängt eine minimal mögliche Kraftstoffmenge, die eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Kraftmaschine in einem einzelnen Einspritzereignis einspritzen kann, von einer Grenze einer Geschwindigkeit ab, mit der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung geöffnet oder geschlossen wird. Dementsprechend wird, auch wenn das Kraftmaschinensteuerungsgerät den Befehlswert zur Anweisung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgibt, weniger als die minimal mögliche Menge einzuspritzen, die Kraftstoffeinspritzeinrichtung die minimal mögliche Kraftstoffmenge einspritzen. Zusätzlich kann, wenn die Kraftstoffmenge, die in dem Piloteinspritzereignis vor dem Haupteinspritzereignis einzuspritzen ist, in einer Mehrfacheinspritzbetriebsart, in der der Kraftstoff mehrere Male in jedem Kraftmaschinenbetriebszyklus, der einen Einlass bzw. ein Ansaugen oder eine Zuführung, eine Komprimierung, eine Verbrennung und ein Auslassen bzw. Ausstoßen umfasst, eingespritzt wird, übermäßig vergrößert wird, dies verursachen, dass die Menge eines Abgasrauches einen zulässigen Wert überschreitet. Es ist somit notwendig, der Kraftstoffmenge, die in dem Piloteinspritzereignis einzuspritzen ist, eine obere Grenze zu geben.
Es bestehen Bedenken, dass der Befehlswert für die gesteuerte Variable, wie er durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck hergeleitet wird, außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt. Um derartige Bedenken zu mindern, arbeitet das Kraftmaschinensteuerungsgerät, um den Befehlswert für die gesteuerte Variable, die durch die Steuerungsvariableberechnungseinrichtung erzeugt wird und außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt, auf die obere oder untere Grenze des zulässigen Betriebsbereichs durch die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung zu begrenzen.
Wenn eine der gesteuerten Variablen auf innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs begrenzt wird, wird dies vergrößerte Abweichungen von Ist-Werten oder berechneten Werten der Verbrennungsparameter von zugehörigen Sollwerten zur Folge haben. Die Verbrennungsparameterrückführungsschaltung bzw. Verbrennungsparameterrückkopplungsschaltung arbeitet dann, um die gesteuerten Variablen zu aktualisieren oder zu korrigieren, um die Abweichungen zu minimieren. Dies kann verursachen, dass die gesteuerte Variable, die bereits begrenzt worden ist, um innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs zu liegen, nach außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs zu korrigieren ist, wobei sie aber begrenzt wird, um wieder innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs zu liegen. Die Korrektur der anderen gesteuerten Variablen, die noch nicht begrenzt sind, um innerhalb der zugehörigen zulässigen Betriebsbereiche zu liegen, kann verursachen, dass eine oder einige hiervon außerhalb der zugehörigen zulässigen Betriebsbereiche fallen. Diese einigen gesteuerten Variablen werden dann begrenzt, um innerhalb der zugehörigen zulässigen Betriebsbereiche zu liegen. Auf diese Weise werden die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte an die zugehörigen erforderlichen Werte herangebracht.
Wenn eine der Betätigungseinrichtungen in einem zugehörigen Betrieb versagt hat, so dass es schwierig ist, eine entsprechende der gesteuerten Variablen auf den zugehörigen Befehlswert einzustellen, arbeitet die Verbrennungsparameterrückführungsschaltung bzw. Verbrennungsparameterrückkopplungsschaltung wie in dem vorstehend beschriebenen Fall, in dem die gesteuerte Variable (die gesteuerten Variablen) begrenzt wird (werden), um innerhalb des zugehörigen zulässigen Betriebsbereichs zu liegen, um alle gesteuerten Variablen zu korrigieren, um Abweichungen von Ist-Werten oder berechneten Werten der Verbrennungsparameter von zugehörigen Sollwerten zu minimieren. Die Korrektur der gesteuerten Variablen der Betätigungseinrichtungen, die jetzt richtig arbeiten, dient dazu, alle kraftmaschinenausgabebezogenen Werte nahe an die zugehörigen erforderlichen Werte zu bringen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung speichert die Speichervorrichtung in sich ebenso einen arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck, der Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den Verbrennungsparametern definiert. Die Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung verwendet den arithmetische Verbrennungsparameterausdruck, um eine Kombination der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu berechnen, die den erforderlichen Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte entsprechen.
Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck, wie er vorstehend beschrieben ist, definiert die Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den Verbrennungsparametern. Die Übereinstimmung von Ist-Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte mit zugehörigen erforderlichen Werten kann folglich erreicht werden, indem die Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine zu Werten der Verbrennungsparameter herangebracht werden, wie sie durch Substituieren der erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck hergeleitet werden. Anders ausgedrückt beschreibt der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck Beziehungen der Verbrennungsbedingungen, in die die Brennkraftmaschine zu versetzen ist, zu den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten. Die erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte werden folglich erreicht, indem Werte, die aus dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck berechnet werden, als die Sollwerte der Verbrennungsparameter bestimmt werden und Betriebe bzw. Betätigungen der Betätigungseinrichtungen gesteuert werden, um die Sollwerte zu erreichen. Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck kann durch eine Determinante, wie es in 1(b) veranschaulicht ist, oder ein Modell, wie es in 1(a) veranschaulicht ist, implementiert werden.
Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck kann die Wechselbeziehungen zwischen beispielsweise der Menge von NOx, der Menge von PM (Partikeln), dem Ausgabedrehmoment der Kraftmaschine usw. (d. h. den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten) und beispielsweise der Zündzeitsteuerung bzw. dem Zündzeitpunkt, der Zündverzögerung usw. (d. h. den Verbrennungsparametern) definieren. Anders ausgedrückt definiert der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck keine Eins-Zu-Eins-Entsprechung zwischen der Kraftmaschinenausgabe und dem Zündzeitpunkt, sondern er definiert eine Kombination von Werten des Zündzeitpunkts und der Zündverzögerung, die erforderlich sind, um die erforderlichen Werte sowohl des Ausgabedrehmoments als auch der Menge von NOx als auch der Menge von PM zu erfüllen.
Grundsätzlich kann der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck eine vorgegebene Anzahl aller möglichen Kombinationen der Verbrennungsparameter (beispielsweise des Zündzeitpunkts und der Zündverzögerung) mit den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten (beispielsweise dem Ausgabedrehmoment, der Menge von NOx und der Menge von PM) definieren, die erforderlich ist, um die erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte zu erreichen.
Das Kraftmaschinensteuerungsgerät gemäß der Erfindung, wie es vorstehend beschrieben ist, arbeitet, um den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck zu verwenden, um eine Kombination von Sollwerten der Verbrennungsparameter zu berechnen, die den erforderlichen Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte entsprechen, und die Befehlswerte für die Betätigungseinrichtungen zu berechnen, die erforderlich sind, um die Kombination von Sollwerten zu erfüllen. Dies beseitigt, anders als in den genannten Veröffentlichungen, wie sie in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung genannt sind, das Erfordernis zum Herausfinden von Beziehungen optimaler Werte der Verbrennungsparameter zu den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten durch die Anwendbarkeitstests, wobei somit eine Belastung der Anwendbarkeitstestarbeit und der Abbildungsherstellungsarbeit bei Herstellern des Kraftmaschinensteuerungsgeräts verkleinert wird.
Wenn Sollwerte der Verbrennungsparameter in Bezug auf die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte unabhängig voneinander bestimmt werden, kann dies die nachstehend genannte wechselseitige Interferenz zur Folge haben. Spezifisch weicht, wenn einer der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte, der dem Sollwert eines der Verbrennungsparameter entspricht, seinen erforderlichen Wert erreicht, ein anderer kraftmaschinenausgabebezogener Werte von seinem erforderlichen Wert ab, wohingegen, wenn ein anderer kraftmaschinenausgabebezogener Wert in Übereinstimmung mit seinem erforderlichen Wert gebracht wird, der zuvor genannte eine der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von seinem erforderlichen Wert abweicht. Es ist folglich sehr schwierig, die unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten gleichzeitig in Übereinstimmung mit Sollwerten zu bringen. Im Gegensatz dazu berechnet das Kraftmaschinensteuerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kombination von Sollwerten der Verbrennungsparameter, die erforderlichen Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte entsprechen, und steuert die Betätigungen bzw. Betriebe der Betätigungseinrichtungen, um die Sollwerte zu erreichen, wobei somit die Verschlechterung der Steuerbarkeit, die aus der wechselseitigen Interferenz zwischen den Verbrennungsparametern herrührt, vermieden wird und die gleichzeitige Übereinstimmung der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte mit den zugehörigen erforderlichen Werten erreicht wird, was eine Verbesserung der Steuerbarkeit des Kraftmaschinensteuerungsgeräts zur Folge hat.
Das Kraftmaschinensteuerungsgerät arbeitet ebenso, um den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck und den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck zu verwenden, um die Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den Verbrennungsparametern sowie zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Variablen zu definieren, wodurch herausgefunden wird, wie die Betätigungseinrichtungen zu betreiben sind, um gewünschte Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine herzuleiten, und die Verbrennungsbedingungen in Bezug auf die Ausgabebedingungen der Kraftmaschine gefunden werden. Dies bedeutet, dass die Verbrennungsparameter als Zwischenparameter verwendet werden, um die Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den gesteuerten Variablen bzw. Steuerungsvariablen zu erhalten.
Die gleichzeitige Übereinstimmung der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte mit den zugehörigen erforderlichen Werten wird folglich erreicht, indem Sollwerte der Verbrennungsparameter auf der Grundlage von erforderlichen Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck berechnet werden, Befehlswerte für die gesteuerten Variablen, die den berechneten Sollwerten entsprechen, durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck erzeugt werden, und die Betriebe bzw. Betätigungen der Betätigungseinrichtungen durch die Befehlswerte gesteuert werden.
Das Kraftmaschinensteuerungsgerät kann ferner eine Kraftmaschineausgaberegelungsschaltung bzw. eine Kraftmaschineausgaberückkopplungssteuerungsschaltung umfassen, die Abweichungen von Ist-Werten oder berechneten Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von den zugehörigen erforderlichen Werten zu einer Berechnung der Sollwerte der Verbrennungsparameter zurückführt. Die Ist-Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte können direkt durch Sensoren gemessen werden. Die berechneten Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte können durch Modelle hergeleitet werden.
Die Wechselbeziehungen der Verbrennungsbedingungen (d. h. der Verbrennungsparameter) zu den Ausgabebedingungen (d. h. den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten) der Kraftmaschine ändern sich mit einer Änderung in einer Umgebungsbedingung, wie beispielsweise der Temperatur eines Kühlmittels der Kraftmaschine oder der Außenlufttemperatur.
Die Korrektur der Sollwerte, wie sie durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck für jede Umgebungsbedingung hergeleitet werden, erfordert die Anwendbarkeitstests, um Größen im Voraus zu bestimmen, um die die Sollwerte zu korrigieren sind. Dies hat eine Vergrößerung der Belastung der Anwendbarkeitstestarbeit und der Abbildungsherstellungsarbeit bei den Herstellern zur Folge.
Um den vorstehend genannten Nachteil zu vermeiden, berechnet das Kraftmaschinensteuerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung die Sollwerte der Verbrennungsparameter, um die Abweichungen der Ist-Werte oder der berechneten Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von den zugehörigen erforderlichen Werten in der Rückkopplungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart zu beseitigen, so dass die Sollwerte hergeleitet werden, die der Änderung in einer Umgebungsbedingung Rechnung tragen. Dies beseitigt das Erfordernis nach den Anwendbarkeitstests, um die Korrekturgrößen zu finden, wobei somit eine Verkleinerung einer Belastung der Anwendbarkeitstestarbeit und der Abbildungsherstellungsarbeit bei den Herstellern die Folge ist.
Die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte können zumindest zwei Größen aus einer physikalischen Größe, die mit einer Abgasemission aus der Brennkraftmaschine verbunden ist, einer physikalischen Größe, die mit einem Ausgabedrehmoment der Brennkraftmaschine verbunden ist, einer physikalischen Größe, die mit einem Kraftstoffverbrauch verbunden ist, und einer physikalischen Größe, die mit einem Verbrennungsgeräusch der Brennkraftmaschine verbunden ist, sein.
Beispielsweise ist die physikalische Größe, die mit der Abgasemission verbunden ist, die Menge von NOx, die Menge von PM, die Menge von CO oder die Menge von HC. Die physikalische Größe, die mit dem Ausgabedrehmoment der Kraftmaschine verbunden ist, ist das Drehmoment, das von der Kraftmaschine selbst ausgegeben wird, oder die Geschwindigkeit der Kraftmaschine. Die physikalische Größe, die mit dem Verbrennungsgeräusch verbunden ist, ist ein Verbrennungsgeräusch an sich oder mechanische Schwingungen der Kraftmaschine. Derartige verschiedene Arten von physikalischen Größen können als die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte veranschaulicht werden und grob in die Abgasemission, das Ausgabedrehmoment, den Kraftstoffverbrauch und das Verbrennungsgeräusch gegliedert werden. Diese vier Arten von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten sind eingerichtet, einander zu behindern bzw. zu stören. Das Kraftmaschinensteuergerät ist folglich sehr effektiv, derartige kraftmaschinenausgabebezogenen Werte zu behandeln.
Die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte können ebenso zumindest zwei Parameter aus der Menge von NOx, der Menge von CO, der Menge von HC und der Menge von Schwarzrauch umfassen. Die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte, die mit derartigen Abgasemissionen verbunden sind, weisen wahrscheinlicher die Austauschbeziehung auf. Das Kraftmaschinensteuerungsgerät ist folglich effektiv, derartige kraftmaschinenausgabebezogenen Werte zu behandeln.
Die Verbrennungsparameter können die Zündzeitsteuerung bzw. den Zündzeitpunkt und die Zündverzögerung umfassen. Derartige Arten von Verbrennungsparametern sind typische physikalische Größen, die die Verbrennungsbedingungen in einem Zylinder der Kraftmaschine darstellen, und sind eng aufeinander bezogen. Die Verwendung des arithmetischen Verbrennungsparameterausdrucks und des arithmetische Steuerungsvariableausdrucks minimiert folglich die wechselseitige Interferenz zwischen derartigen Verbrennungsparametern.
Die gesteuerten Variablen bzw. Steuerungsvariablen können zumindest zwei Parameter aus der Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung bzw. des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, dem Kraftstoffzufuhrdruck, der EGR-Größe, dem Aufladerdruck und der Öffnungs-/Schließzeitsteuerung bzw. dem Öffnungs-/Schließzeitpunkt eines Einlass- oder Auslassventils umfassen. Derartige gesteuerte Variable sind typische Variable, die in dem Kraftmaschinensteuerungssystem verwendet werden, wobei sie sich wahrscheinlicher wechselseitig stören. Die Verwendung des arithmetischen Steuerungsvariableausdrucks minimiert folglich die wechselseitige Interferenz zwischen derartigen gesteuerten Variablen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung und aus der beigefügten Zeichnung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung vollständiger verständlich, die jedoch nicht zur Begrenzung der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele verwendet werden sollten, sondern lediglich zum Zwecke der Beschreibung und des Verständnisses dienen.
Es zeigen:
1(a) ein Blockschaltbild, das ein Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
1(b) eine Veranschaulichung, die eine Determinante darstellt, die als ein arithmetischer Verbrennungsparameterausdruck verwendet wird,
1(c) eine Veranschaulichung, die eine Determinante darstellt, die als ein arithmetischer Steuerungsvariableausdruck verwendet wird,
2 ein Flussdiagramm eines Kraftmaschinensteuerungsprogramms, das durch das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß 1(a) auszuführen ist,
3(a) eine beschreibende Darstellung, die Wechselbeziehungen veranschaulicht, wie sie durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck und den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck gemäß den 1(a) bis 1(c) definiert werden,
3(b) eine Veranschaulichung, die die Wechselbeziehung, wie sie durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck gemäß 3(a) definiert wird, als Beispiel darstellt,
3(c) eine Veranschaulichung, die die Wechselbeziehung, wie sie durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck gemäß 3(a) definiert wird, als Beispiel darstellt,
4 eine beschreibende Darstellung, die Wirkungen eines Verbrennungsparameters auf kraftmaschinenausgabebezogene Werte darstellt,
5(a) eine Darstellung, die eine Änderung in einem kraftmaschinenausgabebezogenen Wert als Beispiel darstellt,
5(b) eine Darstellung, die eine Änderung in einer Temperatur eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine als Beispiel darstellt,
5(c) eine Darstellung, die Änderungen in Verbrennungsparametern als Beispiel darstellt,
5(d) eine Darstellung, die Änderungen in kraftmaschinenausgabebezogenen Werten als Beispiel darstellt,
6(a) eine Darstellung, die eine Änderung in einem erforderlichen Wert einer Menge von NOx als Beispiel darstellt,
6(b) eine Darstellung, die eine Änderung in einem erforderlichen Wert einer Menge von CO als Beispiel darstellt,
6(c) eine Darstellung, die eine Korrektur einer EGR-Rate in einer Rückkopplungsbetriebsart als Beispiel darstellt,
6(d) eine Darstellung, die eine Korrektur einer Piloteinspritzmenge in einer Rückkopplungsbetriebsart als Beispiel darstellt,
6(e) eine Darstellung, die eine Korrektur einer Piloteinspritzzeitsteuerung in einer Rückkopplungsbetriebsart als Beispiel darstellt,
6(f) eine Darstellung, die eine Korrektur einer Haupteinspritzzeitsteuerung in einer Rückkopplungsbetriebsart als Beispiel darstellt,
6(g) eine Darstellung, die eine Korrektur eines Einspritzdrucks in einer Rückkopplungsbetriebsart als Beispiel darstellt, und
7 ein Blockschaltbild, das ein. Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in mehreren Darstellungen beziehen, und insbesondere auf 1(a) ist ein Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, das ausgelegt ist, einen Betrieb einer Brennkraftmaschine 10 für Kraftfahrzeuge zu steuern. Die nachstehende Beschreibung bezieht sich als ein Beispiel auf eine selbstgezündete Dieselkraftmaschine, in der Kraftstoff in vier Zylinder #1 bis #4 mit einem hohen Druck eingespritzt wird.
1(a) ist ein Blockschaltbild des Kraftmaschinensteuerungssystems, das durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 10a implementiert ist, die arbeitet, um Betätigungen bzw. Betriebe einer Vielzahl von Betätigungseinrichtungen 11 zu steuern, um Kraftstoffverbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 zu regulieren, um Ausgabeeigenschaften der Kraftmaschine 10 in Übereinstimmung mit gewünschten Eigenschaften zu bringen.
Die Betätigungseinrichtungen 11, die in einem Kraftstoffsystem eingebaut sind, sind beispielsweise Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die Kraftstoff in die Kraftmaschine 10 einspritzen, und eine Hochdruckpumpe, die den Druck eines Kraftstoffs steuert, der den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zuzuführen ist. Die ECU 10a arbeitet, um einen Befehlswert zu berechnen, der eine gesteuerte Sollvariable bzw. Sollsteuerungsvariable darstellt, d. h. eine Sollgröße bzw. Sollmenge eines Kraftstoffs, der durch die Hochdruckpumpe anzusaugen und auszustoßen ist, und diesen in der Form eines Befehlssignals zu der Hochdruckpumpe auszugeben, um den Druck eines Kraftstoffs zu steuern, der in die Kraftmaschine 10 einzuspritzen ist. Die ECU 10 bestimmt ebenso Befehlswerte, die gesteuerte Sollvariablen darstellen, d. h. eine Sollkraftstoffmenge, die aus jeder der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen einzuspritzen ist (d. h. eine Einspritzdauer), eine Solleinspritzzeitsteuerung bzw. einen Solleinspritzzeitpunkt, zu dem jede der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen ein Einspritzen des Kraftstoffs starten soll, und die Anzahl von Malen, die jede der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen den Kraftstoff in jedem Kraftstoffbetriebszyklus (d. h. ein Vierfach-Hub-Zyklus), der einen Einlass bzw. ein Ansaugen oder eine Zuführung, eine Komprimierung, eine Verbrennung und ein Auslassen bzw. Ausgeben umfasst, einspritzen soll, und gibt diese in der Form von Befehlssignalen an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen aus.
Die Betätigungseinrichtungen 11, die in einem Einlasssystem eingebaut sind, sind beispielsweise ein EGR-Ventil (EGR: Exhaust Gas Recirculation bzw. Abgasrückführung), das die Menge eines Anteils eines von der Kraftmaschine 10 emittierten Abgases, die zu einer Einlassöffnung der Kraftmaschine 10 zurückzuführen ist (die nachstehend ebenso als eine EGR-Menge bzw. EGR-Größe bezeichnet wird) steuert, ein Betrieb eines variabel gesteuerten Aufladers, der den Aufladerdruck variabel steuert, ein Betrieb eines Drosselventils, das die Menge an Frischluft, die in die Kraftmaschine 10 einzubringen ist, steuert, und ein Betrieb eines Ventilsteuerungsmechanismus, der Öffnungs- und Schließzeitsteuerungen bzw. Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Einlass- und Auslassventilen der Kraftmaschine 10 einstellt und die Größe eines Hubes der Einlass- und Auslassventile reguliert. Die ECU 10a arbeitet, um Befehlswerte zu berechnen, die gesteuerten Sollvariablen entsprechen, d. h. Sollwerten der EGR-Menge, des Aufladerdrucks, der Menge an Frischluft, der Öffnungs- und Schließzeitsteuerung bzw. der Öffnungs- und Schließzeitpunkte sowie der Hubgröße der Einlass- und Auslassventile, und diese in der Form von Befehlssignalen an das EGR-Ventil, den variabel gesteuerten Auflader, das Drosselventil bzw. den Ventilsteuerungsmechanismus auszugeben.
In der vorstehend beschriebenen Weise steuert die ECU 10a die Betriebe bzw. Betätigungen der Betätigungseinrichtungen 11, um die gesteuerten Sollvariablen zu erreichen, wodurch die Verbrennungsbedingung in der Kraftmaschine 10 gesteuert wird, um die Ausgabeeigenschaften der Kraftmaschine 10 in Übereinstimmung mit den gewünschten Eigenschaften zu bringen.
Die Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10, wie sie vorstehend genannt sind, werden durch eine Vielzahl von Typen von Verbrennungsparametern definiert, zu denen beispielsweise ein Zündzeitpunkt bzw. eine Zündzeitsteuerung, eine Zündverzögerung, welche die Zeit ist, die zwischen der Zeit, wenn begonnen wird, den Kraftstoff einzuspritzen, und der Zeit, wenn begonnen wird, den Kraftstoff zu zünden, erforderlich ist, usw. zählen. Derartige Verbrennungsparameter sind physikalische Größen, die üblicherweise beispielsweise durch einen Zylinderdrucksensor gemessen werden, der den Druck in dem Zylinder der Kraftmaschine 10 misst.
Die Ausgabeeigenschaften der Kraftmaschine 10, wie sie vorstehend genannt sind, werden durch eine Vielzahl von Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten ausgedrückt, die ein Parameter aus beispielsweise einer physikalischen Größe, die mit Abgasemissionen verbunden ist (beispielsweise die Menge von NOx, die Menge von PM (Partikeln) und die Menge CO oder HC), einer physikalischen Größe, die mit dem von der Kraftmaschine 10 ausgegebenen Drehmoment (beispielsweise das Drehmoment einer Ausgabewelle der Kraftmaschine 10) und der Geschwindigkeit der Kraftmaschine 10 verbunden ist, einer physikalischen Größe, die mit einem Kraftstoffverbrauch in der Kraftmaschine 10 verbunden ist (beispielsweise eine Fahrentfernung pro verbrauchten Kraftstoffvolumen oder ein verbrauchtes Volumen pro Laufzeit der Kraftmaschine 10, wie es durch Betriebsartlauftests gemessen wird), und einer physikalischen Größe, die mit einem Verbrennungsgeräusch verbunden ist (beispielsweise Kraftmaschinenvibrationen oder ein Verbrennungs- oder Ausstoßgeräusch), sind.
Die ECU 10a ist mit einem typischen Mikrocomputer ausgestattet, der eine CPU, die Operationen bezüglich vorgegebener Aufgaben ausführt, ein RAM, das als ein Hauptspeicher zur Speicherung von Daten, die während der Operationen der CPU erzeugt werden, oder von Ergebnissen der Operationen der CPU darin dient, ein ROM, das als ein Programmspeicher dient, ein EEPROM, das darin Daten speichert, und ein Backup-RAM bzw. Sicherungs-RAM umfasst, dem ein elektrischer Strom von einer Sicherungsstromzufuhr, wie beispielsweise einer Speicherbatterie, die in dem Fahrzeug angebracht ist, die gesamte Zeit zugeführt wird, auch nachdem eine elektrische Hauptstromquelle der ECU 10a ausgeschaltet ist.
Die Kraftmaschine 10 weist in sich eingebaut Sensoren 12 und 13 auf, die der ECU 10a Ausgangssignale bereitstellen. Die Sensoren 12 sind Kraftmaschinenausgabesensoren, die als ein Teil einer Kraftmaschinenausgabebezogener-Wert-Rückführungsschaltung bzw. Kraftmaschinenausgabebezogener-Wert-Rückkopplungsschaltung zur tatsächlichen Messung der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte fungiert. Beispielsweise sind die Kraftmaschinenausgabesensoren 12 durch einen Gassensor, der die Konzentration eines Bestandteils (beispielsweise NOx) von Abgasemissionen aus der Kraftmaschine 10 misst, einen Drehmomentsensor, der das durch die Kraftmaschine 10 ausgegebene Drehmoment misst, und einen Geräuschssensor implementiert, der die Größe eines Geräuschs misst, das durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Kraftmaschine 10 entsteht. Wie es nachstehend beschrieben ist, können die Ist-Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte alternativ unter Verwendung algorithmischer Modelle ohne eine Verwendung des Sensors 12 berechnet oder geschätzt werden.
Die Sensoren 13 bestehen aus Verbrennungsbedingungssensoren, die als ein Teil einer Verbrennungsparameterrückkopplungsschaltung zur tatsächlichen Bestimmung der Verbrennungsparameter dienen. Beispielsweise sind die Sensoren 13 durch einen Zylinderdrucksensor, der den Druck in der Verbrennungskammer (d. h. dem Zylinder) der Kraftmaschine 10 misst, und einen Ionensensor implementiert, der die Ionenmenge misst, wie sie durch das Verbrennen des Kraftstoffs in der Kraftmaschine 10 erzeugt wird.
Beispielsweise berechnet die ECU 10a eine Änderung in einem Druck in der Verbrennungskammer der Kraftmaschine 10, wie er durch den Zylinderdrucksensor 13 gemessen wird, um sowohl den Zündzeitpunkt bzw. die Zündzeitsteuerung als auch die Zündverzögerung zu bestimmen. Die Ist-Werte der Verbrennungsparameter können alternativ hierzu unter Verwendung eines algorithmischen Modells ohne eine Verwendung der Sensoren 13 berechnet oder geschätzt werden.
Die ECU 10a umfasst eine Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20, eine Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30, eine Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40, eine Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 und eine Steuerungsvariablekorrektureinrichtung 60. Die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 dient als eine Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung zur Bestimmung der Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 (d. h. von Sollwerten der Verbrennungsparameter), die erforderlich sind, um die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in Übereinstimmung mit den erforderlichen Werten zu bringen. Die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 dient als eine Steuerungsvariablebefehlsberechnungseinrichtung zur Steuerung der Betriebe bzw. Betätigungen (d. h. der gesteuerten Variablen bzw. Steuerungsvariablen) der Betätigungseinrichtungen 11, um Sollverbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 zu erreichen. Die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 erzeugt einen Befehlswert, der einen Sollwert jeder gesteuerten Variablen darstellt, und gibt diesen in der Form eines Befehlssignals zu einer entsprechenden der Betätigungseinrichtungen 11 aus. Die Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40 dient als eine Kraftmaschinenausgaberückkopplungsschaltung zur Berechnung einer Differenz oder Abweichung eines Ist-Werts jedes kraftmaschinenausgabebezogenen Werts (d. h. der Ausgangssignale aus den Kraftmaschinenausgabesensoren 12) von einem zugehörigen erforderlichen Wert. Die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 dient als eine Verbrennungsparameterrückkopplungsschaltung zur Berechnung einer Differenz oder einer Abweichung eines Ist-Werts jedes Verbrennungsparameters (d. h. des Ausgangssignals von dem Verbrennungsbedingungssensor (den Verbrennungsbedingungssensoren) 13) von einem zugehörigen Sollwert. Die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung 60 arbeitet, um die Befehlswerte, wie sie von der Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 ausgegeben werden, einzustellen, um jeweils in zulässige Betriebsbereiche der Betätigungseinrichtungen 11 zu fallen. Diese Schaltungen 20 bis 50 werden durch Funktionsblöcke in dem Mikrocomputer der ECU 10a implementiert.
Spezifisch weist die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 einen Integrator 21 und einen arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 auf. Der Integrator 21 arbeitet, um jede der Kraftmaschinenausgabeabweichungen, wie sie durch die Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40 berechnet werden, zu summieren oder zusammenzurechnen. Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 ist in einem Speicher, beispielsweise dem ROM der ECU 10a, gespeichert.
Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 ist gebildet, um Wechselbeziehungen zwischen den unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern zu definieren. Spezifisch ist der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 durch ein Kraftmaschinenausgabe-Zu-Verbrennungsparameter-Modell, wie es in 1(a) veranschaulicht ist, oder eine Determinante, wie sie in 1(b) veranschaulicht ist, bereitgestellt, um mathematisch Beziehungen der Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 (d. h. der Verbrennungsparameter) zu den Ausgabebedingungen der Kraftmaschine 10 (d. h. den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten) auszudrücken. Anders ausgedrückt erzeugt der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 Werte der Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10, die zum Erfüllen der erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte benötigt werden. Sollwerte der Verbrennungsparameter (oder Größen bzw. Beträge, um die die Sollwerte, wie sie in dem vorangegangenen Steuerungszyklus hergeleitet sind, geändert werden müssen) werden erhalten, indem erforderliche Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte (oder die Abweichungen der Ist-Werte von den erforderlichen Werten) in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 substituiert werden.
Die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20, die den Aufbau gemäß 1(a) aufweist, substituiert die Abweichungen der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte (d. h. Differenzen zwischen den Ist-Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte und den zugehörigen erforderlichen Werten) in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22, um Größen bzw. Beträge zu bestimmen, um die die Sollwerte der Verbrennungsparameter, wie sie in den vorangegangenen Steuerungszyklus eingestellt sind, in diesem Steuerungszyklus verändert werden müssen.
In der Praxis rechnet der Integrator 21 die Abweichungen der Ist-Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte jeweils zusammen und substituiert sie in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22, um die Möglichkeit zu minimieren, dass die Ist-Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte konstant von den zugehörigen erforderlichen Werten abweichen werden. Wenn der Gesamtwert der Abweichung Null (0) wird, wird ein entsprechender Wert, wie er durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 berechnet wird, Null. Die Sollwerte der Verbrennungsparameter werden folglich so eingestellt, dass sie die Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 so wie sie sind halten.
Die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 umfasst einen Integrator 31 und einen arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32. Der Integrator 31 arbeitet, um die Abweichung des Ist-Werts jedes Verbrennungsparameters von dem zugehörigen Sollwert, wie er durch die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 hergeleitet wird, zu summieren oder zusammenzurechnen. Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 ist in einem Speicher (d. h. einer Speichervorrichtung), wie beispielsweise dem ROM der ECU 10a, gespeichert.
Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 wird gebildet, um Wechselbeziehungen zwischen den unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern und den unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen bzw. Steuerungsvariablen zu definieren. Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 wird durch ein Verbrennungsparameter-Zu-Gesteuerte-Variable-Modell, wie es in 1(a) veranschaulicht ist, oder eine Determinante, wie sie in 1(c) veranschaulicht ist, bereitgestellt und drückt mathematisch Werte der gesteuerten Variablen aus, die gewünschten Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 entsprechen. Anders ausgedrückt stellt der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 eine Kombination von Werten der gesteuerten Variablen bereit, die erforderlich sind, um die Kraftmaschine in Sollverbrennungsbedingungen zu platzieren. Die Befehlswerte für die gesteuerten Variablen (oder Größen bzw. Beträge, um die die Befehlswerte zu ändern sind) werden folglich erhalten, indem Sollwerte der Verbrennungsparameter (oder Größen bzw. Beträge, um die die Sollwerte zu ändern sind) in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 32 substituiert werden.
Die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 30 des Aufbaus gemäß 1(a) substituiert die Verbrennungsparameterabweichungen (d. h. die Größen bzw. Beträge, um die die Sollwerte geändert werden müssen) in dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32, um Größen bzw. Beträge zu bestimmen, um die die Befehlswerte, wie sie in dem vorangegangen Steuerungszyklus hergeleitet werden, in diesem Steuerungszyklus geändert werden müssen, um Größen bzw. Beträge herzuleiten, um die die gesteuerten Variablen, die in dem vorangegangenen Steuerungszyklus bereitgestellt werden, in diesem Steuerungszyklus geändert werden müssen.
In der Praxis integriert oder rechnet der Integrator 31 die Abweichungen der Ist-Werte der Verbrennungsparameter von den zugehörigen Sollwerten, wie sie durch die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 hergeleitet werden, zusammen und substituiert diese jeweils in dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32, um die Möglichkeit zu minimieren, dass die Ist-Werte der Verbrennungsparameter von den zugehörigen Sollwerten konstant abweichen werden. Wenn der Gesamtwert jeder der Abweichungen Null (0) wird, wird ein entsprechender Wert, wie er durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 berechnet wird, Null. Der Befehlswert für jede der gesteuerten Variablen ist folglich so eingestellt, dass der letzte Wert der gesteuerten Variable so wie er ist gehalten wird.
Die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung 60 bestimmt, ob jeder der Befehlswerte für die gesteuerten Variablen, wie sie in der Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 hergeleitet werden, in einem entsprechenden der zulässigen Betriebsbereiche der Betätigungseinrichtungen 11 liegt oder nicht. Die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung 60 korrigiert oder begrenzt einen oder einige der Befehlswerte, die bestimmt werden, außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs zu liegen, zu der oberen oder unteren Grenze des entsprechenden zulässigen Betriebsbereichs und gibt dies in der Form des Befehlssignals an die Betätigungseinrichtung 11 aus.
Die zulässigen Betriebsbereiche werden nachstehend beispielhaft dargestellt. Beispielsweise weist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung üblicherweise eine begrenzte Kapazität auf, die von der Geschwindigkeit abhängt, mit der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung geöffnet oder geschlossen wird. Spezifisch gibt es eine Begrenzung hinsichtlich einer minimal möglichen Kraftstoffmenge, die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem einzelnen Einspritzbetrieb einspritzen kann. Dementsprechend wird, auch wenn das Kraftmaschinensteuerungssystem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung anweist, weniger als die minimal mögliche Menge einzuspritzen, die Kraftstoffeinspritzeinrichtung die minimal mögliche Kraftstoffmenge einspritzen. Zusätzlich kann, wenn die Kraftstoffmenge, die in dem Piloteinspritzereignis bzw. Voreinspritzereignis vor dem Haupteinspritzereignis einzuspritzen ist, in einer Mehrfacheinspritzbetriebsart, in der der Kraftstoff mehrmals in jedem Kraftmaschinenbetriebszyklus (d. h. ein Vierfach-Hub-Zyklus) eingespritzt wird, übermäßig vergrößert wird, dies verursachen, dass die Menge von Abgasrauch einen zulässigen Wert überschreitet. Es ist somit erforderlich, der Kraftstoffmenge, die in dem Piloteinspritzereignis einzuspritzen ist, eine obere Grenze zu geben.
Ferner weisen beispielsweise das Drosselventil, das zum Regulieren der Strömungsgeschwindigkeit von Luft, die in die Kraftmaschine 10 gelangt, arbeitet, das EGR-Ventil, das zum Regulieren der EGR-Menge arbeitet, und ein Turboventil (beispielsweise ein Ladedruckregelventil), das zur Steuerung des Aufladerdrucks arbeitet, jeweils eine obere Grenze auf, die eine maximal mögliche Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids ist, das zu entladen bzw. auszustoßen ist, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist. Dementsprechend werden, auch wenn das Kraftmaschinensteuerungssystem derartige Ventile anweist, eine Menge eines Fluids auszugeben, die größer als die obere Grenze ist, diese das Fluid mit der maximal möglichen Strömungsgeschwindigkeit ausstoßen. Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, weist jede der gesteuerten Variablen den zulässigen Betriebsbereich auf, der durch die oberen und unteren Grenzen definiert ist.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm eines Betätigungseinrichtungssteuerungsprogramms, wie es in 2 veranschaulicht ist, beschrieben, wie die Befehlswerte berechnet werden, die zu den Betätigungseinrichtungen 11 auszugeben sind, um die gewünschten Werte der zugehörigen gesteuerten Variablen zu erreichen. Dieses Programm ist durch den Mikrocomputer der ECU 10a in einem regelmäßigen Intervall (beispielsweise ein Betriebszyklus der CPU oder ein Zyklus, der äquivalent zu einem vorgegebenen Kurbelwinkel der Kraftmaschine 10 ist) auszuführen.
Nach Eintritt in das Programm schreitet die Routine zu Schritt 10 voran, in dem erforderliche Werte der jeweiligen kraftmaschinenausgabebezogenen Werte auf der Grundlage der Geschwindigkeit der Kraftmaschine 10 und der Position des Beschleunigungseinrichtungspedals des Fahrzeugs (d. h. eines Arbeitsaufwands eines Fahrers bei einem Beschleunigungseinrichtungspedal) berechnet werden. Beispielsweise berechnet die ECU 10a die erforderlichen Werte unter Verwendung eines Kennfelds, das durch die Anwendbarkeitstests gebildet wird und in sich optimale Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in Bezug auf Geschwindigkeiten der Kraftmaschine 10 und auf Positionen des Beschleunigungseinrichtungspedals speichert. Die ECU 10a kann ebenso die erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte als eine Funktion einer zusätzlichen Umgebungsbedingung oder eines Parameters (von Parametern), wie beispielsweise der Temperatur eines Kühlwassers für die Kraftmaschine 10, der Außenlufttemperatur und/oder des atmosphärischen Drucks, bestimmen.
Die Routine schreitet zu Schritt 20 voran, in dem Ist-Werte der jeweiligen kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von Ausgangssignalen der Kraftmaschinenausgabesensoren 12 gemessen werden. Die ECU 10a kann alternativ hierzu ausgelegt sein, die derzeitigen kraftmaschinenausgabebezogenen Werte durch arithmetische Modelle zu schätzen oder zu berechnen und sie als die vorstehend genannten Ist-Werte ohne eine Verwendung der Kraftmaschinenausgabesensoren 12 zu bestimmen. Eine derartige Abschätzung kann nur bei einigen der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gemacht werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 30 voran, in dem der Betrieb der Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40 ausgeführt wird. Spezifisch werden Abweichungen der Ist-Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte, die in Schritt 20 gemessen werden, von den zugehörigen erforderlichen Werten, die in Schritt 10 hergeleitet werden, bestimmt. Derartige Abweichungen werden nachstehend auch als Kraftmaschinenausgabeabweichungen bezeichnet.
Die Routine schreitet zu Schritt 40 voran, in dem der Betrieb des Integrators 21 ausgeführt wird. Spezifisch wird ein Gesamtwert x(i) jeder der Kraftmaschinenausgabeabweichungen, wie sie in Schritt 30 hergeleitet sind, bestimmt. Genauer gesagt wird die Summe jedes der Gesamtwerte x(i – 1), wie sie einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet sind, und eine entsprechende der Kraftmaschinenausgabeabweichungen, wie sie in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden, als der Gesamtwert x(i) berechnet.
Die Routine schreitet zu Schritt 50 voran, in dem die Gesamtwerte x(i), wie sie in Schritt 40 hergeleitet werden, in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 substituiert werden. Lösungen des arithmetischen Verbrennungsparameterausdrucks 22 werden als Größen bzw. Beträge bestimmt, um die die derzeitigen oder letzten Werte der Verbrennungsparameter geändert werden müssen. Beispielsweise ist der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22, wie er in 1(b) veranschaulicht ist, so ausgelegt, dass das Produkt eines r-Ordnungs-Spaltenvektors A1 von Variablen, die Größen bzw. Beträge darstellen, um die die derzeitigen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte geändert werden müssen, und einer Matrix A2, die aus q-mal-r-Elementen a₁₁ bis aqr gebildet ist, als ein q-Ordnungs-Spaltenvektor A3 von Variablen definiert ist, die eine Größe bzw. einen Betrag darstellen, um den die Verbrennungsparameter zu ändern sind. Die Gesamtwerte x(i) der Abweichungen, wie sie in Schritt 40 hergeleitet werden, werden in die Variablen des Spaltenvektors Al substituiert, um Lösungen der jeweiligen Variablen (d. h. Einträge) des Spaltenvektors A3 herzuleiten. Die Lösungen werden als Größe bzw. Beträge bestimmt, um die die letzten Werte der Verbrennungsparameter geändert werden müssen, um zugehörige Sollwerte zu erreichen, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden (diese werden nachstehend auch als Verbrennungsparametersolländerungen bezeichnet).
Die Routine schreitet zu Schritt 60 voran, in dem ein Ausgangssignal des Verbrennungsbedingungssensors (der Verbrennungsbedingungssensoren) 13 überwacht wird, um Ist-Werte der Verbrennungsparameter herzuleiten. Die ECU 10a kann alternativ hierzu derzeitige Werte der Verbrennungsparameter durch arithmetische Modelle berechnen oder Abschätzen und diese als die vorstehend genannten Ist-Werte ohne eine Verwendung des Verbrennungsbedingungssensors 13 bestimmen. Eine derartige Abschätzung kann lediglich bei einigen der Verbrennungsparameter ausgeführt werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 70 voran, in dem der Betrieb der Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 ausgeführt wird. Spezifisch wird jede der Verbrennungsparametersolländerungen, wie sie in Schritt 50 hergeleitet werden, zu einem zugehörigen Referenzwert addiert, um einen Sollwert zu bestimmen. Als nächstes wird eine Abweichung jedes der Sollwerte von einem entsprechenden der Ist-Werte der Verbrennungsparameter, wie sie in Schritt 60 hergeleitet werden, berechnet. Alternativ hierzu kann eine Abweichung jeder der Verbrennungsparametersolländerungen von einer Änderung in einem Ist-Wert eines entsprechenden der Verbrennungsparameter berechnet werden.
Die Routine schreitet zu Schritt 80 voran, in dem der Betrieb des Intergrators 31 ausgeführt wird. Spezifisch wird ein Gesamtwert y(i) jeder der Verbrennungsparametersollabweichungen, wie sie in Schritt 70 hergeleitet werden, bestimmt. Genauer gesagt wird die Summe des Gesamtwerts y(i – 1), wie er einen Programmausführungszyklus früher bestimmt wird, und der Verbrennungsparametersollabweichung, wie sie in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet wird, als der Gesamtwert y(i) berechnet.
Die Routine schreitet zu Schritt 90 voran, in dem die Gesamtwerte y(i), wie sie in Schritt 80 hergeleitet werden, in dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 substituiert werden. Lösungen des arithmetischen Steuerungsvariableausdrucks 32 werden als Größen bzw. Beträge bestimmt, um die die letzten Befehlswerte für alle Typen von gesteuerten Variablen geändert oder reguliert werden müssen. Beispielsweise ist der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32, wie er in 1(c) veranschaulicht ist, so ausgelegt, dass das Produkt eines q-Ordnungs-Spaltenvektors A3 von Variablen, die die Verbrennungsparametersolländerungen darstellen, und einer Matrix A4, die aus p-mal-q-Elemente b11 bis bpq gebildet ist, als ein p-Ordnungs-Spaltenvektor A5 von Variablen definiert ist, die eine Größe bzw. einen Betrag darstellen, um den die gesteuerten Variablen zu ändern sind. Die Gesamtwerte y(i) der Abweichungen, wie sie in Schritt 80 hergeleitet werden, werden in die Variablen des Spaltenvektors A3 substituiert, um Lösungen der jeweiligen Variablen (d. h. der Einträge) des Spaltenvektors A5 herzuleiten. Die Lösungen werden als Größen bzw. Beträge bestimmt, um die die letzten Werte der gesteuerten Variablen zu ändern sind, um zugehörige Sollwerte (d. h. Sollbefehlswerte) zu erreichen, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden (die nachstehend auch als Steuerungsvariablesolländerungen bezeichnet werden).
Die ECU 10a berechnet zusätzlich zu dem Betrieb gemäß 2 ebenso Referenzbefehlswerte bzw. Bezugswertbefehlswerte, die Referenzwerte bzw. Bezugswerte der gesteuerten Variablen darstellen. Die ECU 10a korrigiert dann die Referenzbefehlswerte auf der Grundlage der Steuerungsvariablesolländerungen, wie sie in Schritt 90 hergeleitet werden, um die Befehlswerte, die jeweils an die Betätigungseinrichtungen 11 auszugeben sind, zu erzeugen. Beispielsweise addiert die ECU 10a jede der Steuerungsvariablesolländerungen zu einem entsprechenden der Referenzbefehlswerte, um den Befehlswert herzuleiten, der einen Sollwert der gesteuerten Variablen angibt. Die Referenzbefehlswerte können als eine Funktion einer Kraftmaschinenbetriebsbedingung, wie beispielsweise der Geschwindigkeit der Kraftmaschine 10, vorbestimmt sein oder in der ECU 10a entsprechend einer mathematischen Formel oder durch ein Nachschlagen unter Verwendung einer Abbildung bzw. eines Kennfelds auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebsbedingung berechnet werden. Die Abbildung bzw. das Kennfeld wird im Gegensatz zu denen, die in den japanischen Patentveröffentlichungen Nrn. 2008-223643 und 2007-77935 gelehrt werden, auf die in der Einleitung dieser Anmeldung Bezug genommen wird, gebildet, um nur die Referenzbefehlswerte bereitzustellen, wobei sie somit mit weniger Anwendbarkeitstests in einfacher Weise gebildet wird.
Die Routine schreitet zu Schritt 100 voran, in dem bestimmt wird, ob jeder der Befehlswerte, wie sie in Schritt 90 hergeleitet werden, um zu einer der Betätigungseinrichtungen 11 ausgegeben zu werden, in dem vorbestimmten zulässigen Betriebsbereich liegt oder nicht. Wenn eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Befehlswert außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt, schreitet die Routine zu Schritt 110 voran, in dem der Befehlswert korrigiert wird oder auf die obere oder untere Grenze des zulässigen Betriebsbereichs eingestellt wird, was auch immer näher an dem Befehlswert ist. Beispielsweise wird, wenn der Befehlswert größer als der zulässige Betriebsbereich ist, dieser auf die obere Grenze eingestellt. Der Befehlswert, der so korrigiert ist, wird dann zu einer entsprechenden der Betätigungseinrichtungen 11 ausgegeben, um die gesteuerte Variable auf den zugehörigen erforderlichen Wert zu bringen. Alternativ hierzu wird, wenn in Schritt 100 eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Befehlswert innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt, dieser an eine entsprechende der Betätigungseinrichtungen 11 ausgegeben, ohne korrigiert zu werden. Die Routine endet dann.
Beispiele der Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den Verbrennungsparametern sowie zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Variablen, wie sie durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 und den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 definiert werden, sind nachstehend unter Bezugnahme auf die 3(a) bis 3(c) beschrieben.
3(a) veranschaulicht schematisch die vorstehend genannten Wechselbeziehungen. Die Einspritzmenge, die Einspritzdauer und die EGR-Menge sind als die gesteuerten Variablen der Betätigungseinrichtung 11 definiert. Die Menge von NOx, die Menge von CO und der Kraftstoffverbrauch sind als die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte definiert. ”A”, ”B” und ”C” stellen jeweils die unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern dar. Beispielsweise gibt ”A” die Zündzeitsteuerung bzw. den Zündzeitpunkt in der Kraftmaschine 10 an.
In dem Beispiel gemäß 3(a) bezeichnet Bezugszeichen 32a eine Regressionsgerade 32aM, die eine Wechselbeziehung zwischen der Einspritzmenge und dem Verbrennungsparameter A darstellt. Die Regressionsgerade 32aM wird beispielsweise durch die mehrfache Regressionsanalyse eingestellt. Auf ähnliche Weise bezeichnet Bezugszeichen 32b eine Regressionsgerade, die eine Wechselbeziehung zwischen der Einspritzmenge und dem Verbrennungsparameter B darstellt. Bezugszeichen 32c bezeichnet eine Regressionsgerade, die eine Wechselbeziehung zwischen der Einspritzmenge und dem Verbrennungsparameter C darstellt. Spezifisch ist die Wechselbeziehung, wie sie in 3(b) veranschaulicht ist, zwischen jedem Parameter aus der Einspritzmenge, der Einspritzzeitsteuerung bzw. dem Einspritzzeitpunkt und der EGR-Menge und einem der Verbrennungsparameter A, B und C durch die Regressionsgerade über das Modell oder die Determinante definiert, wie es vorstehend beschrieben ist. Folglich werden, wenn Kombinationen von Werten der Einspritzmenge, des Einspritzzeitpunkts bzw. der Einspritzzeitsteuerung und der EGR-Menge spezifiziert werden, entsprechende Kombinationen von Werten der Verbrennungsparameter A, B und C erhalten. Anders ausgedrückt sind Beziehungen der gesteuerten Variablen zu den Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 (d. h. den Verbrennungsparametern) definiert. Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 ist, wie es in 1(a) gesehen werden kann, durch ein Modell definiert, das zu dem gemäß 3(a) invertiert ist.
In 3(a) bezeichnet Bezugszeichen 22a eine Regressionsgerade 22aM, die eine Wechselbeziehung zwischen dem Verbrennungsparameter A und der Menge von NOx darstellt. Die Regressionsgerade 22aM wird beispielsweise durch eine mehrfache Regressionsanalyse eingestellt. Auf ähnliche Weise bezeichnet Bezugszeichen 22b eine Regressionsgerade, die eine Wechselbeziehung zwischen dem Verbrennungsparameter A und der Menge von CO darstellt. Bezugszeichen 22c bezeichnet eine Regressionsgerade, die eine Wechselbeziehung zwischen dem Verbrennungsparameter A und dem Kraftstoffverbrauch darstellt. Spezifisch ist die Wechselbeziehung, wie sie in 3(c) veranschaulicht ist, zwischen jedem der Verbrennungsparameter A, B und C und einem Parameter aus der Menge von NOx, der Menge von CO und dem Kraftstoffverbrauch durch die Regressionsgerade über das Modell oder die Determinante definiert, wie sie vorstehend beschrieben sind. Folglich werden, wenn Kombinationen der Verbrennungsparameter A, B und C spezifiziert sind, entsprechende Kombinationen der Menge von NOx, der Menge von CO und des Kraftstoffverbrauchs erhalten. Anders ausgedrückt sind Beziehungen der Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 (d. h. der Verbrennungsparameter) zu den Ausgabebedingungen der Kraftmaschine 10 (d. h. den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten) definiert. Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 ist, wie es in 1(a) gesehen werden kann, durch ein Modell definiert, das zu dem gemäß 3(a) invertiert ist.
Beispielsweise wird, wenn der Sollwert der Zündzeitsteuerung A unverändert bleibt, aber sich der zugehörige Ist-Wert geändert hat, diese Differenz (d. h. die Verbrennungsparameterabweichung) durch die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 gegeben. Die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 substituiert eine derartige Verbrennungsparameterabweichung in das Modell, wie es in 3(b) angezeigt ist, oder die Determinante, um Größen bzw. Beträge (d. h. Korrekturwerte) herzuleiten, um die die derzeitigen Werte der Einspritzmenge, der Einspritzzeitsteuerung bzw. des Einspritzzeitpunkts und der EGR-Menge zu ändern oder zu korrigieren sind, um den Ist-Wert der Zündzeitsteuerung A in Übereinstimmung mit dem zugehörigen Sollwert zu bringen.
Wenn als ein Beispiel ein Korrekturwert ΔQ der Einspritzmenge (d. h. die Größe bzw. der Betrag, um den die Einspritzmenge zu ändern ist) hergenommen wird, leitet die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 den Korrekturwert ΔQ, der einer Solländerung ΔA in der Zündzeitsteuerung A entspricht, auf der Grundlage der Regressionsgerade 32aM in 3(a) her. Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 in 3(b) definiert die Kombinationen der Verbrennungsparameter und der gesteuerten Variablen, so dass, wenn nur einer der Verbrennungsparameter sich zu dem Sollwert geändert hat, alle gesteuerten Variablen gleichzeitig korrigiert werden.
Auf ähnliche Weise wird, wenn der erforderliche Wert der Menge von NOx unverändert bleibt, aber sich der zugehörige Ist-Wert geändert hat, diese Differenz (d. h. die Kraftmaschinenausgabeabweichung) durch die Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40 hergeleitet. Die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 substituiert eine derartige Kraftmaschinenausgabeabweichung in das Modell, wie es in 3(c) angegeben ist, oder die Determinante, um Größen bzw. Beträge (d. h. Korrekturwerte) herzuleiten, um die die derzeitigen Werte der Verbrennungsparameter A, B und C zu ändern oder zu korrigieren sind, um den Ist-Wert der Menge von NOx in Übereinstimmung mit dem zugehörigen erforderlichen Wert zu bringen.
Wenn ein Korrekturwert ΔA der Zündzeitsteuerung bzw. des Zündzeitpunkts (d. h. die Größe bzw. der Betrag, um den die Zündzeitsteuerung bzw. der Zündzeitpunkt zu ändern ist) als ein Beispiel hergenommen wird, leitet die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 den Korrekturwert ΔA, der einer Solländerung ΔNOx in der Menge von NOx entspricht, von der Regressionsgerade 22aM in 3(a) her. Der arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 in 3(c) definiert die Kombinationen der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte und der Verbrennungsparameter, so dass, wenn nur einer der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte sich von dem zugehörigen erforderlichen Wert geändert hat, die Sollwerte aller Verbrennungsparameter gleichzeitig korrigiert werden.
Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 definiert, wie es bereits beschrieben ist, die Kombinationen der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte und der Verbrennungsparameter, wobei somit ermöglicht wird, dass Änderungen in den jeweiligen kraftmaschinenausgabebezogenen Werten in Reaktion auf eine Änderung in einem der Verbrennungsparameter herausgefunden werden. Beispielsweise werden, wenn Ist-Werte der Menge von NOx und der Menge von PM jeweils von zugehörigen erforderlichen Werten abweichen, wie es in 4 veranschaulicht ist, derartige Abweichungen beseitigt, indem der letzte Wert der Zündzeitsteuerung A1 (d. h. der Wert, wie er einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet ist) auf den Wert A2 geändert wird. Auch wenn der Wert der Zündzeitsteuerung bzw. des Zündzeitpunkts A, der erforderlich ist, um die Menge von NOx und die Menge von PM gerade in Übereinstimmung mit den zugehörigen erforderlichen Werten zu bringen, nicht gefunden wird, können optimale Werte, die sowohl die Menge von NOx als auch die Menge von PM so nahe an die jeweiligen erforderlichen Werten wie möglich heranbringen, durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 hergeleitet werden.
4 ist eine schematische Darstellung, die der Einfachheit halber die Korrektur lediglich der Zündzeitsteuerung A darstellt, wobei jedoch der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22, wie es vorstehend beschrieben ist, bereitgestellt ist, um eine vorgegebene Anzahl aller möglichen Kombinationen der unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und der unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern zu definieren, wobei somit veranlasst wird, dass die Sollwerte der Verbrennungsparameter in Reaktion auf eine oder einige der Abweichungen der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gleichzeitig korrigiert werden.
Wie der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 ist der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 vorbereitet, um eine vorgegebene Anzahl oder alle möglichen Kombinationen der unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern und der unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen zu definieren, wobei somit verursacht wird, dass die Befehlswerte für die gesteuerten Parameter in Reaktion auf eine oder einige der Abweichungen der Verbrennungsparameter gleichzeitig korrigiert werden.
5(a) bis 5(d) sind Zeitablaufdiagramme, die Ergebnisse von Simulationen von Betrieben des Kraftmaschinensteuerungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulichen, wenn die Temperatur eines Kühlwassers (d. h. eine Umgebungsbedingung) für die Kraftmaschine 10 sich während eines gleichmäßigen Betriebs der Kraftmaschine 10 geändert hat.
Wenn die Temperatur des Kühlwassers, wie es in 5(b) veranschaulicht ist, allmählich vergrößert wird, wird dies verursachen, dass sich die Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 ändern, auch wenn die gesteuerten Variablen unverändert bleiben. Die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 gibt dann die Verbrennungsparameterabweichungen aus. Das Kraftmaschinensteuerungssystem ändert die derzeitigen Werte der gesteuerten Variablen in der Rückführungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart, um die Verbrennungsparameterabweichungen, wie sie durch die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 hergeleitet werden, zu minimieren oder zu beseitigen. In dem veranschaulichten Beispiel korrigiert das Kraftmaschinensteuerungssystem, wie es in 5(d) gezeigt ist, die derzeitigen Werte der gesteuerten Variablen gleichzeitig in Reaktion auf die Änderung in der Temperatur des Kühlwassers, so dass die Betriebe bzw. Betätigungen der Betätigungseinrichtungen 11 gleichzeitig in einer koordinierten Art und Weise gesteuert werden, um die Verbrennungsparameterabweichungen als Ganzes zu minimieren.
Zusätzlich wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers allmählich vergrößert wird, dies ebenso verursachen, dass sich die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte ändern, auch wenn die Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 unverändert bleiben. Die Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40 gibt dann die Kraftmaschinenausgabeabweichungen aus. Das Kraftmaschinensteuerungssystem ändert die Sollwerte der Verbrennungsparameter in der Rückführungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart, um die Kraftmaschinenausgabeabweichungen, wie sie durch die Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40 hergeleitet werden, zu minimieren oder zu beseitigen. In dem veranschaulichten Beispiel korrigiert das Kraftmaschinensteuerungssystem, wie es in 5(c) veranschaulicht ist, die Sollwerte der unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern gleichzeitig in einer koordinierten Art und Weise in Reaktion auf die Änderung in der Temperatur des Kühlwassers, um die Kraftmaschinenausgabeabweichungen als ein Ganzes zu minimieren.
Kurz gesagt reguliert das Kraftmaschinensteuerungssystem, wie es in den 5(d) und 5(c) veranschaulicht ist, die gesteuerten Variablen gleichzeitig und reguliert ebenso die Verbrennungsparameter gleichzeitig in der Rückführungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart, um den kraftmaschinenausgabebezogenen Wert, wie er durch eine durchgezogene Linie in 5(a) angezeigt ist, in Übereinstimmung mit einem fixierten Wert zubringen. In dem Fall, in dem das Kraftmaschinensteuerungssystem ausgelegt ist, die vorstehend genannte Regelung nicht auszuführen, sondern beispielsweise einen offenen Regelkreis bzw. eine Steuerkette unter Verwendung einer anwendbarkeitstestbasierenden Abbildung, die Eins-Zu-Eins-Entsprechungen zwischen den unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen darstellt, auszuführen, ändert sich der kraftmaschinenausgabebezogene Wert, wie es durch eine gestrichelte Linie in 5(a) angezeigt ist, in Reaktion auf eine Änderung in der Temperatur des Kühlwassers für die Kraftmaschine 10. Die Ergebnisse der Simulationen in den 5(a) bis 5(d) zeigen, dass die vorstehend genannte Regelung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die Robustheit des Kraftmaschinensteuerungssystems verbessert.
6(a) bis (6g) sind Zeitablaufdiagramme, die Ergebnisse von Simulationen von Betrieben des Kraftmaschinensteuerungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulichen, wenn erforderliche Werte der Menge von NOx und der Menge von CO (d. h. die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte) schrittweise geändert werden.
Wenn erforderliche Werte der Mengen von NOx und CO, wie es durch gestrichelte Linien in den 6(a) und (6b) gezeigt ist, schrittweise zu einer Zeit t1 geändert werden, hat dies Vergrößerungen in entsprechenden Kraftmaschinenausgabeabweichungen zur Folge. Die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 ändert dann die Sollwerte der Verbrennungsparameter. Die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 ändert somit die Befehlswerte für die gesteuerten Variablen, wie es in den 6(c) bis 6(g) veranschaulicht ist. In dem veranschaulichten Beispiel ändert die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 die Befehlswerte für die EGR-Rate bzw. EGR-Geschwindigkeit, die Kraftstoffmenge, die in dem Piloteinspritzbetrieb bzw. Voreinspritzbetrieb einzuspritzen ist (die auch als Piloteinspritzmenge bezeichnet wird), die Einspritzzeitsteuerung bzw. den Einspritzzeitpunkt in dem Piloteinspritzbetrieb (der auch als Piloteinspritzzeitsteuerung bzw. Piloteinspritzzeitpunkt bezeichnet wird), die Einspritzzeitsteuerung bzw. den Einspritzzeitpunkt in dem Haupteinspritzbetrieb (der auch als Haupteinspritzzeitpunkt bezeichnet wird) und den Druck des Kraftstoffs, der in die Kraftmaschine 10 einzuspritzen ist (der auch als Einspritzdruck bezeichnet wird).
Die Befehlswerte für die gesteuerten Variablen werden, wie es in den 6(c) bis 6(g) veranschaulicht ist, so geändert, dass sie die Verbrennungsparameterabweichungen näher an Null (0) heranbringen. Wenn die EGR-Rate eine zugehörige untere Grenze G1 zu einer Zeit t2 erreicht, korrigiert die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung 60 den entsprechenden Befehlswert auf die untere Grenze G1 oder stellt ihn entsprechend ein (siehe die durchgezogene Linie in 6(c)). Nach der Zeit t2 werden folglich Verstärkungen, die zur Korrektur der gesteuerten Variablen, die zu der EGR-Rate unterschiedlich sind, in der Rückkopplungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart verwendet werden, vergrößert, so dass Änderungsraten in den anderen gesteuerten Variablen, wie es durch durchgezogene Linien in den 6(d) bis 6(d) angezeigt ist, vergrößert werden.
Wenn das EGR-Ventil direkt durch den Befehlswert aktiviert wird, der berechnet worden ist, ohne die EGR-Rate begrenzen zu müssen, weisen die Piloteinspritzmenge, die Piloteinspritzzeitsteuerung, die Haupteinspritzmenge und der Einspritzdruck Werte auf, wie sie durch gestrichelte Linien in den 6(d) bis 6(g) angezeigt sind. Ist-Werte der Mengen von NOx und CO sind, wie es durch gestrichelte Linien in den 6(a) und 6(b) angezeigt ist, zu einer Zeit t3 jeweils innerhalb von Steuerungstotzonen w stabilisiert. Dies verursacht, dass alle gesteuerten Variablen ebenso zu der Zeit t3 stabilisiert sind.
In dem Fall, in dem die EGR-Rate, wie es durch die durchgezogene Linie in 6(c) angezeigt ist, auf die untere Grenze G1 zu der Zeit t2 begrenzt wird, wird der Befehlswert für die Piloteinspritzzeitsteuerung, der durch die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 auszugeben ist, wie es durch die durchgezogene Linie in 6(e) angezeigt ist, auf eine obere Grenze G2 zu einer Zeit t4 begrenzt. Dies verursacht, dass Verstärkungen vergrößert werden, die bei einer Korrektur der gesteuerten Variablen (d. h. der Piloteinspritzmenge, der Haupteinspritzzeitsteuerung und des Einspritzdrucks) verwendet werden, die zu der EGR-Rate und der Piloteinspritzzeitsteuerung unterschiedlich sind, die in der Regelungsbetriebsart bzw. Rückkopplungsbetriebsart begrenzt worden sind, so dass Änderungsraten in den anderen gesteuerten Variablen (d. h. der Piloteinspritzmenge, der Haupteinspritzzeitsteuerung und dem Einspritzdruck), wie es durch durchgezogene Linien in den 6(d), 6(f) und 6(g) angezeigt ist, nach der Zeit t4 geändert werden.
Nachfolgend wird der Befehlswert für den Einspritzdruck, der durch die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 auszugeben ist, wie es durch die durchgezogene Linie in 6(g) angezeigt ist, auf eine obere Grenze G3 zu einer Zeit t5 begrenzt. Dies verursacht, dass Verstärkungen vergrößert werden, die bei einer Korrektur der gesteuerten Variablen (d. h. der Piloteinspritzmenge und der Haupteinspritzzeitsteuerung) verwendet werden, die zu der begrenzten EGR-Rate, der Piloteinspritzzeitsteuerung und dem Einspritzdruck unterschiedlich sind, die in der Regelungsbetriebsart bzw. Rückführungsbetriebsart begrenzt worden sind, so dass Änderungsraten der korrigierten gesteuerten Variablen (d. h. der Piloteinspritzmenge und der Haupteinspritzzeitsteuerung), wie es durch durchgezogene Linien in den 6(d) und 6(f) angezeigt ist, zu einer Zeit t5 geändert werden. Die Ist-Werte der Mengen von NOx und CO sind, wie es durch die durchgezogenen Linien in den 6(a) und 6(b) angezeigt ist, innerhalb der Steuerungstotzonen w zu der Zeit t5 stabilisiert. Dies verursacht, dass alle gesteuerten Variablen zu der Zeit t5 stabilisiert sind.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, arbeitet, wenn eine der gesteuerten Variablen begrenzt wird, um in dem zulässigen Betriebsbereich zu liegen, die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30, um die anderen gesteuerten Variablen durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 in der Regelungsbetriebsart bzw. Rückführungsbetriebsart zu regulieren, um die entsprechenden Verbrennungsparameterabweichungen zu minimieren, wodurch die Mengen von NOx und CO innerhalb der Steuerungstotzonen w stabilisiert werden.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel bietet die nachstehend genannten Vorteile.

1) Es bestehen, wie es vorstehend beschrieben ist, Bedenken, dass einer der Befehlswerte für die gesteuerte Variable, wie sie durch die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 und die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 hergeleitet werden, außerhalb des zugehörigen zulässigen Betriebsbereichs liegt. Um derartige Bedenken zu mindern, arbeitet das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel, um den Befehlswert, der durch die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 erzeugt wird und außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, auf die obere oder untere Grenze des zulässigen Betriebsbereichs durch die Steuerungsvariablekorrektureinrichtung 60 zu begrenzen. Dies verbessert die Systemsteuerbarkeit, um die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gleichzeitig an die erforderlichen Werte heranzubringen. Das Kraftmaschinensteuerungssystem fährt damit fort, die Befehlswerte für die gesteuerten Variablen auf der Grundlage der Ist-Werte oder der berechneten Werte der Verbrennungsparameter zu korrigieren, bis die Verbrennungsparameterabweichungen sich auf Null (0) verkleinern. Folglich arbeitet, auch wenn eine oder einige der gesteuerten Variablen auf den zugehörigen zulässigen Betriebsbereich begrenzt wird/werden, das Kraftmaschinensteuerungssystem, um die anderen gesteuerten Variablen gleichzeitig in der koordinierten Art und Weise zu regulieren, um die Ist-Werte der Verbrennungsparameter an die zugehörigen Sollwerte heranzubringen, wodurch die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gleichzeitig nahe an die zugehörigen erforderlichen Werte eingestellt werden.
2) Wenn eine der Betätigungseinrichtungen 11 darin versagt hat, richtig zu arbeiten, so dass es unmöglich wird, eine entsprechende der gesteuerten Variablen zu ändern, steuert das Kraftmaschinensteuerungssystem die Ist-Werte oder berechneten Werte der Verbrennungsparameter in der Regelungsbetriebsart bzw. Rückführungsbetriebsart, so dass damit fortgesetzt wird, die Befehlswerte für die gesteuerten Variablen zu korrigieren, bis die Verbrennungsparameterabweichungen Null (0) werden. Dies verursacht, dass die anderen gesteuerten Variablen für die Betätigungseinrichtungen 11, die richtig arbeiten, in der koordinierten Art und Weise eingestellt werden, um die Ist-Werte der Verbrennungsparameter in Übereinstimmung mit den Sollwerten zu bringen, wodurch die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte jeweils an die erforderlichen Werte herangebracht werden.
3) Der arithmetische Verbrennungsparameterausdruck 22 ist ausgelegt, die Wechselbeziehungen zwischen den unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern zu definieren, wodurch herausgefunden wird, wie die Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 zu steuern sind, um die erforderlichen kraftmaschinenausgabebezogenen Werte zu erreichen. Spezifisch arbeitet das Kraftmaschinensteuerungssystem, um eine Kombination von Sollwerten der Verbrennungsparameter durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 zu bestimmen, um die Abweichungen von Ist-Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von zugehörigen erforderlichen Werten zu minimieren und die erforderlichen kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in Anbetracht der Tatsache zu verwirklichen, dass die unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern sich wechselseitig mit einem der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte stören. Dies hat eine Verbesserung zur Folge, dass die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gleichzeitig näher an die erforderlichen Werte gebracht werden.
4) Der arithmetische Steuerungsvariableausdruck 32 ist ausgelegt, die Wechselbeziehung zwischen den unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern und den unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen zu definieren, wodurch herausgefunden wird, wie die Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 gesteuert werden, um gewünschte Ausgabebedingungen der Kraftmaschine 10 zu erreichen. Spezifisch arbeitet das Kraftmaschinensteuerungssystem, um eine Kombination der gesteuerten Variablen durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 zu bestimmen, um die Abweichungen von Ist-Werten der Verbrennungsparameter von zugehörigen Sollwerten zu minimieren, wodurch die Verschlechterung der Kraftmaschinensteuerbarkeit, die aus der wechselseitigen Interferenz der unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen mit einem der Verbrennungsparameter entsteht, vermieden wird. Dies hat eine Verbesserung zur Folge, dass die Verbrennungsparameter gleichzeitig näher an die Sollwerte herangebracht werden.
5) Das Kraftmaschinensteuerungssystem weist, wie es vorstehend beschrieben ist, den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 und den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 für eine Verwendung bei einer Auswahl einer Kombination von Sollwerten der Verbrennungsparameter, die zum Erreichen von erforderlichen Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werten erforderlich sind, und einer Kombination von Befehlswerten für die gesteuerten Variablen, die zum Erreichen von Sollwerten der Verbrennungsparameter erforderlich sind, auf, wodurch die jeweiligen Anwendbarkeitstests zum Finden von optimalen Werten derartiger Kombinationen beseitigt werden, was eine Verringerung einer Belastung der Anwendbarkeitstestarbeit und der Abbildungsherstellungsarbeit bei dem Steuerungssystemhersteller zur Folge hat und ebenso erlaubt, dass die Kapazität des Speichers, die zum Speichern der Abbildungen bzw. Kennfelder in der ECU 10a erforderlich ist, verkleinert wird. Insbesondere hat die Erfassung optimaler Werte der vorstehend genannten Kombinationen jeder der Umgebungsbedingungen durch die Anwendbarkeitstests üblicherweise eine große Zunahme der Anzahl der Anwendbarkeitstests zur Folge. Das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel verbessert jedoch die Robustheit gegenüber einer Änderung in einer Umgebungsbedingung, wie es bereits in den 5(a) bis 5(d) diskutiert ist, durch die Regelung bzw. Rückführungssteuerung, wie es nachstehend in 4) und 5) beschrieben ist, wobei somit das Erfordernis zur Vorbereitung des arithmetischen Verbrennungsparameterausdrucks 22 und des arithmetischen Steuerungsvariableausdrucks 32 für jede der Umgebungsbedingungen beseitigt wird, was ebenso die Belastung der Steuerungssystemhersteller verringert.
6) Das Kraftmaschinensteuerungssystem stellt die gesteuerten Variablen der Betätigungseinrichtungen 11 gleichzeitig in der koordinierten Art und Weise ein, so dass Ist-Werte oder berechnete Werte der Steuerungsparameter in Übereinstimmung mit zugehörigen Sollwerten in den Rückführungsbetriebsarten bzw. Regelungsbetriebsarten gebracht werden, wodurch Abweichungen der unterschiedlichen Typen von Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10 von Sollbedingungen minimiert werden, die aus einer Änderung in einer Umgebungsbedingung, wie beispielsweise der Temperatur eines Kühlwassers für die Kraftmaschine 10, entstehen. Dies verbessert die Robustheit der Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 gegenüber der Änderung in einer Umgebungsbedingung bei einer Steuerung der Verbrennungsbedingungen der Kraftmaschine 10.
7) Das Kraftmaschinensteuerungssystem stellt die Sollwerte der unterschiedlichen Typen von Verbrennungsparametern gleichzeitig in der koordinierten Art und Weise ein, so dass Ist-Werte oder berechnete Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in Übereinstimmung mit zugehörigen erforderlichen Werten in den Rückführungsbetriebsarten bzw. Regelungsbetriebsarten gebracht werden, wodurch Abweichungen der unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten von den Sollwerten minimiert werden, die aus einer Änderung in einer Umgebungsbedingung, wie beispielsweise der Temperatur eines Kühlwassers für die Kraftmaschine 10, entstehen. Dies verbessert die Robustheit der Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 gegenüber der Änderung in einer Umgebungsbedingung bei einer Berechnung der Sollwerte der Verbrennungsparameter, die zum Erfüllen der erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte benötigt werden.
8) Die Verbesserung der Robustheit gegenüber einer Änderung in einer Umgebungsbedingung beseitigt das Erfordernis, die Umgebungsbedingung, wie sie beispielsweise durch einen Kühlmitteltemperatursensor gemessen wird, in einer Steuerung der Kraftmaschine 10 zu reflektieren. Dies ermöglicht, dass ein Umgebungsbedingungssensor oder mehrere Umgebungsbedingungssensoren weggelassen werden.
9) Üblicherweise ist es sehr kompliziert, die Wechselbeziehungen zwischen den unterschiedlichen Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den unterschiedlichen Typen von gesteuerten Variablen der Betätigungseinrichtungen 11 direkt zu definieren. Anders ausgedrückt ist es sehr schwierig, die Regressionsgeraden 32aM, wie sie in 3(a) veranschaulicht sind, experimentell zu finden. Es ist jedoch relativ einfach, die Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den Verbrennungsparametern sowie zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Variablen der Betätigungseinrichtungen 11 zu erhalten. In Anbetracht dieser Tatsache verwendet das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 und den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32, um die Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den gesteuerten Variablen durch die Verbrennungsparameter als Zwischenparameter zu definieren, wodurch die Einfachheit einer Erfassung von Daten über die Regressionsgeraden 22aM und 32aM, die bei einer Bildung des arithmetischen Verbrennungsparameterausdrucks 22 und des arithmetischen Steuerungsvariableausdrucks 32 verwendet werden, unterstützt wird.
10) Das Kraftmaschinensteuerungssystem arbeitet, um die Ist-Werte oder berechneten Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in der Regelungsbetriebsart oder Rückführungsbetriebsart zu steuern, in der die Verbrennungsparameter als die Zwischenparameter eingesetzt werden, und ebenso, um Ist-Werte oder berechnete Werte der Zwischenparameter (d. h. die Verbrennungsparameter) in der Regelungsbetriebsart bzw. Rückführungsbetriebsart zu steuern, wobei somit eine verbesserte Robustheit gegenüber einer Änderung in einer Umgebungsbedingung bei einer Steuerung der Kraftmaschine 10 durch die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 und die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 die Folge ist.

6 veranschaulicht ein Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ausgelegt, die Referenzbefehlswerte bzw. Bezugsbefehlswerte unabhängig von der Steuerungsaufgabe in 2 zu berechnen und die Lösungen, die durch Substituieren der Verbrennungsparameterabweichungen in dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 hergeleitet werden, als Größen bzw. Beträge zu bestimmen, um die die Referenzbefehlswerte zu korrigieren sind. Im Gegensatz dazu bestimmt das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in 6 die Lösungen, die durch Substituieren der Sollwerte der Verbrennungsparameter in dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 hergeleitet werden, als die Referenzbefehlswerte und berechnet ebenso Größen bzw. Beträge, um die die Referenzbefehlswerte zu korrigieren sind, in der Rückführungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart auf der Grundlage der Verbrennungsparameterabweichungen in einer Rückführungssteuerungseinrichtung bzw. Regelungseinrichtung 33. Das Kraftmaschinensteuerungssystem verwendet die Referenzbefehlswerte, wie sie durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 hergeleitet werden, und die Größen der Korrektur, wie sie durch die Regelungseinrichtung 33 hergeleitet werden, um die Befehlswerte zu erzeugen, die direkt zu den Betätigungseinrichtungen 11 über eine Befehlswertberechnungseinrichtung 34 auszugeben sind.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel berechnet die Referenzsollwerte der Verbrennungsparameter unabhängig von der Steuerungsaufgabe in 2 und bestimmt die Lösungen, die durch Substituieren der Kraftmaschinenausgabeabweichungen in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 hergeleitet werden, als Größen bzw. Beträge, um die die Referenzsollwerte in der Rückführungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart zu korrigieren sind. Im Gegensatz dazu bestimmt das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Lösungen, die durch Substituieren der erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 hergeleitet werden, als die Referenzsollwerte und berechnet Größen bzw. Beträge, um die die Referenzsollwerte in der Regelungsbetriebsart bzw. Rückführungsbetriebsart zu korrigieren sind, auf der Grundlage der Kraftmaschinenausgabeabweichungen in der Regelungseinrichtung 23. Das Kraftmaschinensteuerungssystem verwendet die Referenzsollwerte, wie sie durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 hergeleitet werden, und die Größen einer Korrektur, wie sie durch die Regelungseinrichtung 23 hergeleitet werden, um in einer Sollwertberechnungseinrichtung 24 die Sollwerte der Verbrennungsparameter zu erzeugen, die direkt zu dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 und der Regelungseinrichtung 33 auszugeben sind.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dient zur Steuerung der Verbrennungsparameter sowie der Ist-Werte oder berechneten Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in der gleichen koordinierten Regelungsbetriebsart bzw. Rückführungsbetriebsart wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis hiervon zu erleichtern, ist zu beachten, dass die Erfindung in verschiedenerlei Weise zum Ausdruck gebracht werden kann, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Folglich sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle zu den gezeigten Ausführungsbeispielen möglichen Ausführungsbeispiele und Modifikationen umfasst, die zum Ausdruck gebracht werden können, ohne das Prinzip der Erfindung, wie es in den beigefügten Patentansprüchen angegeben ist, zu verlassen.
Beispielsweise kann das Kraftmaschinensteuerungssystem ausgelegt sein, die Betätigungseinrichtungen 11 in einer Art und Weise zu steuern, in der einige der Merkmale der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele kombiniert sind.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem jedes des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels steuert die Ist-Werte oder berechneten Werte der Verbrennungsparameter und die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte in der Rückführungsbetriebsart bzw. Regelungsbetriebsart, wobei es jedoch alternativ hierzu ausgelegt sein kann, zumindest einen der Erstgenannten und der Letztgenannten in einer Offenen-Regelkreis-Betriebsart zu steuern. Beispielsweise werden die Regelungseinrichtung 23, die Sollwertberechnungseinrichtung 24 und die Kraftmaschinenausgabeabweichungsberechnungseinrichtung 40, wie sie in 6 veranschaulicht sind, weggelassen. Das Kraftmaschinensteuerungssystem gibt die Referenzsollwerte, wie sie durch den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 hergeleitet werden, direkt zu der Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 aus. Alternativ hierzu werden die Regelungseinrichtung 33, die Befehlswertberechnungseinrichtung 34 und die Verbrennungsparameterabweichungsberechnungseinrichtung 50 weggelassen. Das Kraftmaschinensteuerungssystem gibt die Referenzbefehlswerte, wie sie durch den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 hergeleitet werden, direkt zu den Betätigungseinrichtungen 11 aus.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem in jedem der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele kann aufgebaut sein, einen des arithmetischen Verbrennungsparameterausdrucks 22 und des arithmetischen Steuerungsvariableausdrucks 32 mit der nachstehend beschriebenen Abbildung zu ersetzen. Eine Abbildung, in der optimale Werte der Verbrennungsparameter für jeden der erforderlichen Werte der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte gespeichert sind, kann mit dem arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck 22 ersetzt werden. Eine Abbildung, in der optimale Werte der gesteuerten Variablen für jeden der Sollwerte der Verbrennungsparameter gespeichert sind, kann alternativ hierzu mit dem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck 32 ersetzt werden.
Das Kraftmaschinensteuerungssystem kann mit einem Sensor ausgestattet sein, der eine Umgebungsbedingung, wie beispielsweise die Temperatur eines Kühlwassers oder eines Kühlmittels für die Kraftmaschine 10, misst, um die Sollwerte der Verbrennungsparameter, wie sie durch die Verbrennungsparameterberechnungseinrichtung 20 berechnet werden, und/oder die Befehlswerte der gesteuerten Variablen, wie sie durch die Verbrennungsparametersteuerungseinrichtung 30 berechnet werden, auf der Grundlage der gemessenen Umgebungsbedingung zu korrigieren.
Es wird ein Kraftmaschinensteuerungsgerät bereitgestellt, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Das Kraftmaschinensteuerungsgerät ist mit einem arithmetischen Steuerungsvariableausdruck ausgestattet, der Wechselbeziehungen zwischen einer Vielzahl von Verbrennungsparametern und einer Vielzahl von gesteuerten Variablen von Betätigungseinrichtungen zur Steuerung eines Betriebs der Kraftmaschine definiert, um eine Kombination von Befehlswerten zu berechnen, die zu den Betätigungseinrichtungen zum Regulieren der gesteuerten Variablen auszugeben sind, die zum Erreichen von Sollwerten der Verbrennungsparameter benötigt werden. Wenn einer der Befehlswerte außerhalb eines zulässigen Betriebsbereichs einer entsprechenden der Betätigungseinrichtungen erzeugt wird, korrigiert oder begrenzt das Kraftmaschinensteuerungsgerät den einen der Befehlswerte auf eine obere oder eine untere Grenze des zulässigen Betriebsbereichs, wodurch die Stabilität bei einem Heranbringen von Kraftmaschinenausgabeeigenschaften an gewünschte Werte sichergestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-251864 [0001]
JP 2008-223643 [0007, 0097]
JP 2007-77935 [0007, 0097]

Claims

Kraftmaschinensteuerungsgerät mit: einer Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung, die Sollwerte einer Vielzahl von Typen von Verbrennungsparametern, die mit Verbrennungsbedingungen einer Brennkraftmaschine verbunden sind, auf der Grundlage einer Vielzahl von Typen von kraftmaschinenausgabebezogenen Werten, die Ausgabeeigenschaften der Brennkraftmaschine darstellen, berechnet, einer Speichervorrichtung, die in sich einen arithmetischen Steuerungsvariableausdruck speichert, der Wechselbeziehungen zwischen den Verbrennungsparametern und einer Vielzahl von gesteuerten Variablen von Betätigungseinrichtungen speichert, die arbeiten, um die Verbrennungsbedingungen der Brennkraftmaschine zu steuern, einer Steuerungsvariablebefehlswertberechnungseinrichtung, die den arithmetischen Steuerungsvariableausdruck verwendet, um eine Kombination von Befehlswerten zu berechnen, die den Sollwerten der Verbrennungsparameter entsprechen, wie sie durch die Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung hergeleitet werden, wobei die Befehlswerte bereitgestellt sind, um gesteuerte Variable der Betätigungseinrichtungen einzustellen, um gewünschte Werte der Ausgabeeigenschaften der Brennkraftmaschine zu erreichen, einer Verbrennungsparameterrückführungsschaltung, die arbeitet, um Abweichungen von Ist-Werten oder berechneten Werten der Verbrennungsparameter von den zugehörigen Sollwerten für eine Verwendung in einer Berechnung der Befehlswerte in der Steuerungsvariablebefehlswertberechnungseinrichtung in einer Rückführungsbetriebsart zu bestimmen, und eine Steuerungsvariablekorrektureinrichtung, die arbeitet, um zumindest einen der Befehlswerte, wie sie durch die Steuerungsvariablebefehlswertberechnungseinrichtung hergeleitet werden, der außerhalb eines vorgegebenen zulässigen Betriebsbereichs einer entsprechenden der Betätigungseinrichtungen liegt, auf eine einer oberen und einer unteren Grenze des zulässigen Betriebsbereichs zu korrigieren.
Kraftmaschinensteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Speichervorrichtung in sich ebenso einen arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck speichert, der Wechselbeziehungen zwischen den kraftmaschinenausgabebezogenen Werten und den Verbrennungsparametern definiert, wobei die Verbrennungssollwertberechnungseinrichtung den arithmetischen Verbrennungsparameterausdruck verwendet, um eine Kombination der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu berechnen, die erforderlichen Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte entsprechen.
Kraftmaschinensteuerungsgerät nach Anspruch 2, ferner mit einer Kraftmaschinenausgaberegelungsschaltung, die Abweichungen von Ist-Werten oder berechneten Werten der kraftmaschinenausgabebezogenen Werte von den zugehörigen erforderlichen Werten zu einer Berechnung der Sollwerte der Verbrennungsparameter zurückführt.
Kraftmaschinensteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die kraftmaschinenausgabebezogenen Werte zumindest zwei aus einer physikalischen Größe, die mit einer Abgasemission aus der Brennkraftmaschine verbunden ist, einer physikalischen Größe, die mit einem Ausgabedrehmoment der Brennkraftmaschine verbunden ist, einer physikalischen Größe, die mit einem Kraftstoffverbrauch verbunden ist, und einer physikalischen Größe, die mit einem Verbrennungsgeräusch der Brennkraftmaschine verbunden ist, darstellt.