DE102013204684B4 - Schätzvorrichtung für die Einlassluftmenge und interne Agr-Rate in einem Innenverbrennungsmotor - Google Patents

Schätzvorrichtung für die Einlassluftmenge und interne Agr-Rate in einem Innenverbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor, die zum Abschätzen einer Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft und einer internen AGR-Rate (Regr) in dem Innenverbrennungsmotor (1), der mit einem Einlassrohr an einem Ort stromabwärts einer Drosselklappe (4) verbunden ist, dient, wobei die Schätzvorrichtung umfasst: eine Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit (22, 22A), welche einen Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) berechnet, der ein Index ist, der eine Menge von in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommender Luft anzeigt; eine Zylindereinlassluftmengen-Schätzeinheit (21, 21A), die eine Menge von tatsächlich in den Zylinder eingesaugter Luft (Qc(n)T(n)) unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts (Kv) abschätzt; und eine interne AGR-Raten-Abschätzeinheit (20, 20A), welche die interne AGR-Rate (Regr), basierend auf einer internen Variablen zum Berechnen des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts abschätzt; wobei die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit (22, 22A) den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) basierend auf einer Abgaseffizienz (Kex), die ein Index ist, der eine Menge an Restgas, das ein Abgas nach Verbrennung ist, das im Zylinder verbleibt, ohne aus dem Zylinder an ein Abgasrohr abgegeben zu werden, anzeigt, und einer Einlasseffizienz (Kin), die ein Index ist, der eine in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommende Luftmenge, ausschließlich des Restgases, anzeigt, berechnet; und die interne AGR-Raten-Schätzeinheit (20, 20A) die interne AGR-Rate (Regr) basierend auf der Abgaseffizienz (Kex) berechnet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor, der mit einem variablen Ventilantriebsmechanismus versehen ist, und spezifischer auf eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor, die zum Berechnen einer Menge an Einlassluft in einen Zylinder und einer internen AGR-Rate mit einem hohen Genauigkeitsgrad dient.
  • Beschreibung verwandten Stands der Technik
  • Um einen Motor in geeigneter Weise zu steuern, ist es im Allgemeinen wichtig, eine in einen Zylinder einzusaugende Luftmenge mit hohem Genauigkeitsgrad zu berechnen und Kraftstoffsteuerung und Zündsteuerung anhand der Luftmenge, die in den Zylinder eingesaugt worden ist, auszuführen.
  • Bezüglich der Kraftstoffsteuerung muss Kraftstoff nur so gesteuert werden, dass eine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Bezug auf die Menge der in den Zylinder eingesaugten Luft bereitzustellen, jedoch besteht hinsichtlich Zündsteuerung eine Notwendigkeit, das Zündtiming auf einen Zündvorstellwinkel (MBT: Minimum Spark advance for Best Torque, minimale Zündfunkenvorstellung für bestes Drehmoment) zu steuern, um so eine maximale Ausgabeleistung des Motors gemäß nicht nur der Motordrehzahl und der in den Zylinder eingesaugten Einlassluftmenge, sondern auch anderen Faktoren (z. B. Temperatur des Motors, Situation des Auftretens eines Klopfens, Eigenschaft des Kraftstoffs. Betrag an AGR) bereitzustellen.
  • Von den oben erwähnten Faktoren, die einen Einfluss auf MBT ausüben, kann beispielsweise die Temperatur des Motors durch einen Motorkühlwassertemperatursensor detektiert werden und kann die Situation des Auftretens eines Klopfens durch einen Klopfsensor detektiert werden und kann die Eigenschaft des Kraftstoffs als Normalbenzin oder Hochoktanbenzin anhand der Situation des Auftretens eines Klopfens bestimmt werden.
  • Jedoch ist bezüglich der Menge an AGR eine Technik als eine erste konventionelle Vorrichtung bekannt gewesen, bei der ein AGR-Ventil in einem AGR-Durchgang angeordnet ist, der ein Abgasrohr und ein Einlassrohr miteinander verbindet, so dass der Betrag an AGR (externer AGR) durch den Ventilöffnungsgrad des AGR-Ventils gesteuert wird.
  • Zusätzlich ist als eine zweite konventionelle Vorrichtung eine Technik bekannt gewesen, in der ein variabler Ventil-Timing-Mechanismus (nachfolgend als ”VVT” bezeichnet) vorgesehen ist, der dazu dient, das Ventilöffnungs- und Schließtiming eines Einlassventils und eines Abgasventils variabel zu machen, so dass der Betrag an AGR, der das Abgas ist, das im Zylinder bleibt (Innen-AGR), gesteuert wird, indem ein Überlappungszeitraum, in dem das Einlassventil und das Auslassventil gleichzeitig in ihren Offenzuständen sind, anhand des Ventilöffnungs- und Schließtimings geändert wird.
  • Darüber hinaus können die oben erwähnten ersten und zweiten Techniken gleichzeitig verwendet werden.
  • Bezüglich der externen AGR kann ein grober Betrag an AGR aus dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils bei Atmosphärendruck und einem Innendruck des Einlassrohrs berechnet werden, aber für die interne AGR sind eine Vielzahl verschiedener Techniken vorgeschlagen worden, wie später beschrieben wird. Wenn der Betrag an externem AGR und der Menge an interner AGR mit einem hohen Genauigkeitsgrad abgeschätzt werden kann, wird es möglich, den Motor bei optimaler Kraftstoffökonomie zu steuern, indem das Zündtiming in Kombination mit anderen Faktoren, die Einflüsse auf das MBT haben, korrigiert wird.
  • In der Vergangenheit ist als eine Schätzvorrichtung für die Menge interner AGR eine Technik vorgeschlagen worden, in der ein Basisindex eines internen AGR-Zustands aus dem Überlappungsbetrag aus Einlass- und Auslassventilen und einer Motordrehzahl erhalten wird, und es wird eine Ventilüberlappungszentrumsphase, bei der der Betrag interner AGR minimal wird, als eine minimale AGR-Zentrumsphase erhalten, so dass der Basisindex anhand einer Abweichung zwischen einer tatsächlichen Zentrumsphase der Ventilüberlappung und der minimalen AGR-Zentrumsphase korrigiert wird, wodurch der interne AGR-Zustand abgeschätzt wird (siehe beispielsweise erstes Patentdokument).
  • Zusätzlich ist als eine andere Schätzvorrichtung eine Technik vorgesehen worden, in der ein Überlappungszeitraum eines Einlassventils und eines Auslassventils in eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte unterteilt ist und eine angemessene Charakteristiklinie für einen Menge an Abgas, welches das Auslassventil in jeder der ersten und zweiten halben Perioden passiert, berechnet wird, und weiter eine Menge an Ausblasgas und eine Menge an Rückblasgas auf Basis jeder angemessenen Charakteristiklinie berechnet werden, wodurch eine Menge an Restgas berechnet wird (man siehe beispielsweise das zweite Patentdokument).
  • Darüber hinaus ist als eine andere Schätzvorrichtung auch eine Technik vorgeschlagen worden, in der eine Rate an Restgas basierend auf einem Betrag an Restgas zu der Zeit, wenn ein Einlassventil offen ist, und einem Betrag an Restgas, das in einem Ventilüberlappungszeitraum rückgeblasen wird, berechnet wird (siehe beispielsweise drittes Patentdokument).
  • Zusätzlich kann in der im oben erwähnten ersten Patentdokument beschriebenen Technik auch gesagt werden, dass ein Grund zur Erhöhung eines Betrags an arithmetischer Operation oder Berechnungslast ist, dass es notwendig ist, einen Betrag an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft getrennt zu berechnen und es daher das folgende Problem gegeben hat. Es sind nämlich viele Korrekturen notwendig, um den Betrag interner AGR mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen und entsprechend wird notwendigerweise die Anzahl von Kennfeldern riesig und nebenbei ist es auch notwendig, den Betrag an in den Zylinder eingesaugter Einlassluft getrennt zu berechnen.
  • Darüber hinaus wird in der im oben erwähnten zweiten Patentdokument beschriebenen konventionellen Technik der Überlappungszeitraum des Einlassventils und des Auslassventils in die erste Hälfte und die zweite Hälfte unterteilt und wird die ungefähre Charakteristiklinie für den Betrag an das Auslassventil in jedem der ersten und zweiten Halbzeiträume passierenden Abgas berechnet und wird der Betrag an interner AGR basierend auf jeder angenäherten Charakteristiklinie berechnet. Als Ergebnis wird angenommen, dass die Menge an interner AGR die Rückführung in einer relativ kleinen Anzahl von Kennfeldern berechnet werden kann, aber ähnlich wie im ersten Patentdokument gibt es auch hier das Problem, dass es notwendig wird, die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft getrennt zu berechnen.
  • Weiterhin wird in der im oben erwähnten dritten Patentdokument beschriebenen konventionellen Technik die Menge an interner AGR basierend auf der Menge an Restgas zu einer Zeit, wenn das Einlassventil geöffnet wird, und der Menge an Restgas, die im Ventilüberlappungszeitraum rückgeblasen wird, berechnet. Als Ergebnis wird angenommen, dass es möglich ist, die Menge an interner AGR in einer relativ kleinen Anzahl von Kennfeldern zu berechnen, aber auch in diesem Fall ist es ähnlich wie beim oben erwähnten ersten Patentdokument ein Problem gewesen, dass es nötig wird, die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft getrennt zu berechnen.
  • Jedoch sollte die Menge an interner AGR, der in einem Zylinder verbleibt, ohne aus einem Auslassventil abgegeben zu werden, und die Menge an Einlassluft, die in den Zylinder einzusaugen ist, die von einem Einlassventil hereinkommt, normalerweise in einer integrierten Weise betrachtet werden.
  • Beispielsweise wird erwogen, dass selbst mit demselben Innendruck im Einlassrohr in Fällen, wo die Menge an interner AGR groß ist, die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft kleiner wird, während in Fällen, bei denen die Menge interner AGR klein ist, die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft größer wird.
  • Hier beachte man, dass in der Vergangenheit als eine Berechnungsvorrichtung für eine Menge von Einlassluft in einen Zylinder eine Technik vorgeschlagen worden ist, in der in einem AFS-(air flow sensor, Durchflusssensor)Verfahren ein Einlasssystem nur aus dem Gesetz der Massenerhaltung modelliert wird, um so eine Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft zu berechnen (siehe beispielsweise viertes Patentdokument).
  • Im Vierten Patentdokument (siehe Absätze [0023], [0024] und [0038]–[0042]), wird die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft mit einem hinreichenden Genauigkeitsgrad abgeschätzt, indem ein Motor in einer geeigneten Weise mittels eines einfachen physikalischen Modells unter Verwendung eines einer volumetrischen Effizienz entsprechendem Wertes (volumetrischer Effizienz-Korrekturfaktor Kv) von Luft, die aus einem Einlassrohr in den Zylinder kommt, gesteuert wird.
  • Es wird erwogen, dass, falls die Beziehung zwischen dem volumetrischen Effizienz-Korrekturfaktor Kv und der internen AGR-Rate, die im vierten Patentdokument gezeigt wird, klar wird, die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft und die internen AGR-Rate darin mit guter Genauigkeit gleichzeitig berechnet werden können.
  • Jedoch ist in der gesamten bekannten Literatur keine Technik offenbart worden, welche die Beziehung zwischen dem volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv und der internen AGR-Rate suggeriert.
  • Das heißt, dass in Fällen, bei denen ein einfaches physikalisches Modell wie etwa das in dem vierten Patentdokument Beschriebene als Abschätzvorrichtung für eine Menge an Einlassluft in einen Zylinder eines Innenverbrennungsmotors verwendet wird, es ein Problem damit gegeben hat, dass die Menge an Einlassluft in den Zylinder und die interne AGR-Rate darin nicht mit guter Genauigkeit gleichzeitig berechnet werden können, aufgrund der Tatsache, dass die Beziehung zwischen dem volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv und der internen AGR-Rate nicht klar ist.
  • REFERENZEN DES STANDS DER TECHNIK
  • Patentdokumente
    • Erstes Patentdokument: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2006-189 013 A
    • Zweites Patentdokument: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2007-255 206 A
    • Drittes Patentdokument: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2011-47 367 A
    • Viertes Patentdokument: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2008-138 630 A
  • US 2009/0 018 753 A1 beschreibt ein System und Verfahren für ein volumetrisches Effizienzmodell für Lufteinlasskonfigurationen, wobei das Modell erkennt, dass die volumetrische Effizienz stärker von der Lufteinlassmenge als der Luftauslassmenge abhängt. Es wird daher in der Modellierung die relative Wichtigkeit des Einlassdruckes gegenüber dem Auslassdruck angepasst. Darüber hinaus wird der Liefergrad anhand von Größen berechnet, die mit der Einlass- und der Auslass-Effizienz zusammenhängen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei konventionellen Schätzvorrichtungen für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Verbrennungsmotor ändert sich in Fällen, bei denen die interne AGR-Rate im Innenverbrennungsmotor, der mit einem variablen Ventilantriebsmechanismus versehen ist, abgeschätzt wird, die interne AGR-Rate anhand des tatsächlichen Ventil-Timings des variablen Ventilantriebsmechanismus, so dass es notwendig ist, die interne AGR-Rate anhand des Ventil-Timings zu adaptieren. Zusätzlich ändert sich in Fällen, bei denen die Menge an tatsächlich in einen Zylinder eingesaugter Luft durch ein physikalisches Modell eines Einlasssystems unter Verwendung eines volumetrischen Effizienzentsprechungswerts abgeschätzt wird, der ein Index ist, der eine Menge an in den Zylinder aus einem Einlassverteiler kommender Luft anzeigt, der volumetrische Effizienzentsprechungswert ebenfalls anhand des tatsächlichen Ventil-Timings des variablen Ventilantriebsmechanismus. Als Ergebnis, um den volumetrischen Effizienzentsprechungswert mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen, ist es notwendig, den volumetrischen Effizienzentsprechungswert anhand des Ventil-Timings zu adaptieren, und falls dies auf solche Weise entworfen ist, hat es ein Problem damit gegeben, dass die Anzahl von Kennfeldern zum Speichern dieser Werte riesig wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die Probleme wie oben beschrieben zu lösen und hat als ihre Aufgabe, eine Abschätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor zu erhalten, bei dem durch Fokussieren der Aufmerksamkeit nicht auf eine Technik zur Berechnung nur einer Menge an interner AGR, wie in den oben erwähnten ersten bis dritten Patentdokumenten, sondern auf eine Beziehung zwischen einem volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor und einer Menge an interner AGR, die in einem vereinfachten physikalischen Modell eines Einlasssystems verwendet wird, wie in dem vierten Patentdokument gezeigt, es möglich ist, den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor, die Menge an in den Zylinder eingesaugter Einlassluft und die interne AGR-Rate mit einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors in einer geeigneten Weise abzuschätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnungslast, ohne eine riesige Speicherkapazität zu erfordern.
  • Eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung, die zum Abschätzen einer Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft und einer internen AGR-Rate in dem Innenverbrennungsmotor, der mit einem Einlassrohr an einem Ort stromabwärts einer Drosselklappe verbunden ist, dient, ist versehen mit: einer Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit, welche einen Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert berechnet, der ein Index ist, der eine Menge von in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommender Luft anzeigt; einer Zylindereinlassluftmengen-Schätzeinheit, die eine Menge von tatsächlich in den Zylinder eingesaugter Luft unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts abschätzt; und einer interne AGR-Raten-Abschätzeinheit, welche die interne AGR-Rate, basierend auf einer internen Variablen zum Berechnen des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts abschätzt; wobei die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert basierend auf einer Abgaseffizienz, die ein Index ist, der ein Menge an Restgas, das ein Abgas nach Verbrennung ist, das im Zylinder verbleibt, ohne aus dem Zylinder an ein Abgasrohr abgegeben zu werden, anzeigt, und eine Einlasseffizienz, die ein Index ist, der eine in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommende Luftmenge, ausschließlich des Restgases, anzeigt, berechnet; und die interne AGR-Raten-Schätzeinheit die interne AGR-Rate basierend auf der Abgaseffizienz berechnet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch Berechnen eines Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts und einer internen AGR-Rate, basierend auf einer Einlasseffizienz, die eine Menge an frischer Einlassluft repräsentiert, und einer Abgaseffizienz, die eine Menge an Restgas repräsentiert, möglich, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die interne AGR-Rate in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Innenverbrennungsmotors mit einer hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Abschätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor 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 Menge an Einlassluft in einen Zylinder gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4(a) bis 4(c) sind Ansichten, die diagrammatisch individuelle interne Zustände eines Zylinders zur Zeit der Schließung eines Abgasventils zeigen, zur Zeit des Starts des Einsaugens frischer Luft, und zur Zeit des Endes des Einlass-(Saug-)Hubs jeweils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel der Beziehung zwischen einem Innendruck in einem Zylinder und einem Innenvolumen desselben (eine P-V-Diagrammansicht in einer bi-logarithmischen Repräsentation) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Einlassverteilerdruck-Spitzenwert und einem Innendruck in einem Zylinder zur Zeit des Endes des Ansaugtakts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Einlassverteilerdruckspitzenwert und einer Abgaseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Einlassverteilerdruckspitzenwert und einer Abgaseffizienz in dem Fall zeigt, bei dem ein Phasenwinkel eines Auslass-VVTs sich bei einem vorgegebenen Phasenwinkel eines Einlass-VTTs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verändert hat.
  • 9 ist eine erläuternde Ansicht, welche die lineare Approximation der Beziehung zwischen einem Einlassverteilerdruckspitzenwert und einer Abgaseffizienz in dem Fall zeigt, bei dem der Phasenwinkel des Auslass-VVTs sich bei einem vorgegebenen Phasenwinkel eines Auslass-VVTs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verändert hat.
  • 10 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Fehler oder eine Differenz zwischen einem berechneten Wert einer Abgaseffizienz und einem linearen Approximationswert derselben gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Berechnungsteil für eine Abgaseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Berechnungsteil für eine interne AGR-Rate und eine Einlasseffizienz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Berechnungsteil für einen Volumetrikeffizienzkorrekturfaktor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Gesamtaufbau einer Volumetrikeffizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16 ist eine Blockaufbauansicht, welche schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 17 ist ein Flussdiagramm, welches Berechnungsverarbeitung einer Menge an Einlassluft in einen Zylinder gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die obigen und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei Gesamtschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
  • BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Erste Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine Blockaufbauansicht, welche schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In 1 besteht die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor aus einer Mehrzahl von Typen von Sensoren, die zu einem Motor 1 gehören, und einer elektronischen Steuereinheit 20, die mit einer Vielzahl von Arten von Sensoren verbunden ist. Nachfolgend wird die elektronische Steuereinheit 20 einfach als die ECU 20 (Electronic Control Unit) bezeichnet.
  • Die ECU 20 (Steuergerät) bildet eine Motorsteuervorrichtung zusammen mit der Vielzahl von Arten von Sensoren und einer Vielzahl von Arten von Aktuatoren und steuert die Vielzahl von Arten von Aktuatoren des Motors 1 basierend auf verschiedenen Detektionsinformationsteilen aus der Vielfalt von Arten von Sensoren, welche die Betriebszustände des Motors 1 anzeigen.
  • Auf der stromaufwärtigen Seite eines Einlasssystems des Motors 1 ist ein AFS 2 angeordnet, der zum Messen einer Einlassluftmenge in den Motor 1 dient, und auf einer stromabwärtigen Seite des AFS 2 (auf Seite des Motors 1) ist eine elektronische Steuerdrossel 4 zum Regulieren der Einlassluftmenge angeordnet.
  • Ein Klappenaktuator zum Steuern des Öffnungsgrads der elektronischen Steuerdrossel 4 in einer elektronischen Weise und ein Klappenpositionssensor 3 zum Messen des Öffnungsgrades der elektronischen Steuerdrossel 4 sind auf der elektronischen Steuerdrossel 4 montiert.
  • Auf der stromabwärtigen Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 ist ein Drucktank 5 und ein Einlassverteiler 6 (Ansaugkrümmer) angeordnet, die als ein Einlassrohr (ein Einlassverteilerteil) zum Einführen von Luft in den Motor 1 dienen.
  • Der Einlassverteiler 6, der einen Teil des Einlassrohrs bildet, steht über ein Einlassventil in Kommunikation mit einer Verbrennungskammer in jedem der Zylinder des Motors 1.
  • Andererseits ist auf der stromabwärtigen Seite des Motors 1 ein Abgasverteiler 13 (Abgaskrümmer) angeordnet, der als ein Abgasrohr zum Abgeben eines Abgases dient, das aus einer Verbrennung einer Luft/Kraftstoffmischung in jedem Zylinder resultiert.
  • Der Abgaskrümmer 13 steht über ein Auslassventil in Kommunikation mit der Verbrennungskammer in jedem Zylinder des Motors 1. Zusätzlich ist, obwohl nicht illustriert, im Abgaskrümmer 13 ein O2-Sensor zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Mischung und ein Katalysator zum Reinigen des Abgases vorgesehen.
  • Im Einlassrohr an einem Ort stromabwärts der elektronischen Steuerdrossel 4 sind ein Einlassverteilerdrucksensor 7, der zum Messen des Drucks (Einlassverteilerdrucks) in einem Raum (dem Einlassverteiler), beinhaltend das Innere des Drucktanks 5 und des Einlassverteilers 6, dient, und ein Einlasstemperatursensor 8, der zum Messen der Temperatur (Einlassverteilertemperatur Tb) im Einlassverteiler dient, angeordnet.
  • Man beachte, dass hier anstelle des Einlassverteilerdrucksensors 7 zur Messung des Einlassverteilerdrucks eine Einheit zum Abschätzen des Einlassverteilerdrucks vorgesehen sein kann und anstelle des Einlasstemperatursensors 8 zum Messen der Einlassverteilertemperatur Tb, ein Temperatursensor (z. B. ein in den AFS 2 eingebauter Temperatursensor) vorgesehen sein kann, der zum Messen einer Umgebungslufttemperatur (die strikt eine andere als die Einlassverteilertemperatur Tb ist) in einer ungefähren Weise dient.
  • Ein Injektor 9 zum Einspritzen von Kraftstoff ist im Einlassverteiler 6 in der Nähe des Einlassventils angeordnet und ein Einlass-VVT 10 und ein Auslass-VVT 11, die dazu dienen, das Ventil-Timing der Einlass- und Auslassventile variabel zu machen, sind am Einlassventil bzw. dem Auslassventil angebracht.
  • Zusätzlich ist eine Zündspule 12 zum Antreiben einer Zündkerze zum Erzeugen eines Zündfunkens innerhalb eines Zylinders in einem Zylinderkopf angeordnet.
  • In 2 ist die ECU 20 mit einer Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 versehen und zusätzlich ist die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 mit einer Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 versehen.
  • Hier beachte man, dass die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 nicht nur eine Funktion als ein Berechnungsteil für den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv hat, sondern auch eine Funktion als ein interner AGR-Raten-Berechnungsteil, der zum Berechnen einer internen AGR-Rate Regr dient, wie später beschrieben wird.
  • Zusätzlich zu den individuellen, oben erwähnten Sensoren 2, 3, 7 und 8 ist ein Atmosphärendrucksensor 14 zum Messen eines Umgebungsatmosphärendrucks mit der ECU 20 verbunden, so dass die Menge an durch den AFS 2 gemessener Einlassluft, der Öffnungsgrad der elektronischen Steuerdrossel 4, der durch den Drosselpositionssensor 3 gemessen ist, der durch den Einlassverteilerdrucksensor 7 gemessene Einlassverteilerdruck, die durch den Einlasstemperatursensor 8 gemessene Einlassverteilertemperatur Tb und der durch den Atmosphärendrucksensor 14 gemessene Atmosphärendruck an der ECU 20 eingegeben werden.
  • Man beachte, dass anstelle des Atmosphärendrucksensors 14 zum Messen eines Atmosphärendrucks eine Einheit zum Abschätzen eines Atmosphärendrucks verwendet werden kann, oder ein in die ECU 20 eingebauter Atmosphärendrucksensor verwendet werden kann.
  • Zusätzlich werden auch eine Vielzahl von Arten von Messwerten aus verschiedenen anderen Arten von Sensoren (ein Gaspedalöffnungssensor, ein Kurbelwinkelsensor usw.), die hier nicht illustriert sind, an der ECU 20 eingegeben.
  • Die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 in der ECU 20 beinhaltet ein physikalisches Modell (das später beschrieben wird) und berechnet eine Menge an in jeden Zylinder eingesaugter Einlassluft (nachfolgend einfach als eine Zylindereinlassluftmenge bezeichnet) aus der durch den AFS 2 gemessenen Menge an Einlassluft. Die ECU 20 treibt den Injektor 9 und die Zündspule 12 basierend auf der derart berechneten Zylindereinlassluftmenge an.
  • Zusätzlich berechnet die ECU 20 ein Zieldrehmoment, basierend auf einer Vielzahl von Arten von Eingangsinformationen, wie etwa dem Öffnungsgrad des Gaspedals etc. und berechnet auch eine Ziel-Zylindereinlassluftmenge zum Erzielen des derart berechneten Zieldrehmoments. Die ECU 20 berechnet weiter als Steuerzielwerte zum Erzielen der Zielzylindereinlassluftmenge eine Zielklappenöffnung, einen Zieleinlass-VVT-Phasenwinkel und einen Zielauslass-VVT-Phasenwinkel und steuert den Öffnungsgrad der elektronischen Steuerdrossel 4 und die Phasenwinkel des Einlass-VVT 10 und des Auslass-VVT 20 so, dass diese Steuerzielwerte erzielt werden können. Darüber hinaus steuert die ECU 20 eine Vielzahl von Arten von anderen Aktuatoren nach Bedarf, die hier nicht illustriert werden.
  • Als Nächstes wird im Detail Bezug genommen auf die Funktion der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21, das heißt das physikalische Modell des Einlasssystems zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge aus der Menge an Einlassluft, die durch den AFS 2 gemessen wird.
  • Zuerst wird als eine Funktion der Anzahl von Takten des Motors 1 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 Durchschnittswert der tatsächlichen Menge an Einlassluft [g/s], die durch den AFS 2 für einen Takt des Motors gemessen wird und Qc(n) ist ein Durchschnittswert der Zylindereinlassluftmenge [g/s] für einen Takt des Motors 1. T(n)[s] ist ein Zeitraum 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).
  • Zusätzlich ist Vs [cm3] ein Volumen eines Einlassrohrs von einer stromabwärtigen Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 bis zu einem Einlassdurchgang jedes Zylinders; Vc [cm3] ist ein Volumen eines Zylinderhubs pro Zylinder; pb(n) [g/cm3] ist ein Durchschnittswert einer Dichte von frischer Luft im Einlassverteiler für einen Hub des Motors 1.
  • Darüber hinaus ist Kv(n) ein Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor für Luft, die aus dem Einlassverteiler in einen Zylinder gelangt.
  • Wenn das Gesetz der Masseerhaltung durch Fokussieren nur auf Frischluft (d. h. die Luft, die mittels der elektronischen Steuerdrossel 4 in den Einlassverteiler gelangt) in einem durch das Einlassrohrvolumen Vs von der stromabwärtigen Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 bis zum Einlassdurchgang dieses Zylinders des Motors 1 repräsentierten Bereich angewendet wird, ist der folgende Ausdruck (1) erfüllt. Qa(n)T(n) – Qc(n)T(n) = {ρb(n) – ρb(n – 1)}·Vs (1)
  • Dann wird die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) für einen Hub durch den nachfolgenden Ausdruck (2) repräsentiert, wenn ein Volumetrikeffizienzkorrekturfaktor Kv(n) verwendet wird. Qc(n)T(n) = Kv(n)·ρb(n)·Vc (2)
  • Hier beachte man, dass zum Zeitpunkt eines stabilen Zustandsbetriebs ein Produkt Qa(n)T(n) des Durchschnittswerts Qa(n) der tatsächlichen Menge an Einlassluft [g/s] für einen Hub und der Zeitraum T(n) für einen Hub gleich einem Produkt Qc(n)T(n) des Durchschnittswerts Qc(n) der Zylindereinlassluftmenge [g/s] für einen Hub und des Zeitraums T(n) für einen Hub zueinander gleich werden und es daher möglich ist, den Volumetrikeffizienzkorrekturfaktor Kv durch Einsatz eines Ausdrucks zu berechnen, bei dem die linke Seite des Ausdrucks (2) zum Zeitpunkt der Adaption der Motorsteuerkonstanten durch Qa(n)T(n) ersetzt wird.
  • Nachfolgend wird durch Zuweisen des Ausdrucks (2) zum Ausdruck (1) der Durchschnittswert ρb(n) der Frischluftdichte im Einlassverteiler für einen Hub eliminiert und das Lösen der Gleichung (1) für Qc(n)T(n), Qc(n)T(n) durch den nachfolgenden Ausdruck (3) repräsentiert. Qc(n)T(n) = Kv(n) / Kv(n – 1)·K·Qc(n – 1)T(n – 1) + (1 – K)·Qa(n)T(n) ∴ K = Vs / Vs + Kv(n)·Vc (3)
  • Hier ist im obigen Ausdruck (3) K eine Filterkonstante.
  • Gemäß dem Ausdruck (3) ist es möglich, die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) aus der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), die durch den AFS 2 gemessen ist, mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
  • Indem Ausdruck (3) weiter transformiert wird, werden die folgenden Ausdrücke (4) erhalten. Qc(n)T(n) / Kv(n) = K·Qc(n – 1)T(n – 1) / Kv(n – 1)·+(1 – K)· Qa(n)T(n) / Kv(n) (4)
  • Der Ausdruck (3) bedeutet einen digitalen Tiefpassfilter in Unterbrechungsverarbeitung, der synchron zur Drehung des Motors 1 ist (d. h. jedem vorgegebenen Kurbelwinkel). Aus diesem wird gefunden, dass das Einlasssystem des Motors 1 ein Verzögerungsglied erster Ordnung ist.
  • Als Nächstes wird im Detail Bezug genommen auf die Verarbeitung zum Erzielen des Ausdrucks (3) innerhalb der ECU 20, das heißt einen Betrieb zum Ausführen der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 innerhalb der Unterbrechungsverarbeitung bei jedem vorgegebenen Kurbelwinkel, unter Bezugnahme auf ein in 3 gezeigtes Flussdiagramm.
  • Hier wird angenommen, dass die Unterbrechungsverarbeitung bei jedem vorgegebenen Kurbelwinkel eine Unterbrechungsverarbeitung ist, die beispielsweise jeweils bei BTDC 5 Grad CA (nachfolgend einfach als ”B05-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 Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 in der ECU 20 die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) [g] für einen Hub (Schritt 301).
  • Spezifisch wird in Fällen, bei denen der AFS 2 ein Massenflussmeter ist, die Ausgangsspannung des AFS 2 integriert, während beispielsweise 1,25 ms abgetastet wird, so dass die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) [g] für einen Hub basierend auf dem aus der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zur aktuellen Unterbrechungsverarbeitung integrierten Wert berechnet werden kann.
  • Man beachte hier, dass in Fällen, bei denen der AFS 2 ein Volumenmeter ist, die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) [g] für einen Hub durch Umwandeln des Volumens von Einlassluft in eine entsprechende Masse, basierend auf einer Standardatmosphärendichte, einem atmosphärischen Druck und einer Einlasslufttemperatur berechnet werden kann.
  • Dann berechnet die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n) (Schritt 302). Man beachte hier, dass die Details der Berechnungsverarbeitung des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv(n) später beschrieben werden.
  • Nachfolgend berechnet die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 eine Filterkonstante K anhand einer Formel zum Berechnen der Filterkonstanten K innerhalb des Ausdrucks (3) (Schritt 303).
  • Danach berechnet die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] anhand einer Filterformel innerhalb des Ausdrucks (3) (Schritt 304).
  • Man beachte, dass bezüglich eines Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n – 1) (letztes Mal) ein Hub vor dem aktuellen Hub im Ausdruck (3) der letzte Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n – 1) ein Hub zuvor in Schritt 302 gespeichert wird (Schritt 305), so dass die Verarbeitung von Schritt 304 unter Verwendung dieses letzten Werts ermöglicht wird.
  • Schließlich speichert die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g], die in Schritt 304 (Schritt 306) berechnet ist, und beendet dann die Verarbeitungsroutine von 3.
  • Man beachte hier, dass eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n – 1)T(n – 1) [g] ein Hub zuvor (letztes Mal) in Schritt 306 gespeichert wird (Schritt 307), so dass die Verarbeitung von Schritt 304 unter Verwendung dieses letzten Wertes als eines Parameters innerhalb des Ausdrucks (3) ermöglicht wird.
  • Auf diese Weise kann die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] mit einem hohen Genauigkeitsgrad mittels einer einfachen Berechnungsoperation unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv(n) berechnet werden.
  • Als Nächstes wird Bezug genommen auf eine Approximationsverarbeitung des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv(n) als Verarbeitung der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21.
  • Wie oben erwähnt, ist der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n) ein Wert entsprechend dem Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor für die in einen Zylinder aus dem Einlassverteiler kommende Luft. Im Falle eines üblichen Motors mit festem Ventil-Timing wird in einem Teillastbereich (nachfolgend auch als Teilbereich bezeichnet) der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n) zu einem Wert von etwa 60–80% und wird er in einem WOT-(Wide Open Throttle, weit offene Klappe, Volllast)Bereich zu einem Wert von etwa 80–90%, aber im Falle des Motors 1 mit variablem Ventil-Timing, das mit einem Einlass VVT 10 und einem Auslass VVT 11 versehen ist, ändert sich der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n) in einen noch größeren Bereich gemäß der Ventilöffnungs- und Schließ-Timings der Einlass- und Auslass-VVTs 10, 11.
  • Somit können die folgenden Faktoren (A)–(E) als Ursachen berücksichtigt werden, die den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv dazu bringen, gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 zu variieren.
  • (A) WENN DIE VENTILÖFFNUNGSZEITEN DER EINLASS- UND AUSLASSVENTILE KURZ SIND
  • Die Betriebsperioden der Einlass- und Auslassventile sind begrenzt (etwa 180 [Grad CA]), somit werden die Ventile im Verlaufe des Luftstroms geschlossen, bevor der Auslasstakt endet, wobei er einen Totraum (Hub) Volumen (oder Kompressionsraum) übrig lässt, oder bevor frische Luft eines Zylindervolumens oder Kolbenversatzes eingesaugt wird (Luft vor Verbrennung, die über das Einlassrohr einzusaugen ist).
  • (B) WENN DIE FREIRÄUME DER EINLASS- UND AUSLASSVENTILE ENG SIND
  • Der Öffnungsraum oder Bereich eines Ventildurchlasses (d. h. sowohl Einlass- als auch Auslassdurchlässe) ist nur bestimmt durch den Hebebetrag des Einlass-/Auslassventils, so dass die Flussrate des aus dem Zylinder abgelassenen Abgases und die Flussrate der in den Zylinder eingesaugten frischen Luft beide auf eine vorgegebene Flussrate beschränkt sind.
  • (C) EINFLUSS VON RESTGAS
  • Frische Luft wird nicht von der Einlassventilseite (Einlassdurchgang) eingesaugt, bis das im Zylinder verbleibende Gas nach Schließen des Auslassventils und die interne AGR (das Restgas, das in den Einlassdurchlass ausgeflossen ist) innerhalb des Zylinders expandieren, so dass der Druck derselben gleich oder kleiner dem Einlassverteilerdruck wird.
  • (D) EINFLUSS VON RÜCKBLASEN (ÜBERLAPPUNGSBEREICH UND TEILBEREICH)
  • Zum Zeitpunkt der Ventilüberlappung im Teilbereich wird der Einlassverteilerdruck kleiner als der Zylinderinnendruck, so dass ein Rückblasen (ein Ausfluss der AGR aus dem Zylinder in den Einlassdurchgang) auftritt und frische Luft nicht eingesaugt wird, bis die Menge dieses Rückblasens wieder eingesaugt worden ist.
  • (E) EINFLUSS VON DURCHBLASEN (DER ÜBERLAPPUNGSBEREICH UND DER WOT-BEREICH)
  • Innerhalb des Einlassverteilers tritt immer eine Druckpulsation unter dem Einfluss des Öffnens und Schließens des Einlassventils auf, und in Fällen, bei denen zu einem Timing während des Überlappens im WOT-Bereich der Einlassverteilerdruck (Durchlassteildruck) größer als der Zylinderinnendruck wird, tritt ein Durchblasen auf (frische Luft drückt Restgas im Zylinder heraus, wodurch die Menge an Einlassluft vergrößert wird und die Menge an interner AGR verkleinert wird).
  • Somit, wenn die Faktoren (A)–(E), durch welche der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 variiert, als mittels eines rigorosen physikalischen Modells repräsentiert beabsichtigt wird, wird ein riesiger Betrag an Berechnungsoperationen notwendig werden, wie im Falle des oben erwähnten ersten Patentdokuments.
  • Zusätzlich ist durch eine Untersuchung, basierend auf dem rigorosen physikalischen Modell, das üblicherweise betrachtet werden kann, und den aus Motortests gesammelten experimentellen Daten gefunden worden, dass im Falle seiner Lösung als dem rigorosen physikalischen Modell kein gutes Ergebnis erhalten werden kann, aufgrund vieler unbekannter physikalischer Größen.
  • Entsprechend wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein einfacheres physikalisches Modell gebaut, indem nur dem internen Zustand des Zylinders zum Zeitpunkt des Endes des Auslasstakts und zum Zeitpunkt des Starts des Einlass-(Saug-)Takts Aufmerksamkeit geschenkt wird.
  • Nachfolgend wird im Detail Bezug genommen auf das einfache physikalische Modell gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv basierend auf einer Abgaseffizienz, die ein Index ist, der eine Menge an Restgas anzeigt, dass ein Abgas nach Verbrennung zum Zeitpunkt des Endes des Auslasstakts ist, (d. h. zum Zeitpunkt des Schließens des Auslassventils) das im Zylinder verbleibt, ohne aus dem Zylinder an den Abgaskrümmer 13 abgegeben zu werden (Abgasrohr) und einer Einlasseffizienz, die ein Index ist, der eine Menge an frischer Luft, die in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommt, anzeigt, ausschließlich des Restgases zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts (zum Zeitpunkt des Endes des Einlassventils) berechnet.
  • Man beachte hier, dass, indem der interne Zustand des Zylinders zum Zeitpunkt des Auslasshubs und zum Zeitpunkt des Ansaugtakts auf diese Weise berücksichtigt wird, der Faktor D des Einflusses von Rückblasen und der Faktor E des Einflusses von Durchblasen aus den oben erwähnten Faktoren (A)–(E) im Faktor (C) des Einflusses von Restgas beinhaltet werden kann, so dass das physikalische Modell vereinfacht werden kann.
  • Als Nächstes wird Bezug genommen auf den Zylinderinnenzustand zur Zeit des Auslass-/Ansaugtakts des Motors 1, Bezug nehmend auf die 4(a) bis 4(c).
  • 4(a) bis 4(c) sind erläuternde Ansichten, welche die internen Zustände des Zylinders gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diagrammatisch zeigen, wobei 4(a) einen internen Zylinderzustand zur Zeit des Schließens des Auslassventils zeigt, 4(b) einen internen Zylinderzustand zum Zeitpunkt des Starts des Einsaugens frischer Luft zeigt bzw. 4(c) einen internen Zylinderzustand zur Zeit des Endes des Ansaugtakts zeigt.
  • Zuerst wird Bezug genommen auf den internen Zylinderzustand zum Zeitpunkt des Schließens des Auslassventils, wie in 4(a) gezeigt.
  • Es gibt ein Timing (das Timing des effektiven Schließens des Auslassventils), zu welchem der Ausfluss von Abgas zur Auslassdurchgangsseite vor und nach den Entwurfsschließzeiten des Auslassventils komplett stoppt.
  • Weil der Druck des im Zylinder zur Zeit dieses effektiven Schließens des Auslassventils verbleibenden Restgases auch strikt vom Druck auf der Seite des Auslassdurchgangs, das heißt des Auslassdrucks Pex (ungefähr gleich dem Atmosphärendruck Pa) verschieden ist, werden ein Innenvolumen Vexo [cm3] des Zylinders (nachfolgend als Zylinderinnenvolumen bezeichnet) und ein Innendruck Pexo des Zylinders (nachfolgend als Zylinderinnendruck bezeichnet) zum Zeitpunkt des effektiven Schließens des Auslassventils definiert.
  • Man beachte hier, dass, weil ein Problem mit vielen unbekannten Größen schwierig zu handhaben ist, in einer folgenden Diskussion das Volumen der internen AGR (nachfolgend als ein internes AGR-Volumen bezeichnet) zum Zeitpunkt, zu welchem die interne AGR gleich dem Auslassdruck wird, aufgrund adiabatischer Kompression oder adiabatischer Expansion, als ein angenommenes internes AGR-Volumen Vex [cm3] definiert ist.
  • Zusätzlich wird der Zylinderinnendruck zum Zeitpunkt des effektiven Schließens des Auslassventils als ein angenommener Zylinderinnendruck Pex (= dem Atmosphärendruck Pa ungefähr gleich dem Abgasdruck) definiert und wird die interne Zylindertemperatur zur Zeit des effektiven Schließens des Auslassventils als eine angenommene Zylinderinnentemperatur Tex (= Temperatur des Abgases) definiert. Nachfolgend wird die Temperatur des Abgases Tex in einer abgekürzten Form auch als eine ”Abgastemperatur Tex” bezeichnet.
  • Darüber hinaus werden eine maximale interne Kapazität des Zylinders (Zylindervolumen am unteren Totpunkt) Vmax [cm3] und ein Totraumvolumen des Zylinders (Zylindervolumen am oberen Totpunkt) Vmin [cm3] definiert.
  • Als Nächstes wird Bezug genommen auf den internen Zylinderzustand zum Zeitpunkt des Starts des Einsaugens frischer Luft, wie in 4(b) gezeigt.
  • Es wird berücksichtigt, dass in einem Ansaugtakt frische Luft nicht in den Zylinder gesaugt wird, bis die im Zylinder verbleibende interne AGR expandiert, um gleich oder kleiner einem Einlassverteilerdruck Pb zu werden und daher ein internes Zylindervolumen VAGRo, das durch die interne AGR zur Zeit des Starts des Einsaugens frischer Luft (der Zeitpunkt, zu dem der interne Zylinderdruck gleich dem Einlassverteilerdruck wird) besetzt ist, durch den nachfolgenden Ausdruck (5) unter Verwendung einer polytropen Zahl n definiert wird.
  • Figure DE102013204684B4_0002
  • Jedoch ist der durch den Ausdruck (5) repräsentierte Zustand ein interner Zylinderzustand vor dem Ansaugen frischer Luft, in welchem die interne Temperatur, der interne Druck und die Dichte einer Mischung im Zylinder (nachfolgend als eine interne Zylinderdichte bezeichnet) sich im Wert alle von jenen im internen Ist-Zustand des Zylinders zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts nach Ansaugen frischer Luft unterscheiden und daher nicht als das Volumen betrachtet werden können, das durch die interne AGR zur Zeit des Endes des Ansaugtakts besetzt wird.
  • Entsprechend, wie in 4(c) gezeigt, wird das durch die interne AGR am unteren Totpunkt zur Zeit des Endes des Ansaugtakts besetzte Volumen berechnet. Man beachte hier, dass in 4(c) ”@Tegr” ”den „Wert des internen Zylindervolumens bei einer Temperatur Tegr des Restgases nach Unterwerfen unter eine adiabatische Expansion” anzeigt und ”@Tin”” dem ”Wert des internen Zylindervolumens bei einer internen Zylindertemperatur Tin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts” anzeigt.
  • Ein internes AGR-Volumen Vegr (siehe linke Seite von 4(c)) zum Zeitpunkt, zu dem die internen AGR (Vex, Pex, Tex) adiabatische Expansion erfährt, um zum internen Zylinderdruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtaktes zu werden, wird durch den nachfolgenden Ausdruck (6) repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0003
  • Zusätzlich, wenn die Restgastemperatur Tegr (siehe linke Seite von 4(c)) nach adiabatischer Ausdehnung derselben berücksichtigt wird, wird dies durch den nachfolgenden Ausdruck (7) repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0004
  • Wenn dem internen AGR-Volumen Vegr' (siehe rechte Seite von 4(c)) zu dem Zeitpunkt Aufmerksamkeit geschenkt wird, zu dem das Innere des Zylinders durch frische Luft so gekühlt ist, dass sich nur die Temperatur im Zylinder ändert, um zur internen Zylindertemperatur Tin [Grad K] zu werden, zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts, während der Zylinderinnendruck konstant bleibt, kann die Berechnung, wie im nachfolgenden Ausdruck (8) gezeigt, gemäß dem Boyle Charles' Gesetz durchgeführt werden.
  • Figure DE102013204684B4_0005
  • Auf diese Weise wird ein internes AGR-Volumen Vex', das durch Temperaturkorrektur des Restgasvolumens Vex erhalten wird, zu einem angenommenen Restgasvolumen nach Ansaugen von frischer Luft (ein angenommenes Restgasvolumen nach Korrektur).
  • Aus dem Obigen wird ein tatsächliches Frischluftvolumen Vnew' (siehe rechte Seite von 4(c)), das schließlich zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts angesaugt worden ist, durch den nachfolgenden Ausdruck (9) repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0006
  • Als Nächstes wird die Menge an in den Zylinder eingesaugter Einlassluft erwogen.
  • Zuerst werden in 4(c) eine interne Zylinderdichte (d. h. die Dichte der Mischung im Zylinder), ρin(n) [g/cm3] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts und ein Zylinderinnendruck Pin(n) [kPa] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts definiert.
  • Zu dieser Zeit wird die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) für einen Takt durch den nachfolgenden Ausdruck (10) repräsentiert, unter Verwendung einer Gaskonstanten R.
  • Figure DE102013204684B4_0007
  • Hier, annehmend, dass ein Verhältnis zwischen der internen Zylindermasse ρin·Vnew' des tatsächlichen Frischluftvolumens Vnew' (eine Menge an Einlassluft, die tatsächlich in den Zylinder gelangt ist) zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, und einer Einlassverteilerfrischluftmasse ρb·Vnew' (eine Menge an Einlassluft, die als in den Zylinder gelangt abgeschätzt wird, wenn die volumetrische Effizienz 100% beträgt) eine Einlasseffizienz Kin ist, wird der Volumetrikeffizienz-Korrekturkoeffizient Kv, wie durch den nachfolgenden Ausdruck (11) gezeigt, aus Ausdruck (10) oben und dem oben erwähnten Ausdruck (2) repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0008
  • Jedoch beinhaltet Ausdruck (11) oben ein Hubvolumen Vc und ein Maximalvolumen Vmax und ein korrigiertes, angenommenes Restgasvolumen Vex', so dass es insbesondere in Motoren, die sich in der Verdrängung voneinander unterscheiden, eine Differenz bei den Einstellwerten gibt. Entsprechend wird eine Normalisierung ausgeführt, so dass eine Beschreibung unter Verwendung eines Kompressionsverhältnisses ε vorgenommen werden kann.
  • Zu dieser Zeit wird die Beziehung zwischen den individuellen Volumina in dem Zylinder und dem Kompressionsverhältnis ε durch den nachfolgenden Ausdruck (12) repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0009
  • Entsprechend wird auch der Volumetrikeffizienz-Korrekturkoeffizient Kv, wie im nachfolgenden Ausdruck (13) gezeigt, aus dem oben erwähnten Ausdruck (11) und dem Ausdruck (12) oben repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0010
  • Hier beachte man, dass im Ausdruck (13) das Verhältnis einer Masse von Abgas ρex·Vex (eine tatsächliche Menge an Restgas) im angenommenen Restgasvolumen Vex nach dem Ende des Auslasstakts und einer Masse von Abgas ρin·Vmin zur Zeit, wenn das Gas im Zylinder des Totraumvolumens zur Zeit des Endes des Ansaugtakts als ein Restgas verbleibt, als eine Abgaseffizienz Kex verwendet wird.
  • Weiterhin, weil das Volumen für die interne AGR zur Zeit des Endes des Ansaugtakts berechnet wird, kann die interne AGR-Rate Regr aus dem Verhältnis der Masse der internen AGR zu diesem Zeitpunkt und der Masse des gesamten Gases im Zylinder berechnet werden, wie durch den nachfolgenden Ausdruck (14) gezeigt.
  • Figure DE102013204684B4_0011
  • Wenn der Ausdruck (13) und der Ausdruck (14), die dazu dienen, den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv bzw. die interne AGR-Rate Regr zu berechnen, wie oben erwähnt, neu arrangiert und umgeschrieben werden, werden sie zum nachfolgenden Ausdruck (15).
  • Figure DE102013204684B4_0012
  • Wie aus dem Ausdruck (15) oben klar ist, ist es, um den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv und die interne AGR-Rate Regr zu berechnen, notwendig, die Einlasseffizienz Kin und die Auslasseffizienz Kex zu ermitteln.
  • Um die Einlasseffizienz Kin und die Auslasseffizienz Kex zu berechnen, kann ein Verfahren des Speicherns, als Kennfeldern, einer Motordrehzahl Ne, des Einlassverteilerdrucks und der Phasenwinkel des Einlass-VVT 10 und des Auslass-VVT 11 berücksichtigt werden.
  • Falls jedoch Kennfelder mit vielen Parametern gespeichert werden, wird, wie oben erwähnt, die Anzahl von Kennfeldern riesig, und ein solches Verfahren unterscheidet sich überhaupt nicht von konventionellen Techniken (d. h. Vorbereitung von Kennfeldern des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv) und daher wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Annäherungsberechnungsverarbeitung ausgeführt.
  • Nachfolgend wird Bezug genommen im Detail auf die Annäherungsberechnungsverarbeitung der Einlasseffizienz Kin und der Auslasseffizienz Kex gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Zuerst wird im Ausdruck (11), der dazu dient, den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv zu berechnen, die Einlasseffizienz Kin definiert, wie im nachfolgenden Ausdruck (16) gezeigt.
  • Figure DE102013204684B4_0013
  • Ausdruck (16) oben zeigt, dass die Einlasseffizienz Kin berechnet werden kann, wenn der Zylinderinnendruck Pin und die interne Zylindertemperatur Tin, die unter Verwendung des internen Zylinderdrucks und der Abgastemperatur berechnet werden, zusätzlich zum Einlassverteilerdruck Pb und der Einlassverteilertemperatur Tb verwendet werden. Da jedoch diese physikalischen Größen (Zylinderinnendruck Pin und Zylinderinnentemperatur Tin) Parameter sind, die bei konventioneller Motorsteuerung nicht verwendet werden, ist es notwendig, den Zylinderinnendruck Pin und die Zylinderinnentemperatur Tin unter Verwendung von physikalischer Größen abzuschätzen, die für die Motorsteuerung verwendet werden können.
  • Zuerst wird Bezug genommen auf die Berechnungsverarbeitung des Zylinderinnendrucks Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, während auf 5 Bezug genommen wird.
  • 5 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel der Beziehung zwischen einem internen Druck in einem Zylinder, der durch einen (nicht gezeigten) Zylinderinnendrucksensor gemessen wird, und einem internen Volumen desselben (aP – V Diagramm-Ansicht in bi-logarithmischer Repräsentation) zeigt.
  • In 5 repräsentiert eine Abszissenachse das Zylinderinnenvolumen V [ccm] (logarithmische Achse) und repräsentiert eine Ordinatenachse den Zylinderinnendruck Pin [kPa] (logarithmische Achse), wobei ein von einer gestrichelten Linie umgebener Bereich den Verdichtungstakt repräsentiert.
  • Hier ist die Zustandsänderung im Verdichtungstakt ohne Verbrennung als eine polytrope Änderung bekannt und wird allgemein durch den nachfolgenden Ausdruck repräsentiert. PVn = C(constant) ∴ logP = –nlogV + logC (17)
  • Man beachte, dass hier ein die polytrope Änderung bedeutet, dass in Fällen, wo eine Luft/Kraftstoffmischung oder ein Verbrennungsgas komprimiert wird, ein Teil der Wärme tatsächlich durch Außenluft, Kühlwasser etc. aufgenommen wird und daher die Beziehung zwischen dem Druck und der Temperatur durch eine Änderung ausgeführt wird, die zwischen einer isothermischen Änderung und einer adiabatischen Änderung liegt.
  • Wie aus 5 klar ist, wenn die Zustandsänderung vor Verbrennung gemäß einem Log-Log-Koordinatensystem berücksichtigt wird, wird sie durch eine lineare Funktion (erster Ordnung) mit einer Steigung von –n (wobei n ein polytroper Index ist, der ungefähr 1,3–1,4 ist) repräsentiert, wie durch den Bereich der gestrichelten Linie gezeigt.
  • Entsprechend, um den Zylinderinnendruck Pin zur Zeit des Endes des Einlasstakts (B180) zu berechnen, ist es nur notwendig, den Zylinderinnendruck an einem Ort entsprechend B180 aus jedem von mehreren Punkten vor Zündung (vor der Verbrennung) abzuschätzen (d. h. durch x im Bereich der gestrichelten Linie angezeigte Orte), und deren Durchschnittswert zu ermitteln.
  • 6 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Zylinderinnendruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wie oben erwähnt berechnet, und dem Einlassverteilerdruck zeigt.
  • In 6 repräsentiert eine Abszissenachse den Einlassverteilerdruckspitzenwert (den Maximalwert zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln (z. B. zwischen angrenzenden B05)) Pbp [kPa], und repräsentiert eine Abszissenachse den Zylinderinnendruck Pin [kPa] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wobei die Charakteristika anhand von Differenzen in den numerischen Werten IN (= 0, 25, 45), die Phasenwinkel InVVT des Einlass-VVT 10 anzeigen, durch Polynome (Linien) längs von Punkten von schwarzen Rhomben, schwarzen Vierecken bzw. schwarzen Dreiecken gezeigt sind.
  • Hier ist der Grund dafür, nicht einen Einlassverteilerdruckdurchschnittswert (einen Durchschnittswert des Einlassverteilerdrucks in einem Zeitraum zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln (zum Beispiel zwischen angrenzendem B05)) zu verwenden, sondern einen Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp, dass eine bessere Korrelation erhalten worden ist, indem der Einlassverteilerdruckspitzenwert statt des Einlassverteilerdruckdurchschnittswerts verwendet wird.
  • Entsprechend ist in der nachfolgenden Beschreibung der Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp als der Einlassverteilerdruck Pb zu verwenden.
  • Man beachte hier, dass 6 eine Ansicht ist, in der der Auslass-VVT 11 nicht berücksichtigt wird, so dass eine Anordnung nur mit dem Einlass-VVT 10 ohne Berücksichtigung des Auslass-VVT 11 ausgeführt wird.
  • Wie aus den Charakteristika (Polynome) von 6 klar ist, versteht es sich, dass der Zylinderinnendruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts durch eine quadratische Funktion (zweiter Ordnung) des Einlassverteilerdruckspitzenwertes Pbp, der einen Ursprungspunkt passiert, für jeden Einlass-VVT 10 ohne Berücksichtigung des Auslass-VVT 11 approximiert werden kann.
  • Zu dieser Zeit wird der Zylinderinnendruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts wie durch den nachfolgenden Ausdruck (18) gezeigt, repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0014
  • Insgesamt kann ein Druckverhältnis Pin/Pbp des Zylinderinnendrucks Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts in Bezug auf den Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp (Einlassrohrinnendruck) durch eine lineare Funktion des Einlassverteilerdruckspitzenwertes Pb approximiert werden.
  • Der Grund, aus dem das Druckverhältnis Pin/Pbp in solcher Form berechnet werden kann, ist, dass gesagt werden kann, dass das Druckverhältnis Pin/Pbp ein Index ist, der ein Druckverhältnis anzeigt, an welchem ein Gas in den Zylinder gedrückt wird, wenn der Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp ein vorgegebener Wert ist.
  • Das heißt, es wird berücksichtigt, dass das Druckverhältnis Pin/Pbp durch den Phasenwinkel InVVT des Einlass-VVT 10 in Verbindung mit dem Einlassventil und einem Öffnungszeitraum des Einlassventils (∝ Motordrehzahl Ne) repräsentiert wird, ohne Berücksichtigung eines Überlappungsbetrags bei der Verbindung mit dem Auslassventil oder dem Phasenwinkel InVVT des Auslass-VVT 11. Zusätzlich wird auch berücksichtigt, dass das Druckverhältnis Pin/Pbp den Auslassdruck Pex (= Atmosphärendruck Pa) auch nicht beeinflusst.
  • Andererseits kann die Zylinderinnentemperatur Tin aus der Einlassverteilertemperatur Tb, der Auslasstemperatur Tex und der internen AGR-Rate Regr berechnet werden, wie durch den nachfolgenden Ausdruck (19) gezeigt. Tin = (1 – Regr) × Tb + Regr × Tex (19)
  • Hier kann für die Abgastemperatur Tex ein Kennfeld basierend auf Messwerten eingestellt werden (z. B. kann ein Kennfeld basierend auf der Motordrehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruck erzeugt werden), oder kann aus einem Index wie etwa einer thermischen Effizienz, berechnet werden, die für die Motorsteuerung getrennt berechnet wird, oder kann noch einfacher als Festwert eingestellt werden (zum Beispiel 800°C).
  • Zusätzlich ist es auch notwendig, die interne AGR-Rate Regr zu berechnen, aber die interne AGR-Rate Regr kann aus dem oben erwähnten Ausdruck (15) berechnet werden. Man beachte hier, dass im Falle der Verwendung des Ausdrucks (15) es nur notwendig ist, vorab die Abgaseffizienz Kex, die später beschrieben wird, zu berechnen.
  • Gemäß dem Obigen gibt es keine Unbekannten, so dass es möglich wird, eine approximierte Berechnung der Einlasseffizienz Kin aus dem Ausdruck (16) auszuführen.
  • Als Nächstes wird die angenäherte Berechnungsverarbeitung der Abgaseffizienz Kex erläutert.
  • Zuerst wird im Ausdruck (13) die Abgaseffizienz Kex wie im nachfolgenden Ausdruck (20) gezeigt definiert.
  • Figure DE102013204684B4_0015
  • Im Ausdruck (20) werden die Abgastemperatur Tex und der Zylinderinnendruck Pin zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts zur Zeit der Berechnung der Einlasseffizienz Kin ermittelt und der angenommene Zylinderinnendruck Pex kann durch den Atmosphärendruck Pa ersetzt werden, aber es ist notwendig, das angenommene Restgasvolumen Vex neu zu berechnen.
  • Zusätzlich ist es auch notwendig, die Zylinderinnentemperatur Tin (siehe Ausdruck (19)) zu verwenden, die unter Verwendung der internen AGR-Rate Regr berechnet wird.
  • Entsprechend, um die Abgaseffizienz Kex ohne Verwendung der Zylinderinnentemperatur Tin zu berechnen, wird zuerst der Ausdruck (16) im Ausdruck (15) zugewiesen, wodurch der folgende Ausdruck (21) erhalten wird.
  • Figure DE102013204684B4_0016
  • Hier, wenn die Zylinderinnentemperatur Tin aus dem Ausdruck (19) unter Verwendung der Abgaseffizienz Kex repräsentiert wird, um die Zylinderinnentemperatur Tin zu eliminieren, resultiert der nachfolgende Ausdruck (22).
  • Figure DE102013204684B4_0017
  • Nachfolgend, wenn Ausdruck (22) im Ausdruck (21) zugewiesen wird, ergibt sich der nachfolgende Ausdruck (23).
  • Figure DE102013204684B4_0018
  • Gemäß Ausdruck (23) kann die Abgaseffizienz Kex aus dem Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv, dem Zylinderinnendruck Pin, dem Einlassverteilerdruck Pb, etc., ohne Verwendung der Zylinderinnentemperatur Tin erhalten werden.
  • Wenn die Abgaseffizienz Kex berechnet wird, wird die interne AGR-Rate Regr in die Lage versetzt, aus Ausdruck (15) berechnet zu werden und kann die Zylinderinnentemperatur Tin aus Ausdruck (19) berechnet werden.
  • Jedoch beinhaltet der Ausdruck (23) den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv, der eine unbekannte Größe ist, und daher kann er selbstverständlich nicht zur Steuerung des Motors 1 verwendet werden.
  • Entsprechend ist die Abgaseffizienz Kex vorab unter Verwendung des Ausdrucks (23) berechnet worden und wird die Abgaseffizienz Kex in einer approximierten Weise berechnet.
  • 7 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp [kPa] (eine Abszissenachse), der unter Verwendung des Ausdrucks (23) berechnet wird, und der Abgaseffizienz Kex (eine Ordinatenachse) zeigt.
  • Man beachte, dass 7 eine Ansicht ist, in der der Auslass-VVT 11 nicht berücksichtigt wird, wie in 6, so dass eine Anordnung nur mit dem Einlass-VVT 10 ohne Berücksichtigung des Auslass-VVT 11 ausgeführt wird.
  • Jedoch wird, anders als in 6, im Falle von 7 gezeigt, dass es eine Tendenz gibt, die ebenfalls mit dem Auslass-VVT 11 variiert.
  • Wie aus 7 klar, versteht sich, dass die Abgaseffizienz Kex eine sehr gute oder starke Beziehung mit dem Einlassverteilerdruck-Spitzenwert Pbp aufweist, bis dann, wenn Pbp = 45–95 [kPa] oder darum herum liegend, aber eine geschwächte oder arme Beziehung damit bei Pbp = 100 [kPa] oder darüber aufweist.
  • Entsprechend wird die Abgaseffizienz Kex einer linearen Approximation unterworfen und wird der geschwächte Bereich bei Pbp = 100 [kPa] oder darüber in einer separaten Weise korrigiert.
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp [kPa] (eine Abszissenachse) und der Abgaseffizienz Kex (einer Ordinatenachse) in dem Fall zeigt, bei dem ein Phasenwinkel ExVVT des Auslass-VVT 11 sich bei einem vorgegebenen Phasenwinkel InVVT des Einlass-VVT 10 geändert hat
  • Wie aus 8 klar, versteht sich, dass der Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp durch eine lineare Funktion in guter Weise approximiert werden kann, bis dann, wenn er etwa 45 bis 95 [kPa] beträgt.
  • 9 ist eine erläuternde Ansicht, die eine lineare Approximation der Beziehung zwischen dem Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp (eine Abszissenachse) und der Abgaseffizienz Kex (eine Ordinatenachse) in dem Fall zeigt, bei dem der Phasenwinkel InVVT des Auslass-VVT 10 und der Phasenwinkel ExVVT des Einlass-VVT 11 sich geändert haben.
  • 10 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Fehler (nachfolgend als ein Abgaseffizienzfehler bezeichnet) ΔKex zwischen dem Berechnungswert (7) des Abgases Kex und dem linearen Approximationswert (9) der Abgaseffizienz Kex zeigt, wobei eine Abszissenachse den Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp [kPa] repräsentiert, und eine Ordinatenachse den Abgaseffizienzfehler ΔKex repräsentiert.
  • Wie in 9 gezeigt, werden die Ergebnisse der ausgeführten linearen Approximation auch bei Phasenwinkeln InVVT des Einlass-VVT 10 und bei Phasenwinkeln ExVVT des Auslass-VVT 11, welche andere als die vorgegebenen Phasenwinkel derselben sind, erhalten.
  • Zusätzlich, wie in 10 gezeigt, ist der Abgaseffizienzfehler ΔKex im Wesentlichen konstant ohne Bezug auf die individuellen Phasenwinkel InVVT bzw. ExVVT.
  • Als Ergebnis kann die Abgaseffizienz Kex in einer guten Weise durch Korrigieren des linearen Approximationswerts unter Verwendung des Abgaseffizienzfehlers ΔKex berechnet werden, welcher der in 10 gezeigten polynominalen Approximation unterworfen worden ist.
  • Wie oben beschrieben, werden als eine Funktion der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 eine Berechnungsverarbeitung der Einlasseffizienz Kin und der Auslasseffizienz Kex und eine Berechnungsverarbeitung des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv und der internen AGR-Rate Regr unter Verwendung der Einlasseffizienz Kin und der Auslasseffizienz Kex durchgeführt.
  • Als Nächstes wird detailliert Bezug genommen auf die spezifische Verarbeitungsfunktion der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22, während Bezug genommen wird auf die 11 bis 14.
  • 11 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Berechnungsteil zeigt, der dazu dient, die Abgaseffizienz Kex zu berechnen. 12 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Berechnungsteil zeigt, der dazu dient, die interne AGR-Rate RAGR und die der Einlasseffizienz Kin zu berechnen. 13 ist ein Funktionsblockdiagramm, das einen Berechnungsteil zeigt, der dazu dient, den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv zu berechnen.
  • Zusätzlich ist 14 ein Funktionsblockdiagramm, das eine Gesamtkonstruktion der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 14 zeigt die individuellen Berechnungsteile (arithmetische Operationsinhalte) von 11 bis 13 in einer verständlichen Weise. Man beachte hier, dass in 14 die Blöcke mit denselben Funktionen wie in 11 bis 13 mit demselben Symbol versehen sind.
  • In 14 ist die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 ausgestattet mit: einem Abgaseffizienz-Berechnungsfaktoreinstellteil (einem Berechnungsverstärkungseinstellteil 401 und einem Berechnungsversatzeinstellteil 403); einem linearen Funktionsapproximationsteil (einem Multiplizierer 402 und einem Addierer 404); einem Kex-Korrekturbetragseinstellteil 405; einem Abgaseffizienzberechnungsteil (einem Addierer 406); einem internen AGR-Raten-Berechnungsteil (einem Teiler 501); einem Zylinderinnentemperaturberechnungsteil (Abgastemperatureinstellteile 502, 503); einem Einlasseffizienzberechnungsfaktoreinstellteil (einem Berechnungsverstärkungseinstellteil 504 und einem Berechnungsversatzeinstellteil 505); einem Linearfunktionsapproximationsteil (einem Druckverhältnisberechnungsteil 506); einem Einlasseffizienzberechnungsteil 507 und einem Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungsteil 601.
  • Zuerst wird der Berechnungsteil für die Abgaseffizienz Kex unter Bezugnahme auf 11 und 14 erläutert.
  • In 11 ist der Berechnungsteil für die Abgaseffizienz Kex versehen mit: dem Kex-Berechnungsverstärkungseinstellteil 401, der dazu dient, eine Kex-Berechnungsverstärkung einzustellen, basierend auf einem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und dem Phasenwinkel InVVT des Einlass-VVT 10; einem Kex-Berechnungsversatzeinstellteil 403, der dazu dient, einen Kex-Berechnungsversatz einzustellen, basierend auf dem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels InVVT des Einlass-VVT 10; einem Kex-Korrekturbetrageinstellteil 405, der dazu dient, einen Kex-Korrekturbetrag basierend auf einem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und eines Einlassverteilerdruckverhältnisses (Spitzenwert) Rpp einzustellen; dem Multiplizierer 402, der den eingestellten Wert der Kex-Berechnungsverstärkung mit dem Einlassverteilerdruckverhältnis (Spitzenwert) Rpp multipliziert; dem Addierer 404, der den eingestellten Wert des Kex-Berechnungsversatzes und das Ergebnis der Multiplikation des Multiplizierers 402 zueinander addiert; und dem Addierer 406, der die Abgaseffizienz Kex durch Addieren des eingestellten Wertes des Kex-Korrekturbetrags (ΔKex) zum Ergebnis der Addition des Addierers 404 berechnet.
  • Im Kex-Berechnungsverstärkungseinstellteil 401 und dem Kex-Berechnungsversatzeinstellteil 403 wird das Kennfeld der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels InWT des Einlass-VVT 10 weiterhin mehrfach für jeden Phasenwinkel ExVVT des Auslass-VVT 11 gesetzt.
  • Als Ergebnis davon ist es durch Interpolieren zwischen den Werten des oben erwähnten Kennfelds, basierend auf der Motordrehzahl Ne und den individuellen Phasenwinkeln InVVT und ExVVT, die im Verlauf der Steuerung des Motors 1 erhalten werden, möglich, die Kex-Berechnungsverstärkung und den Kex-Berechnungsversatz, die als die Koeffizienten oder Faktoren zum Berechnen der Abgaseffizienz Kex verwendet werden, zu berechnen.
  • Man beachte hier, dass als Kennfelddaten im Kex-Berechnungsverstärkungseinstellteil 401 und dem Kex-Berechnungsversatzeinstellteil 403 die Neigung und das Segment (siehe 8) der für die Motordrehzahl Ne und jeden der individuellen Phasenwinkel InWT und ExVVT berechneten linearen Approximation eingestellt werden.
  • Nachfolgend wird ein Referenzwert der Abgaseffizienz Kex mit einer Linearfunktionsapproximation gemäß den Berechnungsoperationen im Multiplizierer 402 und dem Addierer 404 berechnet.
  • Man beachte, dass in den Berechnungsoperationen von 11 das Einlassverteilerdruckverhältnis (Spitzenwert) Rpp, das durch Normalisieren des Einlassverteilerdruckspitzenwertes Pbp mit dem Atmosphärendruck Pa erhalten wird, als der Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp verwendet wird, aber stattdessen der Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp, so wie er vorliegt, verwendet werden kann.
  • Andererseits berechnet der Kex-Korrekturbetragseinstellteil 405 den Abgaseffizienzfehler ΔKex, der als der Kex-Korrekturbetrag verwendet wird, durch Verwenden der Kennfelddaten der Motordrehzahl Ne und des Einlassverteilerdruckverhältnisses (Spitzenwert) Rpp.
  • Der in 10 gezeigte Abgaseffizienzfehler ΔKex wird als die Kennfelddaten des Kex-Korrekturbetrags eingestellt.
  • Zuletzt berechnet der Addierer 406 die Abgaseffizienz Kex durch Addieren des Referenzwerts der Abgaseffizienz Kex, der mit der Linearfunktionsapproximation berechnet ist, zum Kex-Korrekturbetrag (= ΔKex).
  • Gemäß dem Obigen ist es möglich, die Abgaseffizienz Kex mit einfachen Berechnungsoperationen und einer kleinen Menge an Daten zu berechnen.
  • Als Nächstes wird der Berechnungsteil für die interne AGR-Rate Regr und die Einlasseffizienz Kin unter Bezugnahme auf 12 und 14 erläutert.
  • In 12 ist der Berechnungsteil für die interne AGR-Rate Regr und die Einlasseffizienz Kin versehen mit: dem Teiler 501, der die Abgaseffizienz Kex durch das Kompressionsverhältnis ε teilt; dem Abgastemperatureinstellteil 502, der dazu dient, die Abgastemperatur basierend auf einem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruckverhältnis (Spitzenwert) Rpp einzustellen; dem Zylinderinnentemperatur-Berechnungsteil 503, der dazu dient, die Zylinderinnentemperatur basierend auf dem Ergebnis der Teilung des Teilers 501, der Abgastemperatur Tex und der Einlassverteilertemperatur Tb zu berechnen; dem Pin-Berechnungsverstärkungseinstellteil 504, der dazu dient, eine Pin-Berechnungsverstärkung basierend auf dem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und dem Phasenwinkel InVVT des Einlass-VVT 10 einzustellen; dem Pin-Berechnungsversatzeinstellteil 505, der dazu dient, einen Pin-Berechnungsversatz basierend auf dem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und dem Phasenwinkel InVVT des Einlass-VVT 10 einzustellen; dem Druckverhältnisberechnungsteil 506, der dazu dient, ein Druckverhältnis basierend auf den eingestellten Werten der Pin-Berechnungsverstärkung und des Pin-Berechnungsversatzes aus dem Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp und den individuellen Einstellteilen 504, 505 zu berechnen; und dem Einlasseffizienzberechnungsteil 507, der dazu dient, die Einlasseffizienz basierend auf der Einlassverteilertemperatur Tb und den Berechnungsergebnissen (der Zylinderinnentemperatur Tin und dem Druckverhältnis Pin/Pbp) aus den individuellen Berechnungsteilen 503, 506 zu berechnen.
  • Als Erstes berechnet der Teiler 501 die interne AGR-Rate Regr unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (15), basierend auf der Abgaseffizienz Kex und dem Kompressionsverhältnis ε, welche durch den Berechnungsteil für die Abgaseffizienz Kex (11) berechnet worden ist, und der Abgastemperatureinstellteil 502 berechnet die Abgastemperatur Tex basierend auf dem Kennfeld der Motordrehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruckverhältnis (Spitzenverhältnis) Rpp.
  • Man beachte hier, dass es als die Kennfelddaten im Abgastemperatureinstellteil 502 notwendig ist, einen Messwert für jede Motordrehzahl Ne und jeden Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp einzustellen.
  • Alternativ, ohne Verwendung eines solchen Kennfeldes, kann die Abgastemperatur Tex unter Verwendung eines Indexes, wie etwa einer thermischen Effizienz, welche für die Motorsteuerung getrennt berechnet wird, berechnet werden, oder, noch einfacher, kann die Abgastemperatur Tex als ein fester Wert gesetzt werden (z. B. etwa 800 Grad C).
  • Nachfolgend berechnet der Zylinderinnentemperatur-Berechnungsteil 503 die Zylinderinnentemperatur Tin zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (19), basierend auf der internen AGR-Rate Regr und der Abgastemperatur Tex, die vorzugsweise vorberechnet sind, und der Einlassverteilertemperatur Tb, die getrennt gemessen wird.
  • Andererseits berechnen der Pin-Berechnungsverstärkungseinstellteil 504 und der Pin-Berechnungsversatzeinstellteil 505 die Pin-Berechnungsverstärkung Kgain bzw. den Pin-Berechnungsversatz Kofs, die verwendet werden als die Koeffizienten oder Faktoren zum Berechnen des Druckverhältnisses Pin/Pbp unter Verwendung der Kartendaten der Motordrehzahl Ne und des Phasenwinkels InVVT des Einlass-VVT 10.
  • Als Nächstes berechnet der Druckverhältnisberechnungsteil 506 das Druckverhältnis Pin/Pbp unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (18), basierend auf dem Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp, der Pin-Berechnungsverstärkung Kgain und dem Pin-Berechnungsversatz Kofs.
  • Schließlich berechnet der Einlasseffizienzberechnungsteil 507 die Einlasseffizienz Kin unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (18), basierend auf der Zylinderinnentemperatur Tin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, der Einlassverteilertemperatur Tib und dem Druckverhältnis Pin/Pbp.
  • Als Nächstes wird der Berechnungsteil für den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv unter Bezugnahme auf 13 und 14 erläutert.
  • In 13 ist der Berechnungsteil für den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv mit dem Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungsteil 601 ausgestattet.
  • Der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungsteil 601 berechnet den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (15), basierend auf der durch den Berechnungsteil für die Abgaseffizienz Kex berechneten Abgaseffizienz Kex (11), dem durch den Berechnungsteil für die interne AGR-Rate Regr und der Einlasseffizienz Kin berechneten Einlasseffizienz Kin (12) und dem Kompressionsverhältnis ε.
  • Auf diese Weise können der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv und die interne AGR-Rate Regr in der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 in der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 berechnet werden.
  • Wie oben beschrieben, ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform (1 bis 14) der vorliegenden Erfindung, die zum Abschätzen der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) und der internen AGR-Rate Regr des mit dem Einlassverteiler 6 (Einlasskrümmer) an einem Ort stromabwärts der Steuerdrossel 4 (Drosselventil) verbundenen Motors 1 (des Innenverbrennungsmotors) versehen mit: der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit), die den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) berechnet, der ein Index ist, der eine aus dem Einlassrohr in den Zylinder kommende Luftmenge anzeigt; der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 (der Zylindereinlassluftmengenabschätzeinheit), die eine Menge an tatsächlich in den Zylinder eingesaugter Luft unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswertes abschätzt; und der internen AGR-Raten-Schätzeinheit (ECU 20), welche die interne AGR-Rate Regr basierend auf einer internen Variable zum Berechnen des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswertes abschätzt.
  • Die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit) (13 und 14) berechnet den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert), basierend auf der Abgaseffizienz Kex, die ein Index ist, der eine Menge an Restgas anzeigt, das im Zylinder verbleibt, wobei das Abgas nach Verbrennung nicht in den Abgaskrümmer 13 (Abgasrohr) aus dem Inneren des Zylinders abgegeben wird und der Einlasseffizienz Kin, die ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die aus dem Einlassrohr in den Zylinder gelangt, außer hinsichtlich der Menge an Restgas.
  • Zusätzlich berechnet die interne AGR-Raten-Abschätzeinheit (12 und 14) die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Abgaseffizienz Kex.
  • Gemäß der obigen Konstruktion werden der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Einlasseffizienz Kin, welche die Menge an frischer Einlassluft repräsentiert, und der Abgaseffizienz Kex, welche die Menge an Restgas repräsentiert, berechnet, so dass es möglich wird, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die interne AGR-Rate Regr mit einem hohen Genauigkeitsgrad in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 1 zu berechnen.
  • Zusätzlich ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen mit: dem AFS 2 (einer Einlassluftmengen-Detektionseinheit), der auf der stromaufwärtigen Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 (Drosselventil) angeordnet ist und zum Detektieren einer Menge an Einlassluft dient, welche das Drosselventil passiert und in den Motor 1 (den Innenverbrennungsmotor) eingesaugt wird; und dem physikalischen Modell, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems bis dann, wenn die das Drosselventil passiert habende Luft in den Zylinder gelangt, modelliert.
  • In diesem Fall schätzt die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 (die Zylindereinlassluftmengen-Schätzeinheit) die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n), die tatsächlich in den Zylinder eingesaugt wird, basierend auf der Menge an Einlassluft, dem Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (dem Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und dem physikalischen Modell ab.
  • Gemäß der oben erwähnten Konstruktion wird bei der Messung der Menge an Einlassluft mittels des AFS 2 die Zylindereinlassluftmenge unter Verwendung des vereinfachten physikalischen Modells und des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv (des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswertes) berechnet, so dass es möglich wird, die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) bis zu einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in geeigneter Weise mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnung oder Computerlast abzuschätzen.
  • Zusätzlich berechnet die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit) (13, 14) den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) unter Verwendung des Ausdrucks (15), basierend auf der Einlasseffizienz Kin, der Abgaseffizienz Kex und dem Kompressionsverhältnis ε, und berechnet die interne AGR-Raten-Schätzeinheit (12), die interne AGR-Rate Regr durch Verwenden des Ausdrucks (15), basierend auf der Abgaseffizienz Kex und dem Kompressionsverhältnis ε.
  • Gemäß der oben erwähnten Konstruktion werden der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate Regr mittels Ausdruck (15) berechnet, so dass es möglich wird, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die interne AGR-Rate basierend auf einer theoretischen Erwägung mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Darüber hinaus wird die Einlasseffizienz Kin unter Verwendung des Ausdrucks (16), basierend auf dem Zylinderinnendruck Pin [kPa] und einem Einlassrohrinnendruck Pb [kPa] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wie auch die Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und eine interne Einlassrohrtemperatur Tb [Grad K] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts berechnet.
  • Entsprechend der oben erwähnten Konstruktion wird die Einlasseffizienz Kin mittels Ausdruck (16) berechnet, so dass es möglich wird, die Einlasseffizienz Kin basierend auf einer theoretischen Erwägung mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Weiterhin wird das Druckverhältnis Pin/Pb (Pin/Pbp) zwischen dem Zylinderinnendruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts und dem internen Einlassdruck Pb (dem internen Einlassrohrdruck) zu der Zeit, die für die Berechnung der Einlasseffizienz Kin verwendet wird, als lineare Funktion des internen Einlassrohrdrucks Pb approximiert.
  • Gemäß der oben erwähnten Konstruktion, da das Druckverhältnis Pin/Pb im Ausdruck (16) als eine lineare Funktion des internen Einlassrohrdruckes approximiert wird, wird es möglich, die Einlasseffizienz in einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in geeigneter Weise mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Computer- oder Rechenlast abzuschätzen.
  • Weiterhin wird die Abgaseffizienz Kex unter Verwendung des Ausdrucks (20), basierend auf einem Zylindertotraum (einem Volumen der Verbrennungskammer im Zylinder zur Zeit eines oberen Totpunkts) Vmin [cm3] dem Restgasvolumen Vex [cm3], dem Zylinderinnendruck Pin [kPa] und einem internen Auspuffrohrdruck Pex [kPa] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wie auch die Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und der Abgastemperatur Tex [Grad K] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts berechnet.
  • Gemäß der oben erwähnten Konstruktion wird die Abgaseffizienz Kex mittels Ausdruck (20) berechnet, so dass es möglich wird, die Abgaseffizienz Kex basierend auf einer theoretischen Erwägung mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Zusätzlich wird die Abgaseffizienz Kex als eine lineare Funktion des Einlassverteilerdrucks Pb (der interne Einlassrohrdruck) approximiert, so dass es möglich wird, die Abgaseffizienz mit einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in geeigneter Weise abzuschätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einem kleinen Betrag an Computer- oder Rechenlast.
  • Weiterhin wird der Einlassverteilerdruck-Spitzenwert Pbp (der Maximalwert des internen Einlassrohrdrucks) zwischen vorgegebenen Kurbelwinkeln des Motors 1 (des Innenverbrennungsmotors) als der Einlassverteilerdruck Pb (der interne Einlassrohrdruck) verwendet, so dass es möglich wird, den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in der Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor, der mit dem Einlass-VVT 10 und dem Auslass-VVT (einem variablen Ventilantriebsmechanismus) versehen ist, der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Einlasseffizienz Kin, die die Menge an frischer Einlassluft repräsentiert, und der Abgaseffizienz Kex, die die Menge an Restgas repräsentiert, berechnet, als Ergebnis wovon es möglich wird, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die internen AGR-Rate anhand eines Betriebszustandes des Innenverbrennungsmotors mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
  • Darüber hinaus ist es durch Berechnen des vereinfachten physikalischen Modells des Einlasssystems und des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors, der für das vereinfachte physikalische Modell in einer approximierten Weise verwendet wird, möglich, die Zylindereinlassluftmenge und die Menge an interner AGR auf einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in einer geeigneten Weise mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnungs- oder Computerlast ohne das Erfordernis riesiger Speicherkapazität, abzuschätzen.
  • Das heißt, dass der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Abgaseffizienz Kex (einer linearen Funktion des internen Einlassrohrdrucks), die ein Index ist, der die Menge an in dem Zylinder verbleibenden Restgas anzeigt, wobei das Abgas nach Verbrennung nicht aus dem Inneren des Zylinders zu einem Abgaskrümmer 13 (Auspuffrohr) abgegeben wird, und der Einlasseffizienz Kin (einer linearen Funktion des internen Einlassrohrdrucks), die ein Index ist, der die Menge an Luft, die aus dem Einlassverteiler 6 (Einlassrohr) in den Zylinder gelangt, außer bezüglich Restgas, berechnet. Als Ergebnis ist es möglich, eine Abschätzung mit einem hohen Genauigkeitsgrad unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten vorzunehmen.
  • Zweite Ausführungsform
  • Man beachte hier, dass in der oben erwähnten ersten Ausführungsform (1 und 2) ein Beispiel der Konstruktion eines AFS-Systems gezeigt wird, in welchem im mit dem Einlass-VVT 10 und dem Auslass VVT 11 versehenen Motor 1 eine Luftmenge mittels des AFS 2, der an der stromaufwärtigen Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 im Einlassrohr angeordnet ist, gemessen wird, stattdessen aber eine Konstruktion eines S/D-(Geschwindigkeit/Dichte)Verfahrens eingesetzt werden kann, in welchem ein Einlassverteilerdrucksensor 7 zum Messen eines Einlassverteilerdrucks Pb (interner Einlassrohrdruck) im Motor 1 vorgesehen ist, wie in 15 und 16 gezeigt, ohne Verwendung des AFS 2, so dass die Menge an in einen Zylinder eingesaugter Luft aus dem Einlassverteilerdruck Pb, welcher durch den Einlassverteilerdrucksensor 7 gemessen wird, und der Motordrehzahl Ne abgeschätzt wird.
  • 15 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine internen AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 16 ist eine Blockkonstruktionsansicht, welche schematisch einen Motor und einen Motorsteuerteil gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In 15 und 16 werden zu jenen in der oben erwähnten ersten Ausführungsform (siehe 1 und 2) ähnliche Teile durch dieselben Bezugszeichen wie jene in der oben erwähnten ersten Ausführungsform bezeichnet, und wird an jene Teile, die den oben erwähnten an einem Ort entsprechen, ein ”A” an jedes Zeichen angehängt.
  • Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat viele gemeinsame Punkte mit der oben erwähnten ersten Ausführungsform und wird daher mit Fokus auf den Unterschieden gegenüber der ersten Ausführungsform (1 und 2) beschrieben.
  • In 15 und 16 ist der Unterschied gegenüber 1 und 2 nur, dass der AFS 2 zum Messen der Menge an Einlassluft nicht auf der stromaufwärtigen Seite des Einlasssystems des Motors 1 angeordnet ist.
  • In 15 ist im Einlasssystem des Motors 1 eine elektronische Steuerdrossel 4 angeordnet, welche zum Regulieren der Menge an Einlassluft elektronisch gesteuert wird.
  • Zusätzlich ist ein Drosselpositionssensor 3 zum Messen des Öffnungsgrads der elektronischen Steuerdrossel 4 an der elektronischen Steuerdrossel 4 montiert.
  • Weiterhin ist an der stromabwärtigen Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 der Einlassverteilerdrucksensor 7, der zum Messen eines Drucks (eines Einlassverteilerdrucks Pb) in einem Raum (einem Einlassverteiler) einschließlich des Inneren eines Drucktanks 5 und eines Einlassverteilers 6 dient, und ein Einlasstemperatursensor 8, der zum Messen einer Temperatur (einer Einlassverteilertemperatur Tb) im Einlassverteiler dient, angeordnet.
  • Ein Injektor 9 zum Einspritzen von Kraftstoff ist im Einlassverteiler 6 in der Umgebung des Einlassventils angeordnet, und ein Einlass-VVT 10 und ein Auslass-VVT 11, die dazu dienen, das Ventil-Timing der Einlass- und Auslassventile variabel zu machen, sind am Einlassventil bzw. dem Auslassventil angebracht.
  • Zusätzlich ist eine Zündspule 12 zum Antreiben einer Zündkerze zum Erzeugen eines Funkens innerhalb eines Zylinders in einem Zylinderkopf angeordnet. Darüber hinaus sind in einem Abgaskrümmer 13 ein O2-Sensor (nicht gezeigt) zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf eine Mischung und ein Katalysator (nicht gezeigt) zum Reinigen des Abgases vorgesehen.
  • In 16 werden der Öffnungsgrad der elektronischen Steuerdrossel 4, gemessen durch den Positionssensor 3, der durch den Einlassverteilerdrucksensor 7 gemessene Einlassverteilerdruck Pb, die durch den Einlasstemperatursensor 8 gemessene Einlassverteilertemperatur Tb und ein durch einen Atmosphärendrucksensor 14 gemessene Atmosphärendruck Pa an einer ECU 20A eingegeben.
  • Man beachte hier, dass anstelle des Atmosphärendrucksensors 14 zum Messen des Atmosphärendrucks Pa eine Einheit zum Abschätzen des Atmosphärendrucks Pa verwendet werden kann, oder ein in die ECU 20A eingebauter Atmosphärendrucksensor verwendet werden kann.
  • Zusätzlich wird außer dem obigen eine Vielzahl von Arten von Messwerten auch aus verschiedenen Arten von Sensoren (ein unillustrierter Gaspedal-Öffnungssensor, ein unillustrierter Kurbelwinkelsensor usw.) an der ECU 20A eingegeben.
  • In einer Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21A (deren Details später zu beschreiben sind) in der ECU 20A wird eine Zylindereinlassluftmenge aus dem durch den Einlassverteilerdrucksensor 7 gemessenen Einlassverteilerdruck Pb berechnet.
  • Die ECU 20A treibt und steuert den Injektor 9 und die Zündspule 12 basierend auf der Zylindereinlassluftmenge, die durch die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21a berechnet wird, an.
  • Zusätzlich berechnet die ECU 20A ein Zieldrehmoment, basierend auf einer Vielzahl von Arten von Eingangsinformationen (Öffnungsgrad des Gaspedals etc.) und berechnet auch eine Zielzylindereinlassluftmenge zum Erzielen des derart berechneten Zieldrehmoments. Die ECU 20A berechnet weiter eine Zieldrosselöffnung, einen Zieleinlass-VVT-Phasenwinkel und einen Zielauslass-VVT-Phasenwinkel, um so die Ziel-Zylindereinlassluftmenge zu erzielen, und steuert den Öffnungsgrad der elektronischen Steuerdrossel 4 und der individuellen Phasenwinkel InVVT und ExVVT des Einlass-VVT 10 und des Auslass-VVT 11 so, dass diese Zielwerte erreicht werden können. Darüber hinaus steuert die ECU 20A bedarfsweise eine Vielzahl von Arten von anderen Aktuatoren, die nicht illustriert sind.
  • Als Nächstes wird detailliert Bezug genommen auf die Funktion der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21A, das heißt ein physikalisches Modell des Einlasssystems zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge aus dem durch den Einlassverteilerdrucksensor 7 gemessenen Einlassverteilerdruck Pb, unter Bezugnahme auf 15.
  • Eine Formel zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) gemäß dem G/D-Verfahren verwendet im Wesentlichen die Frischluftdichte und den Durchschnittswert ρb(n) derselben für einen Hub innerhalb des Einlassverteilers im oben erwähnten Ausdruck (2) und wird weiter durch den nachfolgenden Ausdruck (24) unter Verwendung des Einlassverteilerdrucks Pb(n) und der Einlassverteilertemperatur Tb(n) gemäß einer Zustandsgleichung (P = ρRT) repräsentiert.
  • Figure DE102013204684B4_0019
  • Man beachte, dass hier die Definition jeder physikalischen Größe im Ausdruck (24) die gleiche wie diejenige in der oben erwähnten ersten Ausführungsform ist.
  • Im Falle des G/D-Verfahrens wird kein AFS 2 verwendet und daher kann die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) nicht gemessen werden. Entsprechend ist es möglich, einen Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv durch Verwenden eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das durch den nachfolgenden Ausdruck (25) repräsentiert wird, zur Zeit der Adaption der Motorsteuerkonstanten zu berechnen.
  • Figure DE102013204684B4_0020
  • Im Ausdruck (25) ist Qf(n) eine Menge an Kraftstoffeinspritzung und kann üblicherweise unter Verwendung der Fluss-Charakteristik des Injektors 9 und der Antriebsimpulsbreite des Injektors 9 berechnet werden.
  • Als Nächstes wird im Detail Bezug genommen auf eine Verarbeitungsprozedur zum Erzielen des Ausdrucks (24) innerhalb der ECU 20A, d. h. eine Prozedur zum Ausführen der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21A innerhalb der Unterbrechungsverarbeitung (zum Beispiel B05-Verarbeitung) bei jedem vorgegebenen Kurbelwinkel, während auf ein in 17 gezeigtes Flussdiagramm Bezug genommen wird.
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das die Berechnungsverarbeitung der Zylindereinlassluftmenge gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die individuellen Schritte 702 bis 704 den oben erwähnten individuellen Schritten 302, 301 bzw. 306 (3) entsprechen.
  • In 17 berechnet zuerst die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21A einen Durchschnittswert des Einlassverteilerdrucks Pb(n) [kPa] für einen Hub (Schritt 701).
  • Um die Berechnungsverarbeitung von Schritt 701 zu erreichen, ist es beispielsweise lediglich notwendig, die Ausgangsspannung des Einlassverteilerdrucksensors 7 bei Abtastung alle 1,25 ms zu integrieren und einen integrierten Wert der Ausgangsspannung von der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zur aktuellen Unterbrechungsverarbeitung durch die Anzahl von Malen oder die Frequenz der Integration zu teilen. Als Ergebnis davon ist es möglich, den Einlassverteilerdruck-Durchschnittswert Pb(n) [kPa] für einen Hub zu berechnen.
  • Nachfolgend wird der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n) berechnet (Schritt 702).
  • Die Verarbeitung von Schritt 702 entspricht einer Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A und ein Berechnungsteil für den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv(n) in der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A führt dieselbe Berechnungsverarbeitung wie die oben erwähnte aus (siehe 13).
  • Nachfolgend wird eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] durch den Ausdruck (24) berechnet (Schritt 703) und schließlich wird die in 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] bei einem hohen Genauigkeitsgrad mittels einer einfachen Berechnungsverarbeitung unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv(n) durchzuführen.
  • Als Ergebnis davon ist es im oben erwähnten AFS-Verfahren und auch im 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 durchzuführen.
  • Zusätzlich ist es durch ungefähres Berechnen des Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktors Kv, der für den Prozess der Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge erforderlich ist, möglich, den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv bis zu einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in einer geeigneten Weise zu berechnen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Rechen- oder Computerlast, ohne dass eine riesige Speicherkapazität erforderlich ist, und es ist gleichzeitig möglich, auch eine interne AGR-Rate Regr zu berechnen.
  • Wie oben beschrieben, ist die Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform (15 bis 17) der vorliegenden Erfindung, die zum Abschätzen der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) und der internen AGR-Rate Regr des Motors 1 (des Innenverbrennungsmotors), der mit dem Einlassverteiler 6 (dem Einlassrohr) an einem Ort stromabwärts der elektronischen Steuerdrossel 4 (der Drosselklappe) verbunden ist, dient, versehen mit: der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A (einer Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit), die den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) berechnet, der ein Index ist, der die Menge an in den Zylinder aus dem Einlassrohr gelangenden Luft anzeigt; der Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21A (einer Zylindereinlassluftmengen-Schätzeinheit), die eine Menge an tatsächlich in den Zylinder eingesaugter Luft unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts abschätzt; und einer interne AGR-Raten-Schätzeinheit (die ECU 20A), die die interne AGR-Rate Regr basierend auf einer internen Variable zum Berechnen des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts abschätzt.
  • Die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A (die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit) berechnet den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) basierend auf einer Abgaseffizienz Kex, die ein Index ist, der eine Menge an Restgas, das im Zylinder bleibt, anzeigt, wobei das Abgas nach Verbrennung nicht aus dem Inneren des Zylinders in den Abgaskrümmer 13 (das Abgasrohr) abgegeben wird, und einer Einlasseffizienz Kin, die ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die aus dem Einlassrohr in den Zylinder gelangt, außer bezüglich der Menge an Restgas.
  • Zusätzlich berechnet die interne AGR-Raten-Schätzeinheit die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Abgaseffizienz Kex.
  • Gemäß der oben erwähnten Konstruktion werden der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Einlasseffizienz Kin, die eine Menge an frischer Einlassluft repräsentiert, und der Abgaseffizienz Kex, die die Menge an Restgas repräsentiert, berechnet, so dass es möglich wird, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die interne AGR-Rate Regr mit einem hohen Genauigkeitsgrad anhand des Betriebszustands des Motors 1 zu berechnen.
  • Zusätzlich ist die Abschätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Einlassverteilerdrucksensor 7 (einer Einlassrohrinnendruck-Detektionseinheit), die zum Detektieren des Drucks im Einlassrohr als dem Einlassverteilerdruck Pb (dem Einlassrohrinnendruck) dient, versehen.
  • In diesem Fall schätzt die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21A (die Zylindereinlassluftmenge-Schätzeinheit) die Menge an tatsächlich im Zylinder eingesaugter Luft, basierend auf dem Einlassrohrinnendruck und dem Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (dem Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) ab.
  • Gemäß der oben erwähnten Konstruktion wird bei der Messung der Menge an Einlassluft mittels des S/D-Verfahrens die Zylindereinlassluftmenge unter Verwendung des vereinfachten physikalischen Modells und des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts berechnet, wo dass es möglich wird, die Zylindereinlassluftmenge auf einem hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors in einer geeigneten Weise mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer geringen Berechnungs- und Computerlast abzuschätzen.
  • Darüber hinaus berechnet die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit 22A (die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit) den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) unter Verwendung des Ausdrucks (15), basierend auf der Einlasseffizienz Kin, der Abgaseffizienz Kex und dem Kompressionsverhältnis ε, und berechnet die interne AGR-Raten-Schätzeinheit (12) die interne AGR-Rate Regr unter Verwendung des Ausdrucks (15), basierend auf der Abgaseffizienz Kex und dem Kompressionsverhältnis ε. Als Ergebnis wird es möglich, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die interne AGR-Rate basierend auf einer theoretischen Erwägung mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Weiterhin wird die Einlasseffizienz Kin unter Verwendung des Ausdrucks (16), basierend auf einem Zylinderinnendruck Pin [kPa] und einem internen Einlassrohrdruck Pb [kPa] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wie auch einer Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und einer internen Einlassrohrtemperatur Tb [Grad K] zum Zeitpunkt des Endes des Ansaugtakts berechnet. Als Ergebnis wird es möglich, die Einlasseffizienz Kin basierend auf einer theoretischen Erwägung mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Weiterhin wird ein Druckverhältnis Pin/Pb (Pin/Pbp) zwischen dem Zylinderinnendruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtakts und dem Einlassverteilerdruck Pb (Einlassrohrinnendruck) zu der Zeit, das für den Ausdruck (16) zur Zeit der Berechnung der Einlasseffizienz Kin verwendet wird, als eine lineare Funktion des internen Einlassrohrdruckes approximiert. Als Ergebnis wird es möglich, die Einlasseffizienz auf einen hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in einer geeigneten Weise mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Computer- oder Berechnungslast abzuschätzen.
  • Zusätzlich wird die Abgaseffizienz Kex unter Verwendung des Ausdrucks (20), basierend auf einem Zylindertotraum (einem Volumen der Verbrennungskammer im Zylinder am oberen Totpunkt) Vmin [cm3], einem Restgasvolumen Vex [cm3], dem Zylinderinnendruck Pin [kPa] und einem Abgasrohrinnendruck Pex [kPa] zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wie auch der Zylinderinnentemperatur Tin [Grad K] und einer Abgastemperatur Tex [Grad K] zur Zeit des Endes des Ansaugtaktes, berechnet. Als Ergebnis wird es möglich, die Abgaseffizienz Kex basierend auf einer theoretischen Erwägung mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Darüber hinaus wird die Abgaseffizienz Kex als eine lineare Funktion des Einlassverteilerdrucks Pb (des internen Einlassrohrdrucks) approximiert, so dass es möglich wird, die Abgaseffizienz auf einen hinreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in einer geeigneten Weise abzuschätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Computer- oder Berechnungslast.
  • Weiterhin wird ein Einlassverteilerdruckspitzenwert Pbp (ein Maximalwert des internen Einlassrohrdrucks) zwischen vorgegebenem Kurbelwinkel des Motors 1 (dem Innenverbrennungsmotor) als Einlassverteilerdruck Pb (dem internen Einlassrohrdruck) verwendet, so dass es möglich ist, den Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) mit einem hohen Genauigkeitsgrad abzuschätzen.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in der Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor, der mit einem Einlass-VVT 10 und einem Auslass-VVT (einem variablen Ventilantriebsmechanismus) versehen ist, der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate RAGR basierend auf der Einlasseffizienz Kin, die die Menge an Frischeinlassluft repräsentiert, und der Abgaseffizienz Kex, welche die Menge an Restgas repräsentiert, berechnet, als Ergebnis wovon es möglich ist, den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und die interne AGR-Rate anhand eines Betriebszustandes des Innenverbrennungsmotors mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen.
  • Darüber hinaus, indem das vereinfachte physikalische Modell des Einlasssystems und der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor berechnet wird, der im vereinfachten physikalischen Modell in einer angemessenen Weise verwendet wird, ist es möglich, die Zylindereinlassluftmenge und die Menge an interner AGR auf einen ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 in einer geeigneten Weise abzuschätzen, mit einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnungs- oder Computerlast, ohne eine riesige Speicherkapazität zu verlangen.
  • Das heißt, dass der Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor Kv (der Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert) und die interne AGR-Rate Regr basierend auf der Abgaseffizienz Kex (einer linearen Funktion des internen Einlassrohrdrucks), die ein Index ist, der die Menge an in dem Zylinder verbleibenden Restgas anzeigt, wobei das Abgas nach Verbrennung nicht aus dem Inneren des Zylinders an den Abgaskrümmer 13 (das Auspuffrohr) abgegeben wird, und der Einlasseffizienz Kin (einer linearen Funktion des internen Einlassrohrdrucks), die ein Index ist, der die Menge an Luft anzeigt, die aus dem Einlassverteiler 6 (dem Einlassrohr) in den Zylinder gelangt, außer dem Restgas berechnet werden, als Ergebnis wovon es möglich ist, eine Abschätzung mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch die Verwendung einer kleinen Anzahl von Adaptionskonstanten vorzunehmen.
  • Während die Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Geistes uns Schutzumfangs der anhängigen Ansprüche praktiziert werden kann.

Claims (9)

  1. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor, die zum Abschätzen einer Menge an in einen Zylinder eingesaugter Einlassluft und einer internen AGR-Rate (Regr) in dem Innenverbrennungsmotor (1), der mit einem Einlassrohr an einem Ort stromabwärts einer Drosselklappe (4) verbunden ist, dient, wobei die Schätzvorrichtung umfasst: eine Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit (22, 22A), welche einen Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) berechnet, der ein Index ist, der eine Menge von in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommender Luft anzeigt; eine Zylindereinlassluftmengen-Schätzeinheit (21, 21A), die eine Menge von tatsächlich in den Zylinder eingesaugter Luft (Qc(n)T(n)) unter Verwendung des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts (Kv) abschätzt; und eine interne AGR-Raten-Abschätzeinheit (20, 20A), welche die interne AGR-Rate (Regr), basierend auf einer internen Variablen zum Berechnen des Volumetrikeffizienz-Entsprechungswerts abschätzt; wobei die Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit (22, 22A) den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) basierend auf einer Abgaseffizienz (Kex), die ein Index ist, der eine Menge an Restgas, das ein Abgas nach Verbrennung ist, das im Zylinder verbleibt, ohne aus dem Zylinder an ein Abgasrohr abgegeben zu werden, anzeigt, und einer Einlasseffizienz (Kin), die ein Index ist, der eine in den Zylinder aus dem Einlassrohr kommende Luftmenge, ausschließlich des Restgases, anzeigt, berechnet; und die interne AGR-Raten-Schätzeinheit (20, 20A) die interne AGR-Rate (Regr) basierend auf der Abgaseffizienz (Kex) berechnet.
  2. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: eine Einlassluftmengen-Detektionseinheit (2), die an der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe (4) angeordnet ist, und zum Detektieren einer Menge an Einlassluft, die die Drosselklappe (4) passiert und in den Innenverbrennungsmotor (1) eingesaugt wird, dient; und ein physikalisches Modell, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems, bis die die Drosselklappe (4) passiert habende Luft in den Zylinder gelangt, modelliert; wobei die Zylindereinlassluftmengenberechnung (21) die Luftmenge (Qc(n)T(n)), die tatsächlich in den Zylinder eingesaugt wird, basierend auf der Menge an Einlassluft, dem Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) und dem physikalischen Modell abschätzt.
  3. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: eine Einlassrohrinnendruck-Detektionseinheit (7), die zum Detektieren eines Drucks in dem Einlassrohr als einem internen Einlassrohrdruck (P) dient; wobei die Zylindereinlassluftmengenberechnung (21A) die Menge an Einlassluft (Qc(n)T(n)), die tatsächlich in den Zylinder eingesaugt wird, basierend auf dem internen Einlassrohrdruck (Pb) und dem Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) abschätzt.
  4. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Volumetrikeffizienz-Korrekturfaktor-Berechnungseinheit (22A) den Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert (Kv) unter Verwendung des nachfolgenden Ausdrucks (1) berechnet Kv = Kin·( ε / ε – 1 – Kex· 1 / ε – 1) (1) basierend auf der Einlasseffizienz (Kin) und der Abgaseffizienz (Kex) und einem Kompressionsverhältnis (ε); und die interne AGR-Raten-Abschätzeinheit (20, 20A) die interne AGR-Rate (Regr) unter Verwendung des folgenden Ausdrucks (2)
    Figure DE102013204684B4_0021
    basierend auf der Abgaseffizienz (Kex) und dem Kompressionsverhältnis (ε) berechnet.
  5. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 4, wobei die Einlasseffizienz (Kin) unter Verwendung des nachfolgenden Ausdrucks (3) berechnet wird
    Figure DE102013204684B4_0022
    basierend auf dem Zylinderinnendruck (Pin [kPa]) und einem internen Einlassrohrdruck (Pb [kPa]) zur Zeit des Endes des Ansaugtakts, wie auch einer Zylinderinnentemperatur (Tin [Grad K]) und einer internen Einlassrohrtemperatur (Tb [Grad K]) zur Zeit des Endes des Ansaugtakts.
  6. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 5, wobei ein Druckverhältnis (Pin/Pb) zwischen dem Zylinderinnendruck (Pin) und dem internen Einlassrohrdruck (Pb) zur Zeit des Endes eines Ansaugtakts, das für die Berechnung der Einlasseffizienz (Kin) verwendet wird, als eine lineare Funktion des internen Einlassrohrdrucks (Pb) approximiert wird.
  7. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 4, wobei die Abgaseffizienz (Kex) unter Verwendung des folgenden Ausdrucks (4) berechnet wird
    Figure DE102013204684B4_0023
    basierend auf einem Zylindertotraum (einem Volumen der Verbrennungskammer in dem Zylinder zur Zeit des oberen Totpunkts) (Vmin [ccm]), einem Restgasvolumen (Vex [ccm]), einem Zylinderinnendruck (Pin [kPa]) und einem internen Abgasrohrdruck (Pex [kPa]) zur Zeit des Endes eines Ansaugtakts, wie auch einer Zylinderinnentemperatur (Tin [Grad K]) und einer Auslasstemperatur (Tex [Grad K]) zur Zeit des Endes des Ansaugtakts berechnet wird.
  8. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß Anspruch 7, wobei die Abgaseffizienz (Kex) als eine lineare Funktion des internen Einlassrohrdrucks (Pb) approximiert wird.
  9. Schätzvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge und eine interne AGR-Rate in einem Innenverbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein Maximalwert des internen Einlassrohrdrucks zwischen vorgegebenen Kurbelwinkeln des Innenverbrennungsmotors (1) als der interne Einlassrohrdruck verwendet wird.
DE102013204684.7A 2012-03-19 2013-03-18 Schätzvorrichtung für die Einlassluftmenge und interne Agr-Rate in einem Innenverbrennungsmotor Active DE102013204684B4 (de)

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