DE102013202720B4 - Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die zum Schätzen einer Einlassluftmenge dient, die in einen Zylinder in dem Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird, der mit einem Einlassrohr bei einem Ort stromabwärts eines Drosselklappenventils (4) verbunden ist, wobei die Schätzvorrichtung umfasst:eine Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit (22, 22A), die einen Liefergrad-entsprechender-Wert (Kv) berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt; undeine Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit (21, 21A), die eine tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge schätzt durch Verwendung des Liefergrad-entsprechender-Wertes (Kv);wobei die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit (22, 22A) den Liefergrad-entsprechender-Wert (Kv) berechnet auf Grundlage einer Auslasseffizienz (Kex), die ein Index ist, der eine Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas nach einer Verbrennung ist, das in dem Zylinder verbleibt, ohne in ein Abgasrohr von dem Inneren des Zylinders ausgestoßen zu werden, und einer Einlasseffizienz (Kin), die ein Index ist, der eine Luftmenge angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt mit Ausnahme der Restgasmenge, die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit (22, 22A) den Liefergrad-entsprechender-Wert (Kv) berechnet durch Verwendung des folgenden Ausdrucks (1)[Ausdruck 1]auf Grundlage der Einlasseffizienz (Kin), der Auslasseffizienz (Kex) und eines Kompressionsverhältnisses (ε).

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der mit einem variablen Ventilantriebsmechanismus versehen ist, und genauer genommen eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die zum Berechnen einer Einlassluftmenge in einem Zylinder mit einem hohen Genauigkeitsgrad dient.
• Beschreibung der verwandten Technik
• Um einen Motor auf eine geeignete Weise zu steuern, ist es im Allgemeinen wichtig, eine in einen Zylinder zu saugende Luftmenge mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen und eine Kraftstoffsteuerung und Zündsteuerung gemäß der Luftmenge auszuführen, die in den Zylinder gesaugt worden ist.
• Aus der Vergangenheit ist eine Technik bekannt (ein AFS-Verfahren), in dem, um eine in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors zu saugende Einlassluftmenge zu messen, die Einlassluftmenge gemessen wird durch Verwendung eines Luftströmungssensors (hier im Nachfolgenden als ein „AFS“ bezeichnet (AFS: Air Flow Sensor)), der in einem Einlassrohr des Motors an einem Ort stromaufwärts eines Drosselklappenventils angeordnet ist.
• Außerdem ist eine andere Technik bekannt (ein S/D-Verfahren: Geschwindigkeit-Dichte-Verfahren, Speed Density method), in der ein Drucksensor (hier im Nachfolgenden als ein Einlasskrümmerdrucksensor bezeichnet) zum Messen des Drucks in einem Teilstuck (welches allgemein als ein „Einlasskrümmerteil“ bezeichnet wird) mit einem Ausgleichbehälter und einem Einlasskrümmer bereitgestellt ist, die bei der Stromabwärtsseite eines Drosselklappenventils angeordnet sind, so dass eine in einen Zylinder gesaugte Einlassluftmenge geschätzt wird aus dem somit durch den Einlasskrümmerdrucksensor gemessenen Einlasskrümmerdruck und einer Motordrehzahl, die separat gemessen wird.
• Ferner sind eine Technik, die zum Umschalten zwischen einem AFSwVerfahren und einem S/D—Verfahren gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors mittels Verwendung der oben erwähnten zwei Sensoren in Kombination miteinander dient, und eine Technik bekannt, die selbst in dem Fall eines AFS-Verfahrens zum Messen eines Einlasskrümmerdrucks dient.
• Um den Kraftstoffverbrauch weiter zu reduzieren als auch um die Abgabeleistung weiter zu erhöhen, wird in den jüngsten Jahren ein Motor populär, der mit einer Einlass-VVT als ein variabler Ventilsteuerungsmechanismus (Variable Valve Timing bzw. variable Ventilsteuerung) (hier im Nachfolgenden als eine „VVT“ bezeichnet) versehen ist, der dazu dient, die Ventilöffnungs- und Schließsteuerung jedes Einlassventils variabel zu machen. Darüber hinaus wird zunehmend ein Einlass- und Auslass-VVT-System angewendet, in dem zusätzlich zu einem Einlassventil auch ein Auslassventil mit einem VVT-Mechanismus (d.h. eine Auslass-VVT) versehen ist.
• In einem mit solch einem Einlass- und Auslass-VVT-System versehenen Motor ändert sich eine in einen Zylinder von einem Einlasskrümmer gesaugte Einlassluftmenge zu einem großen Ausmaß in Abhängigkeit von der Ventilöffnungs- und Schließsteuerung der Einlass- und Auslassventile, als ein Ergebnis dessen, falls der Einfluss der Ventilöffnungs- und Schließsteuerung nicht berücksichtigt wird, in dem AFS-Verfahren, die Berechnungsgenauigkeit der in den Zylinder gesaugten Einlassluftmenge in einer Region eines transienten Betriebs, so wie zu der Zeit einer Beschleunigung und Verlangsamung etc., sich verringern wird, wohingegen in dem S/D-Verfahren die Berechnungsgenauigkeit der in den Zylinder gesaugten Einlassluftmenge sich in sämtlichen Betriebsregionen einschließlich einer Region eines eingeschwungenen Betriebs und der Region des transienten Betriebs verringern wird.
• Demgemäß ist in einem mit solch einem Einlass- und Auslass-VVT-System versehenen Motor auch eine Technik vorgeschlagen worden, in der, um die in einen Zylinder gesaugte Einlassluftmenge mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen, ein physikalisches Modell, das das Verhalten von Luft in einem Einlass- und Auslasssystem, so wie ein Einlassdurchlass, ein Einlassventil, ein Auslassventil etc., darstellt, konstruiert wird mittels der Verwendung von Ausdrücken, die erhalten werden auf Grundlage physikalischer Gesetze, so wie das Massenerhaltungsgesetz, das Energieerhaltungsgesetz, das Impulserhaltungsgesetz etc., in dem AFS-Verfahren, und die in den Zylinder gesaugte Einlassluftmenge wird mittels Verwendung dieses physikalischen Modells geschätzt (siehe z.B. ein erstes Patentdokument).
• In der in dem ersten Patentdokument beschriebenen Technik wird jedoch die in den Zylinder gesaugte oder gezogene Luftmenge, während diese das Einlassventil und das Auslassventil passiert, berechnet durch Berechnen der Ausdrücke (siehe Absatze [0072] - [0188] in dem ersten Patentdokument), die erhalten worden sind auf Grundlage der physikalischen Gesetze, so wie nicht nur das Massenerhaltungsgesetz sondern auch das Energieerhaltungsgesetz, das Impulserhaltungsgesetz etc., zu jedem vorbestimmten Zeitintervall. Als ein Ergebnis gibt es ein Problem, dass es notwendig wird, eine große Menge arithmetischer Berechnungsoperationen auszuführen.
• Im Besonderen wurde eine Verbesserung der Arbeitsgeschwindigkeit von Mikrocomputern vollzogen, die in Motorsteuereinheiten (hier im Nachfolgenden als ECUS bezeichnet) verwendet werden, aber zu derselben Zeit werden Inhalte vielfältiger anderer Verarbeitungsarten als die Schätzverarbeitung der Einlassluftmenge auch kompliziert, so dass es ein Problem gibt, dass es schwierig ist, eine große Menge arithmetischer Operationen oder einer Berechnungslast nur für die Schätzung der Einlassluftmenge aufzuwenden.
• Außerdem hat das in dem ersten Patentdokument beschriebene Modell nicht nur physikalische Eigenschaften, so wie eine spezifische Wärmekapazität bei einem konstanten Druck, eine spezifische Wärmekapazität bei einem konstanten Volumen etc., sondern auch viele Koeffizienten oder Faktoren hat, so wie ein Durchsatzkoeffizient etc., für die eine Adaption erforderlich ist, und überdies, um sie auf tatsächliche Werte zu adaptieren, ist es notwendig, einen Momentandruck und eine Momentantemperatur zu berechnen, für die es schwierig ist, präzise Messwerte mit hoher Genauigkeit zu erhalten. Als ein Ergebnis gibt es ein Problem, dass der für die Adaption erforderliche Arbeitsstundenaufwand auch riesig wird, und überdies die Verifizierung des physikalischen Modells selbst schwierig ist.
• Als ein vereinfachtes physikalisches Modell ist demgemäß eine Technik vorgeschlagen worden, in der in dem AFS-Verfahren ein Einlasssystem bzw. Einlasssystem nur aus dem Massenerhaltungsgesetz modelliert wird (siehe z.B. ein zweites Patentdokument).
• In der in dem zweiten Patentdokument beschriebenen Technik wird durch Verwendung eines Liefergrad-entsprechender-Wertes (ein Liefergrad-Korrekturfaktor Kv) der Luft, die in den Zylinder von einem Einlasskrümmer kommt, eine in den Zylinder gesaugte Einlassluftmenge geschätzt mittels eines einfacheren physikalischen Modells mit einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern eines Motors auf eine geeignete Weise ohne Ausführung komplizierter arithmetischer Berechnungsoperationen, so wie denen für das Energieerhaltungsgesetz, das Impulserhaltungsgesetzt etc. (siehe Absätze [0023], [0024] und [0038]-[0042] in dem zweiten Patentdokument).
• Man beachte hier, dass der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv als ein Kennfeld gespeichert wird, in dem zwei orthogonale Achsen dargestellt sind durch eine Motordrehzahl bzw. ein Einlasskrümmerdruck in einem Motor, der nicht mit einem Einlass- und Auslass-VVT-System versehen ist.
• Darüber hinaus wird in dem zweiten Patentdokument auch ein Konstruktionsbeispiel beschrieben (siehe Absätze [0067]-[0071]), in dem eine Anwendung auf einen mit einem VVT-Mechanismus versehenen Motor gemacht wird, aber in diesem Konstruktionsbeispiel ist es notwendig, ein Liefergrad-Korrekturfaktor-Kennfeld als ein Kennfeld fur jeden Betriebszustand eines variablen Ventils zu speichern.
• In Fällen, wo der Betriebsbereich des variablen Ventils durch sechs repräsentative Punkte dargestellt wird und verwendet wird, wobei jede Region zwischen benachbarten Punkten (hier im Nachfolgenden als eine Zwischenpunktregion bezeichnet) interpoliert wird, sind genauer genommen beispielsweise sechs Liefergrad-Korrekturfaktor-Kennfelder erforderlich für eine Systemkonfiguration, die nur eine Einlass-WT verwendet, und eine Gesamtanzahl (6 × 6 = 36) von Liefergrad-Korrekturfaktor-Kennfeldern wird für eine Konfiguration eines Einlass- und Auslass-VVT-Systems erforderlich sein.
• In dem Fall der in dem zweiten Patentdokument beschriebenen oben erwähnten Ausgestaltungsbeispiele wird deshalb nur die Systemkonfiguration, die nur die Einlass-WT verwendet, betrachtet, innerhalb des Bereichs einer praktischen Verwendung zu sein, aber in der Systemkonfiguration des Einlass- und Auslass-VVT-Systems wird die Anzahl von Liefergrad-Korrekturfaktor-Kennfeldern riesig, was somit ein Problem zur Folge hat, dass eine große Anzahl von Arbeitsstunden für die Adaption oder Datenfestlegung erforderlich ist, und zur selben Zeit die für einen Mikrocomputer einer ECU erforderliche Speicherkapazität auch riesig wird.
• Andererseits ist ein vereinfachtes physikalisches Modell in dem S/D-Verfahren auch vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise ein drittes Patentdokument).
• In diesem dritten Patentdokument wird gezeigt, dass eine in einen Zylinder angesaugte Einlassluftmenge berechnet wird aus einem Einlasskrümmerdruck MAP, einem Liefergrad VE, einem Zylindervolumen V und einer Temperatur T (siehe Absätze [0003], [0004] und [Ausdruck 1] in dem dritten Patentdokument).
• Man beachte hier, dass der in dem dritten Patentdokument beschriebene Ausdruck 1 und der in dem zweiten Patentdokument beschriebene Ausdruck 2 dieselbe Sache oder denselben Inhalt meinen, wenn die Beziehung der Zustandsgleichung eines sogenannten idealen Gases (P = pRT, wobei P: Druck, p: Dichte, R: Gaskonstante und T: Temperatur) berücksichtigt wird, und der in dem dritten Patentdokument beschriebene Liefergrad VE erachtet wird, dieselbe Sache wie der in dem zweiten Patentdokument beschriebene Liefergrad-Korrekturfaktor Kv zu sein.
• Demgemäß wird in dem dritten Patentdokument als eine Voraussetzung angenommen, dass Motorparameter, so wie Motorventilsteuerzeiten etc., sich nicht ändern, aber falls ein variables Ventil beispielsweise für das S/D-Verfahren des dritten Patentdokuments angewendet wird, wird die Anzahl der Kennfelder für den Liefergrad VE letztendlich riesig werden, wie in dem Fall des zweiten Patentdokuments, was somit zu einem Problem führt, dass eine große Anzahl von Arbeitsstunden für die Adaptierung oder Datenfestlegung erforderlich ist, und zu derselben Zeit die für einen Mikrocomputer ECU notwendige Speicherkapazität riesig wird.
• Dies bedeutet, dass in einem Verbrennungsmotor, der mit einem variablen Ventilantriebsmechanismus versehen ist, in Fällen, wo eine tatsächlich in einen Zylinder gesaugte Einlassluftmenge geschätzt wird durch ein physikalisches Modell eines Einlasssystems mit Verwendung eines Liefergrad-entsprechender-Wertes, der ein Index ist, der eine in den Zylinder von einem Einlasskrümmer kommende Luftmenge angibt, der Liefergrad-entsprechender Wert sich gemäß der tatsächlichen Ventilsteuerzeit des variablen Ventilantriebsmechanismus ändert. Um den Liefergrad-entsprechender-Wert mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen, ist es als ein Ergebnis notwendig, den Liefergrad-entsprechender-Wert gemäß der Ventilsteuerzeit zu adaptieren, und infolgedessen wird die Anzahl von Kennfeldern zum Speichern dieser Werte riesig.
• Außerdem offenbart die US 2009/0 018 753 A1 ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors auf Grundlage eines Models, welches die Volumeneffizient berücksichtigt. Die dort vorgeschlagene Lehre erkennt insbesondere an, dass die Volumeneffizienz eine stärkere Abhängigkeit vom Einlassdruck als vom Auslassdruck hat.
• Schließlich offenbart die US 2007/0 112 501 A1 ein Verfahren zur Betriebssteuerung eines Fahrzeugmotors. Dabei wird insbesondere ein Betrag einer Restabgasmenge, welche am Ende eines Einlasszyklus in einem ausgewählten Zylinder verbleibt, berücksichtigt.
• VERWEISE AUF DEN STAND DER TECHNIK
• PATENTDOKUMENTE
• Erstes Patentdokument: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2006- 37 911 A
• Zweites Patentdokument: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2008- 138 630 A
• Drittes Patentdokument: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP H08- 303 293 A
• INHALTSANGABE DER ERFINDUNG
• In den konventionellen Schätzvorrichtungen für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor kann in beiden von dem AFS-Verfahren und dem S/D-Verfahren, falls der Liefergrad-Korrekturfaktor auf eine akkurate Weise berechnet werden kann, die Zylindereinlassluftmenge mit ausreichender Genauigkeit zum Steuern eines Motors auf eine geeignete Weise mittels eines vereinfachten physikalischen Modells geschätzt werden, aber es gibt ein Problem, dass, um einen akkuraten Liefergrad-Korrekturfaktor in einem mit einem Einlass- und Auslass-WT-System versehenen Motor zu schätzen, die Anzahl von Kennfeldern für den Liefergrad-Korrekturfaktor riesig wird.
• Die vorliegende Erfindung ist gemacht geworden, um die wie oben erwähnten Probleme zu lösen, und es ist ihre Aufgabe, eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor zu erhalten, in der durch Verwendung eines vereinfachten physikalischen Modells eines Einlasssystems, wie in dem zweiten und dem dritten Patentdokument, während es unnötig gemacht wird, eine riesige Menge einer arithmetischen Operationslast aufgrund eines komplizierten physikalischen Modells eines Einlass- und Auslasssystems zu erfordern, wie in dem Fall des ersten Patentdokuments, und zu derselben Zeit ferner durch Berechnen eines Liefergrad-Korrekturfaktors, der in dem vereinfachten physikalischen Modell des Einlasssystems verwendet wird, auf eine zweckgemäße Weise, es möglich gemacht wird, eine in einen Zylinder gesaugte Einlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Ausmaß einer arithmetischen Operationslast, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
• Die genannten Patente werden durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Durch Berechnen des vereinfachten physikalischen Modells des Einlasssystems und des Liefergrad-Korrekturfaktors, der in dem vereinfachten physikalischen Modell verwendet wird, auf eine zweckgemäße Weise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Ausmaß einer Berechnungslast, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
• Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leichter aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden.
• Figurenliste
• 1 ist eine Konstruktionsansicht, die schematisch eine Schatzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 2 ist eine Blockkonstruktionsansicht, die schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 3 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung einer Einlassluftmenge in einem Zylinder gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 4(a) bis 4(c) sind erläuternde Ansichten, die diagrammartig interne Zustände eines Zylinders zu der Zeit des Verschlusses eines Auslassventils, zu der Zeit des Starts eines Frischluft-Saugens bzw. zu der Zeit des Endes eines Einlass- (Saug) Taktes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
• 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel der Beziehung zwischen einem Innendruck in einem Zylinder und einem Innenvolumen davon (eine P-V-Diagrammansicht in doppeltlogarithmischer Darstellung) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 6 ist eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung zwischen einem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert und einem Innendruck in einem Zylinder zu der Zeit des Endes eines Einlasstaktes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 7 ist eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung zwischen einem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert und einer Auslasseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 8 ist eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung zwischen einem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert und einer Auslasseffizient in dem Fall zeigt, wo ein Phasenwinkel einer Auslass-VVT sich bei einem vorbestimmten Phasenwinkel einer Einlass-WT geändert hat, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 9 ist eine erläuternde Ansicht, die eine lineare Approximation der Beziehung zwischen einem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert und einer Auslasseffizienz in dem Fall zeigt, wo der Phasenwinkel der Auslass-VVT sich bei einem vorbestimmten Phasenwinkel einer Einlass-WT geändert hat, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 10 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Fehler oder eine Differenz zwischen einem berechneten Wert einer Auslasseffizienz und einem Wert einer linearen Approximation davon gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsteil für eine Auslasseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 12 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsteil für eine Internes-EGR-Rate und eine Einlasseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 13 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsteil für einen Liefergrad-Korrekturfaktor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 14 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Gesamtkonstruktion einer Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 15 ist eine Konstruktionsansicht, die schematisch eine Schatzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 16 ist eine Blockkonstruktionsansicht, die schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 17 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung einer Einlassluftmenge in einem Zylinder gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
• Erste Ausführungsform
• Hier wird im Nachfolgenden eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden.
• 1 ist eine Konstruktionsansicht, die schematisch eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine Blockkonstruktionsansicht, die schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• In 1 ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor zusammengesetzt aus einer Vielfalt von Arten von Sensoren, die auf einen Motor 1 bezogen sind, und einer Elektroniksteuereinheit 20, die mit der Vielzahl von Arten von Sensoren verbunden ist. Hier wird im Nachfolgenden die Elektroniksteuereinheit 20 einfach als die ECU 20 (Electronic Control Unit) bezeichnet.
• Die ECU 20 bildet eine Motorsteuervorrichtung zusammen mit der Vielzahl von Arten von Sensoren und einer Vielfalt von Arten von Aktuatoren und dient zum Steuern der Vielfalt von Arten von Aktuatoren des Motors 1 auf Grundlage vielfältiger Erfassungsinformationen von der Vielfalt von Arten von Sensoren, die die Betriebszustände des Motors 1 angeben.
• Bei der Stromaufwärtsseite eines Einlasssystems des Motors 1 ist ein AFS 2 angeordnet, der zum Messen einer Einlassluftmenge zu dem Motor 1 dient, und bei der Stromabwärtsseite des AFS 2 (bei der Seite des Motors 1) ist eine Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 zum Regulieren der Einlassluftmenge angeordnet.
• Ein Drosselklappenaktuator zum Steuern des Öffnungsgrades der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 auf eine elektronische Weise und ein Drosselklappenpositionssensor 3 zum Messen des Öffnungsgrades der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 sind auf der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 montiert.
• Bei der Stromabwärtsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 sind ein Ausgleichsbehälter 5 und ein Einlasskrümmer 6 angeordnet, die als ein Einlassrohr (ein Einlasskrümmerteil) zum Einbringen von Luft in den Motor 1 dienen.
• Der Einlasskrümmer 6, der einen Teil des Einlassrohrs bildet, steht in Verbindung mit einem Verbrennungsraum in jedem der Zylinder des Motors 1 durch ein Einlassventil.
• Andererseits ist bei der Stromabwärtsseite des Motors 1 ein Abgaskrümmer 13 angeordnet, der als ein Auslassrohr bzw. Abgasrohr zum Ausstoßen eines Abgases dient, welches aus der Verbrennung eines Luft-KraftstoffGemisches in jedem Zylinder resultiert.
• Der Abgaskrümmer 13 steht in Verbindung mit dem Verbrennungsraum in jedem Zylinder des Motors 1 durch ein Auslassventil. Obwohl nicht veranschaulicht sind außerdem in dem Abgaskrümmer 13 ein O2-Sensor zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches und ein Katalysator zum Säubern des Abgases bereitgestellt.
• In dem Einlassrohr an einem Ort stromabwärts der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 sind ein Einlasskrümmerdruck-Sensor 7, der zum Messen des Drucks(Einlasskrümmerdruck) dient in einem Leerraum (der Einlasskrümmer) mit dem Inneren des Ausgleichsbehälters 5 und des Einlasskrümmers 6, und ein Einlasstemperatursensor 8 angeordnet, der zum Messen der Temperatur (Einlasskrümmertemperatur Tb) in dem Einlasskrümmer dient.
• Man beachte hier, dass anstelle des Einlasskrümmerdruck-Sensors 7 zum Messen des Einlasskrümmerdrucks eine Einheit zum Schätzen des Einlasskrümmerdrucks bereitgestellt sein kann, und anstelle des Einlasstemperatursensors 8 zum Messen der Einlasskrümmertemperatur Tb ein Temperatursensor (z.B. ein in dem AFS 2 integrierter Temperatursensor) bereitgestellt sein kann, der zum Messen einer Umgebungslufttemperatur (obwohl genau genommen unterschiedlich von der Einlasskrümmertemperatur Tb) auf eine zweckgemäße Weise dient.
• Ein Injektor 9 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in dem Einlasskrümmer 6 in der Nähe eines Einlassventils angeordnet, und eine Einlass-VVT 10 und eine Auslass-VVT 11, die dazu dienen, die Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile variabel zu machen, sind an dem Einlassventil bzw. dem Auslassventil angebracht.
• Außerdem ist eine Zündspule 12 zum Treiben einer Zündkerze, um einen Funken innerhalb eines Zylinders zu erzeugen, in einem Zylinderkopf angeordnet.
• In 2 ist die ECU 20 mit einer Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 versehen, und außerdem ist die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 mit einer Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 versehen. Man beachte hier, dass die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 nicht nur eine Funktion als ein Berechnungsteil für den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv sondern auch eine Funktion als ein Internes-EGR-Rate-Berechnungsteil hat, der zum Berechnen einer Internes-EGR-Rate Regr dient, wie es später beschrieben werden wird.
• Zusätzlich zu den individuellen oben erwähnten Sensoren 2, 3, 7 und 8 ist ein Luftdrucksensor 14 zum Messen eines Umgebungsluftdrucks mit der ECU 20 verbunden, so dass die durch den AFS 2 gemessene Einlassluftmenge, der durch den Drosselklappenpositionssensor 3 gemessene Öffnungsgrad der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4, der durch den Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 gemessene Einlasskrümmerdruck, die durch den Einlasstemperatursensor 8 gemessene Einlasskrümmertemperatur Tb und der durch den Luftdrucksensor 14 gemessene Luftdruck an die ECU 20 eingegeben werden.
• Man beachte hier, dass anstelle des Luftdrucksensors 14 zum Messen eines Luftdrucks eine Einheit zum Schätzen eines Luftdrucks verwendet werden kann, oder ein in der ECU 20 integrierter Luftdrucksensor verwendet werden kann.
• Außerdem wird eine Vielfalt von Arten gemessener Werte auch an die ECU 20 von anderen vielfältigen Arten von Sensoren (ein Akzeleratoröffnungssensor, ein Kurbelwinkelsensor usw.) eingegeben, die hier nicht veranschaulicht sind.
• Die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 in der ECU 20 enthält ein (später zu beschreibendes) physikalisches Modell und berechnet eine in jeden Zylinder gesaugte Einlassluftmenge (hier im Nachfolgenden einfach als eine Zylindereinlassluftmenge bezeichnet) aus der durch den AFS 2 gemessenen Einlassluftmenge. Die ECU 20 treibt den Injektor 9 und die Zündspule 12 auf Grundlage der somit berechneten Zylindereinlassluftmenge an.
• Außerdem berechnet die ECU 20 ein Solldrehmoment auf Grundlage einer Vielfalt von Arten von Eingabeinformationen, so wie der Öffnungsgrad des Akzeleratorpedals bzw. Gaspedals etc., und berechnet auch eine Soll-Zylindereinlassluftmenge zum Erzielen des somit berechneten Solldrehmoments. Die ECU 20 berechnet ferner, als Steuersollwerte zum Erzielen der Soll-Zylindereinlassluftmenge, eine Soll-Drosselklappenöffnung, einen Soll-Einlass-VVT-Phasenwinkel und einen Soli-Auslass-VVT-Phasenwinkel und steuert den öffnungsgrad der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 und die Phasenwinkel der Einlass-VVT 10 und der Auslass-WT 11, so dass diese Steuersollwerte erzielt werden können. Darüber hinaus steuert die ECU 20 eine Vielzahl von Arten anderer Aktuatoren, wie erforderlich, die hier nicht veranschaulicht sind.
• Als nächstes wird im Detail auf die Funktion der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 verwiesen, d.h. das physikalische Modell des Einlasssystems zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge aus der durch den AFS 2 gemessenen Einlassluftmenge.
• Als eine Funktion der Anzahl von Takten n des Motors 1 wird zuerst jeder der Parameter Qa(n), Qc(n), T(n) [s], Vs [cm³], Vc [cm³], pb(n) [g/cm³] und Kv(n) wie folgt definiert.
• Qa(n) ist ein Mittelwert einer tatsächlichen Einlassluftmenge [g/s], die durch den AFS 2 für einen Takt des Motors 1 gemessen worden ist, und Qc(n) ist ein Mittelwert der Zylindereinlassluftmenge [g/s] für einen Takt des Motors 1. T(n) [s] ist eine Zeitperiode für einen Takt des Motors 1 (d.h. 180 Grad CA in einem 4-Zylinder-Motor, und 240 Grad CA in einem 3-Zylinder-Motor).
• Außerdem ist Vs [cm³] ein Volumen eines Einlassrohrs von einer Stromabwärtsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 zu einer Einlassöffnung jedes Zylinders; Vc [cm³] ist ein Volumen eines Zylinderhubs pro Zylinder; pb(n) [g/cm³] ist ein Mittelwert einer Dichte von Frischluft in dem Einlasskrümmer für einen Takt des Motors 1.
• Darüber hinaus ist Kv(n) ein Liefergrad-Korrekturfaktor für Luft, die in einen Zylinder von dem Einlasskrümmer kommt.
• Wenn das Massenerhaltungsgesetz angewendet wird, indem nur auf Frischluft (d.h. die Loft, die in den Einlasskrümmer via die Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 kommt) in einer Region, die dargestellt ist durch das Einlassrohrvolumen Vs von der Stromabwärtsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 bis zu der Einlassöffnung jedes Zylinders des Motors 1, fokussiert wird, Wird der folgende Ausdruck (1) erfüllt werden.
  [Ausdruck 1] $$Qa\left(n\right)T\left(n\right)-Qc\left(n\right)T\left(n\right)=\left\{{\rho }_p\left(n\right)-{\rho }_b\left(n-1\right)\right\}\cdot V_s$$

  
• Dann wird die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) für einen Takt durch den folgenden Ausdruck (2) dargestellt, wenn ein Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n) verwendet wird.
  [Ausdruck 2] $$Q_c\left(n\right)T\left(n\right)=Kv\left(n\right)\cdot {\rho }_b\left(n\right)\cdot Vc$$

  
• Man beachte hier, dass zu der Zeit eines Betriebs eines eingeschwungenen Zustands ein Produkt Qa(n)T(n) des Mittelwertes Qa(n) der tatsächlichen Einlassluftmenge [g/s] für einen Takt und der Zeitperiode T(n) für einen Takt gleich wird zu einem Produkt Qc(n)T(n) des Mittelwertes Qc(n) der Zylindereinlassluftmenge [g/s] für einen Takt und der Zeitperiode T(n) für einen Takt, und somit ist es möglich, den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv durch die Verwendung eines Ausdrucks zu berechnen, in dem die linke Seite des Ausdrucks (2) ersetzt wird mit Qa(n)T(n), zu der Zeit der Adaptierung der Motorsteuerkonstanten.
• Mittels Zuweisen des Ausdrucks (2) an den Ausdruck (1) wird anschließend der Mittelwert pb(n) der Frischluftdichte in dem Einlasskrümmer für einen Takt eliminiert, und mit Losen des Ausdrucks (1) für Qc(n)T(n) wird Qc(n)T(n) durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt.
  [Ausdruck 3] $$\begin{array}{l}\text{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)=\frac{Kv\left(n\right)}{Kv\left(n-1\right)}\cdot K\cdot Qc\left(n-1\right)T\left(n-1\right)+\left(1-K\right)\cdot Qa\left(n\right)T\left(n\right)\\ \therefore K=\frac{Vs}{Vs+Kv\left(n\right)\cdot Vc}\end{array}$$

  
• Hier ist im obigen Ausdruck (3) K eine Filterkonstante.
• Gemäß dem Ausdruck (3) ist es möglich, die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) aus der durch den AFS 2 gemessenen Einlassluftmenge Qa(n)T(n) mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
• Durch weiteres Transformieren des Ausdrucks (3) werden die folgenden Ausdrücke (4) erhalten.
  [Ausdruck 4] $$\frac{Qc\left(n\right)T\left(n\right)}{Kv\left(n\right)}=K\cdot \frac{Qc\left(n-1\right)T\left(n-1\right)}{Kv\left(n-1\right)}+\left(1-K\right)\cdot \frac{Qa\left(n\right)T\left(n\right)}{Kv\left(n\right)}$$

  
• Der Ausdruck (3) bedeutet ein digitales Tiefpassfilter in einer Unterbrechungsverarbeitung, die in Synchronisation mit der Drehung des Motors 1 ist (z.B. jeden vorgeschriebenen Kurbelwinkel). Aus diesem wird verstanden, dass das Einlasssystem des Motors 1 ein Verzögerungselement erster Ordnung ist.
• Als nächstes wird ein Verweis im Detail auf die Verarbeitung zum Erzielen des Ausdrucks (3) innerhalb der ECU 20 gemacht werden, d.h. eine Operation zum Ausführen der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 innerhalb einer Unterbrechungsverarbeitung bei jedem vorgeschriebenen Kurbelwinkel, während eines Verweises auf das in 3 gezeigte Flussdiagramm.
• Hier wird angenommen, dass die Unterbrechungsverarbeitung bei jedem vorgeschriebenen Kurbelwinkel eine Unterbrechungsverarbeitung ist, die bei jeden BTDC 5 Grad CA (hier im Nachfolgenden einfach als „BOS-Verarbeitung“ bezeichnet) ausgeführt wird.
• 3 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung der Zylindereinlassluftmenge gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• In 3 berechnet zuerst die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 in der ECU 20 die tatsächliche Einlassluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt (Schritt 301).
• In Fällen, wo der AFS 2 ein Luftmassenmesser ist, wird genauer genommen die Ausgangsspannung des AFS 2 integriert, während beispielsweise jede 1,25 ms abgetastet wird, so dass die tatsächliche Einlassluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt berechnet werden kann auf Grundlage des Wertes, der von der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zu der aktuellen Unterbrechungsverarbeitung integriert worden ist.
• Man beachte hier, dass in Fällen, wo der AFS 2 ein Volumendurchsatzmesser ist, die tatsächlich Einlassluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt berechnet werden kann durch Umwandeln des Volumens der Einlassluft in eine entsprechende Masse auf Grundlage einer Standardluftdichte eines Luftdrucks und einer Einlasslufttemperatur.
• Dann berechnet die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n)
  (Schritt 302). Man beachte hier, dass die Details der Berechnungsverarbeitung des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv(n) später beschrieben werden.
• Anschließend berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 eine Filterkonstante K gemäß einer Formel zur Berechnung der Filterkonstante K innerhalb des Ausdrucks (3) (Schritt 303).
• Danach berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 eine tatsächliche Zxylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] gemäß einer Filterformel innerhalb des Ausdrucks (3) (Schritt 304).
• Man beachte hier, dass hinsichtlich eines Liefergrad-Korrekturfaktors KV(n-1) (letztes Mal) ein Takt vor dem aktuellen Takt in dem Ausdruck (3) der letzte Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n-1) ein Takt zuvor im Schritt 302 gespeichert wird (Schritt 305), so dass die Verarbeitung von Schritt 304 möglich gemacht wird durch Verwendung dieses letzten Wertes.
• Schließlich speichert die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 die im Schritt 304 berechnete tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] (Schritt 306), und dann endet die Verarbeitungsroutine von 3.
• Man beachte hier, dass eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge QC(n-1)T(n-1) [g] ein Takt zuvor (letztes Mal) im Schritt 306 gespeichert wird (Schritt 307), so dass die Verarbeitung von Schritt 304 möglich gemacht wird durch die Verwendung dieses letzten Wertes als ein Parameter innerhalb des Ausdrucks (3). Auf diese Weise kann die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge QC(n)T(n) [g] mit einem hohen Genauigkeitsgrad mittels einer einfachen Berechnungsoperation mit Verwendung des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv(n) berechnet werden.
• Als nächstes wird ein Verweis auf eine Approximationsverarbeitung des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv(n) als die Verarbeitung der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 gemacht werden.
• Der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n)ist ein Wert entsprechend dem Liefergrad-Korrekturwert für die Luft, die in einen Zylinder von dem Einlasskrümmer kommt. In dem Fall eines allgemeinen Motors einer festen Ventilzeitsteuerung wird in einer Teillastregion (hier im Nachfolgenden als eine Teilregion bezeichnet) der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n) ein Wert von ungefähr 60-80%, und in einer WOT- (Wide Open Throttle bzw. weit offene Drosselklappe, Volllast) Region wird er ein Wert von ungefähr 80-90%, aber in dem Fall des Motors 1 einer variablen Ventilzeitsteuerung, der mit der Einlass-VVT 10 und der Auslass-VVT 11 versehen ist, ändert sich der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n) in einem noch größeren Bereich gemäß der Ventilöffnungs- und Schließsteuerzeit der Einlass- und Auslass-VVTS 10, 11.
• Somit können die folgenden Faktoren (A)-(E) als Gründe betrachtet werden, die den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 zum Variieren bringen.
• DIE VENTILÖFFNUNGSZEITEN DER EINLASS- UND AUSLASSVENTILE SIND KURZ
• Die Betriebsperioden der Einlass- und Auslassventile sind beschränkt (ungefähr 180 [Grad CA]), so dass die Ventile im Zuge einer Luftströmung geschlossen werden, bevor der Auslasstakt bzw. Auslasshub endet, mit Hinterlassen eines Totraums bzw. Hubvolumens, oder bevor Frischluft eines Zylindervolumens oder Kolbenversatzes eingesaugt wird (vor Verbrennung durch das Einlassrohr einzuziehende Luft).
• DIE FREIRÄUME DER EINLASS- UND AUSLASSVENTILE SIND ENG
• Der Öffnungsraum oder Bereich einer Ventilöffnung (d.h. jede der Einlass- und Auslassöffnungen) wird nur durch das Ausmaß der Hubhöhe des Einlass-/Auslassventils bestimmt, so dass der Durchsatz des von dem Zylinder ausgestoßenen Abgases und der Durchsatz der in den Zylinder gesaugten Frischluft jeweils auf einen vorbestimmten Durchsatz begrenzt sein werden.
• EINFLUSS VON RESTGAS
• Frischluft wird nicht von der Einlassventilseite (Einlassöffnung) eingesaugt, bis das Gas, das in dem Zylinder mach Schließung des Auslassventils verbleibt, und das interne EGR (das Restgas, das in die Einlassöffnung ausgeströmt ist) innerhalb des Zylinders expandieren, so dass deren Druck gleich oder geringer als der Einlasskrümmerdruck wird.
• EINFLUSS DES RUCKSTOSSES (DIE ÜBERLAPPUNGSREGION UND DIE TEILREGION)
• Zu der Zeit der Ventilüberlappung in der Teilregion wird der Einlasskrümmerdruck geringer als der Innenzylinderdruck, so dass ein Rückstoß bzw. Zurückwehen (ein Ausströmen des internen EGR von dem Zylinder in die Einlassöffnung) auftritt, und Frischluft nicht eingesaugt wird, bis die Menge dieses Rückstoßes bzw. Zurückwehens wieder eingesaugt worden ist.
• EINFLUSS DES DURCHBLASENS (DIE ÜBERLAPPUNGSREGION UND DIE WOT-REGION)
• Innerhalb des Einlasskrümmers tritt immer ein Druckpulsieren unter dem Einfluss des Öffnens und Schließens des Einlassventils auf, und in Fällen, wo der Einlasskrümmerdruck (Öffnungsteildruck) größer als der Zylinderinnendruck wird, zu einem Zeitpunkt während der Überlappung in der WOT-Region, tritt ein Blow-by auf (Frischluft verdrängt das Restgas in dem Zylinder, wodurch die Einlassluftmenge erhöht wird, und die Menge des internen EGR verringert wird).
• Wenn die Faktoren (A)-(E), durch welche der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 variiert, beabsichtigungsgemäß mittels eines peinlich genauen physikalischen Modells dargestellt werden sollen, wird somit ein riesiges Berechnungsoperationsausmaß benötigt werden, wie in dem Fall des Oben erwähnten ersten Patentdokumentes.
• Durch Untersuchung auf Grundlage des peinlich genauen physikalischen Modells, das üblicherweise betrachtet werden kann, und der aus Motortests gesammelten experimentellen Daten ist außerdem herausgefunden worden, dass in dem Fall einer Lösung davon als das peinlich genaue physikalische Modell ein gutes Ergebnis aufgrund Vieler unbekannter physikalischer Größen nicht erhalten werden kann.
• Demgemäß ist in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein einfacheres physikalisches Modell konstruiert worden, indem den internen Zustanden des Zylinders zu der Zeit des Endes des Auslasstaktes bzw. der Zeit des Endes des Einlasstaktes Aufmerksamkeit geschenkt wird.
• Im Folgenden wird ein Verweis im Detail auf das einfache physikalische Modell gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
• In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv berechnet auf Grundlage einer Auslasseffizienz, die ein Index ist, der eine Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas nach einer Verbrennung zu der Zeit des Endes des Auslasstaktes ist (d.h. zu der Zeit des Schließens bzw. des Verschlusses des Auslassventils), das in dem Zylinder verbleibt, ohne von dem Inneren des Zylinders an den Abgaskrümmer 13 (Abgasrohr) ausgestoßen zu werden, und einer Einlasseffizienz, die ein Index ist, der eine Menge einer Frischluft angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt, mit Ausnahme des Restgases zu der Zeit des Endes des Einlass- (Saug) Taktes (zu der Zeit des Schließens bzw. des Verschlusses des Einlassventils).
• Mach beachte hier, dass durch Berücksichtigung der internen Zustände des Zylinders zu der Zeit des Endes des Auslasstaktes und zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes auf diese Weise der Faktor (D) des Einflusses des Rückstoßes und der Faktor (E) des Einflusses des Blow-by unter den oben erwähnten Faktoren (A)-(E) in den Faktor (C) des Einflusses des Restgases aufgenommen werden können, so dass das physikalische Modell vereinfacht werden kann.
• Als nächstes wird ein Verweis auf den Zylinderinnenzustand zu der Zeit des Auslasstakts/Einlasstaktes des Motors 1 gemacht werden mit einem Verweis auf 4(a) bis 4(0).
• 4(a) bis 4(c) sind erläuternde Ansichten, die diagrammartig jeweils individuelle interne Zustande eines Zylinders gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 4(a) einen Zylinderinnenzustand zu der Zeit des Verschlusses des Auslassventils zeigt, 4(b) einen Zylinderinnenzustand zu der Zeit des Starts eines Saugens von Frischluft zeigt bzw. 4(c) einen Zylinderinnenzustand zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes zeigt.
• Zuerst wird ein Verweis auf den Zylinderinnenzustand zu der Zeit des Verschlusses des Auslassventils gemacht werden, wie in 4(a) gezeigt. Es gibt einen Zeitpunkt bzw. Timing (der Zeitpunkt der wirksamen Schließung des Auslassventils), bei dem das Ausströmen bzw. der Abgang des Abgases an die Auslassöffnungsseite vollständig stoppt vor und nach dem entworfenen Schließzeitpunkt des Auslassventils.
• Weil der Druck des Restgases, das in dem Zylinder zu der Zeit dieser wirksamen Schließung des Auslassventils verbleibt, auch genau genommen unterschiedlich ist von dem Druck bei der Seite der Auslassöffnung, das ist der Auslassdruck (bzw. Abgasdruck) Pex (ungefähr gleich einem Luftdruck Pa), werden ein Innenvolumen Vexo [cm³] des Zylinders (hier im Nachfolgenden als ein Zylinderinnenvolumen bezeichnet) und ein Innendruck Pexo des Zylinders (hier im Nachfolgenden als ein Zylinderinnendruck bezeichnet) zu der Zeit der wirksamen Schließung des Auslassventils definiert.
• Man beachte hier, dass, weil ein Problem mit vielen unbekannten Größen schwierig handzuhaben ist, in der folgenden Diskussion das Volumen des internen EGR (hier im Nachfolgenden als ein Internes-EGR-Volumen bezeichnet) bei einem Zeitpunkt, bei dem das interne EGR gleich dem Auslassdruck aufgrund einer adiabatischen Kompression oder einer adiabatischen Expansion wird, als ein angenommenes Internes-EGR-Volumen Vex [cm³] definiert wird.
• Außerdem wird der Zylinderinnendruck zu der Zeit der wirksamen Schließung des Auslassventils als ein angenommener Zylinderinnendruck Pex definiert (= der Luftdruck Pa ungefähr gleich zu dem Auslassdruck), und die Zylinderinnentemperatur zu der Zeit der wirksamen Schließung des Auslassventils wird definiert als eine angenommene Zylinderinnentemperatur Tex (= die Temperatur des Abgases). Hier wird im Nachfolgenden die Temperatur des Abgases Tex auch als eine „Auslasstemperatur Tex“ in einer abgekürzten Form bezeichnet.
• Darüber hinaus werden ein maximales Innenvolumen des Zylinders (ein Zylinderinnenvolumen beim unteren Totpunkt) Vmax [cm³] und ein Totraum des Zylinders (ein Zylinderinnenvolumen beim oberen Totpunkt) Vmin [cm³] definiert.
• Als nächstes wird ein Verweis auf den Zylinderinnenzustand zu der Zeit des Starts eines Saugens von Frischluft gemacht werden, wie in 4(b) gezeigt.
• Es wird berücksichtigt, dass in einem Einlasstakt Frischluft nicht in den Zylinder gesaugt wird, bis das in dem Zylinder verbleibende interne EGR expandiert, um gleich oder weniger als ein Einlasskrümmerdruck Pb zu werden, und somit wird ein Zylinderinnenvolumen Vegro, das durch das interne EGR zu der Zeit des Starts eines Saugens von Frischluft belegt wird (zu dem Zeitpunkt, bei dem der Zylinderinnendruck gleich dem Einlasskrümmerdruck wird), dargestellt durch den folgenden Ausdruck (5) mit der Verwendung einer Polytropenzahl n.
  [Ausdruck 5] $${\begin{array}{cc}{p}_{ex}\cdot V_{ex}^n=p_b\cdot V_{egro}^n& \therefore V_{egro}=V_{ex}\cdot \left(\frac{p_{ex}}{p_b}\right)\end{array}}^{1\text{/}n}$$

  
• Jedoch ist der durch den Ausdruck (5) dargestellte Zustand ein Zylinderinnenzustand vor dem Saugen von Frischluft, in dem die Innentemperatur, der Innendruck und die Dichte eines Gemisches in dem Zylinder alle im Wert unterschiedlich sind von denen in dem tatsächlichen Innenzustand des Zylinders zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes nach dem Saugen von Frischluft, und kann somit nicht als das Volumen betrachtet werden, das durch das interne EGR zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes belegt wird.
• Wie in 4(c) gezeigt, wird demgemäß das Volumen berechnet, das durch das interne EGR belegt ist bei dem unteren Totpunkt zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes. Man beachte hier, dass in 4(c) „@Tegr“ angibt „der Wert des Zylinderinnenvolumens bei einer Temperatur Tegr des Restgases nach Unterziehung einer adiabatischen Expansion“, und „@Tin“ angibt „der Wert des Zylinderinnenvolumens bei einer Zylinderinnentemperatur Tin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes“.
• Ein Internes-EGR-Volumen Vegr (siehe linke Seite von 4(c)) zu dem Zeitpunkt, bei dem das interne EGR (Vex, Pex, Tex) eine adiabatische Expansion durchläuft, um der Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes zu werden, wird durch den folgenden Ausdruck (6) dargestellt.
  [Ausdruck 6] $${\begin{array}{cc}{P}_{ex}\cdot V_{ex}^n=p_{in}\cdot V_{egr}^n& \therefore V_{egr}=V_{ex}\cdot \left(\frac{p_{ex}}{p_{in}}\right)\end{array}}^{1\text{/}n}$$

  
• Wenn die Restgastemperatur Tegr (siehe die linke Seite von 4(c)) nach der adiabatischen Expansion davon berücksichtigt wird, wird sie durch den folgenden Ausdruck (7) dargestellt.
  [Ausdruck 7] $${\begin{array}{cc}\frac{T_{ex}}{p_{ex}^{\left(n-1\right)\text{/}n}}=\frac{T_{egr}}{p_{in}^{\left(n-1\right)\text{/}n}}& \therefore T_{egr}=T_{ex}\cdot \left(\frac{p_{in}}{p_{ex}}\right)\end{array}}^{\left(n-1\right)\text{/}n}$$

  
• Wenn das Interne-EGR-Volumen Vegr' (siehe die rechte Seite von 4(c)) berücksichtigt wird bei dem Zeitpunkt, bei dem das Innere des Zylinders durch Frischluft gekühlt wird, so dass nur die Temperatur in dem Zylinder sich ändert, um die Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes zu werden, während der Zylinderinnendruck konstant bleibt, kann die Berechnung, wie durch den folgenden Ausdruck (8) gezeigt, gemäß der Zustandsgleichung idealer Gase gemacht werden.
  [Ausdruck 8] $$\begin{array}{l}\frac{p_{in}\cdot V_{egr}}{T_{egr}}=\frac{p_{in}\cdot V_{egr\text{'}}}{T_{in}}\hfill \\ \therefore V_{egr\text{'}}=V_{egr}\cdot \frac{T_{in}}{T_{egr}}=V_{ex}\cdot \frac{T_{in}}{T_{egr}}\cdot {\left(\frac{p_{ex}}{p_{in}}\right)}^{\frac{1}{n}}=V_{ex}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}\cdot {\left(\frac{p_{ex}}{p_{in}}\right)}^{\left(n-1\text{/}n\right)}\cdot \hfill \\ {\left(\frac{p_{ex}}{p_{in}}\right)}^{1\text{/}n}=V_{ex}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}=V_{ex\text{'}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\left(V_{ex\text{'}}=V_{ex}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}\right)\hfill \end{array}$$

  
• Auf diese Weise wird ein Internes-EGR-Volumen Vex', das erhalten wird mittels Temepraturkorrektur des Restgasvolumens Vex, ein angenommenes Restgasvolumen nach dem Saugen von Frischluft (ein angenommenes Restgasvolumen mach Korrektur).
• Aus dem obigen wird ein tatsächliches Frischluftvolumen Vnew' (siehe die rechte Seite von 4(c)), das schließlich zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes eingesaugt worden ist, durch den folgenden Ausdruck (9) dargestellt.
  [Ausdruck 9] $$V_{new\text{'}}=V_{max}-V_{egr\text{'}}=V_{max}-V_{ex\text{'}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}$$

  
• Als nächstes wird die in den Zylinder gesaugte Einlassluftmenge betrachtet.
• Zuallererst sind in 4(c) eine Zylinderinnendichte (d.h. die Dichte des Gemisches in dem Zylinder) pin(n) [g/cm3] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes und ein Zylinderinnendruck Pin(n) [kPa] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes definiert.
• Zu dieser Zeit wird die Zylindereinlassluftmenge QC(n)T(n) für einen Takt durch den folgenden Ausdruck (10) dargestellt, mit der Verwendung einer Gaskonstante R.
  [Ausdruck 10] $$\begin{array}{cc}Qc\left(n\right)T\left(n\right)={\rho }_{in}\left(n\right)\cdot V_{new\text{'}}=\frac{p_{in}\left(n\right)}{R{T}_{in}}\cdot V_{new\text{'}}& \left(\therefore p_{in}={\rho }_{in}R{T}_{in}\right)\end{array}$$

  
• Mit der Annahme, dass ein Verhältnis zwischen einer Zylinderinnenmasse ρin·Vnew' des tatsächlichen Frischluftvolumens Vnew' (eine Frischluftmenge, die tatsächlich in den Zylinder eingetreten ist) zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes und einer Einlasskrümmerfrischluftmasse ρb·Vnew' (eine Einlassluftmenge, die geschätzt wird, in den Zylinder eingetreten zu sein, wen der Liefergrad 100% ist) eine Einlasseffizienz Kin ist, wird der Liefergrad-Korrekturkoeffizient Kv, wie in dem folgenden Ausdruck (11) gezeigt, dargestellt aus dem obigen Ausdruck (10) und dem oben erwähnten Ausdruck (2).
  [Ausdruck 11] $$\begin{array}{c}Kv=\frac{Qc\left(n\right)T\left(n\right)}{{\rho }_b\left(n\right)\cdot Vc}=\frac{{\rho }_{in}\left(n\right)}{{\rho }_b\left(n\right)}\cdot \frac{V_{new\text{'}}}{Vc}=\frac{K_{in}}{Vc}\cdot \left(V_{max}-V_{ex\text{'}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\right)\\ \left(\therefore K_{in}=\frac{{\rho }_{in}\cdot V_{new\text{'}}}{{\rho }_b\cdot V_{new\text{'}}}\right)=\frac{p_{in}}{P_b}\cdot \frac{T_b}{T_{in}}\end{array}$$

  
• Jedoch enthält der Ausdruck (11) oben ein Hubvolumen Vc, ein Maximalvolumen Vmax und ein korrigiertes angenommenes Restgasvolumen Vex', so dass im Besonderen in Motoren, die voneinander im Hubraum unterschiedlich sind, es eine Differenz der gesetzten Werte geben wird. Demgemäß wird eine Normalisierung ausgeführt, so dass eine Beschreibung mit Verwendung eines Kompressionsverhältnisses ε gemacht werden kann.
• Zu dieser Zeit wird die Beziehung zwischen den individuallen Volumen in dem Zylinder und dem Kompressionsverhältnis ε durch den folgenden Ausdruck (12) dargestellt.
  [Ausdruck 12] $$\begin{array}{l}\epsilon =\frac{V_{max}}{V_{min}},V_{max}=Vc+V_{min}\hfill \\ \therefore \frac{V_{min}}{Vc}=\frac{1}{\epsilon -1\text{'}}\frac{V_{max}}{Vc}=\frac{\epsilon }{\epsilon -1}\hfill \end{array}$$

  
• Demgemäß wird der Liefergrad-Korrekturkoeffizient Kv auch dargestellt, wie in dem folgenden Ausdruck (13) gezeigt, aus dem oben erwähnten Ausdruck (11) und dem Ausdruck (12) oben.
  [Ausdruck 13] $$\begin{array}{l}Kv=\frac{K_{in}}{Vc}\cdot \left(V_{max}-V_{ex\text{'}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\right)=K_{in}\cdot \left(\frac{V_{max}}{Vc}-\frac{V_{ex}}{Vc}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}\right)=K_{in}\cdot \hfill \\ \left(\frac{V_{max}}{Vc}-\frac{V_{ex}}{V_{min}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}\cdot \frac{V_{min}}{Vc}\right)=K_{in}\cdot \left(\frac{\epsilon }{\epsilon -1}-K_{ex}\cdot \frac{1}{\epsilon -1}\right)\hfill \\ \left(\therefore K_{ex}=\frac{V_{ex}}{V_{min}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}=\frac{{\rho }_{ex}}{{\rho }_{in}}\cdot \frac{V_{ex}}{V_{min}}\right)\hfill \end{array}$$

  
• Man beachte hier, dass in dem Ausdruck (13) das Verhältnis einer Masse des Abgases pex·Vex (eine tatsächliche Restgasmenge) in dem angenommenen Restgasvolumen Vex nach dem Ende des Auslasstaktes und einer Masse des Abgases ρin·Vmin zu der Zeit, wenn das Gas in dem Zylinder des Totraums zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes als ein Restgas verbleibt, als eine Auslasseffizienz Kex verwendet wird.
• Weil das Volumen für das interne EGR zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes berechnet wird, kann ferner die Internes- EGR-Rate Regr aus dem Verhältnis der Masse für das interne EGR zu diesem Zeitpunkt und der Masse des gesamten Gases in dem Zylinder berechnet werden, wie in dem folgenden Ausdruck (14) gezeigt.
  [Ausdruck 14] $$R_{egr}=\frac{{\rho }_{in}\cdot V_{egr\text{'}}}{{\rho }_{in}\cdot V_{max}}=\frac{V_{ex}}{V_{max}}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}=K_{ex}\cdot \frac{V_{min}}{V_{max}}=\frac{K_{ex}}{\epsilon }$$

  
• Wenn der Ausdruck (13) und der Ausdruck (14), die zum Berechnen des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv bzw. der Internes-EGR-Rate Regr dienen, wie oben erwähnt, umgeordnet und umgeschrieben werden, werden sie der folgende Ausdruck (15) .
  [Ausdruck 15] $$Kv=K_{in}\cdot \left(\frac{\epsilon }{\epsilon -1}-K_{ex}\cdot \frac{1}{\epsilon -1}\right)$$

  

  $$R_{egr}=\frac{K_{ex}}{\epsilon }$$

  
• Um den Liefergrad-Korrekturfaktur Kv und die Internes-EGR-Rate Regr zu berechnen, ist es erforderlich, wie aus dem obigen Ausdruck (15) ersichtlich ist, die Einlasseffizienz Kin und die Auslasseffizienz Kex zu erhalten.
• Um die Einlasseffizienz Kin und die Auslasseffizienz Kex zu berechnen, kann ein Verfahren zum Speichern, als Kennfelder, einer Motordrehzahl Ne, des Einlasskrümmerdrucks und der Phasenwinkel der Einlass-VVT 10 und der Auslass-VVT 11 berücksichtigt werden.
• Falls jedoch Kennfelder mit vielen Parametern gespeichert werden, wird wie oben erwähnt die Anzahl der Kennfelder riesig, und solch ein Verfahren unterscheidet sich überhaupt nicht von konventionellen Techniken (d.h. Vorbereitung von Kennfeldern des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv), und somit wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Näherungsberechnungsverarbeitung ausgeführt.
• In dem Folgenden wird im Detail ein Verweis auf die Näherungsberechnungsverarbeitung der Einlasseffizienz Kin und der Auslasseffizienz Kex gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
• Zuerst wird in dem Ausdruck (11), der zum Berechnen des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv dient, die Einlasseffizienz Kin wie in dem folgenden Ausdruck (16) gezeigt definiert.
  [Ausdruck 16] $$K_{in}=\frac{p_{in}}{p_b}\cdot \frac{T_b}{T_{in}}$$

  
• Ausdruck (16) oben zeigt, dass die Einlasseffizienz Kin berechnet werden kann, wenn der Zylinderinnendruck Pin und die Zylinderinnentemperatur Tin verwendet werden, die berechnet werden durch Verwendung des Zylinderinnendrucks und der Auslasstemperatur, zusätzlich zu dem Einlasskrümmerdruck Pb und der Einlasskrümmertemperatur Tb. Da jedoch diese physikalischen Größen (der Zylinderinnendruck Pin und die Zylinderinnentemperatur Tin) Parameter sind, die nicht in der konventionellen Motorsteuerung verwendet werden, ist es erforderlich, den Zylinderinnendruck Pin und die Zylinderinnentemperatur Tin mittels der Verwendung physikalischer Größen zu schätzen, die zur Motorsteuerung verwendet werden kennen.
• Als erstes wird ein Verweis auf die Berechnungsverarbeitung des Zylinderinnendrucks Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes gemacht werden, während ein Verweis auf 5 erfolgt.
• 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel der Beziehung zwischen einem durch einen Zylinderinnendrucksensor (nicht gezeigt) gemessenen Innendruck in einem Zylinder und einem Innenvolumen davon zeigt (eine P-V-Diagrammansicht in doppeltlogarithmischer Darstellung).
• In 5 stellt eine Abszissenachse das Zylinderinnenvolumen V [ccm] (logarithmische Achse) dar, und eine Ordinatenachse stellt den Zylinderinnendruck Pin [kPa] (logarithmische Achse) dar, wobei eine von einer gestrichelten Linie umgebene Region den Kompressionstakt dargestellt.
• Hier ist die Zustandsänderung in dem Kompressionstakt ohne begleitende Verbrennung als eine polytrope Änderung bekannt und wird im Allgemeinen durch den folgenden Ausdruck dargestellt.
  [Ausdruck 17] $$\begin{array}{l}P{V}^n=C\left(constant\right)\hfill \\ \therefore logP=-n\text{ log}V+\text{log}C\hfill \end{array}$$

  
• Man beachte hier, dass die polytrope Änderung meint, dass in manchen Fällen, wo ein Luft-KraftstoffGemisch oder ein Verbrennungsgas komprimiert wird, ein Teil der Wärme tatsächlich durch Außenluft, Kahlwasser etc. genommen wird, und somit die Beziehung zwischen dem Druck und der Temperatur durch eine intermediäre Änderung zwischen einer isothermischen Änderung und einer adiabatischen Änderung ausgeführt wird.
• Wie aus 5 klar ist, wird, wenn die Zustandsänderung vor der Verbrennung betrachtet wird gemäß einem log-log-Koordinatensystem, sie durch eine lineare (erster Ordnung) Funktion mit einer Steigung von -n (n ist ein Polytropenindex, der ungefähr 1,3-1,4 ist) dargestellt, wie durch die Region der gestrichelten Linie gezeigt.
• Um den Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes (B180) zu berechnen, ist es demgemäß notwendig, den Zylinderinnendruck bei einem Ort entsprechend B180 von jedem einiger Punkte vor der Zündung (vor der Verbrennung) zu schätzen (z.B. Orte, die durch x in der Region der gestrichelten Line angegeben sind), und einen Mittelwert davon zu erhalten.
• 6 ist eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes, wie oben erwähnt berechnet, und dem Einlasskrümmerdruck zeigt.
• In 6 stellt eine Abszissenachse den Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert (der Maximalwert zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln (Z.B. zwischen benachbarten 805)) Pbp [kPa] dar, und eine Abszissenachse stellt den Zylinderinnendruck Pin [kPa] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes dar, wobei die Charakteristika gemäß Differenzen in nummerischen Werten IN (= 0, 25, 45), die Phasenwinkel InVVT der Einlass-WT 10 angeben, gezeigt sind durch Polynome (Linien) entlang von Punkten schwarzer Rauten, schwarzer Rechtecke bzw. schwarzer Dreiecke.
• Hier ist der Grund dafür, dass nicht ein Einlasskrümmerdruck-Mittelwert (ein Mittelwert des Einlasskrümmerdrucks in einer Zeitperiode zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln (z.B. zwischen benachbarten 805)) sondern ein Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp verwendet worden ist, dass eine bessere Korrelation erhalten worden ist mittels Verwendung des Einlasskrümmerdruck-Spitzenwertes gegenüber dem Einlasskrümmerdruck-Mittelwert.
• Demgemäß soll in der folgenden Beschreibung der Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp als der Einlasskrümmerdruck Pb verwendet werden.
• Man beachte hier, dass 6 eine Ansicht ist, in der die Auslass-VVT 11 nicht berücksichtigt wird, so dass eine Anordnung nur mit der Einlass-VVT 10 ohne Berücksichtigung der Auslass-VVT 11 ausgeführt wird.
• Wie aus den Charakteristika (Polynome) von 6 klar ist, wird es verstanden, dass der Zylinderinnenduck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes durch eine quadratische (zweiter Ordnung) Funktion des Einlasskrümmerdruck-Spitzenwertes Pbp approximiert werden kann, die durch einen Ursprungspunkt verläuft, für jede Einlass-VVT 10 ohne Berücksichtigung der Auslass-VVT 11.
• Zu dieser Zeit wird der Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes wie durch den folgenden Ausdruck(18) gezeigt dargestellt.
  [Ausdruck 18] $$\begin{array}{l}{P}_{in}=A\cdot P_{bp}^2+B\cdot P_{bp}\hfill \\ \therefore \frac{P_{in}}{P_{bp}}=A\cdot P_{bp}+B\hfill \end{array}$$

  
• Nach allem kann ein Druckverhältnis Pin/Pbp des Zylinderinnendrucks Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes bezüglich des Einlasskrümmerdruck-Spitzenwertes Pbp Einlassrohr-Innendruck) approximiert werden durch eine lineare Funktion des Einlasskrümmerdruck-Spitzenwertes Pbp.
• Der Grund, warum das Druckverhältnis Pin/Pbp in solch einer Form berechnet werden kann, ist, dass es gesagt werden kann, dass das Druckverhältnis Pin/Pbp ein Index ist, der ein Druckverhältnis angibt, bei dem ein Gas in den Zylinder gedrückt wird, wenn der Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp ein vorbestimmter Wert ist.
• Und zwar wird berücksichtigt, dass das Druckverhältnis Pin/Pbp dargestellt wird durch den Phasenwinkel InVVT der Einlass-VVT 10 in Verbindung mit dem Einlassventil und einer Öffnungszeitperiode des Einlassventils (m die Motordrehzahl Ne), ohne Berücksichtigung eines Überlappungsausmaßes in Verbindung mit dem Auslassventil oder des Phasenwinkels InVVT der Auslass-VVT 11. Außerdem wird es berücksichtigt, dass das Druckverhältnis Pin/Pbp auch nicht den Auslassdruck Pex (= Luftdruck Pa) beeinflusst.
• Andererseits kann die Zylinderinnentemperatur Tin aus der Einlasskrümmertemperatur Tb, der Auslasstemperatur Tex und der Internes-EGR-Rate Regr berechnet werden, wie durch den folgenden Ausdruck (19) gezeigt.
  [Ausdruck 19] $$T_{in}=\left(1-R_{egr}\right)\times T_b+R_{egr}\times T_{ex}$$

  
• Hier kann für die Auslasstemperatur Tex ein Kennfeld gesetzt sein auf Grundlage gemessener Werte (z.B. kann ein Kennfeld auf Grundlage der Motordrehzahl Ne und des Einlasskrümmerdrucks erschaffen werden), oder kann aus einem Index berechnet werden, so wie eine thermische Effizienz, der separat für die Motorsteuerung berechnet wird, oder kann noch einfacher auch als ein fester Wert gesetzt sein (z.B. ungefähr 800 Grad C).
• Außerdem ist es erforderlich, die Internes-EGR-Rate Regr zu berechnen, aber die Internes-EGR-Rate Regr kann aus dem oben erwähnten Ausdruck (15) berechnet werden. Man beachte hier, dass in dem Fall einer Verwendung des Ausdrucks (15), es nur erforderlich ist, im Voraus die Auslasseffizienz Kex zu berechnen, was später beschrieben werden wird.
• Gemäß dem Obigen wird es keine Unbekannten geben, so dass es möglich wird, eine Näherungsberechnung der Einlasseffizienz Kin von dem Ausdruck (16) auszuführen.
• Als nächstes wird die Näherungsberechnungsverarbeitung der Auslasseffizienz Kex erläutert werden. Zuerst wird in dem Ausdruck (13) die Auslasseffizienz Kex wie durch den folgenden Ausdruck (20) gezeigt definiert.
  [Ausdruck 20] $$K_{ex}=\frac{V_{ex}}{V_{min}}\cdot \frac{p_{ex}}{p_{in}}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}$$

  
• In dem Ausdruck (20) werden die Auslasstemperatur Tex und der Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes erhalten zu der Zeit der Berechnung der Einlasseffizienz Kin, und der angenommene Zylinderinnendruck Pex kann ersetzt werden durch den Luftdruck Pa, aber es ist erforderlich, das angenommene Restgasvolumen Vex neu zu berechnen.
• Außerdem ist es auch erforderlich, die Zylinderinnentemperatur Tin (siehe Ausdruck (19)) zu verwenden, die mittels der Verwendung der Internes-EGR-Rate Reg: berechnet wird.
• Um die Auslasseffizienz Kex ohne die Verwendung der Zylinderinnentemperatur Tin zu berechnen, wird demgemäß zuerst der Ausdruck (16) zugewiesen in dem Ausdruck (15), wodurch der folgende Ausdruck (21) erhalten wird.
  [Ausdruck 21] $$\begin{array}{l}Kv=K_{in}\cdot \left(\frac{\epsilon }{\epsilon -1}-K_{ex}\cdot \frac{1}{\epsilon -1}\right)\hfill \\ \frac{Kv}{K_{in}}+\frac{K_{ex}}{\epsilon -1}=\frac{\epsilon }{\epsilon -1}\hfill \\ \frac{Kv\cdot p_b}{p_{in}\cdot T_b}\cdot T_{in}+\frac{K_{ex}}{\epsilon -1}=\frac{\epsilon }{\epsilon -1}\hfill \end{array}$$

  
• Wenn hier der Zylinderinnendruck Tin dargestellt mittels der Verwendung der wird von dem Ausdruck (19) Auslasseffizienz Kex, um den Zylinderinnendruck Tin zu eliminieren, resultiert der folgende Ausdruck (22).
  [Ausdruck 22] $$T_{in}=\left(1-R_{egr}\right)\times T_b+R_{egr}\times T_{ex}=\left(1-\frac{K_{ex}}{\epsilon }\right)\times T_b+\frac{K_{ex}}{\epsilon }\times T_{ex}=\frac{K_{ex}}{\epsilon }\cdot \left(T_{ex}-T_b\right)+T_b$$

  
• Wenn der Ausdruck (22) zugewiesen wird in dem Ausdruck (21), resultiert im Folgenden der folgende Ausdruck (23) .
  [Ausdruck 23] $$\begin{array}{l}\frac{Kv\cdot p_b}{p_{in}\cdot T_b}\cdot \left\{\frac{K_{ex}}{\epsilon }\cdot \left(T_{ex}-T_b\right)+T_b\right\}+\frac{K_{ex}}{\epsilon -1}=\frac{\epsilon }{\epsilon -1}\hfill \\ \frac{Kv\cdot p_b}{p_{in}\cdot T_b}\cdot \frac{K_{ex}}{\epsilon }\cdot \left(T_{ex}-T_b\right)+\frac{K_{ex}}{\epsilon -1}=\frac{\epsilon }{\epsilon -1}-\frac{Kv\cdot p_b}{p_{in}}\hfill \\ \therefore K_{ex}=\frac{\frac{\epsilon }{\epsilon -1}-\frac{Kv\cdot p_b}{p_{in}}}{\frac{Kv\cdot p_b}{p_{in}\cdot T_b}\cdot \frac{\left(T_{ex}-T_b\right)}{\epsilon }+\frac{1}{\epsilon -1}}=\frac{\epsilon \cdot p_{in}-\left(\epsilon -1\right)\cdot Kv\cdot p_b}{Kv\cdot p_b\cdot \left(\frac{T_{ex}}{T_b}-1\right)\cdot \frac{\epsilon -1}{\epsilon }+p_{in}}\hfill \end{array}$$

  
• Gemäß dem Ausdruck (23) kann die Auslasseffizienz Kex aus dem Liefergrad-Korrekturfaktor Kv, dem Zylinderinnendruck Pin, dem Einlasskrümmerdruck Pb etc. ohne die Verwendung der Zylinderinnentemperatur Tin erhalten werden.
• Wenn die Auslasseffizienz Kex berechnet wird, wird es möglich werden, dass die Internes-EGR-Rate Regr aus dem Ausdruck (15) berechnet wird, und es Wird mbglich werden, dass die Zylinderinnentemperatur Tin aus dem Ausdruck (19) berechnet wird.
• Jedoch enthält der Ausdruck (23) den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv, der eine unbekannte Quantität ist, und somit kann er selbstverständlich nicht für die Steuerung des Motors 1 verwendet werden.
• Demgemäß ist die Auslasseffizienz Kex im Voraus mit Verwendung des Ausdrucks (23) berechnet worden, und die Auslasseffizienz Kex wird auf eine Näherungsweise berechnet.
• 7 ist eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp [kPa] (eine Abszissenachse), der mittels der Verwendung des Ausdruck (23) berechnet wird, und der Auslasseffizienz Kex (eine Ordinatenachse) zeigt. Man beachte hier, dass 7 eine Ansicht ist, in der der Auslass-VVT 11 keine Berücksichtigung gegeben wird, wie in 6, so dass eine Anordnung nur mit der Einlass-WT 10 ungeachtet der Auslass-VVT 11 ausgeführt wird.
• Anders als in 6 ist jedoch in dem Fall von 7 gezeigt, dass es eine Tendenz gibt, die auch mit der Auslass-VVT 11 variiert.
• Wie aus 7 klar ist, wird verstanden werden, dass die Auslasseffizienz Kex eine sehr gute oder starke Beziehung mit dem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp bis wenn Pbp = 45 - 95 [kPa] oder da herum hat, aber eine abgeschwächte oder schwache Beziehung damit bei Pbp = 100 [kPa] oder darüber hat.
• Demgemäß wird die Auslasseffizienz Kex einer linearen Approximation unterzogen, und das abgeschwachte Teilstück bei Pbp = 100 [kPa] oder darüber wird auf eine separate Weise korrigiert.
• 8 ist eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung zeigt zwischen dem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp [kPa] (eine Abszissenachse) und der Auslasseffizienz Kex (eine Ordinatenachse) in dem Fall, wo ein Phasenwinkel EXVVT der Auslass-VVT 11 sich bei einem vorbestimmten Phasenwinkel InVVT der Auslass-VVT 10 geändert hat.
• Wie aus 8 klar ist, sollte verstanden werden, dass der Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp durch eine lineare Funktion auf eine gute Weise approximiert werden kann, bis wenn er ungefähr 45 - 95 [kPa] ist.
• 9 ist eine erläuternde Ansicht, die eine lineare Approximation der Beziehung zwischen dem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp (eine Abszissenachse) und der Auslasseffizienz Kex (eine Ordinatenachse) in dem Fall zeigt, wo der Phasenwinkel InVVT der Einlass-WT 10 und der Phasenwinkel ExVVT der Auslass-WT 11 sich geändert haben.
• 10 ist eine erläuternde Ansicht die einen Fehler (hier im Nachfolgenden als ein Auslasseffizienzfehler bezeichnet) ΔKex zwischen dem Berechnungswert (7) der Auslasseffizienz Kex und dem Wert der linearen Approximation (9) der Auslasseffizienz Kex zeigt, wobei die Abszissenachse den Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp [kPa] darstellt, und eine Ordinatenachse den Auslasseffizienzfehler ΔKex darstellt.
• Wie in 9 gezeigt, werden die Ergebnisse der ausgeführten linearen Approximation auch bei Phasenwinkeln InVVT der Einlass-VVT 10 und bei Phasenwinkeln ExVVT der Auslass-WT 11 erhalten, die anders als deren vorbestimmte Phasenwinkel sind.
• Wie in 10 gezeigt, ist außerdem der Auslasseffizienzfehler ΔKex im Wesentlich konstant abgesehen von den individuellen Phasenwinkeln InVVT bzw. ExVVT.
• Als ein Ergebnis kann die Auslasseffizienz Kex auf eine gute Weise berechnet werden durch Korrigieren des Wertes der linearen Approximation mittels der Verwendung des Auslasseffizienzfehlers ΔKex, der der in 10 gezeigten Polynomapproximation unterzogen worden ist.
• Wie oben beschrieben werden als eine Funktion der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 eine Berechnungsverarbeitung der Einlasseffizienz Kin und der Auslasseffizienz Kex und eine Berechnungsverarbeitung des Liefergrad-Korrekturfaktors KV und der Internes-EGR-Rate Regr mit Verwendung der Einlasseffizienz Kin und der Auslasseffizienz Kex ausgeführt.
• Als nächstes wird eine Bezugnahme im Detail zu der spezifischen Verarbeitungsfunktion der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 mit einem Verweis auf 11 bis 14 gemacht werden.
• 11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsteil zeigt, der zum Berechnen der Auslasseffizienz Kex dient. 12 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsteil zeigt, der zum Berechnen der Internes-EGR-Rate Regr und der Einlasseffizienz Kin dient. 13 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsteil zeigt, der zum Berechnen des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv dient.
• Außerdem ist 14 ein funktionales Blockdiagramm, das eine Gesamtkonstruktion der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die individuellen Teile (Arithmetikoperationsinhalte) von 11 bis 13 auf sine umfassende Weise gezeigt sind. Man beachte hier, dass in 14 die Blöcke mit denselben Funktionen wie denen in 11 bis 13 mit denselben Symbolen versehen sind.
• In 14 ist die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 versehen mit: einem Auslasseffizienz-Berechnungsfaktor-Setzteil (ein Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 401 und ein Berechnungsversatz-Setzteil 403); einem Linearfunktions-Approximationsteil (ein Multiplizierer 402 und ein Addierer 404); einem Kex-Korrekturausmaß-Setzteil 405; einem Auslasseffizienz-Berechnungsteil (ein Addierer 406); einem Internes-EGR-Rate-Berechnungsteil (ein Dividierer 501); einem Zylinderinnentemperatur-Berechnungsteil (Auslasstemperatur-Setzteile 502, 503); einem Einlasseffizienz-Berechnungsfaktor-Setzteil (ein Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 504 und ein Berechnungsversatz-Setzteil 505); einem Linearfunktions-Approximationsteil (ein Druckverhältnis-Berechnungsteil 506); einem Einlasseffizienz-Berechnungsteil 507; und einem Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungsteil 601.
• Zuerst wird der Berechnungsteil für die Auslasseffizienz Kex mit Verweis auf 11 und 14 erläutert werden.
• In 11 ist der Berechnungsteil für die Auslasseffizienz Kex versehen mit: dem Kex-Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 401, der zum Setzen eines Kex-Berechnungsverstärkungsgrades auf Grundlage eines Kennfeldes der Motordrehzahl Ne and des Phasenwinkels InVVT der Einlass-VVT 10 dient; dem Kex-Berechnungsversatz-Setzteil 403, der zum Setzen eines Kex-Berechnungsversatzes auf Grundlage des Kennfeldes der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels InVVT der Einlass-VVT 10 dient; dem Kex-Korrekturausmaß-Setzteil 405, der zum Setzen eines Kex-Korrekturausmaßes auf Grundlage eines Kennfeldes der Motordrehzahl Ne und eines Einlasskrümmerdruck-Verhältnisses (Spitzenwert) Rpp dient; dem Multiplizierer 402, der den gesetzten Wert des Kex-Berechnungsverstärkungsgrades mit dem Einlasskrümmerdruck-Verhältnis (Spitzenwert) Rpp multipliziert; dem Addierer 404, der den gesetzten Wert des Kex-Berechnungsversatzes und das Ergebnis der Multiplikation des Multiplizierers 402 miteinander addiert; und dem Addierer 406, der die Auslasseffizienz Kex berechnet durch Addieren des gesetzten Wertes des Kex-Korrekturausmaßes (AKex) und des Ergebnisses der Addition des Addierers 404.
• In dem Kex-Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 401 und dem Kex-Berechnungsversatz-Setzteil 403 ist das Kennfeld der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels InVVT der Einlass-VVT 10 ferner gesetzt in einer Vielzahl für jeden Phasenwinkel ExVVT der Auslass-VVT 11. Durch Interpolieren zwischen den Werten des oben erwähnten Kennfeldes auf Grundlage der Motordrehzahl Ne und der individuellen Phasenwinkel InVVT und EXVVT, die im Zuge der Steuerung des Motors 1 erhalten werden, ist es als ein Ergebnis davon möglich, den Kex-Berechnungsverstärkungsgrad und den Kex-Berechnungsversatz zu berechnen, die als die Koeffizienten oder Faktoren zum Berechnen der Auslasseffizienz Kex verwendet werden.
• Man beachte hier, dass als Kennfelddaten in dem Kex-Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 401 und dem Kex-Berechnungsversatz-Setzteil 403 die Steigung und das Segment (siehe 8) der linearen Approximation, berechnet für die Motordrehzahl Ne und jede individuelle Phasenwinkel InVVT und EXVVT, gesetzt werden.
• Anschließend wird ein Referenzwert der Auslasseffizienz Kex berechnet mit einer Linearfunktionsapproximation gemäß den Berechnungsoperationen in dem Multiplizierer 402 und dem Addierer 404.
• Man beachte hier, dass in den Berechnungsoperationen von 11 das Einlasskrümmerdruck-Verhältnis (Spitzenwert) Rpp, das erhalten wird durch Normalisieren des Einlasskrümmerdruck-Spitzenwertes Pbp durch den Luftdruck Pa, verwendet wird als der Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp, aber anstelle dessen der Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp verwendet werden kann, wie er ist.
• Andererseits berechnet der Kex-Korrekturausmaß-Setzteil 405 den Auslasseffizienzfehler AKex, der als das Kex-Korrekturausmaß verwendet wird, mittels der Verwendung der Kennfelddaten der Motordrehzahl Ne und des Einlasskrümmerdruck-Verhältnisses (Spitzenwert) Rpp.
• Der in 10 gezeigte Auslasseffizienzfehler ΔKex wird als die Kennfelddaten des Kex-Korrekturausmaßes gesetzt.
• Schließlich berechnet der Addierer 406 die Auslasseffizienz Kex durch Addieren des Referenzwertes der Auslasseffizienz Kex, berechnet mit der Linearfunktionsapproximation, zu dem Kex-Korrekturausmaß (=AKex). Gemäß dem Obigen ist es möglich, die Auslasseffizienz Kex mit einfachen Berechnungsoperationen und einer kleinen Datenanzahl zu berechnen.
• Als nächstes wird der Berechnungsteil fü die Internes-EGR-Rate Regr und die Einlasseffizienz Kin mit Verweis auf 12 und 14 erläutert werden.
• In 12 ist der Berechnungsteil für die Tnternes-EGR-Rate Regr und die Einlasseffizienz Kin versehen mit: dem Dividierer 501, der die Auslasseffizienz Kex durch das Kompressionsverhältnis 8 dividiert; dem Auslasstemperatur-Setzteil 502, der zum Setzen einer Auslasstemperatur auf Grundlage eines Kennfeldes der Motordrehzahl Ne und des Einlasskrümmerdruck-Verhältnisses (Spitzenwert) Rpp dient; dem Zylinderinnentemperatur-Berechnungsteil 503, der zum Berechnen der Zylinderinnentemperatur auf Grundlage des Ergebnisses der Division des Dividierers 501, der Auslasstemperatur Tex und der Einlasskrümmertemperatur Tb dient; dem Pin-Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 504, der zum Setzen eines Pin-Berechnungsverstärkungsgrades auf Grundlage des Kennfeldes der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels TnVVT der Einlass-VVT 10 dient; dem Pin-Berechnungsversatz-Setzteil 505, der zum Setzen eines Pin-Berechnungsversatzes auf Grundlage des Kennfeldes der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels TnVVT der Einlass-VVT 10 dient; dem Druckverhältnis-Berechnungsteil 506, der zum Berechnen eines Druckverhältnisses auf Grundlage der gesetzten Werte des Pin-Berechnungsverstärkungsgrades und des Pin-Berechnungsversatzes von dem Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp und den individuellen Setzteilen 504, 505 dient; und dem Einlasseffizienz-Berechnungsteil 507, der zum Berechnen der Einlasseffizienz auf Grundlage der Einlasskrümmertemperatur Tb und der Berechnungsergebnisse (die Zylinderinnentemperatur Tin und das Druckverhältnis Tin/Pbp) von den individuellen Berechnungsteilen 503, 506 dient.
• Zuerst berechnet der Dividierer 501 die Internes-EGR-Rate Regr mittels der Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (15) auf Grundlage der Auslasseffizienz Kex und des Kompressionsverhältnisses ε, die durch den Berechnungsteil für die Auslasseffizienz Kex (11) berechnet worden sind, und der Auslasstemperatur-Setzteil 502 berechnet die Auslasstemperatur Tex auf Grundlage des Kennfeldes der Motordrehzahl Ne und des Einlasskrümmerdruck-Verhältnisses (Spitzenwert) Rpp.
• Man beachte hier, dass als die Kennfelddaten in dem Auslasstemperatur-Setzteil 502 es nur erforderlich ist, einen gemessenen Wert für jede Motordrehzahl Ne und jeden Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp zu setzen.
• Ohne die Verwendung solch eines Kennfeldes kann alternativ die Auslasstemperatur Tex berechnet werden durch die Verwendung eines Index, so wie eine thermische Effizienz, der separat für die Motorsteuerung berechnet wird, oder noch einfacher kann die Auslasstemperatur Tex auch als ein fester Wert gesetzt sein (zum Beispiel ungefähr 800 Grad C).
• Anschließend berechnet der Zylinderinnentemperatur-Berechnungsteil 503 die Zylinderinnentemperatur Tin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes durch Verwenden des oben erwähnten Ausdruck (19) auf Grundlage der Internes-EGR-Rate Regr und der Auslasstemperatur Tex, die zuvor berechnet worden sind, und der Einlasskrümmertemperatur Tb, die separat gemessen wird.
• Andererseits berechnen der Pin-Berechnungsverstärkungsgrad-Setzteil 504 und der Pin-Berechnungsversatz-Setzteil 505 den Pin-Berechnungsverstärkungsgrad Kgain bzw. den Pin-Berechnungsversatz Kofs, die als die Koeffizienten oder Faktoren zum Berechnen des Druckverhältnisses Pin/Pbp verwendet werden, durch Verwenden der Kennfelddaten der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels InVVT der Einlass-VVT 10.
• Als Nächstes berechnet der Druckverhältnis-Berechnungsteil 506 das Druckverhältnis Pin/Pbp durch Verwenden des oben erwähnten Ausdrucks (18) auf Grundlage des Einlasskrümmerdruck-Spitzenwertes Pbp, des Pin-Berechnungsverstärkungsgrades Kgain und des Pin-Berechnungsversatzes Kofs.
• Schließlich berechnet der Einlasseffizienz-Berechnungsteil 507 die Einlasseffizienz Kin durch Verwenden des oben erwähnten Ausdrucks (18) auf Grundlage der Zylinderinnentemperatur Tin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes, der Einlasskrümmertemperatur Tb und des Druckverhältnisses Pin/Pbp.
• Als Nächstes wird der Berechnungsteil für den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv mit Verweis auf 13 und 14 erläutert werden.
• In 13 ist der Berechnungsteil für den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv versehen mit dem Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungsteil 601.
• Der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungsteil 601 berechnet den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv durch Verwenden des oben erwähnten Ausdrucks (15) auf Grundlage der Auslasseffizienz Kex, die durch den Berechnungsteil für die Auslasseffizienz Kex (11) berechnet worden ist, der Einlasseffizienz Kin, die durch den Berechnungsteil für die Internes-EGR-Rate Regr und die Einlasseffizienz Kin ( 12) berechnet worden ist, und des Kompressionsverhältnisses 8 .
• Auf diese Weise kann der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv berechnet werden in der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21.
• Wie oben beschrieben, ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlasseinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform (1 bis 14) der vorliegenden Erfindung versehen mit: der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (eine Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit), die den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt, um die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) in dem Motor 1 (der Verbrennungsmotor) zu schätzen, welche sich in dem Einlasskrümmer 6(das Einlassrohr) bei der Stromabwärtsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 (ein Drosselklappenventil) befindet; und der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 (eine Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit), die eine tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge durch die Verwendung des Liefergrad-entsprechender-Wertes schätzt).
• Die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit) (13 und 14) berechnet den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) auf Grundlage der Auslasseffizienz Kex, die ein Index ist, der eine Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas nach der Verbrennung ist, das in dem Zylinder verbleibt, ohne in den Abgaskrümmer 13 (das Abgasrohr) von dem Inneren des Zylinders ausgestoßen zu werden, und der Einlasseffizienz Kin, die ein Index ist, der eine Luftmenge, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt, abgesehen von der Restgasmenge angibt.
• Gemäß der obigen Konstruktion wird der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet auf Grundlage der Einlasseffizienz Kin, die die Menge der frischen Einlassluft darstellt, und der Auslasseffizienz Kex, die die Restgasmenge darstellt, so dass es möglich wird, den Liefergrad-entsprechender-Wert mit einem hohen Genauigkeitsgrad gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 zu berechnen.
• Außerdem ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen mit: dem AFS 2 (eine Einlassluftmenge-Erfassungseinheit), der angeordnet ist bei der Stromaufwärtsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 (das Drosselklappenventil) und zum Erfassen einer Einlassluftmenge Qa(n)T(n) dient, die das Drosselklappenventil passiert und in den Motor 1 (der Verbrennungsmotor) gesaugt wird; und dem physikalischen Modell, das eine Ansprechverzögerung des Einlasssystems, bis die Luft, die das Drosselklappenventil passiert hat, in den Zylinder kommt, modelliert.
• In diesem Fall schätzt die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 (die Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit) die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) auf Grundlage der Einlassluftmenge Qa(n)T(n), des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) und des physikalischen Modells.
• Gemäß der oben erwähnten Konstruktion wird bei der Messung der Einlassluftmenge mittels des AFS 2 die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) berechnet durch die Verwendung des vereinfachten physikalischen Modells und des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert), so dass es möglich wird, die Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Ausmaß einer Berechnungs- oder Errechnungslast.
• Außerdem berechnet die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit) (13, 14) den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) durch die Verwendung des Ausdrucks (15) auf Grundlage der Einlasseffizienz Kin, der Auslasseffizienz Kex und des Kompressionsverhältnisses ε, und somit wird es möglich, den Liefergrad-entsprechender-Wert auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Ferner wird die Einlasseffizienz Kin berechnet durch die Verwendung des Ausdrucks (16) auf Grundlage eines Zylinderinnendrucks Pin [kPa] und eines Einlassrohr-Innendrucks Pb [kPa] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes als auch einer Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und einer Einlassrohr-Innentemperatur Tb [Grad K] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Einlasseffizienz Kin auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Darüber hinaus wird ein Druckverhältnis Pin/Pb (Pin/Pbp) zwischen dem Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes und dem Einlasskrümmerdruck Pb (der Einlassrohr-Innendruck) zu dieser Zeit, das für die Berechnung (siehe Ausdruck (16)) der Einlasseffizienz Kin verwendet wird, approximiert als eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks Pb. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Einlasseffizienz zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Ausmaß einer Errechnungs- oder Berechnungslast.
• Außerdem wird die Auslasseffizienz Kex berechnet durch die Verwendung des Ausdrucks (20) auf Grundlage des Zylindertotraums (das Volumen des Verbrennungsraums in dem Zylinder zu der Zeit des oberen Totpunkts) Vmin [ccm], des Restgasvolumens Vex [ccm], des Zylinderinnendrucks Pin [kPa] und des Abgasrohr-Innendrucks Pex [kPa] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes als auch der Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und der Auslasstemperatur Te [Grad K] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes. Gemäß der oben erwähnten Konstruktion wird die Auslasseffizienz Kex berechnet mittels des Ausdrucks (20), so dass es möglich wird, die Auslasseffizienz Kex auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Darüber hinaus wird die Auslasseffizienz Kex als eine lineare Funktion des Einlasskrümmerdrucks Pb (der Einlassrohr-Innendruck) approximiert, so dass es möglich wird, die Auslasseffizienz zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Berechnungslastausmaß.
• Ferner wird ein Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp(ein Maximalwert des Einlassrohr-Innendrucks) zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln des Motors 1 (der Verbrennungsmotor) verwendet als der Einlasskrümmerdruck Pb (der Einlassrohr-Innendruck), so dass es möglich wird, den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad- entsprechender-Wert) mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der mit der Einlass-WT 10 und der Auslass-VVT {ein variabler Ventilantriebsmechanismus) versehen ist, der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet auf Grundlage der Einlasseffizienz Kin, die die Menge der frischen Einlassluft darstellt (ein Index, der eine Luftmenge angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt, abgesehen von einer Restgasmenge: eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks) und der Auslasseffizienz Kex, die eine Restgasmenge darstellt (ein Index, der eine Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas mach einer Verbrennung ist, das in dem Zylinder verbleibt, ohne von dem Inneren des Zylinders an das Abgasrohr ausgestoßen zu werden), und somit ist es möglich, den Liefergrad-entsprechender-Wert gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen. Als ein Ergebnis davon kann die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge mit einem hohen Genauigkeitsgrad mittels des physikalischen Modells des Einlasssystems geschätzt werden.
• Durch Berechnen des vereinfachten physikalischen Modells des Einlasssystems und des Liefergrad-Korrekturfaktors, der in dem vereinfachten physikalischen Modell auf eine Näherungsweise verwendet wird, ist es möglich, die Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Berechnungslastausmaß, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
• Zweite Ausführungsform
• Obwohl in der oben erwähnten ersten Ausführungsform (1 und 2) ein Beispiel der Konstruktion eines AFS-Systems gezeigt ist, in welchem in dem Motor 1, der mit der Einlass-VVT 10 und der Auslass-VVT 11 versehen ist, eine Luftmenge mittels des AFS 2 gemessen wird, der bei der Stromaufwärtsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 in dem Einlassrohr angeordnet ist, kann anstelle dessen eine Konstruktion eines S/D- (Speed/Density bzw. Geschwindigkeit/Dichte) Verfahren eingesetzt werden, in dem ein Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 zum Messen eines Einlasskrümmerdrucks Pb (Einlassrohr-Innendruck) in dem Motor 1 bereitgestellt ist, wie in 15 und 16 gezeigt,ohne die Verwendung des AFS 2, so dass die in einen Zylinder gesaugte Luftmenge geschätzt wird aus dem durch den Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 gemessenen Einlasskrümmerdruck Pb und der Motordrehzahl Ne.
• 15 ist eine Konstruktionsansicht, die schematisch eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 16 ist eine Blockkonstruktionsansicht, die schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• In 15 und 16 sind Teile, die denen in der oben erwähnten ersten Ausführungsform (siehe 1 und 2) ähnlich sind, durch dieselben Symbole wie diese in der oben erwähnten ersten Ausführungsform bezeichnet, und „A“ ist an diesen Teilen angebracht, die den oben erwähnten entsprechen, an einem Ort nach jedem Symbol.
• Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat Viele gemeinsame Punkte mit der oben erwähnten ersten Ausführungsform und wird daher mittels Fokussierung auf die Punkte des Unterschieds von der ersten Ausführungsform (1 und 2) beschrieben werden. In 15 und 16 ist deren Unterschied von 1 und 2, dass der AFS 2 zum Messen der Einlassluftmenge nicht in der Stromaufwärtsseite des Einlasssystems des Motors 1 angeordnet ist.
• In 15 ist in dem Einlasssystem des Motors 1 eine Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 angeordnet, die elektronisch gesteuert wird zum Regulieren der Einlassluftmenge.
• Außerdem ist ein Drosselklappenpositionssensor 3 zum Messen des Öffnungsgrades der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 an der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 angebracht.
• Darüber hinaus sind bei der Stromabwartsseite der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 ein Einlasskrümmerdruck-Sensor 7, der zum Messen eines Drucks (ein Einlasskrümmerdruck Pb) in einem Leerraum (ein Einlasskrümmer) mit dem Inneren eines Ausgleichsbehälters 5 und eines Einlasskrümmers 6 dient, und ein Einlasstemperatursensor 8 angeordnet, der zum Messen einer Temperatur (eine Einlasskrümmertemperatur Tb) in dem Einlasskrümmer dient.
• Ein Injektor 9 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in dem Einlasskrümmer 6 in der Nähe eines Einlassventils angeordnet, und eine Einlass-VVT 10 und eine Auslass-WT 11, die dazu dienen, die Ventilsteuerzeit der Einlass- und Auslassventile variabel zu machen, sind bei dem Einlassventil bzw. dem Auslassventil angebracht. Außerdem ist eine Zündspule 12 zum Ansteuern einer Zündkerze, um einen Funken innerhalb eines Zylinders zu erzeugen, in einem Zylinderkopf angeordnet. Darüber hinaus sind in einem Abgaskrümmer 13 ein 02- (Sauerstoff) Sensor (nicht gezeigt) zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Gemisches und ein Katalysator (nicht gezeigt) zum Säubern des Abgases bereitgestellt.
• In 16 werden der durch den Drosselklappenpositionssensor 3 gemessene Öffnungsgrad der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4, der durch den Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 gemessene Einlasskrümmerdruck Pb, die durch den Einlasstemperatursensor 8 gemessene Einlasskrümmertemperatur Tb und ein durch einen Luftdrucksensor 14 gemessener Luftdruck Pa an eine ECU 20A eingegeben.
• Man beachte hier, dass anstelle des Luftdrucksensors 14 zum Messen des Luftdrucks Pa eine Einheit zum Schätzen des Luftdrucks Pa verwendet werden kann, oder ein in der ECU 20A integrierter Luftdrucksensor verwendet werden kann.
• Außerdem wird eine Vielfalt von Arten gemessener Werte auch an die ECU 20A von vielfältigen Arten von Sensoren (ein nicht veranschaulichter Akzeleratoröffnungssensor, ein nicht veranschaulichter Kurbelwinkelsensor usw.) eingegeben, die anders als die obigen sind.
• In einer Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A (deren Details spate: beschrieben werden sollen) in der ECU 20A wird eine Zylindereinlassluftmenge berechnet aus dem durch den Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 gemessenen Einlasskrümmerdruck Pb.
• Die ECU 20A steuert an und regelt den Injektor 9 und die Zündspule 12 auf Grundlage der Zylindereinlassluftmenge, die durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A berechnet wird.
• Außerdem berechnet die ECU 20A ein Solldrehmoment auf Grundlage einer Vielfalt von Arten eingegebener Informationen (der Öffnungsgrad des Gaspedals etc.) und berechnet außerdem eine Soll-Zylindereinlassluftmenge zum Erzielen des somit berechneten Solldrehmoments. Die ECU 20A berechnet ferner eine Soll-Drosselklappenöffnung, einen Soll-Einlass-VVT-Phasenwinkel und einen Soll-Auslass-VVT-Phasenwinkel, um die Soll-Zylindereinlassluftmenge zu erzielen, und steuert den Öffnungsgrad der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 und die individuellen Phasenwinkel InVVT und EXVVT der Einlass-WT 10 und der Auslass-WT 11, so dass diese Sollwerte erzielt werden. Darüber hinaus steuert die ECU 20A eine Vielfalt von Arten anderer Aktuatoren, wie erforderlich, die nicht veranschaulicht sind.
• Als nächstes wird ein Verweis im Detail auf die Funktion der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A, d.h. ein physikalisches Modell des Einlasssystems zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge aus dem durch den Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 gemessenen Einlasskrümmerdruck Pb, mit Verweis auf 15 gemacht werden.
• Eine Formel zur Berechnung der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) gemäß dem S/D-Verfahren verwendet im Grunde genommen die Frischluftdichte und deren Mittelwert pb(n) für einen Takt innerhalb des Einlasskrümmers in dem oben erwähnten Ausdruck (2) und wird ferner dargestellt durch den folgenden Ausdruck (24) mit Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb(n) und der Einlasskrümmertemperatur Tb(n), gemäß einer Zustandsgleichung (P = ρRT).
  [Ausdruck 24] $$Qc\left(n\right)T\left(n\right)=Kv\left(n\right)\cdot {\rho }_b\left(n\right)\cdot Vc=Kv\left(n\right)\cdot \frac{p_b\left(n\right)}{R\cdot T_{b\left(n\right)}}\cdot Vc$$

  
• Man beachte hier, dass die Definition jeder physikalischen Quantität in dem Ausdruck (24) dieselbe wie die in der oben erwähnten ersten Ausführungsform ist. In dem Fall des S/D-Verfahrens wird der AFS 2 nicht verwendet, und daher kann die Einlassluftmenge Qa(n)T(n) nicht gemessen werden. Demgemäß ist es möglich, einen Liefergrad-Korrekturfaktor Kv durch die Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch den folgenden Ausdruck (25) dargestellt wird, zu der Zeit der Adaption der Motorsteuerkonstanten zu berechnen.
  [Ausdruck 25] $$A\text{/}F=\frac{Qc\left(n\right)T\left(n\right)}{Qf\left(n\right)}=Kv\left(n\right)\cdot \frac{P_b\left(n\right)\cdot Vc}{R\cdot T_b\left(n\right)}\cdot \frac{1}{Qf\left(n\right)}$$

  
• In dem Ausdruck (25) ist Qf(n) eine Kraftstoffeinspritzmenge und kann üblicherweise berechnet werden mit Verwendung der Flusscharakteristik des Injektors 9 und der Ansteuerpulsbreite des Injektors 9.
• Als nächstes wird ein Verweis im Detail auf eine Verarbeitungsprozedur zum Erzielen des Ausdrucks (24) innerhalb der ECU 20A, d.h. eine Prozedur zum Ausführen der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A innerhalb einer Unterbrechungsverarbeitung (z.B. BOS-Verarbeitung) bei jedem vorgeschriebenen Kurbelwinkel, mit einem Verweis auf ein in 17 gezeigtes Flussdiagramm gemacht werden.
• 17 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung der Zylindereinlassluftmenge gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei individuelle Schritte 702 bis 704 den oben erwähnten individuellen Schritten 302, 301 bzw. 306 (3) entsprechen.
• In 17 berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A zuerst einen Mittelwert des Einlasskrümmerdrucks Pb(n) [kPa] für einen Takt (Schritt 701) .
• Um beispielsweise die Berechnungsverarbeitung von Schritt 701 zu erzielen, ist es erforderlich, die Ausgangsspannung des Einlasskrümmerdruck-Sensors 7 zu integrieren, während sie jede 1,25 ms abgetastet wird, und einen integrierten Wert der Ausgangsspannung von der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zu der aktuellen Unterbrechungsverarbeitung durch die Häufigkeit oder Frequenz der Integration zu dividieren. Als ein Ergebnis dessen ist es möglich, den Einlasskrümmerdruck-Mittelwert Pb(n) [kPa] für einen Takt zu berechnen.
• Anschließend wird der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n) berechnet (Schritt 702).
• Die Verarbeitung von Schritt 702 entspricht einer Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A, und ein Berechnungsteil für den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv(n) in der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A führt dieselbe Berechnungsverarbeitung wie die oben erwähnte (siehe 13) aus.
• Anschließend wird eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] berechnet durch den Ausdruck (24) (Schritt 703), und schließlich wird die im Schritt 703 berechnete tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] gespeichert (Schritt 704), und dann wird die Verarbeitungsroutine von 17 beendet.
• Wie in 17 gezeigt, ist es möglich, die Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] mit einem hohen Genauigkeitsgrad mittels einer einfachen Berechnungsverarbeitung mit Verwendung des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv(n) auszuführen.
• Als ein Ergebnis dessen ist es in dem oben erwähnten AFS-Verfahren und auch in dem S/D-Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, die Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] mittels eines vereinfachten physikalischen Modells des Einlasssystems auszuführen. Durch näherungsweises Berechnen des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv, der in dem Prozess der Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge erforderlich ist, ist es außerdem möglich, den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu berechnen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Berechnungslastausmaß, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
• Wie oben beschrieben ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform (15 bis 17) der vorliegenden Erfindung versehen mit: der Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A (die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit), die den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet, der ein Index ist, der eine Menge einer Luft angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt, um die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) des Motors 1 (der Verbrennungsmotor) zu schätzen, verbunden mit dem Einlasskrümmer 6 (das Einlassrohr) bei einem Ort stromabwärts der Elektronische-Steuerung-Drosselklappe 4 (das Drosselklappenventil); und der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A (die Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit), die die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge durch Verwenden des Liefergrad-entsprechender-Wertes schätzt.
• Die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A (die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit) berechnet den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) auf Grundlage der Auslasseffizienz Kex, die ein Index ist, der eine Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas nach einer Verbrennung ist, das in dem Zylinder verbleibt, ohne in den Abgaskrümmer 13 (das Abgasrohr) von dem Inneren des Zylinders ausgestoßen zu werden, und der Einlasseffizienz Kin, die ein Index ist, der eine Menge einer Luft, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt, abgesehen von der Restgasmenge angibt.
• Gemäß der obigen Konstruktion wird der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet auf Grundlage der Einlasseffizienz Kin, die die Menge der frischen Einlassluft darstellt, und der Auslasseffizienz Kex, die die Restgasmenge darstellt, so dass es möglich wird, den Liefergrad-entsprechender-Wert mit einem hohen Genauigkeitsgrad gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 zu berechnen.
• Außerdem ist die Schatzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Einlasskrümmerdruck-Sensor 7 (eine Einlassrohr-Innendruck-Erfassungseinheit) versehen, der zum Erfassen des Drucks in dem Einlassrohr als der Einlasskrümmerdruck Pb (der Einlassrohr-Innendruck) dient. In diesem Fall schätzt die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21A (die Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit) die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Einlassluftmenge auf Grundlage des Einlassrohr-Innendrucks und des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert).
• Gemäß der oben erwähnten Konstruktion wird bei der Messung der Einlassluftmenge mittels des S/D-Verfahrens die Zylindereinlassluftmenge berechnet durch die Verwendung des vereinfachten physikalischen Modells und des Liefergrad-entsprechender-Wertes, so dass es möglich wird, die Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Berechnungslastausmaß.
• Darüber hinaus berechnet die Liefergrad-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A (die Liefergrad-Entsprechender-Wert-Berechnungseinheit) den Liefergrad-Korrekturfaktor KV (der Liefergrad-entsprechender-Wert) durch die Verwendung des Ausdrucks (15) auf Grundlage der Einlasseffizienz Kin, der Auslasseffizienz Kex und des Kompressionsverhältnisses S, als ein Ergebnis dessen es möglich wird, den Liefergrad-entsprechender-Wert auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.#
• Ferner wird die Einlasseffizienz Kin berechnet durch die Verwendung des Ausdrucks (16) auf Grundlage eines Zylinderinnendrucks Pin [kPa] und eines Einlassrohr-Innendrucks Pb [kPa] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes als auch einer Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und einer Einlassrohr-Innentemperatur Tb [Grad K] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Einlasseffizienz Kin auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Weiterhin wird ein Druckverhältnis Pin/Pb zwischen dem Zylinderinnendruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes und dem Einlasskrümmerdruck Pb (der Einlassrohr-Innendruck) zu dieser Zeit, das verwendet wird für die Berechnung (siehe Ausdruck (16)) der Einlasseffizienz Kin, approximiert als eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Einlasseffizienz zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Errechnungs- oder Berechnungslastausmaß.
• Außerdem wird die Auslasseffizienz Kex berechnet durch die Verwendung des Ausdrucks (20) auf Grundlage des Zylindertotraums (das Volumen des Verbrennungsraums in dem Zylinder zu der Zeit des oberen Totpunkts) Vmin [ccm], des Restgasvolumens Vex [ccm], des Zylinderinnendrucks Pin [kPa] und des Abgasrohr-Innendrucks Pex [kPa] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes als auch der Innentemperatur Tin [Grad K] und der Auslasstemperatur Tex [Grad K] zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes. Als ein Ergebnis wird es möglich die Auslasseffizienz Kex auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Darüber hinaus wird die Auslasseffizienz Kex approximiert als eine lineare Funktion des Einlasskrümmerdrucks Pb (der Einlassrohr-Innendruck), so dass es möglich wird, die Auslasseffizienz zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Berechnungslastausmaß.
• Ferner wird ein Einlasskrümmerdruck-Spitzenwert Pbp (ein Maximalwert des Einlassrohr-Innendrucks) zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln des Motors 1 (der Verbrennungsmotor) verwendet als der Einlasskrümmerdruck Pb (der Einlassrohr-Innendruck), so dass es möglich wird, den Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-Entsprechender-Wert) mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu schätzen.
• Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der mit der Einlass-VVT 10 und der Auslass-VVT (der variable Ventilansteuermechanismus) versehen ist, der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet auf Grundlage der Einlasseffizienz Kin, die die Menge der frischen Einlassluft darstellt, und der Auslasseffizienz Kex, die die Restgasmenge darstellt, als ein Ergebnis dessen es möglich ist, den Liefergrad-entsprechender-Wert gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
• Durch Berechnen des vereinfachten physikalischen Modells des Einlasssystems und des Liefergrad-Korrekturfaktors, der in dem vereinfachten physikalischen Modell auf eine Näherungsweise verwendet wird, ist es außerdem möglich, die Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Berechnungslastausmaß, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
• Und zwar wird der Liefergrad-Korrekturfaktor Kv (der Liefergrad-entsprechender-Wert) berechnet auf Grundlage der Auslasseffizienz Kex (eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks), die ein Index ist, der die Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas mach einer Verbrennung ist, das in dem Zylinder verbleibt, ohne von dem Inneren des Zylinders an den Abgaskrümmer 13 (das Abgasrohr) ausgestoßen zu werden, und der Einlasseffizienz Kin (eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks), die ein Index ist, der die Menge der Luft angibt, die in den Zylinder von dem Einlasskrümmer 6 (das Einlassrohr) mit Ausnahme des Restgases kommt, als ein Ergebnis dessen es möglich ist, eine Schätzung mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch die Verwendung einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten zu machen.
• Ferner ist es nicht nur in dem oben erwähnten AFS-Verfahren sondern auch in dem S/D-Verfahren möglich, die Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] mittels des vereinfachten physikalischen Modells des Einlasssystems auszuführen, und außerdem wird es durch zweckgemäßes Berechnen des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv, der erforderlich ist in dem Prozess der Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge, möglich, die Berechnung des Liefergrad-Korrekturfaktors Kv zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad auszuführen, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
• Während die Erfindung in Form bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifizierungen innerhalb des Schutzbereichs der angefügten Ansprüche zur Anwendung gebracht werden kann.

Claims (8)

1. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die zum Schätzen einer Einlassluftmenge dient, die in einen Zylinder in dem Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird, der mit einem Einlassrohr bei einem Ort stromabwärts eines Drosselklappenventils (4) verbunden ist, wobei die Schätzvorrichtung umfasst: eine Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit (22, 22A), die einen Liefergrad-entsprechender-Wert (Kv) berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt; und eine Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit (21, 21A), die eine tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge schätzt durch Verwendung des Liefergrad-entsprechender-Wertes (Kv); wobei die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit (22, 22A) den Liefergrad-entsprechender-Wert (Kv) berechnet auf Grundlage einer Auslasseffizienz (Kex), die ein Index ist, der eine Menge eines Restgases angibt, das ein Abgas nach einer Verbrennung ist, das in dem Zylinder verbleibt, ohne in ein Abgasrohr von dem Inneren des Zylinders ausgestoßen zu werden, und einer Einlasseffizienz (Kin), die ein Index ist, der eine Luftmenge angibt, die in den Zylinder von dem Einlassrohr kommt mit Ausnahme der Restgasmenge, die Liefergrad-entsprechender-Wert-Berechnungseinheit (22, 22A) den Liefergrad-entsprechender-Wert (Kv) berechnet durch Verwendung des folgenden Ausdrucks (1) [Ausdruck 1] $$K_v=K_{in}\cdot \left(\frac{\epsilon }{\epsilon -1}-K_{ex}\cdot \frac{1}{\epsilon -1}\right)$$

   

   auf Grundlage der Einlasseffizienz (Kin), der Auslasseffizienz (Kex) und eines Kompressionsverhältnisses (ε).
2. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 mit ferner: einer Einlassluftmenge-Erfassungseinheit (2), die bei der Stromaufwärtsseite des Drosselklappenventils (4) angeordnet ist und zum Erfassen einer Einlassluftmenge dient, die das Drosselklappenventil (4) passiert und in den Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird; und einem physikalischen Modell, das eine Ansprechverzögerung des Einlasssystems, bis die Luft, die das Drosselklappenventil (4) passiert hat, in den Zylinder kommt, modelliert; wobei die Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit (21) die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Luftmenge (Qc(n)T(n)) auf Grundlage der Einlassluftmenge, des Liefergrad-entsprechender-Wertes (Kv) und des physikalischen Modells schätzt.
3. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 mit ferner: einer Einlassrohr-Innendruck-Erfassungseinheit (7), die zum Erfassen eines Drucks in dem Einlassrohr als ein Einlassrohr-Innendruck (Pb) dient; wobei die Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit (21A) die tatsächlich in den Zylinder gesaugte Einlassluftmenge (Qc(n)T(n)) auf Grundlage des Einlassrohr-Innendrucks (Pb) und des Liefergrad-entsprechender-Wertes (Kv) schätzt.
4. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einlasseffizienz (Kin) berechnet wird durch den folgenden Ausdruck (2) [Ausdruck 2] $$K_{in}=\frac{P_{in}}{P_b}\cdot \frac{T_b}{T_{in}}$$

   

   auf Grundlage eines Zylinderinnendrucks (Pin [kPa]) und eines Einlassrohr-Innendrucks (Pb [kPa]) zu der Zeit des Endes eines Einlasstaktes als auch einer Zylinderinnentemperatur (Tin [Grad K]) und einer Einlassrohr-Innentemperatur (Tb [Grad K]) zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes.
5. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 4, wobei ein Druckverhältnis (Pin/Pb) zwischen dem Zylinderinnendruck (Pin) und dem Einlassrohr-Innendruck (Pb) zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes, das zur Berechnung der Einlasseffizienz (Kin) verwendet wird, als eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks (Pb) approximiert wird.
6. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auslasseffizienz (Kex) berechnet wird durch den folgenden Ausdruck (3) [Ausdruck 3] $$K_{ex}=\frac{V_{ex}}{V_{\text{min}}}\cdot \frac{P_{ex}}{P_{in}}\cdot \frac{T_{in}}{T_{ex}}$$

   

   auf Grundlage eines Zylindertotraums (ein Volumen eines Verbrennungsraums in dem Zylinder zu der Zeit des oberen Totpunkts) (Vmin [ccm]), eines Restgasvolumens (Vex [ccm]), eines Zylinderinnendrucks (Pin [kPa]) und eines Abgasrohr-Innendrucks (Pex [kPa]) zu der Zeit des Endes eines Einlasstaktes als auch einer Zylinderinnentemperatur (Tin [Grad K]) und einer Auslasstemperatur (Tex [Grad K]) zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes.
7. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 6, wobei die Auslasseffizienz (Kex) als eine lineare Funktion des Einlassrohr-Innendrucks (Pb) approximiert wird.
8. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei ein Maximalwert des Einlassrohr-Innendrucks zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln des Verbrennungsmotors (1) als der Einlassrohr-Innendruck verwendet wird.

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