DE102012223772A1

DE102012223772A1 - Steuervorrichtung für Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102012223772A1
Application number: DE102012223772A
Authority: DE
Inventors: Takuo Watanuki; Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP5420013B2; US20130282256A1; CN103375289A; CN103375289B; US9261031B2; DE102012223772B4; JP2013224596A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die eine Beschleunigungsantwort-Charakteristik steuern kann, einen Betrieb an einem optimalen Kraftstoffeffizienzpunkt durchführen kann, und Variationsfaktoren in einer Verbrennungskraftmaschine lernen kann, die mit einem Superlader einschließlich einem Bypass-Ventil bereitgestellt ist. Ein Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck wird auf Grundlage einer Ziel-Ladeeffizienz und einer Rotationsgeschwindigkeit berechnet. Eine Auslassgas-Flussrate wird auf Grundlage eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und einer Einlassluftflussrate berechnet. Eine Ziel-Kompressor-Antriebskraft wird auf Grundlage einer Ziel-Einlassluftflussrate und einem Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck berechnet. Ein Bypass-Ventil-Steuerwert wird aus der Auslassgas-Flussrate und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft berechnet unter Verwendung der Beziehung, in der der Beziehungsausdruck, der die Charakteristik der Auslassgas-Flussrate und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft wiedergibt, nur von dem Bypass-Ventil-Steuerwert abhängt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine, die mit einem Auflader bzw. Superlader (engl. Supercharger) bereitgestellt ist, der eine Turbine enthält, die an einem Auslassweg (engl. Exhaust Path) bereitgestellt ist, und einen Kompressor, der an einem Einlassweg (engl. Intake Path) bereitgestellt ist.
2. Beschreibung Stand der Technik
Herkömmlich ist ein Turbolader bekannt, einschließlich einem Superlader, der an einem Einlassweg einer Verbrennungskraftmaschine, im Folgenden einfach als „Kraftmaschine” bezeichnet, angebracht ist, für den Zweck der Verbesserung einer Ausgabe der Kraftmaschine. Der Superlader bewegt eine Turbine, durch Rotation der Turbine mit einem Auslassgas. Es besteht ein Risiko, dass der Turbolader die Kraftmaschine beschädigt, aufgrund eines Superladungsdrucks, der höher wird als benötigt, wenn die Turbine sich unter einer hohen Last mit einer hohen Drehzahl rotiert. Daher wird im Allgemeinen ein Auslassgas-Bypass-Weg nach bzw. Upstream der Turbine bereitgestellt, um einen Teil des Auslassgases abzuzweigen, das durch einen Auslassweg in den Auslassgas-Bypass-Weg fließt, über ein Bypass-Ventil (engl. Wastegate-Valve), das an dem Auslassgas-Bypass-Weg bereitgestellt ist, wodurch die Menge des Auslassgases angepasst wird, das in die Turbine fließt. Auf diese Art und Weise wird der Superladungsdruck auf ein geeignetes Niveau gesteuert (siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 9-228848 ).
Insbesondere werden ein Auslassdruck und der Superladungsdruck des Superladers durch einen Öffnungsgrad des Bypass-Ventils gesteuert. Eine Steuergröße des Öffnungsgrads des Bypass-Ventils wird durch eine Regelschleifensteuerung für eine vorbestimmte Zielgröße eines Einlasssystems bestimmt (zum Beispiel ein eingestellter Superladungsdruck oder eine eingestellte Einlassgröße), auf Grundlage einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Kraftmaschinenlast, oder einem offenen Regelkreis.
In den vergangen Jahren wurde die folgende Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Die Steuervorrichtung stellt eine gute Laufperformance bereit, indem eine Luftgröße, eine Kraftstoffgröße und ein Zündzeitpunkt bestimmt werden, die mit Kraftmaschinensteuergrößen zusammenhängen, unter Verwendung eines Ausgangsachsendrehmoments der Kraftmaschine, korrespondierend zu einem angeforderten Wert einer Antriebskraft durch einen Fahrer oder ein Fahrzeug, als ein Ziel-Kraftmaschinen-Ausgabewert.
Es ist ferner allgemein bekannt, dass die Steuergröße, die das Kraftmaschinen-Ausgabeachsen-Drehmoment unter all den Kraftmaschinen-Steuergrößen am meisten beeinflusst, die Luftmenge ist. In diesem Zusammenhang wurde eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, die die Luftgröße mit einer hohen Genauigkeit steuert (siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009-013922 ).
Die herkömmliche Bypass-Ventil-Steuervorrichtung, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 9-228848 beschrieben ist, steuert den Öffnungsgrad des Bypass-Ventils durch eine Zielgröße, die durch einen Abbildungswert erhalten wird, der vorab in Übereinstimmung mit allen Betriebsvariablen bestimmt wird. Wenn daher (1) eine individuelle Variabilität, (2) eine zeitliche Änderung (Ablagerungsakkumulation, Verschleiß eines Trägers oder dergleichen), (3) eine Änderung in der Viskosität eines Kraftmaschinenöls (Änderung in einem Lagerverlust), oder (4) eine Umgebungsänderung (eine Turbinenausgabe, eine Turbinendrehzahl und eine angeforderte Kompressor-Antriebskraft in Abhängigkeit von einem Atmosphären-Druck und einer Temperatur sich unterscheiden) als ein variabler Faktor des Turboladers vorhanden ist, wird die Steuervorrichtung durch eine Variation in der Steuerung beeinflusst. Ein Problem tritt daher auf, das darin besteht, dass ein tatsächlicher Betriebspunkt stark von einem eingestellten Betriebspunkt abweicht.
Der Superladungsdruck wird ferner durch den Öffnungsgrad des Bypass-Ventils gesteuert. Der Superladungsdruck kann jedoch auch durch einen Öffnungsgrad eines Drosselventils gesteuert werden. Für die Steuerung des gleichen Superladungsdrucks gibt es daher eine Vielzahl von Kombinationen des Öffnungsgrads des Bypass-Ventils und des Öffnungsgrads des Drosselventils. Ein anderes Problem besteht somit darin, dass ein Betriebspunkt nicht bekannt ist, bei dem die optimale Kraftstoffeffizienz erhalten wird.
Wenn ferner die herkömmliche Bypass-Ventil-Steuervorrichtung, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 9-228848 beschrieben ist, durch die Steuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine ersetzt wird, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2009-013922 beschrieben ist, die die Kraftmaschinenausgabe als Zielwert verwendet, wird die Steuerung auch durch eine Steuerung für die Kraftmaschinenausgabe bezüglich eines Öffnungsgrads von einem Beschleuniger ersetzt, d. h. eine Steuerung der Fahrbarkeit (= Beschleunigung). Eine Vielzahl von Abbildungswerten ist daher erforderlich, um gemäß dem Öffnungsgrad des Beschleunigers als Zielgrößen des Öffnungsgrads des Bypass-Ventils eingestellt zu werden. Daher ändert sich auch der Betriebspunkt. Selbst in diesem Fall gibt es somit ein Problem, das darin besteht, dass die Einstellung des Zündzeitpunkts und eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses geändert werden muss.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der oben beschriebenen Probleme, und eine Aufgabe besteht daher in der Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die mit einem Superlader einschließlich einem Bypass-Ventil bereitgestellt ist, die in der Lage ist, eine Beschleunigerantwort-Charakteristik zu steuern, einen Betrieb bei einem optimalen Kraftstoffeffizienzpunkt durchzuführen und variable Faktoren zu erlernen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, mit: einem Drosselventil, bereitgestellt in einem Einlassweg der Verbrennungskraftmaschine; einem Superlader mit einer Turbine, bereitgestellt in einem Auslassweg, und einem Kompressor, bereitgestellt in dem Einlassweg an einer Upstream-Seite des Drosselventils, zum integralen Rotieren mit der Turbine; ein Bypass-Ventil bereitgestellt in einer Bypass-Passage für einen Bypass der Turbine; und einen Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt zum Ansteuern des Bypass-Ventils, um eine Flussweg-Querschnittsfläche der Bypass-Passage zu ändern, wobei die Steuervorrichtung einen Bypass-Ventil-Steuerabschnitt umfasst, der enthält: einen Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt zum Berechnen eines Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks, der mit einem Zielwert eines Drucks an der Upstream-Seite des Drosselventils zusammenhängt, auf Grundlage einer Ziel-Ladeeffizienz, die als ein Zielwert einer Ladeeffizienz der Verbrennungskraftmaschine dient, und eine Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine; einen Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Auslassgas-Flussrate auf Grundlage eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine und einer tatsächlichen Fristluftgröße im Zylinder; einen Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Ziel-Kompressor-Antriebskraft auf Grundlage einer Ziel-Einlassluftflussrate, die als ein Zielwert einer Einlassluftflussrate dient, und des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks; und einen Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines Bypass-Ventil-Steuerwerts auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft, wobei der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt eine Beziehung einer Charakteristik der Auslassgas-Flussrate und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft verwendet, in Abhängigkeit nur von dem Bypass-Ventil-Steuerwert, um den Bypass-Ventil-Steuerwert zu berechnen, um den Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der Verbrennungskraftmaschine, die mit dem Superlader einschließlich dem Bypass-Ventil bereitgestellt ist, die Steuerung der Beschleunigerantwort-Charakteristik, der Betrieb an dem optimalen Kraftstoffeffizienzpunkt und das Erlernen der Variationsfaktoren durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Darstellung eines Einlass-/Auslass-Systems einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung von Funktionen einer in 2 dargestellten ECU;
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Berechnungsprozesses durch einen Einlass-Luftflussraten-Steuerabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Prozesses zum Berechnen eines geschätzten Drehmoments gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Prozesses zum Berechnen eines Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Prozesses zum Berechnen einer Ziel-Kompressor-Antriebskraft, einer tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft und einer Auslass-Gasflussrate gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Prozesses zum Steuern eines Bypass-Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9 ist ein Graph zur Darstellung der Beziehung zwischen einer Kompressor-Antriebskraft und der Auslass-Gas-flussrate bezüglich eines Bypass-Ventil-Steuerwerts (Öffnungsgrad) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß einer Ausführungsform beschrieben, die auf die begleitenden Zeichnungen verweist. In der Ausführungsform werden die gleichen oder äquivalenten Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine überlappende Beschreibung davon wird hier weggelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Darstellung eines Einlass-/Auslass-Systems einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. In 1 wird ein Kurbelwellenwinkelsensor 11 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß einem Rotationswinkel einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine (die im Folgenden auch einfach als „Kraftmaschine” bezeichnet wird) 1 an der Kurbelwelle angebracht. Eine Einlass- bzw. Ansaugleitung 2, die einen Einlassweg ausbildet, ist mit einer Einlassöffnung einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine 1 verbunden, wohingegen eine Auslassleitung 7, die einen Auslassweg ausbildet, mit einer Auslassöffnung der Verbrennungskammer verbunden ist.
Ein Luftfilter 3 zum Reinigen der angesaugten äußeren Luft ist an der Einlassleitung 2 vor dieser bzw. an einer Upstream-Seite davon (gegenüberliegend der Seite, an der die Kraftmaschine 1 bereitgestellt ist) angebracht. Ein Luftflusssensor 12 und ein Einlass-Lufttemperatursensor 13 sind integral oder separat an der Einlassleitung 2 an einer Downstream-Seite (an der Seite, an der die Kraftmaschine 1 bereitgestellt ist) des Luftfilters 3 angebracht. Der Luftflusssensor 12 erzeugt ein elektrisches Signal gemäß einer Einlass-Luftflussrate. Der Einlass-Lufttemperatursensor 13 erzeugt ein elektrisches Signal gemäß einer Einlass-Lufttemperatur in dem Einlassweg. 1 stellt ein Beispiel dar, bei dem der Luftflusssensor 12 und der Einlass-Lufttemperatursensor 13 integral konfiguriert sind. Ein Atmosphärendruck-Sensor 9 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß einem Atmosphärendruck ist an der Einlassleitung 2 an der Downstream-Seite (an der Seite, an der die Kraftmaschine 1 bereitgestellt ist) des Luftfilters 3 bereitgestellt.
Ein Auslass-Gasreinigungskatalysator 22 ist an der Auslassleitung 7 an der Upstream-Seite davon bereitgestellt (an der Seite, an der die Kraftmaschine 1 bereitgestellt ist). Ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß einem Verhältnis von einem verbrannten Kraftstoff und Luft ist an der Auslassleitung 7 an der Upstream-Seite (an der Seite, an der die Kraftmaschine 1 bereitgestellt ist) des Auslassgas-Reinigungskatalysators 22 bereitgestellt.
In dem Einlass-/Auslass-System, das durch die Einlassleitung 2 und die Auslassleitung 7 ausgebildet ist, werden ein Kompressor 31 und ein Auflader (Turbolader) 36 einschließlich einer Turbine 32, die integral mit dem Kompressor 31 rotiert, bereitgestellt. Die Turbine 32 ist an der Auslassleitung 7 an der Upstream-Seite des Auslass-Gasreinigungskatalysators 22 bereitgestellt und wird durch ein Auslassgas zur Rotation angetrieben, das durch die Auslassleitung 7 fließt. Der Kompressor 31 ist an der Einlassleitung 2 an der Downstream-Seite des Luftfilters 3 bereitgestellt. Der Kompressor 31 wird mit der Rotation der Turbine 32 für eine Rotation angetrieben, um die Luft in der Einlassleitung zu komprimieren.
An der Downstream-Seite des Kompressors 31 wird ein Luft-Bypass-Ventil 33 bereitgestellt, um einen Teil einer komprimierten Luftmenge in die Einlassleitung 2 abzuleiten, um zu verhindern, dass die Turbine 32 durch einen Rückfluss eines Ladedrucks beschädigt wird, der durch eine Kompression hauptsächlich zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn ein Beschleuniger in dem AUS-Zustand ist. An der Downstream-Seite des Luft-Bypass-Ventils 33 wird ein Zwischenkühler 30 bereitgestellt. An der Downstream-Seite des Zwischenkühlers 30 ist ein Drosselventil 4 zum Anpassen der Luftmenge bereitgestellt, die an die Kraftmaschine 1 geliefert wird. Ein Drosselventil-Positionssensor 14 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß einem Öffnungsgrad des Drosselventils 4 ist mit dem Drosselventil 4 verbunden. An der Upstream-Seite des Drosselventils 4 wird ein Drosselventil-Upstream-Drucksensor 35 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß einem Luftdruck zwischen dem Zwischenkühler 30 und dem Drosselventil 4 bereitgestellt.
Ferner ist ein Druckausgleichsbehälter 5 zum Eliminieren von Einlassdruckschwankungen an der Einlassleitung 2 bereitgestellt, an der Downstream-Seite des Drosselventils 4, das in dem Einlassweg bereitgestellt ist. Ein Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß einem Luftdruck in dem Druckausgleichsbehälter 5 wird an dem Druckausgleichsbehälter 5 bereitgestellt. Sowohl der Luftflusssensor 12 als auch der Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 oder der Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 allein können bereitgestellt werden.
Wenn der Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 allein bereitgestellt ist, ist der Einlass-Lufttemperatursensor 13 an dem Druckausgleichsbehälter 5 unabhängig von dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 bereitgestellt, wie in 1 dargestellt. Anstelle des Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 zum direkten Messen eines Ansaugkrümmer-Drucks Pb kann ein Abschnitt zum Schätzen des Ansaugkrümmer-Drucks Pb auf Grundlage einer Information von einem anderen Sensor verwendet werden.
In der Einlassleitung 2 wird ein Einspritzventil 17 zum Einspritzen eines Kraftstoffs an der Downstream-Seite des Druckausgleichbehälters 5 bereitgestellt, an der Seite, an der die Kraftmaschine 1 bereitgestellt ist. Das Einspritzventil 17 kann auch bereitgestellt werden, um den Kraftstoff direkt in einen Zylinder 8 einzuspritzen.
An der Oberseite des Zylinders 8 werden eine Zündkerze 18 und eine Zündspule 19 bereitgestellt. Die Zündkerze 18 zündet ein verbrennbares Gasgemisch, das durch ein Gemisch aus Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, und dem Kraftstoff, der von dem Einspritzventil 17 eingespritzt wird, erzeugt wird. Die Zündspule 19 erzeugt einen Strom, um Funken für die Zündkerze 18 zu erzeugen. Ein Einlassventil 20 und ein Auslassventil 21 werden auch bereitgestellt. Das Einlassventil 20 führt eine Anpassung der Luftmenge durch, die von dem Einlassweg in dem Zylinder 8 eingeführt wird. Das Auslassventil 21 führt eine Anpassung der Luftmenge durch, die von dem Zylinder 8 in den Auslassweg der Verbrennungskraftmaschine ausgelassen wird.
An der Upstream-Seite der Turbine 32 ist ein Bypass-Ventil (engl. Wastegate Valve) 34 zum Ablenken eines Teils des Auslassgases in einen Auslassgas-Bypass-Weg bereitgestellt, um die Kraftmaschine 1 nicht zu beschädigen, selbst dann, wenn der Superladedruck ansteigt, wenn die Turbine 32 unter einer hohen Last bei einer hohen Drehzahl rotiert.
Für einen Abschnitt zum Ansteuern des Bypass-Ventils 34 kann jeder druckartige Abschnitt zum Steuern eines Drucks verwendet werden, der an einem Diaphragma angelegt wird, und ein elektrischer Abschnitt, um einen Öffnungsgrad des Bypass-Ventils 34 direkt anzuweisen.
2 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß 2 empfängt eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als „ECU” abgekürzt) 100 die elektronischen Signale, die jeweils durch den Kurbelwellenwinkelsensor 11, den Luftflusssensor 12, den Einlass-Lufttemperatursensor 13, den Drosselventil-Positionssensor 14, den Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 und den Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 16 erzeugt werden.
Das Bezugszeichen Ne in 2 bezeichnet eine Rotationsgeschwindigkeit des Kurbelwellenwinkelsensors 11, Qr bezeichnet eine tatsächlich gemessene Luftflussrate, AT bezeichnet eine Einlass-Lufttemperatur, TH bezeichnet den Öffnungsgrad des Drosselventils 4, Pb bezeichnet den Ansaugkrümmer-Druck oder einen Einlassluftdruck, und AF bezeichnet das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis.
Die ECU 100 empfängt die elektronischen Signale von dem Atmosphären-Drucksensor 9, dem Drosselventil-Upstream-Drucksensor 35, den Sensoren 11 bis 16, die oben beschrieben sind, und verschiedener anderen Sensoren S, die für den Turbolader erforderlich sind. Die verschiedenen Sensoren S enthalten einen Beschleuniger-Positionssensor oder einen Beschleuniger-Öffnungsgrad-Sensor, jeweils zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß der Betriebsgröße eines Beschleunigers (nicht gezeigt), einen Sensor zum Steuern der Verbrennung der Kraftmaschine 1 und Sensoren zum Steuern des Verhaltens eines Fahrzeugs (zum Beispiel ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Wassertemperatursensor, und dergleichen).
Das Bezugssymbol AP bezeichnet einen Atmosphären-Druck, P2 bezeichnet einen Drosselventil-Upstream-Druck und D bezeichnet einen Beschleuniger/Öffnungsgrad.
Ferner berechnet die ECU 100 ein geschätztes Ausgabedrehmoment TRQ (nicht gezeigt), das zusammenhängt mit einer Schätzung eines tatsächlichen Drehmoments, das von der Kraftmaschine 1 erzeugt wird, auf Grundlage von Eingangsdaten. Die Eingangsdaten enthalten die Rotationsgeschwindigkeit Ne aus dem Kurbelwellenwinkelsensor 11, die tatsächlich gemessene Luftflussrate Qr von dem Luftflusssensor 12, den Drosselventil-Öffnungsgrad TH von dem Drosselventil-Positionssensor 14, den Ansaugkrümmer-Druck Pb von dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF von dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 16, den Atmosphären-Druck AP von dem Atmosphären-Drucksensor 9, den Drosselventil-Upstream-Druck P2 von dem Drosselventil-Upstream-Drucksensor 35, und den Beschleuniger-Öffnungsgrad D von dem Beschleuniger-Öffnungsgradsensor (der in den verschiedenen Sensoren S enthalten ist) zur Erfassung des Öffnungsgrads des an dem Fahrzeug bereitgestellten Beschleunigers. Die ECU 100 berechnet auch ein Ziel-Ausgabedrehmoment TRQt (nicht gezeigt) auf Grundlage der Eingangsdaten von den oben beschriebenen Sensoren und einen Drehmoment-Anforderungswert von anderen Steuereinheiten C (zum Beispiel Steuereinheiten für eine Getriebesteuerung, Bremssteuerung, Antriebs- bzw. Antischlupf-Steuerung, und Stabilitätssteuerung).
Um das Ziel-Ausgabedrehmoment TRQt zu erhalten, führt die ECU 100 die folgende Steuerung durch. Die ECU 100 steuert den Antrieb eines Aktuators (Antriebsabschnitt) 4a des Drosselventils 4, indem auf das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF und verschiedene Ziel-Steuerwerte verwiesen wird (zum Beispiel einen Öffnungsgrad am Einlass/Auslass VVT, ein EGR-Verhältnis und einen Zündzeitpunkt), um eine Ziel-Einlassluftflussrate Qat für die Einlassluftflussrate zu erhalten. Die ECU 100 steuert den Antrieb eines Aktuators (Antriebsabschnitt) 17a des Einspritzventils 17, um einen Zielwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses AF zu erzielen. Die ECU 100 steuert auch die Anregung eines Aktuator-Abschnitts (Steuerabschnitts) 19a, der eine Antriebsschaltung für die Zündspule 19 enthält, um einen Zielwert für den Zündzeitpunkt zu erreichen. Ferner steuert die ECU 100 den Antrieb eines Aktuators (Antriebsabschnitt) 34a des Bypass-Ventils 34, um einen Zielwert für den Bypass-Ventil-Öffnungsgrad zu erhalten. Die ECU 100 berechnet auch Zielwerte für verschiedene Aktuatoren A neben den oben beschriebenen und führt eine Steuerung für die berechneten Zielwerte durch.
Die ECU 100 enthält einen Mikroprozessor mit einer CPU, einem ROM und einem RAM. Die CPU führt einen Berechnungsprozess durch. Der ROM speichert Programmdaten und Daten mit einem festen Wert. Der RAM aktualisiert die darin gespeicherten Daten und schreibt die Daten sequentiell neu. Ein Speicherabschnitt enthält den ROM und den RAM.
3 ist ein Blockdiagramm, das insbesondere Funktionen bezüglich der Einlass-Luftflussraten-Steuerung, Bypass-Ventil-Steuerung, einer Berechnung des geschätzten Drehmoments, und anderer Berechnungen durch die in 2 dargestellte ECU 10 darstellt.
In dem ROM der ECU 100 werden ein Einlass-Luftflussraten-Steuerabschnitt 110, ein Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 und ein Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 als Software gespeichert.
Der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 enthält ein Berechnungsabschnitt für das erforderliche Drehmoment 120, ein Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121, einen Berechnungsabschnitt für eine Ziel-Frischluftgröße im Zylinder 122, einen Ziel-Einlassluftflussraten-Berechnungsabschnitt 123 und einen Drosselventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 124.
Der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 enthält einen Ziel-Ansaugkrümmer-Druckberechnungsabschnitt 130, einen Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt 131, einen Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt 132, einen Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133, einen Berechnungsabschnitt für eine tatsächliche Kompressor-Antriebskraft 134, und einen Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135.
Der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 enthält einen Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Einlassluftflussrate 140, einen Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder 141, und einen Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142. Der Berechnungsabschnitt für das angeforderte Drehmoment 120 berechnet ein durch den Fahrer angefordertes Ausgabedrehmoment TRQd, das durch einen Fahrer des Fahrzeugs angefordert wird, zum Beispiel auf Grundlage der Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1 (oder einer Laufgeschwindigkeit VS des Fahrzeugs) und dem Beschleuniger-Öffnungsgrad D.
Der Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121 berechnet das Ziel-Ausgabedrehmoment TRQt, das durch die Kraftmaschine 1 zu erzeugen ist, oder einen durch ein Ziel angezeigten mittleren effektiven Druck Pit auf Grundlage des durch den Fahrer angeforderten Ausgabedrehmoments TRQt.
Der Berechnungsabschnitt für die Ziel-Frischluftgröße im Zylinder 122 berechnet eine Ziel-Ladeeffizienz Ect oder eine Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct auf Grundlage von einem von dem Ziel-Ausgangsdrehmoment TRQt und dem durch ein Ziel angezeigten mittleren effektiven Druck Pit, dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF und einer thermischen Effizienz η.
Der Ziel-Einlassluftflussraten-Berechnungsabschnitt 123 berechnet eine Ziel-Einlassluftflussrate Qat der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, auf Grundlage der Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct.
Der Drosselventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 124 steuert den Drosselventil-Öffnungsgrad TH des Drosselventils 4, um einen Öffnungsbereich der Einlassleitung 2 zu ändern, um eine tatsächliche Einlassluftflussrate Qar variabel zu steuern.
Der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 steuert den Drosselventil-Öffnungsgrad TH über den Drosselventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 124, so dass die tatsächliche Einlassluftflussrate Qar gleich zu der Ziel-Einlassluftflussrate Qat wird.
Der Ziel-Ansaugkrümmer-Druckberechnungsabschnitt 130 berechnet einen Ziel-Ansaugkrümmer-Druck Pbt auf Grundlage der Ziel-Ladeeffizient Ect und einem Korrekturfaktor der volumetrischen Effizient Kv.
Der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt 131 erfasst die Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1 und berechnet einen Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck P2t auf Grundlage der Ziel-Ladeeffizient Ect und dem Ziel-Ansaugkrümmer-Druck Pdt.
Der Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt 132 berechnet eine Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct auf Grundlage des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks P2t und der Ziel-Einlassluftflussrate Qat.
Der Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133 berechnet eine Auslassgas-Flussrate Qex auf Grundlage der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder Qcr und dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF.
Der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft 134 berechnet eine tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr auf Grundlage des Drosselventil-Upstream-Drucks P2 und der tatsächlichen Einlassluftflussrate Qar.
Der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 berechnet einen Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG, der mit einer Bypass-Ventil-Steuergröße zusammenhängt, auf Grundlage der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft Pcr, der Auslassgas-Flussrate Qex und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct.
Der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 treibt das Bypass-Ventil 34 an, durch Verwendung des Bypass-Ventil-Öffnungsgrads WG als ein Tastgrad (engl. Duty Ratio) des Bypass-Ventils 34, so dass die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr gleich zu der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct wird.
Der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Einlassluftflussrate 140 berechnet die tatsächliche Einlassluftflussrate Qar der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, auf Grundlage der tatsächliche gemessenen Luftflussrate Qr von dem Luftflusssensor 12 oder dem Ansaugkrümmer-Druck Pb von dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15.
Der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder 141 berechnet die tatsächliche Frischluftgröße im Zylinder Qcr der Luft, die in dem Zylinder 8 angesaugt wird, auf Grundlage der tatsächlich gemessenen Luftflussrate Qr von dem Luftflusssensor 12 oder dem Ansaugkrümmer-Druck Pb von dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15.
Der Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142 berechnet eine Ladeeffizienz Ecr auf Grundlage der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder Qcr, dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF und der thermischen Effizienz η und führt eine Berechnung zum Schätzen des tatsächlichen Drehmoments durch, das von der Kraftmaschine 1 erzeugt wird, berechnet insbesondere das geschätzte Ausgabedrehmoment TRQ der Kraftmaschine 1 oder den geschätzten angezeigten mittleren effektiven Druck Pir.
Der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 berechnet die tatsächliche Einlassluftflussrate Qar der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, oder eines von der Ladeeffizienz Ecr der Luft, die in den Zylinder 8 angesaugt wird, und der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder Qcr. Der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 berechnet auch die thermische Effizienz η der Kraftmaschine 1 aus der Ladeeffizienz Ecr.
Mit Bezug auf ein Flussdiagramm der 4, die die Einlassluftflussraten-Steuerung zusammen mit den 1 bis 3 darstellt, wird im Folgenden ein Berechnungsprozess durch den Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Zuerst erfasst der Kurbelwellenwinkelsensor 11 die Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1, wohingegen der Beschleuniger-Öffnungsgrad-Sensor (der in den verschiedenen Sensoren S enthalten ist, die in 2 dargestellt sind) den Beschleuniger-Öffnungsgrad D erfasst (Schritt S101). Der oben beschriebene erfasst Wert soll für die Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1 verwendet werden.
Anstelle der Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1 durch den Kurbelwellenwinkelsensor 11 kann der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (der in den verschiedenen Sensoren S enthalten ist, die in 2 dargestellt sind) zu diesem Zeitpunkt die Laufgeschwindigkeit VS des Fahrzeugs erfassen.
Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt des angeforderten Drehmoments 120 das durch den Fahrer angeforderte Ausgabedrehmoment TRQd, das durch den Fahrer des Fahrzeugs angefordert wurde, wie durch den im Folgenden beschriebenen Ausdruck (1) wiedergegeben, unter Verwendung einer durch den Fahrer angeforderten Ausgangsdrehmoment-Abbildung (die in dem Speicherabschnitt gespeichert ist), die eingestellt ist als eine Abbildung auf Grundlage der Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1 (oder der Laufgeschwindigkeit VS) und dem Beschleuniger-Öffnungsgrad D (Schritt S102). Im Ausdruck (1) wird MAP1 eingestellt, durch Verwendung des oben erwähnten Abbildungswerts, des durch den Fahrer angeforderten Ausgangsdrehmoments, der vorher berechnet wird. TRQd=MAP1[Ne, D] Ausdruck (1)
Im Folgenden werden Drehmoment-Anforderungswerte jeweils von den anderen Steuereinheiten C eingegeben (zum Beispiel die Steuerung für eine Getriebesteuerung, Bremssteuerung und Antriebs- bzw. Antischlupf-Steuerung) (Schritt S103).
Anschließend wählt der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 (Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121) eines von dem durch den Fahrer angeforderten Ausgangsdrehmoment TRQd und dem Drehmoment-Anforderungswert gemäß der Betriebszustände aus, und berechnet den ausgewählten Wert als ein endgültig angefordertes Ausgangsdrehmoment (Schritt S104). Das endgültige angeforderte Ausgangsdrehmoment, das im Schritt S104 berechnet wird, zeigt ein Drehmoment an, das von einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 1 ausgegeben wird.
Als nächstes berechnet der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 (Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121) eine Last an einem Generator, einem Luftkühlkompressor, einer Lenkhilfepumpe, einer Antriebspumpe und einem Drehmomentwandler, die im Allgemeinen als „Kraftmaschinenzubehör” bezeichnet werden. Der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 berechnet die Last, indem zum Beispiel ein Abbildungswert (der in dem Speicherabschnitt gespeichert ist) verwendet wird, der vorab für jede Rotationsgeschwindigkeit Ne berechnet wird, auf Grundlage von tatsächlichen Daten, die durch Messungen in dem Kraftmaschinenzubehör erhalten werden (Schritt S105).
Anschließend addiert der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 (Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121) das endgültige angeforderte Ausgangsdrehmoment und die Kraftmaschinen-Zubehörlast, um ein durch die Kraftmaschine angefordertes Ausgangsdrehmoment unter Berücksichtigung der Last an dem Kraftmaschinenzubehör, das mit der Kraftmaschine assoziiert ist, zu berechnen (Schritt S106).
Als nächstes berechnet der Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121 einen mechanischen Verlust und einen Pumpverlust der Kraftmaschine 1 selbst (kollektiv als „Kraftmaschinenverlust” bezeichnet), indem zum Beispiel ein Abbildungswert (der in dem Speicherabschnitt gespeichert ist) verwendet wird, der vorab für jede Rotationsgeschwindigkeit Ne berechnet wird, auf Grundlage von tatsächlichen Daten, die durch Messungen in der Kraftmaschine 1 erhalten werden (Schritt S107).
Anschließend addiert der Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121 das durch die Kraftmaschine angeforderte Ausgangsdrehmoment und den Kraftmaschinenverlust, um den das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Druck Pit zu berechnen, der in dem Zylinder 8 der Kraftmaschine 1 zu erzeugen ist (Schritt S108). Alternativ kann der Ziel-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 121 das Ziel-Ausgangsdrehmoment TRQt anstelle des das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Drucks Pit berechnen.
Als nächstes berechnet der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 die thermische Effizienz η” der Kraftmaschine 1, indem zum Beispiel ein Abbildungswert (gespeichert in dem Speicherabschnitt) verwendet wird, der vorab für jede Rotationsgeschwindigkeit Ne berechnet wird, auf Grundlage der tatsächlichen Daten, die durch Messungen in der Kraftmaschine 1 erhalten werden. Der Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 16 erfasst das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF des verbrennbaren Gasgemischs (Schritt S109).
Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt der Ziel-Frischluftgröße im Zylinder 122 die Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct zur Realisierung des das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Drucks Pit auf Grundlage des das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Drucks Pit, der thermischen Effizienz η und dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF, wie durch Ausdruck (2) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben wird (Schritt S110). Im Ausdruck (2) zeigt Vc[L] ein Zylinder-Hubvolumen pro Zylinder. Qct = AF × Pit × Vc/(η × 44000) Ausdruck (2)
Als nächstes berechnet der Ziel-Einlassluftflussraten-Berechnungsabschnitt 123 die Ziel-Einlassluftflussrate Qat[g/s] der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, auf Grundlage der Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct und dem Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv wie durch Ausdruck (3) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben ist (Schritt S111). Im Ausdruck (3) ist filtert eine Funktion für die Bearbeitung mit einem Lead-Filter erster Ordnung, der KCCA als einen Filterkoeffizienten aufweist. Qat = filter1[Qct, Qct(n – 1) × Kv, KCCA] Ausdruck (3)
Unter Berücksichtigung eines Flusses in der Nähe des Drosselventils 4 als ein Fluss vor und nach dem Drosselventil verwendet der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 (Drosselventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 124) anschließend die theoretische Formel der Hydrodynamik, die mit einer Formel zum Berechnen einer Flussrate durch einen Durchlass (engl. Orifice) zusammenhängt, um die Einlassluftflussrate (volumetrische Flussrate Q) zu berechnen.
Im Allgemeinen wird die volumetrische Flussrate Q durch das Energieerhaltungsgesetz, den Verhältnisausdruck eines isentropischen Flusses, dem Verhältnisausdruck einer Schallgeschwindigkeit und der Zustandsgleichung berechnet, wie durch den Ausdruck (4) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben wird.
In Ausdruck (4) ist κ ein Verhältnis der Wärmekapazität, R ist eine Gaskonstante, P ist ein Druck, ρ ist eine Dichte, T ist eine Temperatur, a ist eine Schallgeschwindigkeit, u ist eine Flussgeschwindigkeit, m ist eine Massenflussrate, und Sth ist ein effektiver Öffnungsgrad.
Bezüglich der Indizierung zeigt 0 eine Atmosphäre an, zeigt b den Ansaugkrümmer an, und zeigt e das Drosselventil an.
Ein Zielwert des Drosselventil-Öffnungsgrad TH wird auf Grundlage eines Flussraten-Korrekturfaktors MAP (gespeichert in dem Speicherabschnitt), einer Schallgeschwindigkeit MAP (gespeichert in dem Speicherabschnitt), und einem effektiven Öffnungsgrad MAP (gespeichert in dem Speicherabschnitt) berechnet, wobei dies auf Ausdruck (4) basiert, der oben beschrieben ist, und durch Ausdruck (5) wiedergegeben wird, der im Folgenden beschrieben wird. Der Flussraten-Korrekturfaktor MAP zeigt eine Kennlinie an, die durch ein Verhältnis Pb/P2 bestimmt wird, die mit einem Verhältnis des Drosselventil-Upstream-Drucks P2 und dem Ansaugkrümmer-Druck Pb zusammenhängt, der mit einem Drosselventil-Downstream-Druck zusammenhängt, d. h. ein Verhältnis des Drosselventil-Upstream-Drucks und des Drosselventil-Downstream-Drucks. Die Schallgeschwindigkeit MAP zeigt eine Kennlinie bzw. Charakteristik der Einlasslufttemperatur und der Schallgeschwindigkeit an. Der effektive Öffnungsgrad MAP wird vorab auf Grundlage charakteristischer Daten des effektiven Öffnungsgrads und des Drosselventil-Öffnungsgrads, die in der Kraftmaschine 1 gemessen werden, berechnet. Der Drosselventil-Öffnungsgrad TH wird dann über den Drosselventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 134 gesteuert (Schritt S112). TH = Effektiver Öffnungsgrad MAP [Qat/(Flussraten-Korrekturfaktor MAP [Pb/P2] × Schalgeschwindigkeit MAP[AT])] Ausdruck(5)
Durch Berechnung eines Lernwerts des effektiven Öffnungsgrads MAP, der zu korrigieren ist, unter Verwendung eines Drosselventil-Öffnungsgrad-Feedbacks, so dass der berechnete tatsächliche Einlass-Luftfluss Qar von dem Luftflusssensor 12 oder dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 gleich der Ziel-Einlassluftflussrate Qat wird, kann die Ziel-Einassluftflussrate Qat mit einer hohen Genauigkeit erreicht werden.
Durch die Steuerung der Einlassluftflussrate auf die oben beschriebene Art und Weise kann das durch den Fahrer angeforderte Ausgabedrehmoment TRQd und die Drehmomentanforderungswerte von den anderen Steuereinheiten mit einer hohen Genauigkeit erreicht werden.
Bezugnehmend auf ein Flussdiagramm der 5, die einen Prozess zum Berechnen des geschätzten. Drehmoments (Drehmomentwert-Steuerung) zusammen mit den 1 bis 3 darstellt, wird im Folgenden der Prozess zur Berechnung des geschätzten Ausgabedrehmoments TRQ gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer erläutert.
Zuerst erfasst der Luftflusssensor 12 die tatsächliche Einlassluftflussrate Qr der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, oder der Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 erfasst den Ansaugkrümmer-Druck Pb in dem Druckausgleichbehälter 5 (Schritt S201).
Anschließend berechnet der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 die tatsächliche Einlassluftflussrate Qar auf Grundlage der tatsächlichen (gemessenen) Einlassluftflussrate Qr in dem Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Einlassluftflussrate 140 wie durch Ausdruck (6) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben wird, und führt eine Lag-Filter-Prozess erster Ordnung an der tatsächlichen Einlassluftflussrate Qrr durch, wie durch Ausdruck (7) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben wird. Alternativ berechnet der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 die tatsächliche Frischluftgröße im Zylinder Qcr[g] für jeden Hub, durch Schätzen einer Dichte in dem Zylinder 8 aus dem Ansaugkrümmer-Druck Pb aus dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 und dem Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv in dem Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder 141 und durch Anwenden der Zustandsgleichung, die im Ausdruck (4) oben erläutert wurde, wie durch die Ausdrücke (8) und (9) wiedergegeben, die im Folgenden beschrieben werden (Schritt S202). Im Ausdruck (7) ist filtert eine Funktion für den Prozess mit dem Lag-Filter erster Ordnung, der KCCA als ein Filterkoeffizient aufweist. In den Ausdrücken zeigt Vc[L] ein Zylinderhubvolumen pro Zylinder an.
In den Ausdrücken (7) bis (9) ist R eine Gaskonstante, P ein Druck, ρ eine Dichte, T eine Temperatur, Kv ein Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz, Vc ein Zylinderhubvolumen pro Zylinder, AT eine Einlassluft-Temperatur und Pb ein Ansaugkrümmer-Druck. Qar = Qr (durch den Luftflusssensor gemessener Wert) Ausdruck(6) Qcr = filter2[Qar, Qcr(n – 1), KCCA] Ausdruck (7) ρ = Qcr/(Kv × Vc), P = ρRT (Zustandsgleichung) Ausdruck (8) Pb = ρ × R × AT = Qcr/(Kv × Vc) × R × AT, Qcr = Pb × (Kv × Vc)/(R × AT) Ausdruck (9)
Als nächstes erfasst der Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 16 das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF des verbrennbaren Gasgemischs (Schritt S203). Das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF kann ein Erfassungswert sein, der tatsächlich durch den Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 16 erfasst wird, oder kann aus einem Zielwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses AF erhalten werden, der zur Berechnung einer Antriebszeit des Einspritzventils 17 verwendet wird.
Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142 eine Kraftstoffmenge Qf[g] für jeden Hub auf Grundlage der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder Qcr für jeden Hub und das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF, wie durch den folgenden Ausdruck (10) wiedergegeben (Schritt S204). Qf = Qcr/AF Ausdruck (10)
Der Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142 berechnet eine Wärmeerzeugungsgröße Ht[J] aus der Kraftstoffmenge Qf für jeden Hub auf Grundlage einer Wärmeerzeugungsgröße des Kraftstoffs, der für die Kraftmaschine 1 verwendet wird (im Fall von Benzin ca. 44 [MJ/kg], zum Beispiel), wie durch den folgenden Ausdruck (11) wiedergegeben (Schritt S205). Ht = Qf × 44000 Ausdruck (11)
Als nächstes berechnet der Drehmomentwert-Steuerabschnitt 112 (im Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142) die thermische Effizienz η [%] der Kraftmaschine 1 (Schritt S206).
Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142 eine tatsächlich angezeigte Arbeit Wi[J], die mit einer Arbeit eines Verbrennungsgases an dem Kolben im Zylinder 8 zusammenhängt, auf Grundlage der Wärmeerzeugungsgröße Ht und der thermischen Effizienz η, wie durch den folgenden Ausdruck (12) wiedergegeben (Schritt S207). Wi = Ht × η Ausdruck (12)
Als nächstes berechnet der Berechnungsabschnitt für das geschätzte Drehmoment 142 einen geschätzten angezeigten mittleren effektiven Druck Pir[kPa] auf Grundlage der tatsächlich angezeigten Arbeit Wi, wie durch Ausdruck (13) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben ist (Schritt S208). Im Ausdruck (13) zeigt Vc[L] ein Zylinderhubvolumen pro Zylinder an. Pir = Wi/Vc Ausdruck (13)
Die Gleichungen (10), (11), (12) und (13) werden durch den folgenden Ausdruck (14) zusammengefasst. Pir = Wi/Vc = Ht × η/Vc = Qf × 44000 × η/Vc = Qcr/AF × 44000 × η/Vc Ausdruck (14)
Durch die Substitution der Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct für die tatsächliche Frischluftgröße im Zylinder Qcr und des das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Drucks Pit für den geschätzten angezeigten mittleren effektiven Druck Pir in Ausdruck (14), der oben beschrieben ist, wird der im Folgenden beschriebene Ausdruck (15) erhalten. Es wird verstanden, dass Ausdruck (15) äquivalent zu Ausdruck (2) ist, der oben beschrieben ist, der die Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct wiedergibt. Pit = Qcr/AF × 44000 × η/Vc Ausdruck (15)
Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt für das geschätzte Drehmoment 142 das geschätzte Ausgabedrehmoment TRQ[Nm] auf Grundlage des geschätzten angezeigten mittleren effektiven Drucks Pir, wie durch Ausdruck (16) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben ist (Schritt S209). Im Ausdruck (16) ist z die Anzahl der Zylinder und i ist eine Rotationsgeschwindigkeit für einen Zyklus (zum Beispiel, i = 2 im Fall einer Viertakt-Kraftmaschine). TRQ = Pir × Vc × z/(2π × i) Ausdruck (16)
Wie oben erläutert, kann das geschätzte Ausgabedrehmoment TRQ mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden, indem die tatsächliche Frischluftgröße im Zylinder Qcr verwendet wird.
Bezugnehmend auf ein Flussdiagramm der 6, das einen Prozess zum Berechnen des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks zusammen mit den 1 bis 3 darstellt, wird im Folgenden ein Prozess zum Berechnen eines Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks P2t gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer erläutert.
Zuerst erfasst der Kurbelwellenwinkelsensor 11 die Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1. Der Berechnungsabschnitt für die Ziel-Frischluft im Zylinder 122 berechnet die Ziel-Ladeeffizienz Ect auf Grundlage des das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Drucks Pit, der thermischen Effizienz η, und dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF, wie durch Ausdruck (17) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben ist (Schritt S301). Im Ausdruck (17) ist ρ0 [g/L] eine Luftdichte im Standardzustnad, und Vc [L] ist ein Zylinderhubvolumen pro Zylinder. Ect = AF × Pit/(η × 44000 × ρ0) Ausdruck (17)
Der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt 131 berechnet eine Korrekturgröße auf Grundlage des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks (im Folgenden als eine „Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck basierte Korrekturgröße” bezeichnet) aus einem vorab berechneten. Abbildungswert (gespeichert in dem Speicherabschnitt), auf Grundlage der Rotationsgeschwindigkeit Ne und der Ziel-Ladeeffizienz Ect (Schritt S302).
Als nächstes berechnet der Ziel-Ansaugkrümmer-Druckberechnungsabschnitt 130 den Ziel-Ansaugkrümmer-Druck Pbt unter Berücksichtigung der Einlassluft-Temperatur At als eine Umgebungskorrektur, auf Grundlage der Ziel-Ladeeffizienz Ect und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv, wie durch den folgenden Ausdruck (18) wiedergegeben (Schritt S303). Pbt = P₁₀{(Ect/Kv) × (AT/T₁₀)) Ausdruck (18)
Im Ausdruck (18) zeigt der Index 10 einen Standardzustand an; P₁₀ = 1 atm und T₁₀ = 25°C.
Anschließend addiert der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt 131 die Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck basierte Korrekturgröße und den Ziel-Ansaugkrümmer-Druck Pbt, um einen Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck [vor der Umgebungskorrektur] P2t* zu berechnen (Schritt S304).
Als nächstes wird die Einlasslufttemperatur AT durch den Einlasslufttemperatur-Sensor 13 erfasst, wohingegen die Wassertemperatur WT durch den Wassertemperatursensor erfasst wird, der in den verschiedenen Sensoren S enthalten ist (die in 2 dargestellt sind) (Schritt S305).
Anschließend berechnet der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt 131 den Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck P2t als eine Umgebungskorrekturberechnung auf Grundlage des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks [vor der Umgebungskorrektur] P2t*, einem Korrekturwert, der in einer Abbildung (gespeichert in dem Speicherabschnitt) auf Grundlage der Einlasslufttemperatur AT eingestellt wird, und einem Korrekturwert, der in einer Abbildung (gespeichert in dem Speicherabschnitt) auf Grundlage der Wassertemperatur WT eingestellt wird, wie durch Ausdruck (19) wiedergegeben, der im Folgenden beschrieben wird (Schritt S306). Im Ausdruck (19) werden MAP2 und MAP3 jeweils mit vorab berechneten Abbildungswerten (gespeichert in dem Speicherabschnitt) eingestellt. P2t = P2t* × MAP2 [AT] + MAP3 [WT] Ausdruck (19)
Wie oben erläutert, kann der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck P2t mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden, indem die Ziel-Ladeeffizienz Ect verwendet wird.
Bezugnehmend auf ein Flussdiagramm der 7, die einen Prozess zum Berechnen der Ziel-Kompressor-Antriebskraft, der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft und der Auslassgas-Flussrate zusammen mit den 1 bis 3 darstellt, wird im Folgenden ein Prozess zum Berechnen der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct, der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft Pcr und der Auslassgas-Flussrate Qex gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer erläutert.
Zuerst wird im Folgenden ein Fluss beschrieben, der in dem Kompressor 31 und der Turbine 32 durchgeführt wird. Unter Berücksichtigung des Massenerhaltungssatzes, der mit dem physikalischen Gesetzt in Bezug auf einen Luftzustand, eine polytrophische Änderung und eine adiabatische Effizienz zusammenhängt, werden zuerst eine Ausgabe Pt[W] der Turbine 32 und der Kompressor-Antriebskraft Pc[W] durch den Ausdruck (20) berechnet, der im Folgenden beschrieben wird.
Im Ausdruck (20) ist Cp eine spezifische Wärme [kJ/(kg·K)] bei einem konstanten Druck, Wt ist eine Turbinenausgabe [J] pro Einheitsflussrate, Wc ist eine Arbeitslast [J] des Kompressors, κ ist ein Verhältnis einer spezifischen Wärme, Qt ist eine Massenflussrate [g/s] der Turbine, Qcmp ist eine Massenflussrate [g/s] des Kompressors (Flussrate, die durch den Kompressor geht, im Folgenden auch als „Kompressordurchgangs-Flussrate” bezeichnet), R ist eine Gaskonstante [kJ/(kg·K)] ηt ist eine adiabatische Effizienz der Turbine, und ηc ist eine adiabatische Effizienz des Kompressors.
Der Index 1 bis 4 der P und T hinzugefügt ist (P ist ein Druck [kPa] und T ist eine absoulte Temperatur [K]) und zeigen das Folgende an. Der Index 1 zeigt einen Lufteinlass (Atmosphäre) an, 2 zeigt einen Zylindereinlass (Einlassluft) an, 3 zeigt einen Zylinderauslass an und 4 zeigt einen Auslassanschluss an.
Bezüglich der Charakteristik der Turbine 32 und des Kompressors 31 tendieren die Flussrate und die Drehzahl der Turbine 32 dazu, mit einer Erhöhung in einem Druckverhältnis anzuwachsen. Es kann daher gesagt werden, dass ein Auslassdruck P3 eine Funktion der Auslassgas-Flussrate Qex ist.
Darüber hinaus wird angenommen, dass die Auslassgas-Flussrate Qex und die Turbinenausgabe Pt eine nahezu proportionale Beziehung in dem Bereich der generellen Verwendung eines Automobil-Turboladers aufweisen. Es kann daher gesagt werden, dass die Turbinenausgabe Pt eine Funktion der Auslassgas-Flussrate Qex ist.
Aus den oben erwähnten Tatsachen kann gesagt werden, dass die Kompressor-Antriebskraft Pc auch eine Funktion der Auslassgas-Flussrate Qex ist, wie durch den folgenden Ausdruck (21) wiedergegeben. Pc = Pt·ηm∝Qex Ausdruck (21)
In einem stationären Zustand wird die Kompressordurchgangs-Flussrate Qcmp gleich zu der Einlassflussrate Qa. Die Kompressor-Antriebskraft Pc kann somit durch Ausdruck (22) erhalten werden, der im Folgenden beschrieben wird, unter Verwendung der Einlassluftflussrate Qa und dem Drosselventil-Upstream-Druck P2.
Als nächstes berechnet der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt 131 den Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck P2t auf Grundlage der Rotationsgeschwindigkeit Ne, des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv und der Ziel-Ladeeffizienz Ect gemäß den Schritten S301 bis S306 {Ausdrücke (17) bis (19)), die oben beschrieben sind. Der Ziel-Einlassluftflussraten-Berechnungsabschnitt 123 berechnet die Ziel-Einlass-Luftflussrate Qat der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, auf Grundlage der Ziel-Frischluftgröße im Zylinder Qct und der Rotationsgeschwindigkeit Ne gemäß Schritt S111 (Ausdruck (3)) (Schritt S401).
Unter Berücksichtigung, dass das Verhältnis (P2/P1) in Ausdruck (10), der oben beschrieben ist, ein Verhältnis (P2t/AP) des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks P2t und des Atmosphären-Drucks AP ist, gibt der Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt 132 anschließend das Verhältnis als eine Funktion f1 von (P2t/AP) wieder, um eine Ziel-Kompressor-Antriebskraft [vor der Umgebungskorrektur] Pct* aufgrund des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks P2t und der Ziel-Einlassluftflussrate Qat zu berechnen, wie durch den Ausdruck (23) wiedergegeben (Schritt S402). Die Funktion f1 wird durch einem vorher berechneten Abbildungswert eingestellt.
Als nächstes wird die Einlassluft-Temperatur AT durch den Einlassluft-Temperatursensor 13 erfasst, wohingegen der Atmosphären-Druck AP durch den Atmosphären-Drucksensor 9 erfasst wird (Schritt S403).
Anschließend berechnet der Ziel-Kompressor-Antriebskraftberechnungsabschnitt 132 die Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct als eine Umgebungskorrekturberechnung auf Grundlage der Ziel-Kompressor-Antriebskraft [vor der Umgebungskorrektur] Pct*, einem Korrekturwert auf Grundlage der Einlassluft-Temperatur AT und einem Korrekturwert auf Grundlage des Atmosphären-Drucks AP (Schritt S404). Pct = Pct*·(P₁₀/AP)·√(T₁₀/AT) Ausdruck (24)
Im Ausdruck (24) zeigt der Index 10 einen Standardzustand an; P₁₀ = 1 atm und T₁₀ = 25°C.
Der Drosselventil-Upstream-Druck P2 wird durch den Drosselventil-Upstream-Drucksensor 35 erfasst. Der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Einlassluftflussrate 140 berechnet die tatsächliche Einlassluftflussrate Qar der Luft, die in die Kraftmaschine 1 angesaugt wird, auf Grundlage der tatsächlich gemessenen Luftflussrate Qr aus dem Luftflusssensor 12 oder dem Ansaugkrümmer-Druck Pb aus dem Ansaugkrümmer-Sensor 15, in der gleichen Art und Weise wie in Schritt S202, der oben beschrieben ist (Ausdruck (6)) (Schritt S405).
Unter Berücksichtigung, dass das Verhältnis (P2/P1) in Ausdruck (10), der oben beschrieben ist, ein Verhältnis (P2/AP) des Drosselventil-Upstream-Drucks P2 und des Atmosphären-Drucks AP wie im Schritt S402 ist, gibt der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft 134 das Verhältnis (P2/AP) als eine Funktion f1 von (P2/AP) wieder, um die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft [vor der Umgebungskorrektur] Pcr* auf Grundlage des Drosselventil-Upstream-Drucks P2 und der tatsächlichen Einlassluftflussrate Qar zu berechnen, in derselben Art und Weise wie im Schritt S402, wiedergegeben durch den Ausdruck (25), der im Folgenden beschrieben wird (Schritt S406). Die Funktion f1 wird durch einen vorab berechneten Abbildungswert eingestellt.
Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft 134 die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr als eine Umgebungskorrekturberechnung, auf Grundlage der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft [vor der Umgebungskorrektur] Pcr*, und den Korrekturwert auf Grundlage der Einlassluft-Temperatur AT und den Korrekturwert auf Grundlage des Atmosphären-Drucks AP, die im Schritt S403 erhalten werden, wie durch den folgenden Ausdruck (26) wiedergegeben (Schritt S407). Pct = Pct*·(P₁₀/AP)·√(T₁₀/AT) Ausdruck (26)
Im Ausdruck (26) zeigt der Index 10 einen Standardzustand an; P₁₀ = 1 atm und T₁₀ = 25°C.
Ferner erfasst der Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor 16 das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF des verbrennbaren Gasgemischs. Der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder 141 berechnet die tatsächliche Frischluftgröße im Zylinder Qcr der Luft, die in den Zylinder 8 angesaugt wird, auf Grundlage der tatsächlich gemessenen Luftflussrate Qr von dem Luftflusssensor 12 oder dem Ansaugkrümmer-Druck Pb von dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15, in der gleichen Art und Weise wie im Schritt S202, der oben beschrieben ist (Ausdrücke (6) bis (9)) (Schritt S408).
Anschließend berechnet der Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133 die Auslassgas-Flussrate [vor der Umgebungskorrektur] Qex* auf Grundlage der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder Qcr und dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF wie durch den folgenden Ausdruck (27) wiedergegeben (Schritt S409). Qex* = Qcr·{1 + (1/(AF))} Ausdruck (27)
Anschließend berechnet der Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133 die Auslassgas-Flussrate Qex als eine Umgebungskorrekturberechnung auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate [vor der Umgebungskorrektur] Qex*, und dem Korrekturwert, der auf Grundlage der Einlassluft-Temperatur AT erhalten wird, und dem Korrekturwert, der auf Grundlage des Atmosphären-Drucks AP erhalten wird, die im Schritt S403 erhalten werden, wie durch den folgenden Ausdruck (28) wiedergegeben (Schritt S410). Qex = Qex*·(P₁₀/AP)·√(AT/T₁₀) Ausdruck (28)
Im Ausdruck (28) zeigt der Index 10 einen Standardzustand an; P₁₀ = 1 atm und T₁₀ = 25°C.
Wie oben erläutert, kann die Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr und die Auslassgas-Flussrate Qex mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden, indem die Umgebungskorrektur berücksichtigt wird.
Bezugnehmend auf ein Flussdiagramm der 8, die einen Prozess zum Steuern des Bypass-Ventils zusammen mit den 1 bis 3 darstellt, wird im Folgenden ein Prozess zur Berechnung der Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad) WG gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer erläutert. Die Beziehungscharakteristik zwischen der Auslassgas-Flussrate Qex und der Kompressor-Antriebskraft PC kann in einer Mehrfachausdruck-Annäherungsgleichungsform wie in 9 wiedergegeben werden. Die Mehrfachausdruck-Annäherungsgleichung weist eine Beziehung auf, die nur von dem Bypass-Ventil-Steuerwert (Öffnungsgrad) WG abhängt, ohne von der Rotationsgeschwindigkeit Ne oder dem Ansaugkrümmer-Druck Pb beeinflusst zu werden. Der Bypass-Ventil-Steuerwert (Öffnungsgrad) WG kann daher auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate Qex und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct berechnet werden.
Als nächstes berechnet der Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133 die Auslassgas-Flussrate Qex auf Grundlage der tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder Qcr und dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF, auf dieselbe Art und Weise wie in den Schritten S409 und S410, die oben beschrieben sind (Ausdrücke (27) und (28)) (Schritt S501).
Es ist bekannt, dass die Beziehung der oben beschriebenen. Mehrfachausdruck-Annäherungsgleichung, die in 9 gezeigt ist, durch Ersetzen der Charakteristik der Auslassgas-Flussrate Qex und einer Kompressor-Antriebskraft-Basis Pco durch eine lineare Funktion f2 eingestellt wird, die einen vorher berechneten Abbildungswert (gespeichert in dem Speicherabschnitt) aufweist, und durch Ersetzen der Charakteristik der Auslassgas-Flussrate Qex und eines Qex-Korrekturfaktors Kqex durch eine lineare Funktion f3, die einen vorab berechneten Abbildungswert (gespeichert in dem Speicherabschnitt) aufweist.
Daher werden die Kompressor-Antriebskraft-Basis Pco und der Qex-Korrekturfaktor Kqex durch die linearen Funktionen f2 und f3 auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate Qex berechnet, wie durch die folgenden Ausdrücke (29) und (30) wiedergegeben (Schritte S502 und S503). Pco = f2 [Qex] Ausdruck (29) Kqex = f3 [Qex] Ausdruck (30)
Als nächstes berechnet der Ziel-Kompressor-Antriebskraftberechnungsabschnitt 132 die Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct auf Grundlage des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks P2t und der Ziel-Einlassluftflussrate Qat, auf die gleiche Art und Weise wie in den Schritten S402 bis S404, die oben beschrieben sind (Ausdrücke (23) und (24)) (Schritt S504).
Der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 berechnet ferner einen Korrekturfaktor Kwdt für die Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad) auf Grundlage der Kompressor-Antriebskraft-Basis Pco, dem Qex-Korrekturfaktor Kqex und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct, wie durch den folgenden Ausdruck (31) wiedergegeben (Schritt S505). Kwdt = {(Pct/Pco) – 1)/Kqex Ausdruck (31)
Der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 berechnet als nächstes eine Bypass-Ventil-Hauptsteuergröße (Öffnungsgrad) WGb durch eine lineare Funktion f4, die mit einer vorher berechneten Abbildung (gespeichert in dem Speicherabschnitt) zusammenhängt, auf Grundlage des Korrekturfaktors Kwdt für die Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad), wie durch den folgenden Ausdruck (32) wiedergegeben (Schritt S506). WGb = f4[Kwdt] Ausdruck (32)
Der Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft 134 berechnet als nächstes die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr auf Grundlage des Drosselventil-Upstream-Drucks P2 und der tatsächlichen Einlassluftflussrate Qar, in der gleichen Art und Weise wie in den Schritten S406 und S407, die oben beschrieben sind (Ausdrücke (25) und (26)) (Schritt S507).
Anschließend führt der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 eine Feedback-Steuerung durch, die mit einer PID-Steuerung zusammenhängt, an der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct und der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft Pcr, um Feedback-Korrekturgrößen FB(P), FB(I) und FB(D) für die Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad) zu berechnen (Schritt S508).
Der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 berechnet ferner zum Beispiel die Überschussgröße der Feedback-Korrekturgröße FB(I) für die Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad) aus einem Schwellenwert als eine Lerngröße der Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgröße) zum Eliminieren der Effekte verschiedener Faktoren, wie zum Beispiel eine individuelle Variabilität des Turboladers und einer zeitlichen Änderung (Schritt S509).
Als nächstes berechnet der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 den Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG, der mit der Bypass-Ventil-Steuergröße zusammenhängt auf Grundlage der Bypass-Ventil-Hauptsteuergröße (Öffnungsgrad) WGb, die Feedback-Korrekturgrößen FB(P), FB(I) und FB(D) für die Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad), und der Lerngröße der Bypass-Ventil-Steuergröße (Öffnungsgrad) wie durch den folgenden Ausdruck (33) wiedergegeben (Schritt S510). WG = WGb + (FB(P) + FB(I) + FB(D)) + Lerngröße Ausdruck(33)
Durch Ersetzen der Beziehung der Mehrfachausdruck-Annäherungsgleichung, die oben beschrieben ist, durch die zwei damit zusammenhängenden Funktionen (Abbildungswerte), die auf der Auslassgas-Flussrate Qex basieren, und basierend auf der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct, kann der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG, der mit der Bypass-Ventil-Steuergröße zusammenhängt, mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden.
Der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 führt insbesondere eine Steuerung derart durch, dass die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr gleich zu der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct wird. Im Fall des druckartigen Bypass-Ventils führt der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 eine Ansteuerung des Bypass-Ventils 34 durch, indem der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG als ein Tastgrad (engl. Duty Ratio) des Bypass-Ventils 34 verwendet wird zum Steuern des Drucks, der an dem Diaphragma angewendet wird. Im Fall des elektrischen Bypass-Ventils führt der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 eine Ansteuerung des Bypass-Ventils 34 durch, indem der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG verwendet wird.
Wie oben erläutert, berechnet der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsgrad 135 den Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG, der mit der Bypass-Ventil-Steuergröße zusammenhängt mit einer hohen Genauigkeit, auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate Qex und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct.
Die Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct wird durch den Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt 132 berechnet, wohingegen die Auslassgas-Flussrate Qex durch den Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133 berechnet wird. Die angesaugte bzw. eingelassene Luftgröße kann ferner durch den Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden, und somit ist diese Ausführungsform realisierbar.
Gemäß der Steuervorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet der Einlassluftflussraten-Steuerabschnitt 110 die Ziel-Einlassluftflussrate Qat auf Grundlage des das Ziel anzeigenden mittleren effektiven Drucks Pit (Ziel-Ausgabedrehmoment TRQt), berechnet durch den Ziel-Drehmomentberechnungsabschnitt 121, berechnet den Zielwert des Drosselventil-Öffnungsgrads TH, um die Ziel-Einlassluftflussrate Qat zu erreichen, und steuert den Drosselventil-Öffnungsgrad TH über den Drosselventil-Öffnungsgrad-Steuerabschnitt 124.
Das durch den Fahrer angeforderte Ausgabedrehmoment TRQd und die Drehmoment-Anforderungswerte von den anderen Steuereinheiten kann daher mit einer hohen Genauigkeit erreicht werden.
Der Berechnungsabschnitt des geschätzten Drehmoments 142 berechnet ferner das geschätzte Ausgabedrehmoment TRQ der Kraftmaschine 1 oder den geschätzten angezeigten mittleren effektiven Druck Pir auf Grundlage des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses AF, einem von dem Ansaugkrümmer-Druck Pb und der tatsächlichen Einlassluftflussrate Qar, und der thermischen Effizienz η.
Das geschätzte Ausgabedrehmoment TRQ der Kraftmaschine 1 kann daher mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden, während eine Steuerabbildungskapazität reduziert wird.
Der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 berechnet darüber hinaus den Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck P2t auf Grundlage des Ziel-Ansaugkrümmer-Drucks Pbt, berechnet durch den Ziel-Ansaugkrümmer-Druckberechnungsabschnitt 130. Die Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct, die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr und die Auslassgas-Flussrate Qex werden ferner unter Berücksichtigung der Umgebungskorrektur berechnet, durch den Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt 132, den Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft 134 bzw. dem Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt 133. Der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 135 berechnet dann den Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG, der mit der Bypass-Ventil-Steuergröße zusammenhängt auf Grundlage der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft Pcr, der Auslassgas-Flussrate Qex und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct. Der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt 111 führt dann eine Ansteuerung des Bypass-Ventils 34 durch, indem der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG als der Tastgrad des Bypass-Ventils 34 verwendet wird, so dass die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft Pcr gleich der Ziel-Kompressor-Antriebskraft Pct wird.
Durch die Steuerung der Einlassluftflussrate kann insbesondere der Superladedruck des Superladers (Turbolader) mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden über den Bypass-Ventil-Öffnungsgrad WG, der mit der Bypass-Ventil-Steuergröße zusammenhängt.
Für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF und jeden der Ziel-Steuerwerte (zum Beispiel der Öffnungsgrad an dem Einlass/Auslass VVT, das EGR-Verhältnis und der Zündzeitpunkt) werden optimale Werte vorab als Steuerabbildungen in dem Speicherabschnitt gespeichert, die mit den Betriebszuständen zusammenhängen, wie zum Beispiel der Rotationsgeschwindigkeit Ne der Kraftmaschine 1 und der Ladeeffizienz Ec. Zu dem Zeitpunkt wenn die Ziel-Einlassluftflussrate Qat erreicht wird, werden optimale Steuerwerte berechnet. Durch die Steuerung des Einspritzventils 17 und der Zündspule 19 durch Verwendung der Steuerwerte für die Zielwerte werden das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AF und die Ziel-Steuerwerte jeweils auf die optimalen Werte gesteuert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 9-228848 [0002, 0006, 0008]
JP 2009-013922 [0005, 0008]

Claims

Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit: einem Drosselventil (4), bereitgestellt in einem Einlassweg der Verbrennungskraftmaschine; einem Superlader (36) mit einer Turbine, bereitgestellt in einem Auslassweg, und einem Kompressor, bereitgestellt in dem Einlassweg an einer Upstream-Seite des Drosselventils, zum integralen Rotieren mit der Turbine; ein Bypass-Ventil (34) bereitgestellt in einer Bypass-Passage für einen Bypass der Turbine; und einen Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt (34a) zum Ansteuern des Bypass-Ventils, um eine Flussweg-Querschnittsfläche der Bypass-Passage zu ändern, wobei die Steuervorrichtung einen Bypass-Ventil-Steuerabschnitt (111) umfasst, der enthält: einen Ziel-Drosselventil-Upstream-Druckberechnungsabschnitt (131) zum Berechnen eines Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks (P2t), der mit einem Zielwert eines Drucks an der Upstream-Seite des Drosselventils zusammenhängt, auf Grundlage einer Ziel-Ladeeffizienz (Ect), die als ein Zielwert einer Ladeeffizienz der Verbrennungskraftmaschine dient, und eine Rotationsgeschwindigkeit (Ne) der Verbrennungskraftmaschine; einen Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt (133) zum Berechnen einer Auslassgas-Flussrate (Qex) auf Grundlage eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses (AF) der Verbrennungskraftmaschine und einer tatsächlichen Fristluftgröße im Zylinder (Qcr); einen Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt (132) zum Berechnen einer Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pct) auf Grundlage einer Ziel-Einlassluftflussrate (Qat), die als ein Zielwert einer Einlassluftflussrate (Qar) dient, und des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks (P2t); und einen Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt (135) zum Berechnen eines Bypass-Ventil-Steuerwerts (WG) auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate (Qex) und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pct), wobei der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt (111) eine Beziehung einer Charakteristik der Auslassgas-Flussrate (Qex) und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pct) verwendet, in Abhängigkeit nur von dem Bypass-Ventil-Steuerwert (WG), um den Bypass-Ventil-Steuerwert (WG) zu berechnen, um den Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt (34a) zu steuern.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei: der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt (111) ferner einen Ziel-Ansaugkrümmer-Druckberechnungsabschnitt (130) enthält zum Berechnen eines tatsächlichen Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz (Kv), der mit einem Verhältnis der Einlassluftflussrate der Luft zusammenhängt, die in einen Zylinder angesaugt wird, auf Grundlage der Einlassluftflussrate (Qar), und mit einem Ansaugkrümmer-Druck (Pb) und einer Einlassluft-Temperatur (AT) in dem Einlassweg, um einen Ziel-Ansaugkrümmer-Druck (Pbt) auf Grundlage des tatsächlichen Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz, der Einlassluft-Temperatur, der Ziel-Ladeeffizienz (Ect) und eines physikalischen Gesetzes in Beziehung auf einen Luftzustand zu berechnen; und wobei der Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck-Berechnungsabschnitt (131) den Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck (Pt2) auf Grundlage des Ziel-Ansaugkrümmer-Drucks (Pbt) berechnet, einschließlich einer Charakteristik, in der der Drosselventil-Upstream-Druck (P2) höher als der Ansaugkrümmer-Druck (Pb) wird, und Umgebungskorrekturen gemäß der Einlassluft-Temperatur (AT) und einer Wassertemperatur (WT).
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt (111) ferner einen Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft (134) enthält zum Berechnen einer tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft (Pcr) auf Grundlage eines Drosselventil-Upstream-Drucks (P2), der mit einem Einlassluftdruck an der Upstream-Seite des Drosselventils und der Einlassluftflussrate (Qar) zusammenhängt; und wobei der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt (135) eine PID-Steuerung durchführt gemäß einer Differenz zwischen der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft (Pcr) und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pct), um eine Feedback-Korrekturgröße für den Bypass-Ventil-Steuerwert (WG) zu berechnen. 4 Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bypass-Ventil-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt (135) eine Feedback-Lerngröße für das Bypass-Ventil-Steuerventil (WG) bezüglich einer quantitativen Abweichungsgröße des Bypass-Ventil-Steuerwerts (WG) berechnet, um eine Lernkorrektur an der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft (Pcr) und dem Bypass-Ventil-Steuerwert (WG) durchzuführen.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder von dem Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt (132), dem Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt (133) und dem Berechnungsabschnitt der tatsächlichen Kompressor-Antriebskraft (134) ein Korrekturverhältnis für einen Standardzustand eines atmosphärischen Drucks (AP) und ein Korrekturverhältnis für einen Standardzustand einer Einlassluft-Temperatur (AT) in dem Einlassweg berechnet, so dass der Ziel-Kompressor-Antriebskraft-Berechnungsabschnitt (132), der Auslassgas-Flussraten-Berechnungsabschnitt (133) und der Berechnungsabschnitt für die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft (134), die Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pct), die Auslassgas-Flussrate (Qex) bzw. die tatsächliche Kompressor-Antriebskraft (Pcr) berechnen, unter Verwendung von Umgebungskorrekturgrößen, die mit den berechneten Korrekturverhältnissen zusammenhängen.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: der Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt (34a) ein druckartiges Bypass-Ventil umfasst; und der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt (111) einen Tastgrad des Bypass-Ventils steuert, zum Steuern eines Drucks, der an ein Diaphragma des Bypass-Ventils mit dem Bypass-Ventil-Steuerwert (WG) angewendet wird.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: der Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt (34a) ein elektrisches Bypass-Ventil umfasst; und der Bypass-Ventil-Steuerabschnitt (111) einen Öffnungsgrad des Bypass-Ventils mit dem Bypass-Ventil-Steuerwert (WG) steuert.
Steuerverfahren für eine Verbrennungskraftmaschine, mit: einem Drosselventil (4) bereitgestellt in einem Einlassweg der Verbrennungskraftmaschine; einen Superlader (36) mit einer Turbine, bereitgestellt in einem Auslassweg, und einen Kompressor, der in dem Einlassweg an einer Upstream-Seite des Drosselventils bereitgestellt ist, zum integralen Rotieren mit der Turbine; ein Bypass-Ventil (34), bereitgestellt in einer Bypass-Passage für einen Bypass der Turbine; und einen Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt (34a) zum Ansteuern des Bypass-Ventils, um eine Flussweg-Querschnittsfläche der Bypass-Passage zu ändern, wobei das Steuerverfahren umfasst: Berechnen (131) eines Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks (P2t), der mit einem Zielwert eines Drucks an der Upstream-Seite des Drosselventils zusammenhängt, auf Grundlage einer Ziel-Ladeeffizienz (Ect), die als ein Zielwert einer Ladeeffizienz der Verbrennungskraftmaschine dient, und eine Rotationsgeschwindigkeit (Ne) der Verbrennungskraftmaschine; Berechnen (133) einer Auslassgas-Flussrate (Qex) auf Grundlage eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses (AF) der Verbrennungskraftmaschine und einer tatsächlichen Frischluftgröße im Zylinder (Qcr); Berechnen (132) einer Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pct) auf Grundlage einer Ziel-Einlassluftflussrate (Qat), die als ein Zielwert einer Einlassluftflussrate (Qar) dient, und des Ziel-Drosselventil-Upstream-Drucks (P2t); und Berechnen (135) eines Bypass-Ventil-Steuerwerts (WG) auf Grundlage der Auslassgas-Flussrate (Qex) und des Ziel-Kompressor-Antriebsdrucks (Pct), wobei eine Beziehung einer Charakteristik der Auslassgas-Flussrate (Qex) und der Ziel-Kompressor-Antriebskraft (Pcr), in Abhängigkeit von dem Bypass-Ventil-Steuerwert (WG), verwendet wird, um den Bypass-Ventil-Steuerwert (WG) zu berechnen, um den Bypass-Ventil-Ansteuerabschnitt (34a) zu steuern.