DE102012203855A1

DE102012203855A1 - Maschinensteuerungssystem mit Algorithmus für Stellgliedsteuerung

Info

Publication number: DE102012203855A1
Application number: DE102012203855A
Authority: DE
Inventors: Sumitaka Ikeda; Koji Ishizuka; Kazuhiro Higuchi; Yuuki NAKATSUJI
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP5257479B2; US8781712B2; US20120239270A1; JP2012189054A; CN102678361B; CN102678361A; DE102012203855B4

Abstract

Eine Maschinensteuerungsvorrichtung arbeitet derart, um einen Sollwert von jedem von Leistungsparametern, die mit verschiedenen Arten von Leistungen einer Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu bestimmen, Sollwerte von Verbrennungsparametern, die mit Verbrennungszuständen von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf den Sollwerten der Leistungsparameter unter Verwendung von ersten Korrelationsdaten, die Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern definieren, zu bestimmen, und Anweisungswerte der gesteuerten Parameter für Stellglieder als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu berechnen. Wenn Ist-werte der Leistungsparameter mit den Sollwerten in Übereinstimmung sind, ändert oder korrigiert das System den Sollwert eines Ausgewählten der Leistungsparameter, um die Ebene einer Entsprechenden der Leistungen der Maschine basierend auf den anderen Leistungsparametern zu verbessern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTES DOKUMENT
Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-55646 , eingereicht am 14. März 2011, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist.
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Maschinensteuerungssystem, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, und entworfen ist, um einen Algorithmus zu verwenden, um Operationen von Stellgliedern, wie etwa einem Kraftstoffinjektor und einem EGR-(Abgasrückführungs-)Ventil zu steuern, um einen Verbrennungszustand von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine zu regulieren und ebenso die Leistung der Maschine zu steuern.
2. Stand der Technik
Es sind Maschinensteuerungssysteme bekannt, die gesteuerte Variablen oder Parameter, wie etwa die Menge an Kraftstoff, die in eine Maschine einzuspritzen ist (welche ebenso als Einspritzmenge bezeichnet wird), den Zündzeitpunkt, der Betrag eines Teils eines Abgases, die zu dem Einlass der Maschine zurückzuführen ist (welche nachstehend ebenso als EGR-Betrag bezeichnet wird), den Ladedruck, die Menge an Einlassluft, den Zündzeitpunkt und einen Öffnungs-/Schließzeitpunkt von Einlass- und Auslassventilen, um die gewünschte Maschinenleistung zu erzielen, bestimmen. Als Parameter bezüglich der Maschinenleistung (welche nachstehend ebenso als Leistungsparameter bezeichnet werden), gibt es die Menge an Abgasemissionen, zum Beispiel NOx oder CO, das durch die Maschine ausgegebene Drehmoment und den spezifischen Kraftstoffverbrauch (oder Kraftstoffeffizienz).
Die meisten der Maschinensteuerungssysteme sind mit Steuerungsübersichten ausgestattet, die optimale Werte der gesteuerten Parameter speichern, wie etwa die Menge an Kraftstoff, die in die Maschine einzuspritzen ist, usw., um die gewünschte Maschinenleistung zu erreichen. Die Steuerungsübersichten werden üblicherweise durch Anpassungstests, die durch einen Maschinenhersteller durchgeführt werden, angefertigt. Die Maschinensteuerungssysteme arbeiten zum Berechnen eines Sollwerts (welcher ebenso als eine Anweisung bezeichnet wird) von jedem der gesteuerten Parameter, der erforderlich ist, um die gewünschte Maschinenleistung zu erfüllen, unter Verwendung einer entsprechenden der Steuerungsübersichten, und zum Ausgeben der Anweisung an ein entsprechendes Stellglied, um den Wert des Leistungsparameters mit seinem Sollwert in Übereinstimmung zu bringen.
Wenn die Anweisungen der gesteuerten Parameter unabhängig voneinander erstellt werden, kann dies eine Störung zwischen den verschiedenen Arten von gesteuerten Parametern ergeben, in der Art, dass wenn einer der Leistungsparameter seinen Sollwert erreicht, ein anderer Leistungsparameter von seinem Sollwert abweicht, wobei wenn ein anderer Leistungsparameter zu seinem Sollwert gebracht wird, der vorstehend erwähnte der Leistungsparameter von seinem Sollwert abweicht. Es ist deshalb sehr schwierig, die unterschiedlichen Arten von Leistungsparametern gleichzeitig mit Sollwerten in Übereinstimmung zu bringen.
Die Erstveröffentlichung des japanischen Patents Nr. 2008-223643 lehrt ein Maschinensteuerungssystem, das einen Sollwert von jedem Verbrennungsparameter (zum Beispiel einen Solldruck in einem Zylinder der Maschine) basierend auf Betriebsbedingungen der Maschine berechnet und einen Istwert des Verbrennungsparameters, der durch einen Sensor gemessen wird, mit dem Sollwert in einer Regelungsbetriebsart in Übereinstimmung bringt. Die Erstveröffentlichung des japanischen Patents Nr. 2007-77935 lehrt eine Regelungsbetriebsart unter Verwendung eines vorhergesagten Werts, der durch ein Simulationsmodell berechnet wird.
Die vorstehenden Systeme des Standes der Technik sind entworfen, um einen Sollwert von jedem der Verbrennungsparameter als Funktionen der entsprechenden Leistungsparameter, wie etwa der Menge an Abgasemissionen, dem durch die Maschine ausgegebenen Drehmoment und dem spezifischen Kraftstoffverbrauch, zu bestimmen. Wenn ein Istwert von einem der Leistungsparameter mit dem Sollwert in der Regelungsbetriebsart in Übereinstimmung gebracht wird, wird deshalb ein entsprechender der Leistungsparameter auf seinen Sollwert eingestellt, jedoch ergibt dies eine Abweichung eines anderen der Leistungsparameter von dem Sollwert von diesem. Es ist somit schwierig, die verschiedenen Arten von Leistungsparametern gleichzeitig mit Sollwerten in Übereinstimmung zu bringen.
KURZFASSUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Maschinensteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die konstruiert ist, um eine Verschlechterung einer Leistung einer Maschine zu minimieren, die sich aus der interaktiven Interferenz zwischen Leistungsparametern ergibt, um gewünschte Operationsbedingungen der Maschine zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels ist eine Maschinensteuerungsvorrichtung bereitgestellt, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Die Maschinensteuerungsvorrichtung umfasst: (a) eine Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung, die einen Sollwert von jedem einer Vielzahl von Leistungsparametern, die mit unterschiedlichen Arten von Leistungen einer Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bestimmt; (b) eine Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung, die Sollwerte einer Vielzahl von Verbrennungsparametern, die mit Verbrennungszuständen von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf den Sollwerten der Leistungsparameter unter Verwendung von ersten Korrelationsdaten, die Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern darstellen, bestimmt; und (c) einen Steuerungsanweisungsberechner, der Anweisungswerte als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter, die durch die Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung bestimmt werden, berechnet, wobei die Anweisungswerte an Stellglieder bereitgestellt werden, die zum Steuern der Verbrennungszustände des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine zum Erreichen von gewünschten Ebenen der Leistungen der Brennkraftmaschine dienen, wobei die Anweisungswerte gesteuerte Parameter darstellen, die mit Operationen der Stellglieder verknüpft sind. Wenn Istwerte der Leistungsparameter mit den Sollwerten in Übereinstimmung sind, die durch die Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung bestimmt werden, dient die Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung als eine Solloperationsschaltung, die zumindest einen der Leistungsparameter als ein zu korrigierendes Soll bzw. Ziel auswählt und den Sollwert des ausgewählten der Leistungsparameter korrigiert, um die Ebene einer entsprechenden der Leistungen der Maschine basierend auf Nicht-Sollwerten bzw. Nicht-Zielen, die andere der Leistungsparameter sind, zu verbessern.
Die ersten Korrelationsdaten definieren die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten der Leistungsparameter, wie etwa der Menge an NOx, der Menge an PM (Partikelstoffe), dem Ausgabedrehmoment der Maschine und einem Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine, und den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern, wie etwa dem Zündzeitpunkt, dem Zündrückstand und der Wärmefreisetzungsrate, aber definiert keine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen jedem der Leistungsparameter und einem der Verbrennungsparameter. Zum Beispiel definieren die ersten Korrelationsdaten nicht nur eine Relation zwischen dem Kraftstoffverbrauch und der Wärmefreisetzungsrate, sondern definiert gleichzeitig Kombinationen der Verbrennungsparameter, wie etwa des Zündzeitpunkts, des Zündrückstands und der Wärmfreisetzungsrate, die zum Erreichen von entsprechenden Sollwerten von allen Leistungsparametern, wie etwa der Menge an NOx, der Menge an PM und dem Kraftstoffverbrauch erforderlich sind.
Im Gegensatz zum System des Standes der Technik, das Sollwerte der Verbrennungsparameter, die jeweils einem der Leistungsparameter entsprechen, separat berechnet, dient die Maschinensteuerungsvorrichtung deshalb dazu, die gegenseitige Interferenz zwischen den verschiedenen Arten von Leistungsparametern, die üblicherweise zu der Verschlechterung einer Steuerbarkeit der Maschinensteuerungsvorrichtung beitragen, zu vermeiden. Mit anderen Worten resultiert die Verwendung der ersten Korrelationsdaten in einer verbesserten Steuerbarkeit beim gleichzeitigen in Übereinstimmung Bringen der Werte der Vielzahl von Leistungsparametern mit Sollwerten. Die ersten Korrelationsdaten können durch einen arithmetischen Ausdruck ausgedrückt werden, der durch ein inverses Modell eines Maschinensystems definiert ist, in dem die Leistungsparameter und die Verbrennungsparameter Korrelationen zueinander aufweisen.
Wenn alle Leistungsparameter mit Sollwerten von diesen in Übereinstimmung sind, kann einer oder können manche von diesen ebenso angepasst oder auf bessere Werte korrigiert werden. Wenn zum Beispiel die Menge an NOx und der Kraftstoffverbrauch beide derart gesteuert werden, dass sie entsprechend mit einem Sollwert A und einem Sollwert B übereinstimmen, kann erlaubt werden, dass sich der Kraftstoffverbrauch weiterhin um eine Verringerung a ändert, während die Menge an NOx bei dem Sollwert A beibehalten wird. Die Maschinensteuerungsvorrichtung ist entworfen, um den Sollwert von irgendeinem der Leistungsparameter in solch einer Situation zu operieren bzw. zu verarbeiten oder zu ändern.
Speziell in dem Zustand, in dem Istwerte der Leistungsparameter gesteuert werden, um mit Sollwerten von diesen in Übereinstimmung zu kommen, die basierend auf den Operationsbedingungen der Maschine bestimmt sind, wählt die Maschinensteuerungsvorrichtung zumindest einen der Leistungsparameter als ein zu änderndes Soll aus und ändert den Sollwert des ausgewählten der Leistungsparameter, um die Ebene einer entsprechenden der Leistungen der Maschine basierend auf Informationen über die anderen Leistungsparameter zu verbessern. Die Verwendung der ersten Korrelationsdaten ermöglicht es der Maschinensteuerungsvorrichtung herauszufinden, wie sich die Verbrennungsparameter ändern werden, wenn der ausgewählte der Leistungsparameter geändert oder korrigiert wird, und ebenso herauszufinden, wie die anderen Leistungsparameter, die als Nicht-Sollwerte bzw. Nicht-Ziele ausgewählt werden, die nicht zu korrigieren sind, sich ändern, basierend auf den Änderungen der Verbrennungsparameter. Die Maschinensteuerungsvorrichtung ist deshalb betreibbar, um den ausgewählten der Leistungsparameter zu optimieren, während überwacht wird, wie sich die Leistungsparameter ändern werden. Die Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine (das heißt die Verbrennungsparameter) weisen vorgegebene Korrelationen zu den gesteuerten Parametern für die Stellglieder auf, womit der Maschinensteuerungsvorrichtung ermöglicht wird, die Änderungen in den Leistungsparametern zu wissen und dann die Operationen der Stellglieder zu steuern. Dies minimiert die Verschlechterung einer Steuerbarkeit der Maschinensteuerungsvorrichtung, die sich von der Interferenz zwischen den Leistungsparametern ergibt, und verbessert die Leistung der Maschine.
Die Leistungsparameter können zumindest zwei von physikalischen Größen umfassen, die mit Abgasemissionen (zum Beispiel die Menge an NOx, die Menge an PM (Partikelstoffe), die Menge an CO und die Menge an HC), dem von der Maschine ausgegebenen Drehmoment, der Drehzahl der Maschine, einem Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine (oder eine Fahrdistanz pro verbrauchtem Volumen an Kraftstoff oder verbrauchtes Volumen pro Laufzeit der Maschine), und dem Verbrennungsgeräusch, das von der Maschine abgegeben wird (oder Maschinenvibrations- oder Verbrennungs- oder Abgasgeräusch), assoziiert sind, umfassen. Manche solcher Arten von Leistungsparametern werden untereinander interferieren. Wenn zum Beispiel das von der Maschine ausgegebene Drehmoment steigt, ergibt dies eine Verringerung des Verbrauchs an Kraftstoff in der Maschine. Die Maschinensteuerungsvorrichtung ist entworfen, um darauf abzuzielen, solche Parameterinterferenz zu vermeiden.
In der bevorzugten Betriebsart des Ausführungsbeispiels kann die Sollbetriebsschaltung Änderungen in den anderen der Leistungsparametern, die als Nicht-Ziele ausgewählt sind, von denen vorhergesagt wird, dass sie durch Änderungen des Sollwerts des einen der Leistungsparameter, der als das Soll ausgewählt wird, entstehen, berechnen, oder den Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter basierend auf den berechneten Änderungen korrigieren oder ändern. Speziell das Korrigieren des Ausgewählten der Leistungsparameter wird Änderungen der anderen Leistungsparameter ergeben. Vorzugsweise wird der Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter geändert, um die Werte der anderen Leistungsparameter vor übermäßigen Änderungen über die Sollwerte zu bewahren.
Die Sollbetriebsschaltung kann dazu dienen, erlaubbare variable Bereichen, in welchen erlaubt ist, dass sich Istwerte der Verbrennungsparameter ändern, zu berechnen, Änderungen in den Leistungsparametern entsprechend den erlaubbaren variablen Bereichen der Verbrennungsparameter unter Verwendung der ersten Korrelationsdaten zu berechnen, und Änderung in dem Ausgewählten der Leistungsparameter als eine manipulative Variable, durch die der Sollwert des ausgewählten der Leistungsparameter zu korrigieren ist, zu bestimmen, wenn die Änderungen in den anderen Leistungsparametern in den erlaubbaren Bereichen liegen. Die ersten Korrelationsdaten können in einem arithmetischen Ausdruck ausgedrückt werden, der durch ein Vorwärtsmodell eines Maschinensystems definiert ist, in dem die Leistungsparameter und die Verbrennungsparameter Korrelationen zueinander aufweisen.
Die Verwendung der ersten Korrelationsdaten erleichtert ein Herausfinden der Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern, was eine Einfachheit der Berechnung der Änderungen der Vielzahl von Leistungsparametern ergibt, die den variablen Bereichen der Verbrennungsparametern entsprechen. Die Änderungen der Leistungsparameter können voneinander verschieden sein. Die Änderung des Ausgewählten der Leistungsparameter ist jedoch auf den Betrag eingestellt, um den der Sollwert der Ausgewählten der Leistungsparameter erlaubt ist, sich zu ändern, oder korrigiert zu werden, nur wenn die Änderungen der anderen Leistungsparameter innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen, womit die Stabilität beim in Übereinstimmung Bringen der Istwerte der anderen Leistungsparametern mit den Sollwerten sichergestellt wird, auch wenn der Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter korrigiert wird.
Die Solloperationsschaltung kann die manipulative Variable als eine maximale manipulative Variable bestimmen und den Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter schrittweise innerhalb der maximalen manipulativen Variablen korrigieren.
Speziell wird die Änderung des Ausgewählten der Leistungsparameter, der unter Verwendung der ersten Korrelationsdaten und der erlaubbaren variablen Bereiche der Verbrennungsparameter berechnet wird, als ein maximaler möglicher Betrag bestimmt, um den der Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter erlaubt ist, korrigiert zu werden, in dem Zustand, in dem die Änderungen der anderen Leistungsparameter innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen. Die Maschinensteuerungsvorrichtung korrigiert den Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter graduell oder schrittweise innerhalb des maximalen möglichen Betrags, womit die Stabilität beim Korrigieren des Sollwerts sichergestellt wird, während die Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine davor bewahrt werden, sich unerwünscht zu ändern.
Die Solloperationsschaltung kann bestimmen, ob eine Änderung in zumindest einem der Verbrennungsparameter, die sich aus einer Korrektur des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter ergibt, größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn bestimmt ist, dass die Änderung des zumindest einen der Verbrennungsparameter größer als der vorgegebene Wert ist, stoppt die Solloperationsschaltung ein Korrigieren des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter.
Das Ändern von einem der Leistungsparameter wird Änderungen der Vielzahl von Verbrennungsparametern ergeben. Die Änderungen der Verbrennungsparameter stellen Änderungen der Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine dar. Die Maschinensteuerungsvorrichtung ist somit betreibbar, um die Korrektur des Ausgewählten der Leistungsparameter zu steuern, während die Änderungen der Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine überwacht werden.
Die Solloperationsschaltung kann alternativ bestimmen, ob Änderungen in ausgewählten manchen oder allen der Verbrennungsparameter, von denen vorhergesagt wird, dass sie von der Korrektur des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter entstehen, kleiner oder gleich vorgegebenen entsprechenden Werten sind oder nicht, oder ob die größte der Änderungen in allen Verbrennungsparametern kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist oder nicht.
Die Solloperationsschaltung kann alternativ entworfen sein, um Änderungen der Verbrennungsparameter zu berechnen, die aus einer Korrektur des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter entstehen, und um zu bestimmen, ob eine der Änderungen in den Verbrennungsparametern, die die stärkste Korrelation zu dem Ausgewählten der Leistungsparameter aufweist, größer als ein vorgegebener Wert ist oder nicht. Wenn bestimmt ist, dass die Änderung in dem einen der Verbrennungsparameter größer als der vorgegebene Wert ist, kann die Solloperationsschaltung ein Betreiben oder Korrigieren des Sollwerts eines Ausgewählten der Leistungsparameter stoppen.
Speziell unterscheiden sich die Korrelationen der Leistungsparameter von den Verbrennungsparametern untereinander bezüglich ihrer Stärke. Die Korrelationen des Ausgewählten der Leistungsparameter zu den Verbrennungsparametern unterscheiden sich ebenso voneinander bezüglich der Stärke. Die Bestimmung, ob der Ausgewählte der Leistungsparameter zu ändern ist oder nicht, kann durch Überwachen der Änderungen der Verbrennungsparameter hinsichtlich der Unterschiede bezüglich der Stärke der Korrelationen korrekt vorgenommen werden.
Speziell überwacht die Maschinensteuerungsvorrichtung eine Änderung in einem der Verbrennungsparameter, der die stärkste Korrelation zu dem Ausgewählten der Leistungsparameter aufweist, womit die Korrektur des Sollwerts des Ausgewählten der Verbrennungsparameter mit hoher Empfindlichkeit zu der Änderung des Einen der Verbrennungsparameter gesteuert wird.
Die Solloperationsschaltung kann ebenso dazu dienen, erlaubbare variable Bereiche zu berechnen, in denen erlaubt ist, dass sich Istwerte der gesteuerten Parameter ändern. Die Solloperationsschaltung kann die erlaubbaren variablen Bereiche der Verbrennungsparameter, die den erlaubbaren variablen Bereichen der gesteuerten Parameter entsprechen, unter Verwendung von zweiten Korrelationsdaten bestimmen, die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definieren. Die zweiten Korrelationsdaten können in einem arithmetischen Ausdruck ausgedrückt werden, der durch ein Vorwärtsmodell eines Maschinensystems definiert ist, in dem die Verbrennungsparameter und die gesteuerten Parameter Korrelationen zueinander aufweisen.
Die Verwendung der zweiten Korrelationsdaten, die die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definieren, fördert eine Leichtigkeit des Berechnens der erlaubbaren variablen Bereiche der Verbrennungsparameter als eine Funktion der erlaubbaren variablen Bereiche der gesteuerten Parameter. Die erlaubbaren variablen Bereiche der Verbrennungsparameter können gleichzeitig hergeleitet werden, was eine verbesserte Effizienz beim Bestimmen der erlaubbaren Bereiche der Verbrennungsparameter zum Korrigieren der Sollwerte der Leistungsparameter ergibt.
Die Solloperationsschaltung kann einen spezifischen Kraftstoffverbrauch in der Verbrennungsmaschine als den Ausgewählten der Leistungsparameter auswählen und ebenso Beträge an Abgasemissionen von der Brennkraftmaschine als die anderen Leistungsparameter, die als Nicht-Ziele ausgewählt werden, bestimmen. Die Solloperationsschaltung kann den Sollwert des spezifischen Kraftstoffverbrauchs basierend auf den Beträgen von Kraftstoffemissionen korrigieren. Dies optimiert den Verbrauch von Kraftstoff in der Maschine in Echtzeit ohne die Abgasemissionen, wie etwa NOx, CO und HC, zu verschlechtern.
Der Steuerungsanweisungsberechner kann zweite Korrelationsdaten verwenden, die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definieren, um die Anweisungswerte für die gesteuerten Parameter als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu bestimmen.
Die zweiten Korrelationsdaten definieren die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern, wie etwa dem Zündzeitpunkt, dem Zündrückstand und der Wärmefreisetzungsrate, und den gesteuerten Parametern, wie etwa der Menge an Kraftstoff, die in die Maschine einzuspritzen ist, dem EGR-Betrag und dem Ladedruck, aber definiert keine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen jedem der Verbrennungsparameter und einem der gesteuerten Parameter. Zum Beispiel definieren die zweiten Korrelationsdaten nicht nur eine Beziehung zwischen dem Zündzeitpunkt und der Menge an Kraftstoff, die einzuspritzen ist, sondern definieren gleichzeitig ebenso Kombinationen der gesteuerten Parameter, die zum Erreichen von entsprechenden Sollwerten von allen Verbrennungsparametern notwendig sind.
Im Gegensatz zu dem System des Standes der Technik, das die Anweisungswerte der gesteuerten Parameter, die jeweils einem der Verbrennungsparameter entsprechen, separat berechnet, dient die Maschinensteuerungsvorrichtung deshalb dazu, die gegenseitige Interferenz zwischen den verschiedenen Arten von gesteuerten Parametern, die üblicherweise zu der Verschlechterung einer Steuerbarkeit der Maschinensteuerungsvorrichtung beitragen, zu vermeiden. Mit anderen Worten ergibt die Verwendung der zweiten Korrelationsdaten eine verbesserte Steuerbarkeit, beim gleichzeitigen in Übereinstimmung Bringen von Werten der Vielzahl von Verbrennungsparametern mit Sollwerten. Die zweiten Korrelationsdaten können in einem arithmetischen Ausdruck ausgedrückt werden, der durch ein inverses Modell eines Maschinensystems definiert ist, in dem die Verbrennungsparameter und die gesteuerten Parameter Korrelationen zueinander aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend vorgenommen wird, und von den anhängigen Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung vollständiger verstanden, welche jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern nur dem Zwecke der Erklärung und des Verständnisses dienen.
In den Zeichnungen zeigen:
1(a) ein Blockdiagramm, das ein Maschinensteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
1(b) eine Darstellung, die eine Determinante darstellt, die als arithmetischer Ausdruck eines Verbrennungsparameters verwendet wird;
1(c) eine Darstellung, die eine Determinante darstellt, die als arithmetischer Ausdruck eines gesteuerten Parameters verwendet wird;
2 ein Ablaufdiagramm eines Stellgliedsteuerungsprogramms, das durch das Maschinensteuerungssystem von 1(a) auszuführen ist;
3(a) eine erklärende Ansicht, die Korrelationen darstellt, die durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters und den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters in 1(a) bis 1(c) definiert sind;
3(b) eine Darstellung, die die Korrelation veranschaulicht, die durch den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters von 3(a) definiert ist;
3(c) eine Darstellung, die die Korrelation veranschaulicht, die durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters von 3(a) definiert ist;
4 eine erklärende Ansicht, die Effekte eines Verbrennungsparameters auf Leistungsparameter darstellt;
5 ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Sollkraftstoffverbrauchssteuerung darstellt, die in dem Maschinensteuerungssystem von 1 installiert ist;
6(a) eine Darstellung, die eine Determinante darstellt, die als arithmetischer Ausdruck einer Korrelation verwendet wird, die in der Sollkraftstoffverbrauchssteuerung von 5 verwendet wird;
6(b) eine Darstellung, die eine Determinante darstellt, die als arithmetischer Ausdruck einer Korrelation verwendet wird, die in der Sollkraftstoffverbrauchssteuerung von 5 verwendet wird;
7 ein Ablaufdiagramm eines Sollkraftstoffverbrauchssteuerungsprogramms, das durch das Maschinensteuerungssystem von 1(a) auszuführen ist;
8 ein Ablaufdiagramm eines Sollkraftstoffverbrauchssteuerungsprogramms, das durch das Maschinensteuerungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels auszuführen ist; und
9 ein Blockdiagramm, das ein Maschinensteuerungssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere auf 1(a), ist ein Maschinensteuerungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, das entworfen ist, um eine Operation einer Brennkraftmaschine 10 für Kraftfahrzeuge zu steuern. Die folgende Diskussion wird als ein Beispiel auf eine Selbstzündungs-Dieselmaschine Bezug nehmen, in der Kraftstoff mit hohem Druck in vier Zylinder #1 bis #4 eingesprüht wird.
1(a) ist ein Blockdiagramm des Maschinensteuerungssystems, das durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 20 implementiert ist, das dazu arbeitet, Operationen einer Vielzahl von Stellgliedern 11 zu steuern, um Kraftstoffverbrennungszustände der Maschine 10 zu regulieren, um gewünschte Ausgabecharakteristika oder Leistung der Maschine 10 zu erzielen.
Die in einem Kraftstoffsystem installierten Stellglieder 11 sind zum Beispiel Kraftstoffinjektoren, die Kraftstoff in die Maschine 10 einsprühen, und eine Hochdruckpumpe, die den Druck des Kraftstoffs, der den Kraftstoffinjektoren zuzuführen ist, steuert. Die ECU 20 arbeitet zum Berechnen eines Anweisungswerts, der eine gesteuerte Sollvariable beziehungsweise einen Sollwert einer gesteuerten Variable darstellt, das heißt, eine Sollmenge an Kraftstoff, die einzusaugen ist und durch die Hochdruckpumpe auszustoßen ist und in der Form eines Anweisungssignals an die Hochdruckpumpe auszugeben ist, um den Druck von Kraftstoff, der in die Maschine 10 zu sprühen ist, zu steuern. Die ECU 20 bestimmt ebenso Anweisungswerte, die Sollwerte von gesteuerten Variablen darstellen, das heißt, eine Sollmenge von Kraftstoff, die von jedem der Kraftstoffinjektoren zu versprühen ist (das heißt eine Einspritzdauer), ein Solleinspritzzeitpunkt, an welchem jeder der Kraftstoffinjektoren damit beginnt, den Kraftstoff einzusprühen, und die Anzahl, wie oft die Kraftstoffinjektoren den Kraftstoff in jedem Maschinenoperationszyklus einsprühen sollen (das heißt einen Vierhubzyklus) inklusive Einlassen oder Einsaugen, Verdichtung, Verbrennung und Ausstoßen und gibt diese in der Form von Anweisungssignalen an die Kraftstoffinjektoren aus.
Die Stellglieder 11, die in einem Lufteinlasssystem installiert sind, sind zum Beispiel ein EGR-(Abgasrückführ-)Ventil, das Betrag eines Teils von Abgas, das von der Maschine 10 ausgestoßen wird, der zu einem Einlassanschluss der Maschine 10 zurückzuführen ist (welcher nachstehend ebenso als EGR-Menge bezeichnet wird) steuert, ein variabel gesteuerter Lader, der den Ladedruck variabel reguliert, ein Drosselklappenventil, das die Menge an frischer Luft, die in den Zylinder der Maschine 10 zu saugen ist, steuert, und ein Ventilsteuerungsmechanismus, der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Einlass- und Auslassventilen der Maschine 10 einstellt und Den Betrag eines Hubes der Einlass- und Auslassventile reguliert. Die ECU 20 arbeitet zum Berechnen von Anweisungswerten, die gesteuerte Sollvariablen darstellen, das heißt, Sollwerte des EGR-Betrags, des Ladedrucks, der Menge an frischer Luft, der Öffnungs- und Schließzeitpunkte und des Bertrags eines Hubs der Einlass- und Auslassventile und gibt diese entsprechend in der Form von Anweisungssignalen an das EGR-Ventil, den variabel gesteuerten Lader, das Drosselklappenventil und den Ventilsteuerungsmechanismus aus. Auf die vorstehend beschriebene Weise steuert die ECU 20 die Operationen der Stellglieder 11, um die gesteuerten Sollvariablen zu erreichen, wodurch die Verbrennungszustände in der Maschine 10 gesteuert werden, um eine erforderliche Leistung der Maschine 10 zu erreichen.
Die Verbrennungszustände der Maschine 10, auf die vorstehend Bezug genommen wird, werden durch eine Vielzahl von Arten von Verbrennungsparametern definiert. Zum Beispiel sind die Verbrennungsparameter der Zündzeitpunkt, der Zündrückstand (ebenso Zündverzögerung genannt), der ein Zeitintervall zwischen einem Start des Einsprühens des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor und des Zündens des eingesprühten Kraftstoffs ist, und die Wärmefreisetzungsrate. Solche Verbrennungsparameter sind physikalische Größen, die üblicherweise durch zum Beispiel einen Zylinderdrucksensor, der den Druck in dem Zylinder der Maschine 10 misst, gemessen werden.
Die Leistung der Maschine 10 wird durch eine Vielzahl von Arten von Leistungsparametern ausgedrückt, die zum Beispiel welche einer physikalische Größe sind, die mit Abgasemissionen verknüpft sind (das heißt die Menge an NOx, die Menge an PM (Partikelstoffe) und die Menge an CO oder HC), eine physikalische Größe, die mit dem von der Maschine 10 ausgegebenen Drehmoment (das heißt dem Drehmoment einer Ausgabewelle der Maschine 10) und der Drehzahl der Maschine 10 verknüpft ist, eine physikalische Größe, die mit einem Kraftstoffverbrauch in der Maschine 10 (zum Beispiel einer Fahrdistanz pro verbrauchtem Volumen an Kraftstoff oder ein verbrauchtes Volumen pro Laufzeit der Maschine 10, die durch Betriebsartlauftests gemessen werden) verknüpft ist, und eine physikalische Größe, die mit einem Verbrennungsgeräusch (zum Beispiel Maschinenvibrations- oder Verbrennungs- oder Abgasgeräusch) verknüpft ist.
Die ECU 20 ist mit einem typischen Mikrocomputer mit einer CPU, die Operationen bezüglich vorgegebener Aufgaben durchführt, einem RAM, der als ein Hauptspeicher dient, in dem Daten gespeichert werden, die während den Operationen der CPU produziert werden, oder Ergebnisse der Operationen der CPU, ein ROM, der als ein Programmspeicher dient, ein EEPROM, in dem Daten gespeichert werden, und einem Backup-RAM, zu dem zu jeder Zeit elektrische Energie von einer Backup-Energieversorgung zugeführt wird, wie etwa einer Speicherbatterie, die in dem Fahrzeug angebracht ist, sogar nachdem eine Hauptenergieversorgung der ECU abgeschaltet wird, ausgestattet.
In der Maschine 10 sind die Sensoren 12 und 13 installiert, die Ausgaben an die ECU 20 bereitstellen. Die Sensoren 12 sind Maschinenausgabesensoren, die tatsächlich zum Messen der Leistungsparameter arbeiten. Zum Beispiel werden die Maschinenausgabesensoren 12 durch einen Gassensor, der die Konzentration einer Komponente (zum Beispiel NOx) von Abgasemissionen von der Maschine 10 misst, einen Drehzahlsensor, der das durch die Maschine 10 ausgegebene Drehmoment misst, und einen Geräuschsensor, der die Größe eines Geräusches misst, das sich durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine 10 ergibt, implementiert. Die Istwerte der Leistungsparameter können alternativ unter Verwendung von algorithmischen Modellen ohne Verwendung der Sensoren 12 berechnet oder geschätzt werden.
Die Sensoren 13 sind Verbrennungszustandssensoren, um die vorstehend beschriebenen Verbrennungsparameter tatsächlich zu bestimmen. Zum Beispiel werden die Sensoren 13, wie vorstehend beschrieben, durch den Zylinderdrucksensor, der den Druck in der Brennkammer (das heißt dem Zylinder) der Maschine 10 misst, und einen Ionen-Sensor, der die Menge an Ionen, die durch Verbrennen von Kraftstoff in der Maschine 10 erzeugt werden, misst, implementiert. Zum Beispiel berechnet die ECU 20 eine Änderung des Drucks in der Brennkammer der Maschine 10, der durch den Zylinderdrucksensor 13 gemessen wird, um sowohl den Zündzeitpunkt als auch die Zündverzögerung zu bestimmen. Die Istwerte der Verbrennungsparameter können alternativ unter Verwendung eines algorithmischen Modells ohne Verwendung der Sensoren 13 berechnet oder geschätzt werden.
Die ECU 20 arbeitet als eine Maschinensteuerung, die mit einem Leistungsparameterberechner 31, einem Verbrennungsparameterberechner 32, einer Stellgliedsteuerung 33, einem Leistungsparameterabweichungsberechner 34 und einem Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 ausgestattet ist. Der Leistungsparameterberechner 31 dient als eine Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung, um Sollwerte der Leistungsparameter zu bestimmen. Der Verbrennungsparameterberechner 32 dient als eine Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung, um Sollwerte der Verbrennungsparameter zu berechnen, die erforderlich sind, um Istwerte der Leistungsparameter mit den Sollwerten von diesen in Übereinstimmung zu bringen. Die Stellgliedsteuerung 33 dient als ein Steuerungsanweisungsberechner, um Anweisungswerte zum Steuern der Operationen (das heißt die gesteuerten Variablen) der Stellglieder 11 zu produzieren, um Sollverbrennungszustände der Maschine 10 zu erreichen, um erforderliche Ebenen der Leistungen der Maschine 10 zu erzielen. Die gesteuerten Variablen werden nachstehend ebenso als gesteuerte Parameter bezeichnet. Der Leistungsparameterabweichungsberechner 34 dient als eine Maschinenleistungsrückführungsschaltung, um eine Differenz oder Abweichung eines Istwerts von jedem der Leistungsparameter (das heißt den Ausgaben dieser Maschinenausgabesensoren 12) von einem Sollwert von diesem zu berechnen. Der Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 dient als eine Verbrennungsparameterrückführschaltung, um eine Differenz oder Abweichung eines Sollwerts von jedem der Verbrennungsparameter (das heißt der Ausgaben der Verbrennungszustandssensoren 13) von einem Sollwert von diesem zu berechnen. Diese funktionellen Blöcke 31 bis 35 werden in dem Mikrocomputer der ECU 20 logisch implementiert.
Speziell weist der Verbrennungsparameterberechner 32 einen Integrierer 32a und einen arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b auf. Der Integrierer 32a dient zum Summieren oder Zusammenrechnen von jeder der Leistungsparameterabweichungen, die durch den Leistungsparameterabweichungsberechner 34 berechnet wird. Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b wird in einem Speicher, wie etwa dem ROM der ECU 20, gespeichert.
Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b wurde gemacht, um Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Leistungsparametern, die mit verschiedenen Arten der Leistungen der Maschine 10 verknüpft sind, und den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern, die mit verschiedenen Arten der Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine 10 verknüpft sind, zu definieren. Speziell wird der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b durch ein Maschinenleistung-zu-Verbrennungsparameter-Modell, das in 1(a) dargestellt ist, oder eine Determinante, die in 1(b) dargestellt ist, bereitgestellt, und um Beziehungen der Verbrennungszustände der Maschine 10 (das heißt die Verbrennungsparameter) zu den Leistungszuständen der Maschine 10 (das heißt die Leistungsparameter) mathematisch auszudrücken. Mit anderen Worten erzeugt der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b Werte der Verbrennungszustände der Maschine 10, die erforderlich sind, um die erforderlichen Werte der Leistungsparameter zu erfüllen. Sollwerte der Verbrennungsparameter (oder Beträge, um die die Sollwerte, die in dem vorhergehenden Steuerungszyklus hergeleitet werden, geändert werden müssen) werden durch Einsetzen von Sollwerten der Leistungsparameter (oder Abweichungen der Istwerte von den erforderlichen Werten) in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b erhalten.
In der Praxis rechnet der Integrierer 32a die Abweichungen der Istwerte der Leistungsparameter entsprechend zusammen und setzt diese in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b ein, um die Möglichkeit, dass die Istwerte der Leistungsparameter von Sollwerten von diesen ständig abweichen, zu minimieren. Wenn der Gesamtwert der Abweichungen gleich Null (0) wird, wird ein entsprechender Wert, der durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b berechnet wird, gleich Null. Die Sollwerte der Verbrennungsparameter sind deshalb so eingestellt, um die Verbrennungszustände der Maschine 10 beizubehalten, wie sie sind.
Die Stellgliedsteuerung 33 umfasst einen Integrierer 33a und einen arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b. Der Integrierer 33a dient zum Summieren oder Zusammenrechnen der Abweichung des Istwerts von jedem der Verbrennungsparameter von dem Sollwert von diesem, der durch den Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 hergeleitet wird. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b wird in einem Speicher (das heißt einer Speichereinrichtung), wie etwa dem ROM der ECU 20, gespeichert.
Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b ist gemacht, um Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern und den verschiedenen Arten von gesteuerten Variablen (das heißt gesteuerten Parametern) zu definieren. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b ist mit einem Verbrennungsparameter-zu-gesteuerte-Variable-Modell, das in 1(a) dargestellt ist oder einer Determinante, die in 1(c) dargestellt ist, bereitgestellt, und drückt Werte der gesteuerten Parameter entsprechend den gewünschten Verbrennungszuständen der Maschine 10 mathematisch aus. Mit anderen Worten stellt der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b eine Kombination von Werten der gesteuerten Parameter, die erforderlich sind, um die Maschine 10 in Sollverbrennungszustände zu bringen, bereit. Die Anweisungswerte für die gesteuerten Parameter (oder Beträge, um die die Anweisungswerte zu ändern sind) werden deshalb durch Einsetzen von Sollwerten der Verbrennungsparameter (oder Beträge, um die die Sollwerte zu ändern sind) in den arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 33b erhalten.
Der Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 der Struktur von 1(a) setzt die Verbrennungsparameterabweichungen (das heißt die Beträge, um die die Sollwerte geändert werden müssen) in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b ein, um Beträge, um die die Anweisungswerte, die in dem vorhergehenden Steuerungszyklus hergeleitet werden, in diesem Steuerungszyklus geändert werden müssen, zu bestimmen, um Beträge herzuleiten, um die die gesteuerten Parameter, die in dem vorhergehenden Steuerungszyklus bereitgestellt werden, in diesem Steuerungszyklus geändert werden müssen.
Speziell integriert oder rechnet der Integrierer 33a die Abweichungen der Istwerte der Verbrennungsparameter von den Sollwerten von diesen zusammen, die durch den Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 hergeleitet werden, und setzt diese in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b entsprechend ein, um die Möglichkeit, dass die Istwerte der Verbrennungsparameter ständig von den Sollwerten von diesen abweichen, zu minimieren. Wenn der Gesamtwert von jeder der Abweichungen Null (0) wird, wird ein entsprechender Wert, der durch den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters berechnet wird, gleich Null. Der Anweisungswert für jeden der gesteuerten Parameter wird deshalb eingestellt, um den letzten Wert des gesteuerten Parameters beizubehalten, wie er ist.
Wie die Anweisungswerte, die an die Stellglieder 11 auszugeben sind, um die gewünschten Werte der gesteuerten Parameter von diesen zu erreichen, wird nachstehend mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm eines Stellgliedsteuerungsprogramms, das in 2 dargestellt ist, beschrieben. Dieses Programm ist durch den Mikrocomputer der ECU 20 zu regulären Intervallen (das heißt, der Operationszyklus der ECU oder ein Zyklus, der äquivalent zu einem vorgegebenen Kurbelwinkel der Maschine 10 ist) auszuführen.
Nach einem Aufruf des Programms geht die Routine über zu Schritt S11, in dem Sollwerte der entsprechenden Leistungsparameter basierend auf Operationsbedingungen der Maschine 10, wie etwa der Drehzahl der Maschine 10 und der Position des Beschleunigerpedals des Fahrzeugs (das heißt ein Aufwand eines Fahrers auf das Beschleunigerpedal), berechnet wird. Diese Operation wird durch den Leistungsparameterberechner 31 vorgenommen. Zum Beispiel berechnet die ECU 20 die Sollwerte unter Verwendung einer Übersicht, welche durch Anpassungstests erstellt wird, und speichert darin optimale Werte der Leistungsparameter in Relation zu Drehzahl der Maschine 10 und Positionen des Beschleunigerpedals.
Die Routine geht über zu Schritt S12, in dem Istwerte der entsprechenden Leistungsparameter von Ausgaben der Maschinenausgabesensoren 12 gemessen werden. Die ECU 20 kann alternativ entworfen sein, um die momentanen Leistungsparameter durch arithmetische Modelle zu berechnen oder zu schätzen und diese als vorstehende Istwerte zu bestimmen, ohne Verwendung der Maschinenausgabesensoren 12. Solch eine Schätzung könnte nur bezüglich mancher der Leistungsparameter vorgenommen werden.
Die Routine geht über zu Schritt S13, in dem die Operation des Leistungsparameterabweichungsberechners 34 ausgeführt wird. Speziell werden Abweichungen der Istwerte der Leistungsparameter, die in Schritt S12 gemessen werden, von den Sollwerten von diesen, die in Schritt S11 hergeleitet werden, bestimmt. Solche Abweichungen werden nachstehend ebenso als Leistungsparameterabweichungen bezeichnet.
Die Routine geht über zu Schritt S14, in dem die Operation des Integrierers 32a ausgeführt wird. Speziell wird ein Gesamtwert x(i) von jeder der Leistungsparameterabweichungen, die in Schritt S13 hergeleitet werden, bestimmt. Genauer wird die Summe von jedem der Gesamtwerte x(i – 1), die einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet werden, und einer Entsprechenden der Leistungsparameterabweichungen, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden, als Gesamtwert x(i) berechnet.
Die Routine geht über zu Schritt S15, in dem die Sollwerte der Verbrennungsparameter berechnet werden. Speziell werden die Gesamtwerte x(i), die in Schritt S14 hergeleitet werden, in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b eingesetzt. Lösungen des arithmetischen Ausdrucks eines Verbrennungsparameters 32b werden als Beträge, um die die momentanen oder letzten Werte der Verbrennungsparameter geändert werden müssen, bestimmt. Zum Beispiel ist der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b, der in 1(b) dargestellt ist, entworfen, so dass das Produkt eines Spaltenvektors A1 einer r-ten Ordnung von Variablen, die die Leistungsparameterabweichungen angeben, und einer Matrix A2, die aus q × r Elementen a₁₁ bis a_rq besteht, als ein Spaltenvektor A3 einer q-ten Ordnung von Variablen, die einen Betrag darstellen, um die die Verbrennungsparameter zu ändern sind, definiert ist. Die Gesamtwerte x(i) der Abweichungen, die in Schritt S14 hergeleitet werden, werden in die Variablen des Spaltenvektors A1 eingesetzt, um Lösungen der entsprechenden Variablen (das heißt Einträge) des Spaltenvektors A3 herzuleiten. Die Lösungen werden als Beträge bestimmt, um die die letzten Werte der Verbrennungsparameter geändert werden müssen, um Sollwerte von diesen zu erreichen, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden (welche nachstehend ebenso als Verbrennungsparameteränderungen bezeichnet werden). Die ECU 20 bestimmt ebenso Referenzwerte der Verbrennungsparameter durch Übersichten oder mathematische Formeln hinsichtlich Betriebsbedingungen der Maschine 10, wie etwa der Drehzahl oder einer Last der Maschine 10, addiert die Verbrennungsparameteränderungen zu den Referenzwerten und definiert solche Summen als Sollwerte der Verbrennungsparameter (das heißt, Sollwert des Verbrennungsparameters = Referenzwert + Menge, um die der letzte Wert eines Verbrennungsparameters zu ändern ist).
Die Routine geht über zu Schritt S16, in dem Ausgaben der Verbrennungszustandssensoren 13 überwacht werden, um Istwerte der Verbrennungsparameter herzuleiten. Die ECU 20 kann alternativ momentane Werte der Verbrennungsparameter durch arithmetische Modelle berechnen oder schätzen und diese als die vorstehenden Istwerte ohne Verwendung der Verbrennungszustandssensoren 13 bestimmen. Solch eine Schätzung könnte nur bezüglich mancher der Verbrennungsparameter vorgenommen werden.
Die Routine geht über zu Schritt S17, in dem die Operation des Verbrennungsparameterabweichungsberechners 35 durchgeführt wird. Speziell wird eine Abweichung von jedem der Sollwerte der Verbrennungsparameter, die in Schritt S15 hergeleitet werden, von einem Entsprechenden der Istwerte der Verbrennungsparameter, die in Schritt S16 hergeleitet werden, berechnet (welche nachstehend ebenso als eine Verbrennungsparameterabweichung bezeichnet wird).
Die Routine geht über zu Schritt S18, in dem die Operation des Integrierers 33a durchgeführt wird. Speziell wird ein Gesamtwert y(i) von jeder der Verbrennungsparameterabweichungen, die in Schritt S17 hergeleitet werden, bestimmt. Genauer wird die Summe des Gesamtwerts y(i – 1), die einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet wird, und der Verbrennungsparameterabweichung, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden wird, als der Gesamtwert y(i) berechnet.
Die Routine geht über zu Schritt S19, in dem ein Anweisungswert von jedem der gesteuerten Parameter (das heißt der gesteuerten Variablen) bestimmt wird. Speziell werden die Gesamtwerte y(i) der Verbrennungsparameterabweichungen, die in Schritt S18 hergeleitet werden, in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b eingesetzt. Lösungen des arithmetischen Ausdrucks eines gesteuerten Parameters 33b werden als Beträge bestimmt, um die der letzte Anweisungswert für alle Arten der gesteuerten Parameter geändert oder geregelt werden muss. Zum Beispiel ist der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b, der in 1(c) dargestellt ist, so entworfen, dass das Produkt eines Spaltenvektors A3 einer q-ten Ordnung von Variablen, die die Verbrennungsparameterabweichungen darstellen, und einer Matrix A4, die aus p × q Elementen b₁₁ bis b_pq besteht, als ein Spaltvektor A5 einer p-ten Ordnung von Variablen, die einen Betrag angeben, um die der gesteuerte Parameter zu ändern ist, definiert. Die Gesamtwerte y(i) der Abweichungen, die in Schritt S18 hergeleitet werden, werden in die Variablen des Spaltenvektors A4 eingesetzt, um Lösungen der entsprechenden Variablen (das heißt Einträge) des Spaltenvektors A6 herzuleiten. Die Lösungen werden als Beträge bestimmt, um die die letzten Werte der gesteuerten Parameter zu ändern sind, um die Sollwerte von diesen zu erreichen (das heißt Sollanweisungswerte), die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden (welche nachstehend ebenso als Änderungen des gesteuerten Parameters bezeichnet werden). Die ECU 20 bestimmt ebenso Referenzwerte der gesteuerten Parameter durch Übersichten oder mathematische Formeln hinsichtlich von Operationsbedingungen der Maschine 10, wie etwa der Drehzahl oder einer Last der Maschine 10, addiert die Änderungen eines gesteuerten Parameters zu den Referenzwerten und definiert solche Summen als Sollwerte (das heißt Anweisungswerte) der gesteuerten Parameter (das heißt, Sollwert des gesteuerten Parameters = Referenzwert + Betrag, um die der letzte Wert des gesteuerten Parameters zu ändern ist). Die Anweisungswerte sind gesteuerte Parameter eines Stellglieds, die in der Form von Anweisungssignalen an die Stellglieder 11 auszugeben sind.
Beispiele der Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern und zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern, die durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b und den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b definiert sind, werden nachstehend mit Bezug auf 3(a) bis 3(c) beschrieben.
3(a) stellt die vorstehenden Korrelationen schematisch dar. Die Einspritzmenge, die Einspritzdauer und der EGR-Betrag sind als die gesteuerten Parameter (das heißt gesteuerte Variablen) der Stellglieder 11 definiert. Die Menge an NOx, die Menge an CO und der Kraftstoffverbrauch sind als die Leistungsparameter definiert. ”A”, ”B” und ”C” stellen entsprechend die verschiedenen Arten von Leistungsparametern dar. Zum Beispiel gibt ”A” den Zündzeitpunkt in der Maschine 10 an.
In dem Beispiel von 3(a) bezeichnet Bezugszeichen Sa1 eine Regressionslinie S1, die eine Korrelation zwischen der Einspritzmenge und dem Verbrennungsparameter A angibt. Die Regressionslinie X1 wird zum Beispiel durch die Mehrfachregressionsanalyse erstellt. Ähnlich bezeichnet Bezugszeichen Sa2 eine Regressionslinie, die eine Korrelation zwischen der Einspritzmenge und dem Verbrennungsparameter B angibt. Bezugszeichen Sa3 bezeichnet eine Regressionslinie, die eine Korrelation zwischen der Einspritzmenge und dem Verbrennungsparameter C darstellt. Speziell wird die Korrelation, die in 3(b) dargestellt ist, zwischen jedem der Einspritzmenge, des Zündzeitpunkts und des EGR-Betrags und einem der Verbrennungsparameter A, B und C durch die Regressionslinie durch das Modell oder die Determinante, die vorstehend beschrieben ist, definiert. Wenn Kombinationen von Werten der Einspritzmenge, des Zündzeitpunkts und des EGR-Betrags spezifiziert wurden, werden deshalb entsprechende Kombinationen von Werten der Verbrennungsparameter A, B und C erhalten. Mit anderen Worten werden Relationen der gesteuerten Parameter zu den Verbrennungszuständen der Maschine 10 (das heißt den Verbrennungsparametern) definiert. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b ist, wie in 1(a) gesehen werden kann, durch ein Modell definiert, das zu dem von 3(a) invers ist.
In 3(a) bezeichnet Bezugszeichen Sb1 eine Regressionslinie X2, die eine Korrelation zwischen dem Verbrennungsparameter A und der Menge an NOx darstellt. Die Regressionslinie X2 wird zum Beispiel durch die Mehrfachregressionsanalyse erstellt. Ähnlich bezeichnet Bezugszeichen Sb2 eine Regressionslinie, die eine Korrelation zwischen dem Verbrennungsparameter A und der Menge an CO darstellt. Bezugszeichen Sb3 bezeichnet eine Regressionslinie, die eine Korrelation zwischen dem Verbrennungsparameter A und dem Kraftstoffverbrauch darstellt. Speziell wird die Korrelation, die in 3(c) dargestellt ist, zwischen jedem der Verbrennungsparameter A, B und C und einem der Menge an NOx, der Menge an CO und dem Kraftstoffverbrauch durch die Regressionslinie durch das Modell oder die Determinante, die vorstehend beschrieben ist, definiert. Deshalb, wenn Kombinationen der Verbrennungsparameter A, B und C spezifiziert sind, werden entsprechende Kombinationen der Menge an NOx, der Menge an CO und des Kraftstoffverbrauchs erhalten. Mit anderen Worten werden Relationen der Verbrennungszustände der Maschine 10 (das heißt der Verbrennungsparameter) zu den Leistungszuständen der Maschine 10 (das heißt den Leistungsparametern) definiert. Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b ist, wie in 1(a) gesehen werden kann, durch ein Modell definiert, das zu dem in 3(a) invers ist.
Wenn zum Beispiel der Sollwert des Zündzeitpunkts A unverändert bleibt, aber der Istwert von diesem sich geändert hat, ist diese Differenz (das heißt die Verbrennungsparameterabweichung) durch den Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 gegeben. Die Stellgliedsteuerung 33 setzt solch eine Verbrennungsparameterabweichung in das Modell, das in 3(b) angegeben ist, oder die Determinante ein, um Beträge (das heißt, Korrekturwerte), um die die momentanen Werte der Einspritzmenge, des Einspritzzeitpunkts und des EGR-Betrags zu ändern oder zu korrigieren sind, herzuleiten, um den Istwert des Zündzeitpunkts A mit dem Sollwert von diesem in Übereinstimmung zu bringen.
Nimmt man als ein Beispiel die Abweichung ΔA des Zündzeitpunkts A (das heißt eine Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert des Zündzeitpunkts A) und eine Änderung ΔQ der Einspritzmenge (das heißt die Menge, um die die Einspritzmenge zu ändern ist), leitet die Stellgliedsteuerung 33 die Änderung ΔQ der Einspritzmenge, die der Abweichung ΔA des Zündzeitpunkts A entspricht, basierend auf der Regressionslinie X1 in 3(a) her. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b in 3(b) definiert eine Vielzahl von Kombinationen der Verbrennungsparameter und der gesteuerten Parameter, so dass alle gesteuerten Parameter gleichzeitig korrigiert werden, wenn sich nur einer der Verbrennungsparameter von dem Sollwert geändert hat.
Ähnlich, wenn der Sollwert der Menge an NOx nicht mit dem Istwert von diesem, der sich geändert hat, identisch ist, wird diese Differenz (das heißt die Leistungsparameterabweichung) durch den Leistungsparameterabweichungsberechner 34 hergeleitet. Solch eine Leistungsparameterabweichung wird an das Modell, das in 3(c) angegeben ist, oder die Determinante eingesetzt, um Beträge (das heißt, Korrekturwerte), um die die momentanen Werte der Verbrennungsparameter A, B und C zu ändern oder zu korrigieren sind, herzuleiten, um den Istwert der Menge von NOx mit dem Sollwert von diesem in Übereinstimmung zu bringen.
Nimmt man als ein Beispiel der Korrelation zwischen dem Leistungsparameter und dem Verbrennungsparameter eine Solländerung ΔAy des Zündzeitpunkts A (das heißt den Betrag, um den der Zündzeitpunkt zu ändern ist) und die Abweichung ΔNOx der Menge an NOx, dient der Verbrennungsparameterberechner 32 dazu, die Solländerung ΔAy des Zündzeitpunkts A, der der Abweichung ΔNOx entspricht, von der Regressionslinie X2 in 3(a) herzuleiten. Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b in 3(c) definiert eine Vielzahl von Kombinationen der Leistungsparameter und der Verbrennungsparameter, so dass die Sollwerte von allen Verbrennungsparameter gleichzeitig geändert oder korrigiert werden, wenn sich nur einer der Leistungsparameter von dem Sollwert von diesem geändert hat.
Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b, der vorstehend bereits beschrieben ist, definiert die Kombinationen der Leistungsparameter und der Verbrennungsparameter, womit ermöglicht wird, dass Änderungen der entsprechenden Leistungsparameter als eine Reaktion auf eine Änderung von Einem der Verbrennungsparameter herausgefunden werden. Wenn zum Beispiel Istwerte des Betrags an NOx und des Betrags an PM von den Sollwerten von diesen entsprechend abweichen, wie in 4 demonstriert ist, werden solche Abweichungen durch Ändern des letzten Werts des Zündzeitpunkts A1 (das heißt der Wert, der einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet wird) auf den Wert A2 eliminiert. Auch wenn der Wert des Zündzeitpunkts A, der erforderlich ist, um den Betrag von NOx und den Betrag von PM gerade in Übereinstimmung mit den Sollwerten von diesen zu bringen, nicht gefunden wird, können optimale Werte, die sowohl die Menge an NOx als auch die Menge an PM so nah wie möglich an die Sollwerte bringen, durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b hergeleitet werden.
4 ist eine schematische Ansicht, die der Einfachheit halber nur die Korrektur von dem Zündzeitpunkt A demonstriert, jedoch ist der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt, um eine gegebene Anzahl von allen möglichen Kombinationen der unterschiedlichen Arten von Leistungsparametern und der unterschiedlichen Arten von Verbrennungsparametern zu definieren, wodurch veranlasst wird, dass die Sollwerte der Verbrennungsparameter als Reaktion auf eine oder manche der Änderungen der Leistungsparameter gleichzeitig korrigiert werden.
Ähnlich wie der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b ist der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b vorbereitet, um eine gegebene Anzahl von allen möglichen Kombinationen der unterschiedlichen Art von Verbrennungsparametern und der unterschiedlichen Arten von gesteuerten Parametern zu definieren, wodurch veranlasst wird, dass die Anweisungswerte für die gesteuerten Parameter als Reaktion auf eine oder manche der Abweichungen der Verbrennungsparameter gleichzeitig korrigiert werden.
Ein Beispiel der Operation des Maschinensteuerungssystems in dem Zustand, in dem sich die Temperatur des Kühlmittels für die Maschine 10 (das heißt eine von Umgebungsbedingungen) während eines stationären Zustands der Maschine 10 ändert, wird nachstehend beschrieben. Zum Beispiel verursacht eine Erhöhung der Temperatur des Maschinenkühlmittels, dass sich die Verbrennungszustände der Maschine 10 ändern, auch wenn die Anweisungswerte der gesteuerten Parameter unverändert beibehalten werden oder die Leistungsparameter sich ändern, auch wenn die Verbrennungszustände der Maschine 10 unverändert beibehalten werden.
Der Leistungsparameterabweichungsberechner 34 berechnet dann die Leistungsparameterabweichungen. Das Maschinensteuerungssystem ändert die momentanen Werte der Verbrennungsparameter in der Regelungsbetriebsart, um die Leistungsparameterabweichungen, die durch den Leistungsparameterabweichungsberechner 34 hergeleitet werden, zu minimieren oder zu eliminieren. Speziell produziert der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b Sollwerte der Vielzahl von Verbrennungsparametern, um die Leistungsparameterabweichungen gleichzeitig zu minimieren. Das Maschinensteuerungssystem stellt dann die gesteuerten Parameter ein, um die Verbrennungsparameterabweichungen, die durch den Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35 hergeleitet werden, in der Regelungsbetriebsart zu eliminieren. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b arbeitet dazu, Operationen der Stellglieder 11 gleichzeitig auf eine koordinierte Weise zu steuern, und die Verbrennungsparameterabweichungen als ein Ganzes zu minimieren, wodurch zu jeder Zeit eine gewünschte Maschinenleistung erzielt wird.
Wenn alle Leistungsparameter mit Sollwerten von diesen übereinstimmen, kann einer oder können manche von diesen ebenso auf bessere Werte angepasst oder korrigiert werden. Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels ist entworfen, um zumindest einen der Leistungsparameter in der Regelungsbetriebsart, in der Istwerte von allen Leistungsparametern mit Sollwerten von diesen in Übereinstimmung gebracht werden, auszuwählen, und den Sollwert des ausgewählten der Leistungsparameter basierend auf Informationen über die anderen Leistungsparameter weiter zu verbessern.
Ein Beispiel, in dem einer der Leistungsparameter, der als ein ausgewähltes Ziel weiter zu verbessern ist, ein Kraftstoffverbrauch (oder ein spezifischer Kraftstoffverbrauch) in der Maschine 10 ist, und die anderen Leistungsparameter, die keine Ziele beziehungsweise Nicht-Ziele sind, der Betrag an NOx, HC und CO von Abgasemissionen der Maschine 10 sind, wird nachstehend beschrieben.
5 stellt eine Sollkraftstoffverbrauchssteuerung 40 dar, die in dem Maschinensteuerungssystem von 1 installiert ist. Die Sollkraftstoffverbrauchssteuerung 40 ist zwischen dem Leistungsparameterberechner 31 und dem Verbrennungsparameterberechner 32 angeordnet und dient als eine Solloperationsschaltung zusammen mit dem Leistungsparameterberechner 31. Die Sollkraftstoffverbrauchssteuerung 40 kann in dem Leistungsparameterberechner 31 installiert werden. Die Sollkraftstoffverbrauchssteuerung 40 wird, wie in den funktionellen Blöcken 31 bis 35 von 1(a), durch den Mikrocomputer der ECU 20 logisch implementiert.
Die Sollkraftstoffverbrauchssteuerung 40 dient als eine Solloperationsschaltung und besteht aus einem Berechner eines Bereichs eines gesteuerten Parameters 41, einem Verbrennungsparameterbereichsberechner 42, einem Leistungsparameteränderungsberechner 43, einem Sollkraftstoffverbrauchsberechner 44 und einer Sollaktualisierungsschaltung 45.
Der Berechner eines Bereichs eines gesteuerten Parameters 41 berechnet variable Bereiche, in denen erlaubt ist, dass momentane Werte der gesteuerten Parameter geändert werden. Speziell bestimmt der Berechner eines Bereichs eines gesteuerten Parameters eine Differenz zwischen dem momentanen Wert von jedem der gesteuerten Parameter und einer Grenze (das heißt einem Schutzwert), der basierend auf momentanen Betriebsbedingungen der Maschine 10 hergeleitet wird, als den variablen Bereich.
Der Verbrennungsparameterbereichsberechner 42 verwendet Daten über Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern, um die variablen Bereiche zu berechnen, in denen entsprechend erlaubt ist, dass momentane Werte der Verbrennungsparameter geändert werden. Speziell speichert der ROM der ECU 20 einen arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 42a (welcher nachstehend ebenso als zweite Korrelationsdaten bezeichnet wird), der Korrelationen zwischen der Vielzahl von Verbrennungsparametern und der Vielzahl von gesteuerten Parametern in der Form einer Vorwärtsbetriebsart definiert. Der arithmetische Ausdruck einer Korrelation 42a wird durch eine Determinante, die in 6(a) gezeigt ist, definiert. Speziell ist der arithmetische Ausdruck einer Korrelation 42b derart entworfen, dass das Produkt eines Spaltenvektors B1 von Variablen, die Änderungen der gesteuerten Parameter darstellen, und einer Matrix B2, die aus Korrelationskoeffizienten c₁₁ bis c_qp besteht, als ein Spaltenvektor B3 von Variablen, die Änderungen der Verbrennungsparameter darstellen, ausgedrückt ist. Die variablen Bereiche der gesteuerten Parameter, die durch den Berechner eines Bereichs eines gesteuerten Parameters 41 hergeleitet werden, werden in die Variablen des Spaltenvektors B1 eingesetzt, um Lösungen der entsprechenden Variablen (das heißt Einträge) des Spaltenvektors B3, der die variablen Bereiche der entsprechenden Verbrennungsparameter darstellt, herzuleiten.
Der Leistungsparameteränderungsberechner 43 verwendet Daten über Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern, um Änderungen des Werts der Leistungsparameter, die den variablen Bereichen der Verbrennungsparameter entsprechen, die durch den Verbrennungsparameterbereichsberechner 42 hergeleitet werden, zu berechnen. Speziell speichert der ROM der ECU 20 einen arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 43a (welcher nachstehend ebenso als erste Korrelationsdaten bezeichnet wird), der Korrelationen zwischen der Vielzahl von Leistungsparametern und der Vielzahl von Verbrennungsparametern in der Form einer Vorwärtsbetriebsart definiert. Der arithmetische Ausdruck einer Korrelation 43a ist durch eine Determinante, die in 6(b) dargestellt ist, definiert. Speziell ist der arithmetische Ausdruck einer Korrelation 42b derart entworfen, dass das Produkt eines Spaltenvektors B4 von Variablen, die Änderungen der Verbrennungsparameter darstellen, und einer Matrix B5, die aus Korrelationskoeffizienten d₁₁ bis d_rq besteht, als ein Spaltenvektor B6 von Variablen, die Änderungen der Leistungsparameter darstellen, ausgedrückt wird. Die variablen Bereiche der Verbrennungsparameter, die durch den Verbrennungsparameterbereichsberechner 42 hergeleitet werden, werden in die Variablen des Spaltenvektors B4 eingesetzt, um Lösungen der entsprechenden Variablen (das heißt Einträge) des Spaltenvektors B6, die Änderungen der entsprechenden Leistungsparameter darstellen, herzuleiten.
Der Sollkraftstoffverbrauchsberechner 44 verwendet die Änderungen der Leistungsparameter, die durch den Leistungsparameteränderungsberechner 43 hergeleitet werden, um eine der Änderungen, das heißt den Betrag, um den der Kraftstoffverbrauch geändert wird, als eine manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable zu bestimmen, wenn die anderen Änderungen der Leistungsparameter (das heißt die Beträge an NOx, HC und CO) innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen. Wenn die Änderungen der Leistungsparameter (das heißt der Betrag an NOx, HC und CO) außerhalb der erlaubbaren Bereiche sind, leitet die ECU 20 die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable nicht her, mit anderen Worten korrigiert den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs nicht.
Speziell dient eine Kombination des Leistungsparameteränderungsberechners 43 und des Sollkraftstoffverbrauchsberechners 44 dazu, eine Änderung des Betrags von Kraftstoffemissionen von der Maschine 10 herauszufinden, die aus der Manipulation des Sollkraftstoffverbrauchs entsteht und bestimmt oder fixiert eine manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable basierend auf der berechneten Änderung.
Die Bestimmung, ob die Änderungen der Beträge von NOx, HC und CO innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen oder nicht, kann durch Bestimmen vorgenommen werden, ob die Summe von jedem der Beträge, um die die Beträge von NOx, HC und CO geändert werden, und ein Entsprechender der momentanen Beträge von NOx, HC und CO den Sollwert von diesem erfüllen oder nicht.
Die Sollaktualisierungsschaltung 45 dient dazu, die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable, die durch den Sollkraftstoffverbrauchsberechner 44 hergeleitet wird, von dem Sollkraftstoffverbrauch zu subtrahieren, der durch den Leistungsparameterberechner 31 berechnet wird, um den Sollkraftstoffverbrauch zu korrigieren oder zu aktualisieren.
Ein Abweichungsberechner 46 berechnet eine Abweichung eines Istwerts eines Verbrauchs an Kraftstoff in der Maschine 10 von dem Sollwert, der durch die Sollaktualisierungsschaltung 45 korrigiert wird. Der Verbrennungsparameterberechner 32 tastet solch eine Kraftstoffverbrauchsabweichung bevorzugt gegenüber der Abweichung, die durch den Leistungsparameterabweichungsberechner 34 hergeleitet wird, ab. Der Verbrennungsparameterberechner 32 und die Stellgliedsteuerung 33 dienen dazu, die Anweisungswerte für die gesteuerten Parameter auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben zu berechnen.
7 ist ein Ablaufdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten eines Sollkraftstoffverbrauchssteuerungsprogramms, das durch die ECU 20 zu einem regulären Intervall (das heißt ein Operationszyklus der CPU oder ein Zyklus, der äquivalent zu einem gegebenen Kurbelwinkel der Maschine 10 ist) auszuführen ist. Dieses Programm wird zwischen Schritten S12 und S13 des Steuerungsanweisungsberechnungsprogramms von 2 ausgeführt, das heißt nachdem die Istwerte der Leistungsparameter beschafft werden und bevor die Abweichungen der Leistungsparameter berechnet werden.
Nach einem Aufruf des Programms geht die Routine über zu Schritt S21, in dem bestimmt wird, ob eine Ausführungsbedingung, bei der erlaubt ist, dass der Sollkraftstoffverbrauch manipuliert oder korrigiert wird, erfüllt ist oder nicht. Wenn zum Beispiel die Maschine 10 in der stationären oder Sparsamkeitsbetriebsart läuft, wird bestimmt, dass die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Das Maschinensteuerungssystem ist entwickelt, so dass die Maschine 10 in einer Ausgewählten einer normalen Betriebsart, einer sportlichen Betriebsart und einer Sparsamkeitsbetriebsart läuft, welche sich bezüglich des spezifischen Verbrauchs von Kraftstoff voneinander unterscheiden. Die Sparsamkeitsbetriebsart weist den geringsten Kraftstoffverbrauch auf. Wenn die Maschine 10 in der Leerlaufbetriebsart läuft, kann ebenso bestimmt werden, dass die Ausführungsbedingung erfüllt ist.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S21 erhalten wird, dann geht die Routine über zu Schritt S22, in dem bestimmt wird, ob alle Leistungsparameter den Sollwert von diesen erreicht haben oder nicht. Wenn in entweder Schritt S21 oder Schritt S22 eine NEIN-Antwort erhalten wird, endet die Routine. Mit anderen Worten die Routine geht über zu Schritt S13 von 2, ohne den Sollkraftstoffverbrauch zu korrigieren. Alternativ, wenn eine JA-Antwort in Schritt S22 erhalten wird, dann geht die Routine über zu Schritt S23.
In Schritt S23 wird die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable, die der Betrag ist, um die der Verbrauch von Kraftstoff in der Maschine 10 zu reduzieren ist, bestimmt. Speziell berechnet der Berechner eines Bereichs eines gesteuerten Parameters 41, wie bereits in 5 beschrieben ist, die variablen Bereiche, in denen erlaubt ist, dass momentane Werte der gesteuerten Parameter geändert werden. Der Verwendungsparameterbereichsberechner 42 verwendet den arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 42a, um den variablen Bereich zu bestimmen, in dem erlaubt ist, dass jeder von den momentanen Werten der Verbrennungsparameter geändert wird, basierend auf den variablen Bereichen der gesteuerten Parameter. Der Leistungsparameteränderungsberechner 43 verwendet den arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 43a, um den Betrag zu bestimmen, um die der Wert von jedem der Leistungsparameter entsprechend den variablen Bereichen der Verbrennungsparameter geändert wird. Wenn die Beträge, um die die Beträge von NOx, HC und CO geändert werden, innerhalb den erlaubbaren Bereichen liegen, verwendet der Sollkraftstoffverbrauchsberechner 44 die Änderungen der Leistungsparameter, die durch den Leistungsparameteränderungsberechner 43 hergeleitet werden, um den Betrag zu bestimmen, um den der Kraftstoffverbrauch geändert wird, als die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable. Wenn die Änderungen des Betrags an NOx, HC und CO außerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen, leitet die ECU 20 die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable nicht her.
Die Routine geht dann über zu Schritt S24, in dem die Sollaktualisierungsschaltung 45 den Sollkraftstoffverbrauch, der in Schritt S11 von 2 hergeleitet wird, unter Verwendung der Sollmenge, um die erlaubt ist, dass der Kraftstoffverbrauch sich ändert, die in Schritt S23 hergeleitet wird, aktualisiert oder korrigiert.
Nachdem der Sollkraftstoffverbrauch auf die vorstehend beschriebene Weise korrigiert wird, geht die Routine über zu Schritt S13 von 2, in dem der Abweichungsberechner 46 eine Abweichung (das heißt die Leistungsparameterabweichung) des Istwerts des Kraftstoffverbrauchs von dem korrigierten Sollkraftstoffverbrauch berechnet. Nachfolgend berechnet die ECU 20 dann den Verbrennungsparameter und die Anweisungswerte der gesteuerten Parameter basierend auf allen Leistungsparameterabweichungen auf die vorstehend beschriebene Weise.
Die Korrektur des Sollkraftstoffverbrauchs auf die vorstehende Weise ergibt eine Verringerung des Verbrauchs an Kraftstoff in der Maschine 10 ohne irgendeine Verschlechterung von Abgasemissionen von der Maschine 10, die sich aus der Interferenz der Leistungsparameter untereinander ergibt, während jeder der Leistungsparameter (das heißt der Kraftstoffverbrauch und die Beträge an Abgasemissionen von der Maschine 10) in der Regelungsbetriebsart geregelt werden, um mit den Sollwerten von diesen übereinzustimmen.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels stellt die folgenden Vorteile bereit.
Das Maschinensteuerungssystem arbeitet derart, um den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b (das heißt die ersten Korrelationsdaten), der die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Leistungsparametern und den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern definiert, zu verwenden, um die Sollwerte der Verbrennungsparameter als eine Funktion der Sollwerte der Leistungsparameter entsprechend zu bestimmen. Das Maschinensteuerungssystem verwendet ebenso den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b (das heißt die zweiten Korrelationsdaten), der die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern und den verschiedenen Arten von gesteuerten Parametern definiert, um die Anweisungswerte (das heißt die Sollwerte) der gesteuerten Parameter als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu bestimmen.
Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b ist, wie vorstehend beschrieben, entworfen, um die Korrelationen zwischen der Vielzahl von Leistungsparametern und der Vielzahl von Verbrennungsparametern zu definieren. Ähnlich ist der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b entworfen, um die Korrelationen zwischen der Vielzahl von Verbrennungsparametern und der Vielzahl von gesteuerten Parametern zu definieren. Deshalb, im Gegensatz zum System des Standes der Technik, das Sollwerte von Parametern entsprechend den Leistungsparametern und den gesteuerten Parametern separat berechnet, arbeitet das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels dazu, die Harmonisierung der Leistungsparameter und der gesteuerten Parameter ohne irgendeine Interferenz zwischen diesen herzustellen, womit die Stabilität beim Steuern der Maschine 10, das heißt eine Verbesserung beim gleichzeitigen Näherbringen der Leistungsparameter und der gesteuerten Parameter zu ihren Sollwerten, sichergestellt wird.
Das Maschinensteuerungssystem arbeitet ebenso derart, um den Kraftstoffverbrauch als ein weiterhin zu optimierendes Ziel auszuwählen, wenn der Istwert von jedem der Leistungsparameter gesteuert wird, um mit dem Sollwert übereinzustimmen, der als eine Funktion von momentanen Betriebsbedingungen der Maschine 10 berechnet wird, und den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs basierend auf dem Betrag an Abgasemissionen (das heißt NOx, HC und CO) zu korrigieren oder zu verbessern. Die Verwendung der ersten Korrelationsdaten ermöglicht es, herauszufinden, wie sich jeder der Verbrennungsparameter ändert, wenn einer der Leistungsparameter (das heißt der Kraftstoffverbrauch in diesem Ausführungsbeispiel) geändert wird, und ebenso herauszufinden, wie sich die anderen Leistungsparameter, die nicht zu korrigieren sind, mit Änderungen der Verbrennungsparameter ändern. Deshalb dient das Maschinensteuerungssystem dazu, den Kraftstoffverbrauch, der einer der Leistungsparameter ist, zu optimieren, während erkannt wird, wie sich die anderen Leistungsparameter ändern. Die Verbrennungszustände der Maschine 10 (das heißt die Verbrennungsparameter) tragen die Korrelationen zu den gesteuerten Parametern für die Stellglieder 11, womit dem Maschinensteuerungssystem ermöglicht wird, zu wissen, wie sich die Leistungsparameter ändern und die Operationen der Stellglieder 11 wünschenswert zu steuern. Dies verbessert die Steuerung der Leistung der Maschine 10 ohne irgendwelche Interferenz der Leistungsparameter, die zur Verschlechterung der Steuerung der Maschine 10 beiträgt.
Das Maschinensteuerungssystem arbeitet ebenso derart, um eine Änderung eines Betrags von Abgasemissionen von der Maschine 10, die sich aus einer Änderung des Sollwerts des Kraftstoffverbrauchs ergibt, zu berechnen, und den Sollwert basierend auf der berechneten Änderung zu korrigieren oder festzusetzen. Speziell verwendet das Maschinensteuerungssystem den arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 43a (das heißt die ersten Korrelationsdaten), um Änderungen der Leistungsparameter, die den variablen Bereichen der Verbrennungsparametern entsprechen, zu berechnen, und bestimmt, als die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable, die Änderungen des Kraftstoffverbrauchs unter Verwendung der Änderungen der Leistungsparameter, wenn die Änderung eines Betrags von Abgasemissionen von der Maschine 10 innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegt.
Die Verwendung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 43a erleichtert die Leichtigkeit einer Berechnung der Änderungen in der Vielzahl von Leistungsparametern, die den variablen Bereichen der Verbrennungsparameter entsprechen. Die Änderungen der Leistungsparameter können voneinander verschieden sein. Die Änderungen des Kraftstoffverbrauchs (das heißt die Lösung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 43a) wird auf den Betrag eingestellt, um den dem Kraftstoffverbrauch erlaubt ist, sich zu ändern (das heißt die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable), nur, wenn die Änderungen des Betrags der Abgasemissionen innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegt, womit die Stabilität beim in Übereinstimmung Bringen der Istwerte der anderen Leistungsparameter mit den Sollwerten, auch wenn der Sollwert des Kraftstoffverbrauchs korrigiert wird, sichergestellt wird.
Die variablen Bereiche der Verbrennungsparameter zur Verwendung beim Berechnen der Änderungen der Leistungsparameter durch den arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 43a werden basierend auf den variablen Bereichen der gesteuerten Parameter unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 42a (das heißt die zweiten Korrelationsdaten), die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definieren, hergeleitet. Die Verwendung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 42a, der die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definiert, vereinfacht eine Einfachheit einer Berechnung der variablen Bereiche der Verbrennungsparameter als eine Funktion der variablen Bereiche der gesteuerten Parameter. Die variablen Bereiche der Verbrennungsparameter werden gleichzeitig hergeleitet, was eine verbesserte Effizienz beim Bestimmen der variablen Bereiche der Verbrennungsparameter zum Operieren bzw. Verarbeiten oder Korrigieren der Sollwerte der Leistungsparameter ergibt.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels ist entworfen, um den Kraftstoffverbrauch in der Maschine 10, der einer der Leistungsparameter ist, als ein zu korrigierendes Ziel auszuwählen und ebenso die Beträge an Abgasemissionen von der Maschine 10, die die anderen Leistungsparameter sind, als Nicht-Ziele, die nicht zu korrigieren sind, auszuwählen, und arbeitet derart, um den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs zu korrigieren, um die Ebene des Ausgewählten der Leistungsparameter zu verbessern, das heißt, um die Kraftstoffeffizienz in der Maschine 10 basierend auf den Beträgen der Abgasemissionen von der Maschine 10 zu verbessern. Dies optimiert den Verbrauch von Kraftstoff in der Maschine 10 in Echtzeit, ohne die Abgasemissionen, wie etwa NOx, CO und HC, zu verschlechtern.
Das Maschinensteuerungssystem arbeitet derart, um die Istwerte der Leistungsparameter mit den Sollwerten von diesen in der Regelungsbetriebsart in Übereinstimmung zu bringen, und ebenso die Istwerte der Verbrennungsparameter in der Regelungsbetriebsart mit den Sollwert von diesen in Übereinstimmung zu bringen. Dies sichert die Stabilität beim Steuern der Istwerte der Leistungs- und Verbrennungsparameter in der Regelungsbetriebsart, auch wenn sich die Istwerte mit einer Änderung von zum Beispiel der Temperatur eines Kühlmittels für die Maschine 10 ändern, was eine verbesserte Robustheit gegen eine Änderung bei Umgebungsbedingungen beim Steuern der Maschine 10 ergibt.
Das Maschinensteuerungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
In dem Maschinensteuerungssystem des ersten Ausführungsbeispiels verwendet der Leistungsparameteränderungsberechner 43, wie in 5 dargestellt ist, den arithmetischen Ausdruck einer Korrelation 43a, um die Änderungen der Leistungsparameter zu bestimmen. Wenn die Änderungen der Beträge von NOx, HC und CO, die durch den Leistungsparameteränderungsberechner 43 berechnet werden, innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen, bestimmt der Sollkraftstoffverbrauchsberechner 44 die Änderung des Kraftstoffverbrauchs, der durch den Leistungsparameteränderungsberechner 43 hergeleitet wird, als die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable. Das Maschinensteuerungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels ist entworfen, um den Betrag, um den erlaubt ist, dass der Sollwert des Kraftstoffverbrauchs korrigiert wird (das heißt die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable, die unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 43a hergeleitet wird), als eine maximale manipulative Variable (das heißt einen Schutzwert) zu bestimmen, und ändert den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs graduell oder schrittweise, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, bis eine solche Änderung des Sollwerts die maximale manipulative Variable erreicht. Nach einem Start des Verringerns des Sollwerts des Kraftstoffverbrauchs entscheidet das Maschinensteuerungssystem, ob der Betrag, um die ein Ausgewählter der Verbrennungsparameter geändert wird, größer oder gleich einem gegebenen Wert ist oder nicht. Wenn dies so ist, stoppt das Maschinensteuerungssystem ein weiteres Korrigieren des Sollwerts des Kraftstoffverbrauchs.
8 ist ein Ablaufdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten oder eines Sollkraftstoffverbrauchssteuerungsprogramms, das durch die ECU 20, die in dem Maschinensteuerungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels installiert ist, zu regulären Intervallen (zum Beispiel einem Operationszyklus der CPU oder einem Zyklus, der äquivalent zu einem gegebenen Kurbelwinkel der Maschine 10 ist) auszuführen ist. Die gleichen Schrittnummern, die in 7 verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Operationen.
Nach einem Aufruf des Programms geht die Routine über zu Schritt S21, in dem bestimmt wird, ob eine Ausführungsbedingung, in der erlaubt ist, dass der Sollkraftstoffverbrauch korrigiert wird, erfüllt ist oder nicht, auf die gleiche Weise wie in 7 beschrieben ist.
Wenn in Schritt S21 eine JA-Antwort erhalten wird, dann geht die Routine über zu Schritt S22, in dem bestimmt wird, ob alle Leistungsparameter die Sollwerte von diesen erreicht haben oder mit diesen in Übereinstimmung sind oder nicht.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S22 erhalten wird, dann geht die Routine über zu Schritt S31, in dem bestimmt wird, ob ein Erster einer Sequenz von mehreren Schritten des Korrigierens des Sollwerts des Kraftstoffverbrauchs zu initiieren ist oder nicht. Wenn JA-Antworten in Schritten S21 und S22 das erste Mal nach einem Start von diesem Programm erhalten werden, wird in Schritt S31 eine JA-Antwort erhalten.
Die Routine geht dann über zu Schritt S32, in dem, wie in Schritt S23 von 7, der arithmetische Ausdruck einer Korrelation 42a, der die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definiert, verwendet wird, um die variablen Bereiche, in denen erlaubt ist, dass momentane Werte der Verbrennungsparameter entsprechend geändert werden, zu bestimmen. Ähnlich wird der arithmetische Ausdruck einer Korrelation 43a, der die Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern definiert, verwendet, um den Betrag, um die der Wert von jedem der Leistungsparameter geändert wird, zu bestimmen. Der Betrag, um den erlaubt ist, dass der Kraftstoffverbrauch, der einer der Leistungsparameter ist, verringert wird (das heißt die manipulative Kraftstoffverbrauchsvariable), wird dann als die maximale manipulative Variable bestimmt.
Nach Schritt S32 geht die Routine über zu Schritt S33. Wenn eine NEIN-Antwort in Schritt S31 erhalten wird, was bedeutet, dass ein zweiter oder ein nachfolgender der mehreren Schritte des Verringerns des Sollwerts des Kraftstoffverbrauchs bereits initiiert wurde, dann geht die Routine direkt über zu Schritt S33.
In Schritt S33 wird bestimmt, ob eine Änderung eines Ausgewählten der Verbrennungsparameter, von dem vorhergesagt wird, dass er aus einer Verringerung a des Sollkraftstoffverbrauchs von dem momentanen Wert von diesem entsteht, kleiner oder gleich einem gegebenen Wert K ist oder nicht. Die Verringerung a ist der Betrag, um die der Sollkraftstoffverbrauch in jedem der mehreren Schritte zu verringern ist. Zum Beispiel kann eine Korrelation zwischen dem Leistungsparameter (das heißt dem Kraftstoffverbrauch) und dem (den) Verbrennungsparametern) unter Verwendung eines inversen Modells der vorstehend beschriebenen Korrelationsdaten vorbereitet werden, um die Änderung des Einen der Verbrennungsparameter zu bestimmen.
Die Bestimmung in Schritt S33 kann alternativ dahingehend vorgenommen werden, ob Änderungen in ausgewählten manchen oder allen der Verbrennungsparameter, von denen vorhergesagt wird, dass sie aus der Verringerung a des Sollkraftstoffverbrauchs entstehen, kleiner oder gleich vorgegebenen entsprechenden Werten K sind oder nicht, oder ob die Größte der Änderungen in allen der Verbrennungsparametern kleiner oder gleich als ein gegebener Wert K ist oder nicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist einer der Verbrennungsparameter (das heißt die Menge an Kraftstoff, die eine Verbrennung durchläuft), die die stärkste Korrelation zu dem Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine 10 aufweist, vorbestimmt. Eine vorhergesagte Änderung in solch einem Verbrennungsparameter wird in der Bestimmung in Schritt S33 verwendet.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S33 erhalten wird, dann geht die Routine über zu Schritt S34, in dem bestimmt wird, ob der Sollkraftstoffverbrauch, von dem vorhergesagt wird, dass er hergeleitet wird, nachdem er durch die Verringerung a geändert wird, kleiner als der Initialwert des Sollkraftstoffverbrauchs minus der maximalen manipulativen Variable, die in Schritt S22 berechnet ist, ist oder nicht.
Wenn eine NEIN-Antwort in einem von Schritt S33 oder Schritt S34 erhalten wird, dann endet die Routine. Alternativ, wenn eine JA-Antwort in Schritt S34 erhalten wird, geht die Routine dann über zu Schritt S35 und der Sollkraftstoffverbrauch wird durch die Verringerung a verringert.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels arbeitet derart, um die maximale manipulative Variable vorzubereiten, bevor der Sollkraftstoffverbrauch korrigiert wird, und dann den Sollkraftstoffverbrauch schrittweise zu verringern, bis ein Gesamtbetrag, um den der Sollkraftstoffverbrauch geändert wurde, die maximale manipulative Variable erreicht. Wenn eine Änderung von einem der Verbrennungsparameter, von dem vorhergesagt wird, dass er durch die Verringerung a des Sollkraftstoffverbrauchs von dem momentanen Wert von diesem entsteht, nicht kleiner oder gleich dem gegebenen Wert K ist (das heißt eine NEIN-Antwort wird in Schritt S33 erhalten), stoppt die ECU 20 ein weiteres Verringern des Sollkraftstoffverbrauchs. Zusätzlich, wenn entweder einer oder manche der Leistungsparameter von den Sollwerten von diesen abweichen (das heißt eine NEIN-Antwort wird in Schritt S22 erhalten), stoppt die ECU 20 ein Verringern oder Korrigieren des Sollkraftstoffverbrauchs.
Wie aus der vorstehenden Diskussion offensichtlich ist, dient das Maschinensteuerungssystems dazu, den Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine 10 innerhalb der maximalen manipulativen Variable schrittweise zu verringern, womit eine schnelle Änderung eines Zustands einer Verbrennung des Kraftstoffs in der Maschine 10 vermieden wird. Die maximale manipulative Variable ist der Betrag, um die erlaubt ist, dass der Sollkraftstoffverbrauch geändert wird, und die basierend auf den variablen Bereichen der Verbrennungsparameter und der ersten Korrelationsdaten berechnet wird (speziell in dem Zustand, in dem Änderungen der Leistungsparameter bezüglich Abgasemissionen von der Maschine 10 innerhalb den erlaubbaren Bereichen liegen), womit die Stabilität einer Qualität der Abgasemissionen sichergestellt wird.
Das Maschinensteuerungssystem steuert das Verringern des Sollkraftstoffverbrauchs, während überwacht wird, ob solch eine Verringerung übermäßige Änderungen der Verbrennungsparameter ergibt oder nicht, wodurch die Stabilität einer Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine 10 sichergestellt wird.
Das Maschinensteuerungssystem überwacht eine Änderung von einem der Verbrennungsparameter, der die stärkste Korrelation zu dem Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine 10 aufweist, womit das Verringern des Sollkraftstoffverbrauchs mit hoher Empfindlichkeit zu der Änderung des Einen der Verbrennungsparameter gesteuert wird.
Das Maschinensteuerungssystem des dritten Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
Das Maschinensteuerungssystem des ersten Ausführungsbeispiels ist, wie vorstehend beschrieben, entworfen, um die Abweichungen der Vielzahl von Leistungsparametern in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b (das heißt die ersten Korrelationsdaten) einzusetzen, um die Änderungen der Vielzahl von Verbrennungsparametern herzuleiten und ebenso die Abweichungen der Vielzahl von Verbrennungsparametern in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b (das heißt die zweiten Korrelationsdaten) einzusetzen, um die Änderungen der Vielzahl von gesteuerten Parametern herzuleiten. Das Maschinensteuerungssystem des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels in solchen Operationen.
Speziell ist das Maschinensteuerungssystem des dritten Ausführungsbeispiels, das in 9 dargestellt ist, entworfen, um die Sollwerte der Leistungsparameter in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b (das heißt die ersten Korrelationsdaten) einzusetzen, um die Sollwerte der Verbrennungsparameter herzuleiten, und um ebenso die Sollwerte der Verbrennungsparameter in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b (das heißt die zweiten Korrelationsdaten) einzusetzen, um die Anweisungswerte (das heißt Sollwerte) der gesteuerten Parameter herzuleiten.
Das Maschinensteuerungssystem umfasst ebenso F/B-Steuerungen bzw. Regler 51 und 53 und Korrekturschaltungen 52 und 54. Die Korrekturschaltung 52 arbeitet zum Korrigieren der Sollwerte der Leistungsparameter, die durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b hergeleitet werden, unter Verwendung von Korrekturwerten, die durch den Regler 51 berechnet werden. Ähnlich arbeitet die Korrekturschaltung 54 zum Korrigieren der Anweisungswerte der gesteuerten Parameter, die durch den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b hergeleitet werden, unter Verwendung von Korrekturwerten, die durch den Regler 53 berechnet werden.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels dient dazu, die tatsächlichen bzw. Ist-Werte oder berechneten Werte der Verbrennungsparameter und der Leistungsparameter auf dieselbe koordinierte Regelungsbetriebsart wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zu steuern. Das Maschinensteuerungssystem kann entworfen sein, um eine Kombination der Strukturen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels aufzuweisen, das heißt, um den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs basierend auf den Beträgen von Abgasemissionen von der Maschine 10, wie etwa NOx, HC und CO, in dem Zustand, in dem Istwerte von jedem der Leistungsparameter mit Sollwerten von diesen, die als eine Funktion von momentanen Operationsbedingungen der Maschine 10 berechnet wurden, übereinstimmen, zu verbessern.
Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um ein besseres Verständnis von dieser zu erleichtern, sollte anerkannt werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verkörpert werden kann, ohne sich vom Prinzip der Erfindung zu entfernen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Modifikationen zu den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst, die verkörpert werden können, ohne sich vom Prinzip der Erfindung, das in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, zu entfernen.
Das Maschinensteuerungssystem von jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, wie vorstehend beschrieben, berechnet die variablen Bereiche der Verbrennungsparameter unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 42a (das heißt den zweiten Korrelationsdaten), der die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definiert, und berechnet ebenso den Betrag, um den der Kraftstoffverbrauch in der Maschine 10 erlaubt ist, verringert zu werden, unter Verwendung des arithmetischen Ausdrucks einer Korrelation 43a (das heißt den ersten Korrelationsdaten), der die Korrelation zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern definiert, aber kann alternativ entwickelt sein, um die variablen Bereiche der Verbrennungsparameter als eine Funktion von momentanen Betriebsbedingungen der Maschine 10 zu bestimmen.
Die Verringerung, um die der Kraftstoffverbrauch erlaubt ist, schrittweise geändert zu werden, kann als ein fester Wert vorbestimmt sein. Das Maschinensteuerungssystem kann den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs durch die feste Verringerung ändern. Wenn eine Änderung des Betrags der Abgasemissionen einen erlaubbaren Wert übersteigt, stoppt das Maschinensteuerungssystem ein Ändern des Sollwerts des Kraftstoffverbrauchs.
Das Maschinensteuerungssystem von jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele wählt den Kraftstoffverbrauch in der Maschine 10, der einer von Leistungsparametern ist, als ein zu korrigierendes Ziel und wählt ebenso die Beträge an Abgasemissionen, wie etwa NOx, HC und CO, von der Maschine 10, die die anderen Leistungsparameter sind, als Nicht-Ziele, die nicht zu korrigieren sind, aus, und arbeitet derart, um den Sollwert des Kraftstoffverbrauchs zu korrigieren, um die Ebene der Kraftstoffeffizienz in der Maschine 10 basierend auf den Beträgen an Abgasemissionen von der Maschine 10 zu verbessern, aber kann umgekehrt entwickelt sein, um einen oder alle der Beträge der Abgasemissionen, wie etwa NOx, HC und CO, von der Maschine 10, die andere Leistungsparameter sind, als zu korrigierende Ziele auszuwählen, und ebenso den Kraftstoffverbrauch in der Maschine 10, der einer der Leistungsparameter ist, als ein Nicht-Ziel, das nicht zu korrigieren ist, auszuwählen, und den Sollwert von zum Beispiel der Menge an NOx zu korrigieren, um die Leistung der Maschine 10 basierend auf einem momentanen Wert des Kraftstoffverbrauchs in der Maschine 10 zu verbessern. Das Maschinensteuerungssystem kann ebenso entworfen sein, um das durch die Maschine 10 ausgegebene Drehmoment als ein zu korrigierendes Ziel auszuwählen und ebenso den Verbrauch und die verbrannte Menge an Kraftstoff in der Maschine 10 als Nicht-Ziele, die nicht zu korrigieren sind, auszuwählen, und den Sollwert des Drehmoments zu korrigieren, um die Leistung der Maschine 10 basierend auf einem momentanen Wert des Verbrauchs und/oder der verbrannten Menge an Kraftstoff in der Maschine 10 zu verbessern. Andere Kombinationen des (der) Ziels(Ziele) und Nicht-Ziels(Ziele) können ausgewählt werden.
Das Maschinensteuerungssystem in jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele steuert den Ist-Wert oder berechneten Wert des Verbrennungsparameters und des Leistungsparameters in der Regelungsbetriebsart, kann jedoch alternativ entwickelt sein, um zumindest einen der erstgenannten und der letztgenannten in der Betriebsart einer offenen Schleife zu steuern. Zum Beispiel werden der Leistungsparameterabweichungsberechner 34, der Regler 51 und die Korrekturschaltung 52, die in 9 dargestellt sind, weggelassen. Die Sollwerte der Verbrennungsparameter, die durch den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b berechnet werden, werden direkt an die Stellgliedsteuerung 33 ausgegeben, ohne in der Regelungsbetriebsart angepasst zu werden. Alternativ können der Verbrennungsparameterabweichungsberechner 35, der Regler 53 und die Korrekturschaltung 54 weggelassen werden. Die Sollwerte der gesteuerten Parameter, die durch den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b berechnet werden, werden direkt an die Stellglieder 11 ausgegeben, ohne in der Regelungsbetriebsart angepasst zu werden.
Das Maschinensteuerungssystem verwendet die ersten Korrelationsdaten (das heißt den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters 32b), der die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Leistungsparametern und den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern definiert, um die Sollwerte der Verbrennungsparameter zu berechnen, und verwendet ebenso die zweiten Korrelationsdaten (das heißt den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters 33b), der die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern und den verschiedenen Arten von gesteuerten Parametern definiert, um die Anweisungswerte der gesteuerten Parameter zum Steuern der Operationen der Stellglieder 11 zu berechnen, usw., aber kann alternativ entworfen sein, um die Anweisungswerte der gesteuerten Parameter durch eine Anpassungsübersicht ohne Verwendung der zweiten Korrelationsdaten zu berechnen.
Die ECU 20 kann alternativ entwickelt sein, um darin die ersten und zweiten Korrelationsdaten in einer Form, die von den arithmetischen Ausdrücken eines Parameters (das heißt den Determinanten) verschieden ist, zu speichern. Zum Beispiel können die ersten und zweiten Korrelationsdaten durch Übersichten ausgedrückt werden. Speziell werden die ersten Korrelationsdaten durch abgebildete Konstanten, die eine Korrelation von jedem der Verbrennungsparameter zu der Vielzahl von gesteuerten Parametern darstellen, hergestellt. Die zweiten Korrelationsdaten werden durch abgebildete Konstanten, die eine Korrelation zwischen jedem der gesteuerten Parameter zu der Vielzahl von Verbrennungsparametern darstellen, hergestellt.
Eine Maschinensteuerungsvorrichtung arbeitet derart, um einen Sollwert von jedem von Leistungsparametern, die mit verschiedenen Arten von Leistungen einer Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu bestimmen, Sollwerte von Verbrennungsparametern, die mit Verbrennungszuständen von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf den Sollwerten der Leistungsparameter unter Verwendung von ersten Korrelationsdaten, die Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern definieren, zu bestimmen, und Anweisungswerte der gesteuerten Parameter für Stellglieder als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu berechnen. Wenn Istwerte der Leistungsparameter mit den Sollwerten in Übereinstimmung sind, ändert oder korrigiert das System den Sollwert eines Ausgewählten der Leistungsparameter, um die Ebene einer Entsprechenden der Leistungen der Maschine basierend auf den anderen Leistungsparametern zu verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-55646 [0001]
JP 2008-223643 [0006]
JP 2007-77935 [0006]

Claims

Maschinensteuerungsvorrichtung, mit: einer Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung, die einen Sollwert von jedem einer Vielzahl von Leistungsparametern, die mit verschiedenen Arten von Leistungen einer Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf Operationsbedingungen der Brennkraftmaschine bestimmt; einer Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung, die Sollwerte einer Vielzahl von Verbrennungsparametern, die mit Verbrennungszuständen von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine verknüpft sind, basierend auf den Sollwerten der Leistungsparameter unter Verwendung von ersten Korrelationsdaten, die Korrelationen zwischen den Leistungsparametern und den Verbrennungsparametern darstellen, bestimmt; und einem Steuerungsanweisungsberechner, der Anweisungswerte als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter, die durch die Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung bestimmt werden, berechnet, wobei die Anweisungswerte an Stellglieder bereitgestellt werden, die dazu dienen, die Verbrennungszustände des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine zu steuern, um gewünschte Ebenen der Leistungen der Brennkraftmaschine zu erreichen, wobei die Anweisungswerte gesteuerte Parameter darstellen, die mit Operationen der Stellglieder verknüpft sind, wobei, wenn Istwerte der Leistungsparameter mit den Sollwerten in Übereinstimmung sind, die durch die Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung bestimmt sind, die Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung als eine Solloperationsschaltung dient, die zumindest einen der Leistungsparameter als ein zu verarbeitendes Ziel auswählt und den Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter verarbeitet, um die Ebene einer Entsprechenden der Leistungen der Maschine basierend auf Nicht-Zielen, die Andere der Leistungsparameter sind, zu verbessern.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Solloperationsschaltung Änderungen der Anderen der Leistungsparameter, die als die Nicht-Ziele ausgewählt sind, berechnet, die aus Änderungen des Sollwerts des Einen der Leistungsparameter, der als das Ziel ausgewählt ist, entstehen, und den Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter basierend auf den berechneten Änderungen verarbeitet.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Solloperationsschaltung derart arbeitet, um erlaubbare variable Bereiche zu berechnen, in welchen erlaubt ist, dass Sollwerte der Verbrennungsparameter geändert werden, Änderungen der Leistungsparameter entsprechend den erlaubbaren variablen Bereichen der Verbrennungsparameter unter Verwendung der ersten Korrelationsdaten zu berechnen, und die Änderung des Ausgewählten der Leistungsparameter als eine manipulative Variable zu bestimmen, um die der Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter zu verarbeiten ist, wenn Änderungen der Anderen der Leistungsparameter innerhalb der erlaubbaren Bereiche liegen.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Solloperationsschaltung die manipulative Variable als eine maximale manipulative Variable bestimmt und den Sollwert des Ausgewählten der Leistungsparameter schrittweise innerhalb der maximalen manipulativen Variable verarbeitet.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Solloperationsschaltung bestimmt, ob eine Änderung in zumindest einem der Verbrennungsparameter, die aus einer Operation bezüglich des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter entsteht, größer als ein gegebener Wert ist oder nicht, und wobei, wenn bestimmt ist, dass die Änderung des zumindest einen der Leistungsparameter größer als der gegebene Wert ist, die Solloperationsschaltung ein Verarbeiten des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter stoppt.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Solloperationsschaltung Änderungen der Verbrennungsparameter, die aus Operationen bezüglich des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter entstehen, berechnet, und bestimmt, ob eine der Änderungen der Verbrennungsparameter, der die stärkste Korrelation zu dem Ausgewählten der Leistungsparameter aufweist, größer als ein gegebener Wert ist oder nicht, und wenn bestimmt ist, dass die Änderung des einen der Verbrennungsparameter größer ist als der gegebene Wert, die Solloperationsschaltung ein Verarbeiten des Sollwerts des Ausgewählten der Leistungsparameter stoppt.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Solloperationsschaltung ebenso derart arbeitet, um erlaubbare variable Bereiche zu berechnen, in denen erlaubt ist, dass sich Sollwerte der gesteuerten Parameter ändern, wobei die Solloperationsschaltung die erlaubbaren variablen Bereiche der Verbrennungsparameter, die den erlaubbaren Bereichen der gesteuerten Parameter entsprechen, unter Verwendung von zweiten Korrelationsdaten bestimmt, die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definieren.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Solloperationsschaltung einen spezifischen Kraftstoffverbrauch in der Maschine als den Ausgewählten der Leistungsparameter auswählt und ebenso Beträge an Abgasemissionen von der Brennkraftmaschine als die Anderen der Leistungsparameter, die als Nicht-Ziele ausgewählt sind, bestimmt, und wobei die Solloperationsschaltung einen Sollwert des spezifischen Kraftstoffverbrauchs basierend auf den Beträgen an Abgasemissionen verarbeitet.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Steuerungsanweisungsberechner zweite Korrelationsdaten verwendet, die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern definieren, um die Anweisungswerte für die gesteuerten Parameter als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu bestimmen.