DE102012204112A1

DE102012204112A1 - Maschinensteuerungssystem mit stellgliedsteuerung

Info

Publication number: DE102012204112A1
Application number: DE102012204112A
Authority: DE
Inventors: Shinya Hoshi; Koji Ishizuka; Kazuhiro Higuchi; Sumitaka Ikeda; Yuuki NAKATSUJI; Masahiro Asano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: JP5287912B2; US9169792B2; US20120239275A1; DE102012204112B4; JP2012193622A

Abstract

Eine Maschinensteuerungsvorrichtung dient zum Bestimmen von Sollwerten einer Vielzahl von Verbrennungsparametern, die Verbrennungszustände von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine angeben, und nötig sind, um erforderliche Leistungen der Brennkraftmaschine zu erreichen, zum Berechnen einer Verbrennungsparameterabweichung, die eine Abweichung eines Istwerts von jedem der Verbrennungsparameter von dem Sollwert von diesem ist, zum Auswählen von zumindest einem von gesteuerten Parametern, die mit den Verbrennungsparametern korrelieren, als eine Funktion eines Grades einer Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen zum Minimieren der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen. Die gesteuerten Parameter sind Parameter zum Steuern von Operationen von Stellgliedern, die zum Steuern der Verbrennungszustände der Brennkraftmaschine dienen. Die Maschinensteuerungsvorrichtung steuert den Einen der gesteuerten Parameter, der durch die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters ausgewählt wird, um die Ausgewählte der Verbrennungsparameterabweichungen zu minimieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTES DOKUMENT
Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-56138 , eingereicht am 15. März 2011, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist.
HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Maschinensteuerungssystem, das in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann und entworfen ist, um Operationen von Stellgliedern, wie etwa Kraftstoffinjektoren, zu steuern, um einen Verbrennungszustand von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine zu regulieren, um eine gewünschte Ebene einer Leistung bzw. eines Leistungsverhaltens der Maschine zu erreichen.
2. Stand der Technik
Die japanische Patent-Erstveröffentlichung Nr. 2009-156034 offenbart ein Maschinensteuerungssystem, das gesteuerte Variablen oder Parameter berechnet, die mit der Menge an Kraftstoff, die in eine Brennkraftmaschine einzuspritzen ist, dem Zündzeitpunkt und der Menge an Einlassluft, die in die Maschine gesaugt wird, verknüpft ist, um erforderliche Maschinenleistungsparameter zu erfüllen, wie etwa die Menge an Abgasemissionen (zum Beispiel NOx und CO), das Ausgabedrehmoment der Maschine, der Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine, der Pegel eines Verbrennungsgeräusches der Maschine.
Das Maschinensteuerungssystem vergleicht den Pegel eines Verbrennungsgeräusches, das erzeugt wird, wenn Kraftstoff tatsächlich bei einem Referenzkraftstoffeinspritzparameter in dem Zustand, in dem die Konzentration von Sauerstoff in einem Zylinder der Maschine einen bestimmten Wert aufweist, eingesprüht wurde, mit dem, der erwartet wird, wenn Kraftstoff gemäß dem Referenzkraftstoffeinspritzparameter in dem Zustand, in dem die Konzentration von Sauerstoff in dem Zylinder einen Sollwert erfüllt, eingesprüht wird. Wenn eine Differenz zwischen diesen größer als ein erlaubbarer Bereich ist, korrigiert das Maschinensteuerungssystem den Referenzkraftstoffeinspritzparameter, so dass die Differenz in den erlaubbaren Bereich fällt und betätigt einen Kraftstoffinjektor gemäß dem korrigierten Referenzkraftstoffeinspritzparameter, um den Pegel des Verbrennungsgeräusches (das heißt einen der Leistungsparameter, was später beschrieben wird) zu optimieren. Der vorstehende Referenzkraftstoffeinspritzparameter kann die Menge an Kraftstoff, die von einem Kraftstoffinjektor in dem Piloteinspritzereignis oder dem Haupteinspritzereignis in einem Multiinjektionssystem eingesprüht wird, ein Intervall von Einspritzung zu Einspritzung, den Zeitpunkt des Haupteinspritzereignisses oder ein Intervall von einer Pilot- zu einer Haupteinspritzung umfassen.
Es kann jedoch Korrelationen zwischen der Vielzahl von Leistungsparametern geben. Das Verringern des Intervalls von einer Pilot- zu einer Haupteinspritzung, um das Verbrennungsgeräusch (das heißt einen der Leistungsparameter) zu reduzieren, kann deshalb eine Erhöhung einer Menge an Rauch (das heißt einen der Leistungsparameter), die von der Maschine ausgestoßen wird, ergeben. Speziell, wenn das Maschinensteuerungssystem Sollwerte der Leistungsparameter unabhängig voneinander berechnet und eine Vielzahl von gesteuerten Parametern für Stellglieder gleichzeitig ändert, um diese mit den Sollwerten in Übereinstimmung zu bringen, kann dies Interferenzen zwischen den verschiedenen Arten von Leistungsparametern in der Art ergeben, dass wenn einer der Leistungsparameter seinen Sollwert erreicht, ein anderer Leistungsparameter von seinem Sollwert abweicht.
Das Maschinensteuerungssystem kann ebenso entworfen sein, um Verbrennungsparameter, die mit Zuständen des Verbrennens von Kraftstoff in der Maschine verknüpft sind, als Zwischenparameter verwenden, um die gesteuerten Parameter zu regulieren, um Istwerte der Leistungsparameter mit Sollwerten von diesen in Übereinstimmung zu bringen. Wenn eine Abweichung zwischen einem Istwert von einem der Verbrennungsparameter und einem Sollwert von diesem auftritt, ist es wünschenswert, solch eine Abweichung auf eine Weise zu minimieren, die für augenblickliche Betriebsbedingungen der Maschine geeignet ist.
KURZFASSUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Maschinensteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die konstruiert ist, um die Steuerung von Operationen einer Brennkraftmaschine, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, zu optimieren, um eine erwünschte Leistung bzw. Leistungsverhalten der Maschine zu erreichen.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels ist eine Maschinensteuerungsvorrichtung bereitgestellt, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Die Maschinensteuerungsvorrichtung umfasst: (a) eine Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung, die Sollwerte einer Vielzahl von Verbrennungsparametern bestimmt, die Verbrennungszustände von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine darstellen und nötig sind, um erforderliche Leistungen der Brennkraftmaschine zu erreichen; (b) ein Verbrennungsparameterabweichungsberechner, der eine Verbrennungsparameterabweichung berechnet, die eine Abweichung eines Istwerts von jedem der Verbrennungsparameter von dem Sollwert von diesem ist; (c) eine Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters, die zumindest einen von gesteuerten Parametern, der mit den Verbrennungsparametern korreliert, auswählt, als eine Funktion eines Grades einer ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen zum Minimieren der ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen, wobei die gesteuerten Parameter Parameter zum Steuern von Operationen von Stellgliedern sind, die dazu dienen, die Verbrennungszustände der Brennkraftmaschine zu steuern; und (d) eine Verbrennungssteuerung, die den Einen der gesteuerten Parameter steuert, der durch die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters ausgewählt wird, um die Ausgewählte der Verbrennungsparameterabweichungen zu minimieren.
Wenn die Istwerte der Verbrennungsparameter von den Sollwerten von diesen abweichen, ist es wünschenswert, dass nur manche der gesteuerten Parameter, die als eine Funktion von Graden von entsprechenden der Verbrennungsparameterabweichungen ausgewählt werden, verwendet werden, um die Operationen der Stellglieder zu steuern, im Vergleich mit einem Fall, in dem alle der gesteuerten Parameter gleichzeitig reguliert werden, um die Verbrennungsparameterabweichungen zu minimieren. Dies liegt daran, dass die Effekte des Änderns der gesteuerten Parameter bezüglich der Verbrennungsparameter (zum Beispiel die Grade eines Ansprechverhaltens der Verbrennungsparameter oder die Grade einer Stabilität beim Minimieren der Verbrennungsparameterabweichungen) unter den gesteuerten Parametern verschieden sind. Folglich wählt die Maschinensteuerungsvorrichtung einen der gesteuerten Parameter aus, der mit den Verbrennungsparametern korreliert, die die Verbrennungsparameterabweichungen ergeben, als eine Funktion des Grades des Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen. Dies ermöglicht es, dass die Verbrennungsparameterabweichungen minimiert werden, ohne entweder das Ansprechverhalten der Maschinensteuerungsvorrichtung zu den Verbrennungsparameterabweichungen oder die Stabilität beim Steuern der Verbrennungsparameterabweichungen aufzugeben, wenn die verschiedenen Arten von gesteuerten Parametern geregelt werden.
In der bevorzugten Art des Ausführungsbeispiels können Grade einer Empfindlichkeit von jedem der Verbrennungsparameter zu entsprechenden Änderungen bei den gesteuerten Parametern vorbestimmt sein. Die Steuerungsparameterauswahleinrichtung wählt den einen der gesteuerten Parameter, die sich voneinander im Grad der Empfindlichkeit unterscheiden, als eine Funktion des Grades des Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen aus.
Das Ansprechverhalten zu den Verbrennungsparameterabweichungen oder die Stabilität beim Steuern der Verbrennungsparameter wird in Abhängigkeit von Änderungen in den Verbrennungsparametern, die sich aus einem Ändern der gesteuerten Parameter ergeben (das heißt die Grade einer Empfindlichkeit der Verbrennungsparameter zu der Änderung der gesteuerten Parameter), geändert. Die Verwendung von einem der gesteuerten Parameter, der eine höhere Empfindlichkeit aufweist, wird deshalb eine schnelle Eliminierung der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen ergeben. Alternativ wird einer der gesteuerten Parameter, dessen Empfindlichkeit geringer ist, eine erhöhte Stabilität beim Eliminieren der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen mit einem geringeren Einfluss von Störungen oder Rauschen ergeben. Die Verwendung des Grades der Empfindlichkeit der Verbrennungsparameter zu den Änderungen bei den gesteuerten Parametern beim Auswählen des einen der gesteuerten Parameter wird deshalb eine verbesserte Zuverlässigkeit beim Betrieb der Maschinensteuerungsvorrichtung ergeben.
Manche der gesteuerten Parameter können jeweils Korrelationen mit manchen der Verbrennungsparameter aufweisen. Wenn einer von solchen gesteuerten Parametern als ein gesteuerter Sollparameter ausgewählt wird, um reguliert zu werden, um die ausgewählte der Verbrennungsparameterabweichungen zu minimieren, wird sein Effekt auf die Ausgewählte der Verbrennungsparameterabweichungen mit einer Zunahme der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen zunehmen.
Angesichts der vorstehenden Tatsache kann die Maschinensteuerungsvorrichtung Daten bezüglich Graden von Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern aufweisen und den einen der gesteuerten Parameter, dessen Grad an Korrelation mit den Verbrennungsparametern niedriger ist, auswählen, anstatt einen, der zu der einen der Verbrennungsparameterabweichungen beiträgt, als eine Funktion des Grades der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen. Dies optimiert weiterhin die Steuerung der Verbrennungsparameterabweichungen.
Die Leistungen der Verbrennungsmaschine werden durch eine Vielzahl von Arten von Leistungsparametern ausgedrückt, die zum Beispiel das Drehmoment, das durch die Verbrennungsmaschine ausgegeben wird, die Menge an Abgasemissionen (zum Beispiel NOx, CO oder HC) von der Verbrennungsmaschine, die Menge an Rauch, die von der Verbrennungsmaschine ausgestoßen wird, den Verbrauch von Kraftstoff bei der Verbrennung (zum Beispiel ein spezifischer Kraftstoffverbrauch) und den Pegel eines Verbrennungsgeräusches umfassen. Welcher von diesen ausgewählt werden sollte, um gesteuert zu werden, hängt von der Art der Anforderung bezüglich der Verbrennungsmaschine ab. Wenn die Verbrennungsmaschine zum Beispiel beschleunigt, wird vorzugsweise das Drehmoment ausgewählt, um gesteuert zu werden. Wenn die Verbrennungsmaschine bei einer konstanten Drehzahl läuft, wird vorzugsweise die Menge an Abgasemissionen oder der Pegel des Verbrennungsgeräusches ausgewählt, um gesteuert zu werden.
Angesichts der vorstehenden Tatsache kann die Maschinensteuerungsvorrichtung ebenso eine Verbrennungsparameterauswahleinrichtung aufweisen, die zwei oder mehr von den Verbrennungsparametern, die zu den Verbrennungsparameterabweichungen beitragen, auswählt. Die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters kann den Einen der gesteuerten Parameter in Abhängigkeit von Graden einer Korrelation der ausgewählten Verbrennungsparameter mit jedem der Leistungsparameter, die die Leistungen der Verbrennungsmaschine darstellen, auswählen.
Wenn die Verbrennungsparameterauswahleinrichtung zwei oder mehr der Verbrennungsparameter, die die Verbrennungsparameterabweichungen ergeben, ausgewählt hat, kann die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters zwei oder mehr der gesteuerten Parameter auswählen, so dass die Verbrennungsparameterabweichungen der Ausgewählten der Verbrennungsparameter in einer zeitlichen Abfolge geändert werden. Somit werden zwei oder mehr der Verbrennungsparameterabweichungen schnell minimiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben ist, und von den anhängigen Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern nur dem Zwecke der Erklärung und des Verständnisses dienen, besser verstanden.
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 ein arithmetischer Ausdruck eines Verbrennungsparameters verwendet wird;
1(c) eine Darstellung, die eine Determinante darstellt, die als ein arithmetischer Ausdruck eines gesteuerten Parameters verwendet wird;
2 eine Ansicht, die ein Beispiel darstellt, in dem sich die Menge an Rauch, die von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen wird, ändert, und gesteuerte Parameter reguliert werden, um eine sich ergebende Abweichung einer tatsächlichen Menge an Rauch von dem Sollwert von diesem zu eliminieren;
3 eine Tabelle, die Werte eines Steuerungsfaktors Ka von unterschiedlichen Arten von gesteuerten Parametern, die mit einem Ausgewählten der Verbrennungsparameter korrelieren, darstellt; und
4(a) und 4(b) ein Ablaufdiagramm eines Stellgliedsteuerungsprogramms, das durch das Maschinensteuerungssystem von 1(a) auszuführen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in mehreren Ansichten bezeichnen, 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.
1(a) ist ein Blockdiagramm des Maschinensteuerungssystems, das durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 20 implementiert wird, die dazu dient, Operationen einer Vielzahl von Stellgliedern zu steuern, um Kraftstoffverbrennungszustände der Maschine 10 zu regulieren, um gewünschte Ausgabecharakteristika oder eine Leistung der Maschine 10 zu erzielen.
Die Stellglieder 11, die in einem Kraftstoffsystem verwendet werden, sind zum Beispiel Kraftstoffinjektoren, die Kraftstoff in die Maschine 10 einsprühen, und eine Hochdruckpumpe, die den Druck eines Kraftstoffs, der den Kraftstoffinjektoren zuzuführen ist, steuert. Die Stellglieder 11, die in einem Lufteinlasssystem installiert sind, sind zum Beispiel ein EGR-Ventil (EGR, ”exhaust gas recircultation”, Abgasrückführung), das den Betrag eines Teils eines Abgases, das von der Maschine 10 ausgestoßen wird, der zu einem Einlassanschluss der Maschine 10 zurückzuführen ist (was nachstehend ebenso als ein EGR-Betrag bezeichnet wird), steuert, ein variabel gesteuerter Lader (”supercharger”), der den Ladedruck variabel regelt, ein Drosselventil, das die Menge an frischer Luft, die in den Zylinder der Maschine 10 einzuführen ist, steuert, und ein Ventilsteuerungsmechanismus, der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile der Maschine 10 einstellt und die Menge eines Hubes der Einlass- und Auslassventile regelt.
In der Maschine 10 sind Leistungssensoren 12 und Verbrennungszustandssensoren 13 installiert, die Ausgaben an die ECU 20 bereitstellen. Die Leistungssensoren 12 dienen zum Messen einer Vielzahl von Arten von Maschinenleistungen. Zum Beispiel werden die Leistungssensoren 12 durch einen NOx-Sensor, der den Betrag an Abgasemissionen (zum Beispiel NOx, CO und HC), die von der Maschine 10 ausgestoßen werden, misst, einen Sauerstoffsensor, der die Konzentration von Sauerstoff in den Abgasemissionen misst, einen Rauchsensor, der eine Menge an Rauch, der von der Maschine 10 ausgestoßen wird, misst, einen Drehmomentsensor, der ein Drehmoment, das durch die Maschine 10 ausgegeben wird, misst, und ein Verbrennungsgeräuschsensor, der den Pegel eines Verbrennungsgeräusches misst, der sich durch Verbrennen des Kraftstoffs in der Maschine 10 ergibt, implementiert. Die Verbrennungszustandssensoren 13 dienen zum Messen der Verbrennungszustände der Maschine 10. Zum Beispiel werden die Verbrennungszustandssensoren 13 durch einen Zylinderdrucksensor, der den Druck in der Brennkammer (das heißt den Zylinder) der Maschine 10 misst, usw. implementiert.
Das Maschinensteuerungssystem ist ebenso mit einem Kurbelwinkelsensor, der einen Winkel (das heißt eine Winkelposition) einer Kurbelwelle der Maschine 10 misst, und einem Kühlmitteltemperatursensor, der die Temperatur eines Maschinenkühlmittels misst, ausgestattet.
Die ECU 20 ist mit einem typischen Mikrocomputer ausgestattet, der eine CPU, eine ROM und eine RAM umfasst und Steuerungsprogramme durchführt, die in dem ROM gespeichert sind, um Maschinensteuerungsaufgaben basierend auf momentanen Maschinenbetriebsbedingungen der Maschine 10 durchzuführen.
Speziell ist das Maschinensteuerungssystem entworfen, um, wie nachstehend detailliert beschrieben wird, Beziehungen zwischen Leistungsparametern und Verbrennungsparametern und Beziehungen zwischen den Verbrennungsparametern und gesteuerten Parametern zu verwenden, um die Operationen der Maschine 10 zu steuern. Die ECU 20 überwacht Ausgaben von den vorstehend beschriebenen Sensoren, um Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine 10 zu bestimmen, die nötig sind, um erforderliche Leistungen der Maschine 10 zu erreichen, und berechnet Sollwerte der gesteuerten Parameter für die Stellglieder 11, um die bestimmten Verbrennungszustände zu erreichen. Speziell steuert die ECU 20 die Operationen der Stellglieder 11, um Sollwerte der Leistungsparameter zu erreichen, die die erforderlichen Leistungen der Maschine 10 darstellen (welche nachstehend auch als Sollleistungsparameter bezeichnet werden), gleichzeitig auf eine koordinierte Weise.
Die Leistung der Maschine 10 wird durch eine Vielzahl von Arten von Leistungsparametern ausgedrückt, die einer von zum Beispiel dem Betrag an Abgasemissionen (zum Beispiel NOx, CO oder HC) von der Maschine 10, der Menge an Rauch, die von der Maschine 10 ausgestoßen wird, dem Drehmoment, das durch die Maschine 10 ausgegeben wird, dem Verbrauch an Kraftstoff in der Maschine 10 (zum Beispiel ein spezifischer Kraftstoffverbrauch) und dem Pegel eines Verbrennungsgeräusches sind. Die vorstehenden Verbrennungszustände der Maschine 10 werden durch eine Vielzahl von Arten von Verbrennungsparametern ausgedrückt. Zum Beispiel sind die Verbrennungsparameter der Druck in dem Zylinder der Maschine 10, die Menge einer Wärmefreisetzung, die Wärmefreisetzungsrate, der Zündzeitpunkt, der Zündrückstand (ebenso Zündverzögerung genannt), der ein Zeitintervall zwischen einem Start eines Einsprühens des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor und der Zündung des eingesprühten Kraftstoffs ist, und der Zündbeendigungsrückstand. Der Zündzeitpunkt, der Zündrückstand und der Zündbeendigungsrückstand können als eine Funktion einer Änderung eines Drucks in dem Zylinder der Maschine 10, der durch den Zylinderdrucksensor gemessen wird, hergeleitet werden.
Die Maschinensteuerungsaufgabe, die durch das Maschinensteuerungssystem auszuführen ist, wird nachstehend mit Bezug auf 1(a) bis 1(c) beschrieben.
Die ECU 20 dient zum gleichzeitigen Berechnen von Sollwerten der Verbrennungsparameter (welche nachstehend ebenso als Sollverbrennungsparameter bezeichnet werden), die nötig sind, um die Sollleistungsparameter zu erfüllen, und dann zum gleichzeitigen Bestimmen von Anweisungswerten, die an die Stellglieder 11 auszugeben sind, die die gesteuerten Parameter darstellen, um die Sollverbrennungsparameter zu erreichen.
Speziell dient die ECU 20 als eine Maschinensteuerung und ist, wie in 1(a) dargestellt ist, mit einem Sollleistungsparameterberechner 30, einem Verbrennungsparameterberechner 50, einer Stellgliedsteuerung 70, einem Leistungsparameterabweichungsberechner 40, und einem Verbrennungsparameterabweichungsberechner 60 ausgestattet.
Der Sollleistungsparameterberechner 30 dient als eine Sollleistungsparameterbestimmungsschaltung, um Sollwerte Ptg der Leistungsparameter durch zum Beispiel eine Sollleistungsparameterübersicht zu bestimmen, als eine Funktion eines Maschinenbetriebsbedingungsparameters (zum Beispiel der Drehzahl der Maschine 10 oder der Position des Beschleunigerpedals) und eines Umgebungszustandsparameters (zum Beispiel der Temperatur des Kühlmittels, dem Atmosphärendruck oder der Temperatur der Umgebungsluft). Die Sollleistungsparameter Ptg werden an den Leistungsparameterabweichungsberechner 40 ausgegeben.
Der Leistungsparameterabweichungsberechner 40 berechnet eine Abweichung eines Istwerts Pat von jedem der Leistungsparameter von einem entsprechenden der Sollleistungsparameter Ptg als eine Leistungsparameterabweichung ΔP. Die Istwerte Pa der Leistungsparameter können durch Ausgaben der Leistungssensoren 12 hergeleitet werden oder unter Verwendung eines Maschinenmodells berechnet werden.
Der Verbrennungsparameterberechner 50 dient als eine Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung, um Sollverbrennungsparameter Qtg zu berechnen, die Sollwerte der Verbrennungsparameter sind, die erforderlich sind, um Istwerte der Leistungsparameter mit den Sollwerten von diesen in Übereinstimmung zu bringen. Der Verbrennungsparameterberechner 50 ist mit einem Integrierer 51 und einem Sollverbrennungsparameterberechner 52 ausgestattet. Der Integrierer 51 dient zum Summieren oder Zusammenrechnen von jeder der Leistungsparameterabweichungen Δx, die durch den Leistungsparameterabweichungsberechner 40 hergeleitet werden, um einen Integralwert x zu erzeugen. Der Sollverbrennungsparameterberechner 52 berechnet jeden der Sollverbrennungsparameter Qtg als eine Funktion eines entsprechenden der Integralwerte x, die von dem Integrierer 51 eingegeben werden.
Genauer ist der Sollverbrennungsparameterberechner 52 mit einem Speicher eines arithmetischen Ausdrucks 53 ausgestattet, in dem ein arithmetischer Ausdruck eines Verbrennungsparameters gespeichert wird, der Korrelationen zwischen den r Leistungsparametern (p1, ..., pr) und den s Verbrennungsparametern (q1, ..., qs) definiert. Der Sollverbrennungsparameterberechner 52 setzt die Integralwerte x in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters ein, um Solländerungen ΔQtg als Beträge, um die die Sollwerte der Verbrennungsparameter zu ändern sind, herzuleiten, und korrigiert dann Referenzverbrennungsparameter unter Verwendung der Solländerungen ΔQt, um entsprechend die Sollverbrennungsparameter Qtg herzuleiten. Die Referenzverbrennungsparameter sind für jeden Betriebszustand der Maschine 10 vorbestimmt.
1(b) stellt ein Beispiel des arithmetischen Ausdrucks eines Verbrennungsparameters dar, der in dem Sollverbrennungsparameterberechner 52 verwendet wird. Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters ist durch eine Determinante definiert, die derart entworfen ist, dass das Produkt eines Spaltenvektors A1 r-ter Ordnung von Variablen, die Änderungen der Leistungsparameter darstellen, und einer s×r-Matrix A2, die aus Einträgen a₁₁ bis a_sr besteht, als ein Spaltenvektor A3 s-ter Ordnung von Variablen, die Änderungen der Verbrennungsparameter angeben, ausgedrückt wird. Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters wird zum Beispiel durch die Multiregressionsanalyse erzeugt.
Der Verbrennungsparameterberechner 50, wie vorstehend beschrieben, dient zum Einsetzen der Integralwerte x in den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters, um die Sollverbrennungsparameter Qtg zu erzeugen, wodurch stationäre bzw. eingeschwungene Abweichungen der Istwerte der Leistungsparameter von Sollwerten von diesen minimiert werden. Wenn die Integralwerte x gleich Null werden, sind Lösungen des arithmetischen Ausdrucks eines Verbrennungsparameters gleich Null, so dass die Verbrennungszustände der Maschine 10 beibehalten werden, wie sie sind. Die Sollverbrennungsparameter Qtg, die durch den Verbrennungsparameterberechner 50 bestimmt werden, werden in den Verbrennungsabweichungsberechner 60 eingegeben.
Der Verbrennungsparameterabweichungsberechner 60 tastet Istwerte Qat der Verbrennungsparameter und die Sollverbrennungsparameter Qtg ab und berechnet Differenzen zwischen diesen als Verbrennungsparameterabweichungen Δy. Die Istwerte Qat der Verbrennungsparameter können durch Ausgaben der Verbrennungszustandssensoren 13 hergeleitet werden oder unter Verwendung eines Maschinenmodells berechnet werden.
Die Stellgliedsteuerung 70 ist mit einem Integrierer 71 und einem Anweisungswertberechner 72 ausgestattet und dient als eine Verbrennungssteuerung. Der Integrierer 71 dient zum Summieren oder Zusammenrechnen von jeder der Verbrennungsparameterabweichungen Δy, die durch den Verbrennungsparameterabweichungsberechner 60 hergeleitet werden, um einen Integralwert y zu erzeugen. Der Anweisungswertberechner 72 dient als eine Steuerungsanweisungsbestimmungsschaltung zum Bestimmen von Anweisungswerten D, die entsprechend die gesteuerten Parameter darstellen, die mit den Operationen der Stellglieder 11 verknüpft sind, als eine Funktion der Integralwerte y, die von dem Integrierer 71 eingegeben werden. Der Anweisungswertberechner 72 gibt jeden der Anweisungswerte D an entsprechende der Stellglieder 11 in der Form eines Ansteuersignals aus.
Genauer ist der Anweisungswertberechner 72 mit einem Speicher eines arithmetischen Ausdrucks 73 ausgestattet, in dem ein arithmetischer Ausdruck eines gesteuerten Parameters gespeichert ist. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters definiert Korrelationen zwischen Änderungen der s Verbrennungsparameter (q1, ..., qs) und den t gesteuerten Parametern (d1, ..., dt). Der Anweisungswertberechner 72 liest den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters aus dem Speicher eines arithmetischen Ausdrucks 73 aus und setzt die Integralwerte y in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters ein, um Abweichungen ΔD als Beträge, um die die gesteuerten Parameter zu ändern sind, herzuleiten. Der Anweisungswertberechner 72 korrigiert dann gesteuerte Referenzparameter Dbs unter Verwendung der Abweichungen ΔD, um die Anweisungswerte D entsprechend herzuleiten. Die gesteuerten Referenzparameter Dbs sind vorbestimmt oder werden unter Verwendung einer Übersicht für jeden Betriebszustand der Maschine 10 berechnet.
1(c) stellt ein Beispiel des arithmetischen Ausdrucks eines gesteuerten Parameters, der in dem Anweisungswertberechner 72 verwendet wird, dar. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters ist durch eine Determinante definiert, die so entworfen ist, dass das Produkt eines Spaltenvektors A4 s-ter Ordnung von Variablen, die Änderungen der Verbrennungsparameter darstellen, und einer t×s-Matrix A5, die aus Einträgen b₁₁ bis b_ts besteht, als ein Spaltenvektor A6 t-ter Ordnung von Variablen, die Änderungen der gesteuerten Parameter darstellen, ausgedrückt wird. Der arithmetische Ausdruck eines gesteuerten Parameters wird zum Beispiel durch die Multiregressionsanalyse erzeugt.
Die Stellgliedsteuerung 70, wie vorstehend beschrieben, dient zum Einsetzen der Integralwerte y in den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters, um die Anweisungswerte D zu berechnen, wodurch stationäre bzw. eingeschwungene Abweichungen der Istwerte der Verbrennungsparameter von Sollwerten von diesen minimiert werden.
Die Maschinensteuerung, die durch das Maschinensteuerungssystem auszuführen ist, wird detailliert mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 stellt ein Beispiel dar, in dem die Menge an Rauch, die von der Maschine 10 ausgestoßen wird, die einer der Leistungsparameter ist, sich ändert, und die gesteuerten Parameter geregelt werden, um eine sich ergebende Abweichung von einer Istmenge an Rauch von einem Sollwert von diesem zu eliminieren. Das Maschinensteuerungssystem, auf das in diesem Beispiel Bezug genommen wird, ist als ein Multiinjektionssystem entworfen, um Kraftstoff eine Vielzahl von Malen in die Maschine in jedem Maschinenbetriebszyklus (zum Beispiel einen Viertaktzyklus) mit einem Einlass oder einem Einsaugen, einer Kompression, einer Verbrennung und einem Ausstoßen einzuspritzen.
Wenn der Istwert der Menge an Rauch, die von der Maschine 10 ausgestoßen wird, von dem Sollwert von diesem abgewichen ist, ergibt dies die Abweichung Δy zwischen einem Istwert und einem Sollwert einer Hauptzündverzögerung, die einer der Verbrennungsparameter ist, der mit der Menge an Rauch korreliert. Das Maschinensteuerungssystem ändert dann die gesteuerten Parameter, die mit zum Beispiel der Menge an Kraftstoff, die in die Maschine 10 in einem Piloteinspritzereignis einzusprühen ist, dem Einspritzzeitpunkt in dem Piloteinspritzereignis, und dem Einspritzzeitpunkt in dem Haupteinspritzereignis verknüpft ist, die eine Korrelation mit der Hauptzündverzögerung aufweisen, um die Abweichung Δy zu eliminieren und gibt die Anweisungswerte D, die die geänderten gesteuerten Parameter darstellen, an die Kraftstoffinjektoren (das heißt die Stellglieder 11) aus, wodurch die Menge an Rauch, die von der Maschine 10 ausgestoßen wird, mit einem gewünschten Wert in Übereinstimmung gebracht wird.
In dem Fall, in dem der Istwert von einem der Verbrennungsparameter von dem Sollwert von diesem abweicht, könnte nur einer oder manche der gesteuerten Parameter, die mit dem Grad von solch einer Abweichung verknüpft sind, geregelt werden, um die Operationen des Stellglieds bzw. der Stellglieder 11 zu steuern, ohne alle der Verbrennungsparameter, die zur Eliminierung der Abweichung beitragen, gleichzeitig zu manipulieren. Dies liegt daran, dass Grade, zu denen Änderungen der gesteuerten Parameter die Verbrennungsparameter beeinflussen, voneinander verschieden sind, und es manche der gesteuerten Parameter gibt, die zu einer schnellen Eliminierung der Verbrennungsparameterabweichung Δy beitragen, mit anderen Worten, die schnell auf die Verbrennungsparameterabweichung Δy reagieren, während es manche der gesteuerten Parameter gibt, die eine langsamere Antwortgeschwindigkeit aufweisen, aber die Verbrennungsparameterabweichung Δy minimieren, während Änderungen der Verbrennungsparameter niedrig gehalten werden.
Zum Beispiel sind Grade, zu denen sich jeder der Verbrennungsparameter ändert (das heißt die Grade der Empfindlichkeit der Verbrennungsparameter) mit entsprechenden Änderungen der gesteuerten Parameter voneinander verschieden. Nimmt man die Hauptzündverzögerung, die einer der Verbrennungsparameter ist, als ein Beispiel, weist der Haupteinspritzzeitpunkt, der einer der gesteuerten Parameter ist, die mit der Hauptzündverzögerung korrelieren, wie in 2 gesehen werden kann, eine höhere Empfindlichkeit auf (das heißt eine Steigung einer durchgezogenen Linie), während der Piloteinspritzzeitpunkt eine geringere Empfindlichkeit aufweist. Somit, wenn der Piloteinspritzzeitpunkt, der einer der gesteuerten Parameter ist, die mit der Hauptzündverzögerung korrelieren, verwendet wird, um die Verbrennungsparameterabweichung Δy zu eliminieren, wird das Maschinensteuerungssystem viel Zeit verbrauchen, um den Istwert der Hauptzündverzögerung mit dem Sollwert von dieser in Übereinstimmung zu bringen, mit anderen Worten, das Ansprechverhalten des Maschinensteuerungssystems wird sinken. Umgekehrt, wenn die Verbrennungsparameterabweichung Δy klein ist und der Haupteinspritzzeitpunkt, der eine höhere Empfindlichkeit aufweist, verwendet wird, wird die Operation des Maschinensteuerungssystems empfindlich für Störungen oder Rauschen, was eine Instabilität beim Eliminieren der Verbrennungsparameterabweichung Δy ergibt.
Um die vorstehenden Probleme zu verringern, ist das Maschinensteuerungssystem entworfen, so dass es Daten aufweist, die Korrelationen der gesteuerten Parameter zu den Verbrennungsparametern definieren und einen der gesteuerten Parameter aus solchen Korrelationsdaten als eine Funktion des Grades der Verbrennungsparameterabweichung Δy oder des Integralwerts y von dieser auswählt. Speziell weist das Maschinensteuerungssystem einen Steuerungsfaktor ka als einen Indikator auf, der Grade eines Einflusses eines Betrages, um die jeder der gesteuerten Parameter bezüglich der entsprechenden Verbrennungsparameter geändert wird, darstellt, und wählt einen der gesteuerten Parameter aus, die sich bezüglich des Wertes des Steuerungsfaktors Ka voneinander unterscheiden, in Abhängigkeit des Grades der Verbrennungsparameterabweichung Δy.
3 ist eine Tabelle, die Werte des Steuerungsfaktors Ka für die Piloteinspritzmenge, den Piloteinspritzzeitpunkt und den Haupteinspritzzeitpunkt, die mit der Hauptzündverzögerung korrelieren, darstellt.
Die Werte der Steuerungsfaktoren Ka sind, wie aus 3 gesehen werden kann, hinsichtlich des Ansprechverhaltens der Hauptzündverzögerung zu einer Änderung von jedem der gesteuerten Parameter (das heißt dem Haupteinspritzzeitpunkt, der Piloteinspritzmenge und dem Piloteinspritzzeitpunkt) und einer Stabilität beim Steuern der Hauptzündverzögerung, wenn jeder der gesteuerten Parameter geändert wird, definiert. In dem Beispiel von 3 erhöht sich der Steuerungsfaktor Ka in der Reihenfolge der Piloteinspritzmenge, des Piloteinspritzzeitpunkts und des Haupteinspritzzeitpunkts als eine Funktion eines Grades der Empfindlichkeit der Hauptzündverzögerung. Der Wert der Steuerungsfaktors Ka ist so bestimmt, dass wenn er sich erhöht, das Ansprechverhalten sich erhöht, während wenn er sich verringert, die Stabilität sich erhöht.
4(a) und 4(b) zeigen ein Ablaufdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder ein Maschinensteuerungsprogramm, das durch die ECU 20 des Maschinensteuerungssystems zu regelmäßigen Intervallen auszuführen ist (zum Beispiel einen Operationszyklus der CPU oder ein Zyklus, der äquivalent zu einem vorgegebenen Kurbelwinkel der Maschine 10 ist).
Nach einem Aufruf des Programms geht die Routine über zu Schritt S11, in dem Sollwerte Ptg der entsprechenden Leistungsparameter basierend auf Betriebszuständen der Maschine 10, wie etwa der Drehzahl der Maschine 10 und der Position des Beschleunigerpedals des Fahrzeugs (das heißt einem Aufwand eines Fahrers auf das Beschleunigerpedal), berechnet werden. Diese Operation wird durch den Sollleistungsparameterberechner 30 vorgenommen.
Die Routine geht über zu Schritt S12, in dem Istwerte Pat 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 schätzen oder zu berechnen und diese als vorstehende Istwerte zu bestimmen, ohne Verwendung der Maschinenausgabesensoren 12. Solche Schätzungen könnten nur bezüglich mancher der Leistungsparameter vorgenommen werden.
Die Routine geht über zu Schritt S13, in dem die Operation des Leistungsparameterabweichungsberechners 40 ausgeführt wird. Speziell werden die Leistungsparameterabweichungen Δx bestimmt, die Abweichungen der Istwerte Pat der Leistungsparameter, die in Schritt S12 gemessen werden, von den Sollwerten Ptg von diesen, die in Schritt S11 hergeleitet werden, sind.
Die Routine geht über zu Schritt S14, in dem die Operation des Integrierers 40 ausgeführt wird. Speziell wird ein Gesamtwert x(i) von jeder der Leistungsparameterabweichungen, die in Schritt S13 hergeleitet werden, als ein Abweichungsintegralwert bestimmt. Genauer wird die Summe von jedem der Gesamtwerte x(i – 1), der einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet wird, und einer entsprechenden der Leistungsparameterabweichungen, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet werden, als der Abweichungsintegralwert x(i) berechnet.
Die Routine geht über zu Schritt S15, in dem Sollwerte Qtg der Verbrennungsparameter berechnet werden. Speziell eine Solländerung ΔQtg, die ein Betrag ist, um die der Sollwert von jedem der Verbrennungsparameter, die einen Programmausführungszyklus früher bestimmt werden, basierend auf einem entsprechenden der Abweichungsintegralwerte x(i) zu ändern ist. Referenzverbrennungsparameter Qbs werden durch die Solländerungen ΔQtg korrigiert, um die Sollwerte Qtg der Verbrennungsparameter zu bestimmen. Genauer setzt die ECU 20 die Abweichungsintegralwerte x(i), die in Schritt S14 hergeleitet werden, in die Variablen des Spaltenvektors A3 des arithmetischen Ausdrucks eines Verbrennungsparameters ein, um Lösungen der entsprechenden Variablen (das heißt Einträge) des Spaltenvektors A3 herzuleiten, und bestimmt die Lösungen als die Solländerungen ΔQtg. Die ECU 20 bestimmt die Referenzverbrennungsparameter Qbs durch Übersichten oder mathematische Formeln hinsichtlich der Operationszustände der Maschine 10, wie etwa der Drehzahl oder einer Last der Maschine 10, und addiert die Solländerungen ΔQtg zu den Referenzverbrennungsparameter Qbs, um die Sollwerte Qtg der Verbrennungsparameter zu erzeugen.
Die Routine geht über zu Schritt S16, in dem Ausgaben der Verbrennungszustandssensoren 13 überwacht werden, um Istwerte Qat der Verbrennungsparameter herzuleiten. Die ECU 20 kann alternativ momentane Werte der Verbrennungsparameter durch arithmetische Modelle berechnen oder schätzen und diese als die Istwerte Qat bestimmen, ohne Verwendung der Verbrennungszustandssensoren 13. Solch eine Schätzung könnte nur bezüglich mancher der Verbrennungsparameter vorgenommen werden.
Die Routine geht über zu Schritt S17, in dem die Operation des Verbrennungsparameterabweichungsberechners 60 durchgeführt wird. Speziell wird eine Abweichung von jedem der Sollwerte Qtg der Verbrennungsparameter, die in Schritt S15 hergeleitet werden, von einem entsprechenden der Istwerte Qat der Verbrennungsparameter, die in Schritt S16 hergeleitet werden, als die Verbrennungsparameterabweichung Δy berechnet.
Die Routine geht über zu Schritt S18, in dem die Operation des Integrierers 71 durchgeführt wird. Speziell wird ein Abweichungsintegralwert y(i), der ein Gesamtwert von jeder der Verbrennungsparameterabweichungen ist, die in Schritt S17 hergeleitet werden, bestimmt. Genauer wird die Summe des Gesamtwerts y(i – 1), der einen Programmausführungszyklus früher hergeleitet wird, und der Verbrennungsparameterabweichung, die in diesem Programmausführungszyklus hergeleitet wird, als der Abweichungsintegralwert y(i) berechnet.
Die Routine geht über zu Schritt S19, in dem eine Anweisungswertänderung ΔD, die ein Betrag ist, um die jeder der Anweisungswerte D für die Stellglieder 11 zu ändern ist, berechnet wird. Speziell werden die Abweichungsintegralwerte y(i) der Abweichungen, die in Schritt S18 hergeleitet werden, in die Variablen des Spaltenvektors A4 des arithmetischen Ausdrucks des gesteuerten Parameters eingesetzt, um Lösungen der entsprechenden Variablen (das heißt Einträge) des Spaltenvektors A6 herzuleiten. Die Lösungen werden als die Anweisungswertänderungen ΔD bestimmt.
Die Routine geht über zu Schritt S20 von 4(b), in dem bestimmt ist, ob jeder der Abweichungsintegralwerte y(i), die in Schritt S18 hergeleitet werden, größer als ein entsprechender der erlaubbaren Werte TH1 ist oder nicht. Die erlaubbaren Werte TH1 sind für entsprechende Verbrennungsparameter vorbestimmt.
Wenn bestimmt ist, dass alle Abweichungsintegralwerte y(i) niedriger als die erlaubbaren Werte TH1 sind, wird entsprechend eine NEIN-Antwort in Schritt S20 erhalten. Die Routine geht dann direkt über zu Schritt S26, in dem die Steuerungsanweisungswerte D durch Addieren der Anweisungswertänderungen ΔD zu den gesteuerten Referenzparametern Dbs berechnet werden. Die Stellgliedsteuerung 70 gibt die Steuerungsanweisungswerte D in der Form von Ansteuersignalen an die Stellglieder 11 aus.
Alternativ, wenn eine JA-Antwort in Schritt S20 erhalten wird, was bedeutet, dass es zumindest einen der Abweichungsintegralwerte y(i) gibt, der größer als ein entsprechender der erlaubbaren Werte TH1 ist, dann geht die Routine über zu Schritt S21, in dem einer der Verbrennungsparameter, der zu dem einen der Abweichungsintegralwerte y(i) beigetragen hat, als ein Sollverbrennungsparameter ausgewählt wird, und der eine der Abweichungsintegralwerte y(i) wird als ein Sollabweichungsintegralwert Z, der in diesem Programmausführungszyklus zu manipulieren ist, bestimmt.
Die Routine geht über zu Schritt S22, in dem bestimmt wird, ob der Sollabweichungsintegralwert Z größer als ein entsprechender von Schwellenwerten TH2 ist oder nicht. Die Schwellenwerte TH2 werden für die entsprechenden Verbrennungsparameter derart ausgewählt, dass sie größer als die erlaubbaren Werte TH1 sind.
Wenn eine JA-Antwort in Schritt S22 erhalten wird, dann geht die Routine über zu Schritt S23, in dem manche der gesteuerten Parameter, die mit dem Sollverbrennungsparameter, der in Schritt S21 ausgewählt wird, korrelieren, ausgewählt werden. Von den ausgewählten manchen der gesteuerten Parameter wird einer, dessen Wert des Steuerungsfaktors Ka in der Übersicht von 3 der Größte ist (das heißt der das größte Ansprechverhalten aufweist) als ein erster gesteuerter Sollparameter extrahiert. Die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und gesteuerten Parametern sind, wie vorstehend beschrieben, vorbestimmt. Somit weisen zwei oder mehr der gesteuerten Parameter üblicherweise Korrelationen mit den Sollverbrennungsparametern auf. Die ECU 20 wählt diese aus, von denen einer als der erste gesteuerte Sollparameter zu extrahieren ist.
Alternativ, wenn eine NEIN-Antwort in Schritt S22 erhalten wird, was bedeutet, dass der Sollabweichungsintegralwert Z kleiner oder gleich dem entsprechenden der Schwellenwerte TH2 ist, dann geht die Routine über zu Schritt S24, in dem manche der gesteuerten Parameter, die mit dem Sollverbrennungsparameter korrelieren, der in Schritt S21 ausgewählt ist, ausgewählt werden. Von den ausgewählten manchen der gesteuerten Parameter wird einer, dessen Wert des Steuerungsfaktors Ka in der Übersicht von 3 der Kleinste ist (das heißt der die größte Stabilität aufweist) als ein zweiter gesteuerter Sollparameter extrahiert. Die Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern sind, wie vorstehend beschrieben, vorbestimmt. Somit weisen üblicherweise zwei oder mehr der gesteuerten Parameter Korrelationen mit den Sollverbrennungsparametern auf. Die ECU 20 wählt diese aus, von denen einer als der zweite gesteuerte Sollparameter zu extrahieren ist.
Nach Schritt S23 oder S24 geht die Routine über zu Schritt S25, in dem die Anweisungswertänderung ΔD des ersten oder zweiten gesteuerten Parameters, der in Schritt S19 berechnet wird, beibehalten wird wie er ist, und als eine Anweisungswertänderung ΔDon definiert wird, während die Anweisungswertänderungen ΔD der anderen gesteuerten Parameter als Anweisungswertänderungen ΔDof von Null definiert werden.
Die Routine geht über zu Schritt S26, in dem die Steuerungsanweisungswerte D auf die Weise, wie vorstehend beschrieben, unter Verwendung der Anweisungswertänderungen ΔD (das heißt ΔDon und ΔDof) und der gesteuerten Referenzparameter Dbs bestimmt werden. Die Steuerungsanweisungswerte D werden an die Stellglieder 11 der Maschine 10 entsprechend in der Form von Ansteuersignalen ausgegeben. Die Routine endet dann.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels liefert die folgenden Vorteile.
Das Maschinensteuerungssystem dient dazu, den arithmetischen Ausdruck eines Verbrennungsparameters zu verwenden, der die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Leistungsparametern und den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern definiert, 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, der die Korrelationen zwischen den verschiedenen Arten von Verbrennungsparametern und den verschiedenen Arten von gesteuerten Parametern definiert, um die Anweisungswerte (das heißt Sollwerte) der gesteuerten Parameter als eine Funktion der Sollwerte der Verbrennungsparameter zu bestimmen.
Der arithmetische Ausdruck eines Verbrennungsparameters 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 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 der Parameter entsprechend den Leistungsparametern und den gesteuerten Parametern getrennt berechnet, dient das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels dazu, die Harmonisierung der Leistungsparameter und der gesteuerten Parameter ohne eine Interferenz zwischen diesen herzustellen, womit die Stabilität beim Steuern der Maschine 10, das heißt eine Verbesserung dabei, die Leistungsparameter und die gesteuerten Parameter gleichzeitig näher zu den Sollwerten von diesen zu bringen, sichergestellt wird.
Das Maschinensteuerungssystem ist ebenso entworfen, um die Sollwerte der gesteuerten Parameter als eine Funktion der Verbrennungsparameterabweichungen Δy (oder der Abweichungsintegralwerte y) zu bestimmen und aus den gesteuerten Parametern, deren Korrelation mit dem Verbrennungsparameter, der zu einer ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen Δy beiträgt, vordefiniert ist, einen als ein Ziel auszuwählen, das zu manipulieren oder zu regeln ist, um die ausgewählte Verbrennungsparameterabweichung Δy zu minimieren. Speziell weist das Maschinensteuerungssystem den Steuerungsfaktor ka als einen Indikator auf, der Grade von Effekten einer Änderung von jedem der gesteuerten Parameter bezüglich der entsprechenden Verbrennungsparameter darstellt, und wählt aus den gesteuerten Parametern, die bezüglich eines Werts des Steuerungsfaktors Ka voneinander verschieden sind, einen als ein Ziel aus, das in diesem Steuerungszyklus zu regeln ist, als eine Funktion des Grades der ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen Δy. Dies ermöglicht es, dass jede der Verbrennungsparameterabweichungen Δy minimiert wird, ohne entweder das Ansprechverhalten bezüglich der Verbrennungsparameterabweichung Δy oder eine Stabilität beim Steuern der Verbrennungsparameterabweichung Δy aufzugeben, wenn die unterschiedlichen Arten von Steuerungsparametern geregelt werden.
Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um ein besseres Verständnis von dieser zu ermöglichen, sollte anerkannt werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verkörpert werden kann, ohne sich vom Prinzip der Erfindung zu entfernen. Die Erfindung sollte daher 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 dargelegt ist, zu entfernen.
Das Maschinensteuerungssystem der ersten Modifikation, wie in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, wählt aus den gesteuerten Parametern, die mit dem Verbrennungsparameter korrelieren, was eine ausgewählte der Verbrennungsparameterabweichungen Δy ergibt, und die bezüglich einer Empfindlichkeit des Verbrennungsparameters zu Änderungen der gesteuerten Parameter verschieden sind, einen als ein Ziel aus, das zu manipulieren ist, um die ausgewählte Verbrennungsparameterabweichung Δy zu minimieren, aber ist entworfen, um als das Ziel einen der gesteuerten Parameter auszuwählen, der einen niedrigeren Grad der Korrelation mit den Verbrennungsparametern aufweist anstatt den einen, der zu der ausgewählten Verbrennungsparameterabweichung Δy beiträgt. Die Grade der Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern können vordefiniert sein und in der ECU 20 gespeichert sein. Die Verwendung der gesteuerten Parameter, die mit zwei oder mehr der Verbrennungsparametern korrelieren, kann die nachteiligen Effekte aufweisen, dass andere Verbrennungsparameter erhöht werden, wenn die Verbrennungsparameterabweichung Δy erhöht wird. Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels wählt einen der gesteuerten Parameter aus, um gegenseitige Interferenzen zwischen den Verbrennungsparametern zu minimieren, womit die Unabhängigkeit der Leistungsparameter verbessert wird.
Der Wert des Steuerungsfaktors Ka kann alternativ bezüglich sowohl der Empfindlichkeit eines ausgewählten der Verbrennungsparameter zu Änderungen der gesteuerten Parameter als auch dem Grad einer Korrelation mit den anderen Verbrennungsparametern eingestellt werden.
Die ECU 20 kann ebenso entworfen sein, um vorbestimmte maximale erlaubbare Bereiche, in denen erlaubt ist, dass sich die Sollwerte der entsprechenden gesteuerten Parameter ändern, um eine entsprechende der Verbrennungsparameterabweichungen Δy zu minimieren, mit den Anweisungswertänderungen ΔD zu vergleichen, um einen der gesteuerten Parameter als den ersten oder zweiten gesteuerten Sollparameter auszuwählen. Ein Betrag, um die der Sollwert des ausgewählten der gesteuerten Parameter zu ändern ist, kann durch den maximalen erlaubbaren Bereich von diesen begrenzt werden, was einen Fehler beim vollständigen Eliminieren einer entsprechenden der Verbrennungsparameterabweichungen Δy ergibt. Die Auswahl der gesteuerten Parameter basierend auf dem Vergleich zwischen den maximal erlaubbaren Bereichen und den Anweisungswertänderungen ΔD dient jedoch zum Steuern der Konvergenz des Istwerts der Verbrennungsparameter bezüglich des Sollwerts von diesem.
Speziell wählt die ECU 20 in Schritt S23 oder S24 von 4 manche der gesteuerten Parameter, dessen Anweisungswertänderungen ΔD, die in Schritt S19 hergeleitet werden, größer als die entsprechenden maximalen erlaubbaren Bereich sind, aus und extrahiert einen der ausgewählten gesteuerten Parameter als den ersten oder zweiten gesteuerten Sollparameter in Abhängigkeit des Grades einer entsprechenden der Verbrennungsparameterabweichungen Δy.
Die ECU 20 kann einen der gesteuerten Parameter, die sich bezüglich der maximalen erlaubbaren Bereiche unterscheiden, als den ersten oder zweiten gesteuerten Parameter auswählen, in Abhängigkeit von der Verbrennungsparameterabweichung Δy. Zum Beispiel wählt die ECU 20 einen der gesteuerten Parameter aus, dessen maximaler erlaubbarer Bereich größer wird, wenn sich die Verbrennungsparameterabweichung Δy erhöht. Alternativ wählt die ECU 20 die gesteuerten Parameter nacheinander in ansteigender Reihenfolge der Größe der maximal erlaubbaren Bereiche aus. Wenn zum Beispiel die Verbrennungsparameterabweichung Δy relativ groß ist, wählt die ECU 20 zuerst einen der gesteuerten Parameter aus, der einen kleineren maximalen erlaubbaren Bereich aufweist und verwendet diesen zum Steuern der Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine 10. Nachfolgend, wenn der Betrag, um die der Sollwert des ausgewählten des gesteuerten Parameters zu ändern ist, den maximalen erlaubbaren Bereich erreicht hat, wählt die ECU 20 dann einen anderen der gesteuerten Parameter, welcher den nächst kleinsten maximalen erlaubbaren Bereich aufweist, und verwendet diesen zum Steuern der Verbrennungszustände von Kraftstoff in der Maschine 10.
Die ECU 20 kann als den Sollverbrennungsparameter in Schritt S21 von 4(b) einen der Verbrennungsparameter auswählen, der die größte Verbrennungsparameterabweichung Δy oder die größten Abweichungsintegralwerte y(i) aufweist, oder die Verbrennungsparameter nacheinander in jedem der Programmausführungszyklen unabhängig von der Verbrennungsparameterabweichung Δy oder den Abweichungsintegralwerten y(i) auswählen. In dem letztgenannten Fall schaltet die ECU 20 zwischen den Verbrennungsparametern, die als die Sollverbrennungsparameter auszuwählen sind, zu einem vorgegebenen Zeitintervall oder jedes Mal, wenn die Verbrennungsparameterabweichung Δy sich um einen vorgegebenen Betrag geändert hat, um.
Die ECU 20 extrahiert in Schritt S21 einen der Verbrennungsparameter als den Sollverbrennungsparameter, aber kann alternativ zwei oder mehr der Verbrennungsparameter, die zu den Verbrennungsparameterabweichungen Δy beitragen, als Sollverbrennungsparameter extrahieren und einen der gesteuerten Parameter als den gesteuerten Sollparameter auswählen, in Abhängigkeit von Graden einer Korrelation der extrahierten Verbrennungsparameter mit jedem der Leistungsparameter. Dies ermöglicht, dass einer der gesteuerten Parameter als der gesteuerte Sollparameter ausgewählt wird, in Abhängigkeit der Reihenfolge einer Priorität von Arten von Leistungen der Maschine 10, die zu steuern ist.
Die ECU 20 wählt in Schritt S23 oder S24 einen der gesteuerten Parameter als den gesteuerten Sollparameter aus, aber kann alternativ zwei oder mehr der gesteuerten Parameter als gesteuerte Sollparameter auswählen und diese verwenden, um entsprechende der Verbrennungsparameterabweichungen Δy zu minimieren.
Wenn zwei oder mehr der Verbrennungsparameter als die Sollverbrennungsparameter ausgewählt werden, nimmt die ECU 20 solch eine Auswahl vor, dass entsprechende der Verbrennungsparameterabweichungen Δy nacheinander geändert werden können. In dem Fall zum Beispiel, in dem es zwei Verbrennungsparameter M1 und M2 gibt, Korrelationen des Verbrennungsparameters M1 zu zwei gesteuerten Parametern N1 und N2 vordefiniert sind, und Korrelationen des Verbrennungsparameters M2 zu zwei gesteuerten Parametern N3 und N4 vordefiniert sind, kann die ECU 20 die gesteuerten Parameter N1 und N3 abwechselnd als die gesteuerten Sollparameter auswählen oder die gesteuerten Parameter N1 bis N4 in der Reihenfolge N1 → N3 → N2 → N4 auswählen. Solch eine Auswahl kann zu einem regulären Zeitintervall oder jedes Mal dann ausgeführt werden, wenn eine entsprechende der Verbrennungsparameterabweichungen Δy sich um einen vorgegebenen Betrag geändert hat.
Nachdem alle Anweisungswertänderungen ΔD in Schritt S19 berechnet sind, wählt die ECU 20 einen der gesteuerten Parameter als den gesteuerten Sollparameter durch Schritte S20 bis S24 aus, aber könnte alternativ die Operationen von Schritten S20 bis S24 vor Schritt S19 ausführen. Speziell kann die ECU 20 einen der gesteuerten Parameter als den gesteuerten Sollparameter auswählen und dann die Anweisungswertänderungen ΔD berechnen, die ein Betrag sind, um die der Sollwert der ausgewählten der gesteuerten Parameter zu ändern ist. Die Anweisungswertänderungen ΔD der nicht ausgewählten gesteuerten Parameter werden auf Null gesetzt.
Der Schwellenwert TH2 zur Verwendung in Schritt S22 von 4(b) kann variabel sein. Speziell verringert die ECU 20 den Schwellenwert TH2 zu einem vorbestimmten Zeitintervall. Dies vermeidet eine unerwünschte schnelle Änderung eines Werts des Verbrennungsparameters (das heißt des Verbrennungszustands von Kraftstoff in der Maschine 10). Die ECU 20 kann den Schwellenwert TH2 basierend auf den Betriebsbedingungen der Maschine 10 ändern.
Das Maschinensteuerungssystem dient dazu, Istwerte von Verbrennungsparametern und Leistungsparametern mit den Sollwerten von diesen in einer Feedback-Betriebsart in Übereinstimmung zu bringen, aber kann alternativ entworfen sein, um zumindest einen des erstgenannten oder des letztgenannten in der Betriebsart einer offenen Schleife zu steuern. Zum Beispiel kann die ECU 20 die Verbrennungsparameter in der Betriebsart einer offenen Schleife steuern. In diesem Fall können der Verbrennungsparameterabweichungsberechner 60 und der Integrierer 71 von der Struktur von 1(a) weggelassen werden. Der Sollverbrennungsparameterberechner 52 gibt die Sollverbrennungsparameter Qtg direkt an den Anweisungswertberechner 72 aus. Der Anweisungswertberechner 72 bestimmt die Steuerungsanweisungswerte D durch den arithmetischen Ausdruck eines gesteuerten Parameters basierend auf den Sollverbrennungsparametern Qtg.
Einer des arithmetischen Ausdrucks eines Verbrennungsparameters und des arithmetischen Ausdrucks eines gesteuerten Parameters kann mit Übersichten ersetzt werden, die optimale Werte der Verbrennungsparameter in Relation zu den Leistungsparametern und optimale Werte der gesteuerten Parameter in Relation zu den Verbrennungsparametern darstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-56138 [0001]
JP 2009-156034 [0003]

Claims

Maschinensteuerungsvorrichtung, mit: einer Sollverbrennungsparameterbestimmungsschaltung, die Sollwerte einer Vielzahl von Verbrennungsparametern bestimmt, die Verbrennungszustände von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine darstellen und nötig sind, um erforderliche Leistungen der Brennkraftmaschine zu erreichen; einem Verbrennungsparameterabweichungsberechner, der eine Verbrennungsparameterabweichung berechnet, die eine Abweichung eines Istwerts von jedem der Verbrennungsparameter von dem Sollwert von diesem ist; einer Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters, die zumindest einen von gesteuerten Parametern auswählt, die mit den Verbrennungsparametern korrelieren, als eine Funktion eines Grades einer Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen zum Minimieren der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen, wobei die gesteuerten Parameter Parameter zum Steuern von Operationen von Stellgliedern sind, die zum Steuern der Verbrennungszustände der Brennkraftmaschine dienen; und einer Verbrennungssteuerung, die den Einen der gesteuerten Parameter steuert, der durch die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters ausgewählt wird, um die Ausgewählte der Verbrennungsparameterabweichungen zu minimieren.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei Grade einer Empfindlichkeit von jedem der Verbrennungsparameter zu entsprechenden Änderungen der gesteuerten Parameter vorbestimmt sind, und wobei die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters den Einen der gesteuerten Parameter, die bezüglich eines Grades der Empfindlichkeit voneinander verschieden sind, als eine Funktion des Grades der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen auswählt.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei Grade von Korrelationen zwischen den Verbrennungsparametern und den gesteuerten Parametern vorbestimmt sind, und wobei die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters den Einen der gesteuerten Parameter auswählt, der einen geringeren Grad einer Korrelation mit den Verbrennungsparametern aufweist, anstatt einen, der zu der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen beiträgt, als eine Funktion des Grades der Ausgewählten der Verbrennungsparameterabweichungen.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einer Verbrennungsparameterauswahleinrichtung, die einen der Verbrennungsparameter auswählt, die zu den Verbrennungsparameterabweichungen beitragen, und wobei die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters den Einen der gesteuerten Parameter auswählt, in Abhängigkeit von Graden einer Korrelation des Ausgewählten der Verbrennungsparameter mit jedem der Leistungsparameter, die die Leistungen der Brennkraftmaschine darstellen.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einer Verbrennungsparameterauswahleinrichtung, die einen der Verbrennungsparameter auswählt, die die Verbrennungsparameterabweichungen ergeben, und wobei die Auswahleinrichtung eines gesteuerten Parameters einen der gesteuerten Parameter auswählt, so dass die Verbrennungsparameterabweichungen der Ausgewählten der Verbrennungsparameter nacheinander geändert werden.