DE102013209560A1

DE102013209560A1 - Zylinderansaugluftmengen-Schätzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013209560A1
Application number: DE102013209560.0A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN103670748B; DE102013209560B4; US20140067287A1; CN103670748A; JP5496289B2; JP2014047760A; US9389141B2

Abstract

Eine Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor kann Berechnungen in Echtzeit mit hoher Genauigkeit und einer kleinen Anzahl von Anpassungskonstanten durchführen. Die Vorrichtung enthält ein AFS, eine volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit, die einen volumetrischen Effizienzentsprechungsfaktor berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die in einen Zylinder eintritt, ein physikalisches Modell, das eine Antwortverzögerung eines Ansaugsystems modelliert, und eine Einheit, die eine Zylinderansaugluftmenge berechnet, die tatsächlich in den Zylinder gesaugt wird, unter Verwendung der Ansaugluftmenge, des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors und des physikalischen Modells. Der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor, der zur Berechnung der in den Zylinder gesaugten Luftmenge benötigt wird, durch ein Antwortverzögerungsmodell des Ansaugsystems, wird berechnet unter Verwendung der Ansaugluftmenge, einer Ansaugkrümmerdichte und eines Ansaugkrümmerdichte-Änderungsbetrags.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der mit einem VVT-(variable Ventilsteuerung, Engl.: variable valve timing)Mechanismus ausgestattet ist, und spezieller eine Schätzvorrichtung für eine Zylinder-Ansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die dazu dient, eine Menge von Ansaugluft in einem Zylinder mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Beschreibung des Stands der Technik
Um einen Motor auf eine geeignete Weise zu steuern, ist es im Allgemeinen wichtig, eine in einen Zylinder zu saugende Luftmenge mit hoher Genauigkeit zu berechnen und eine Kraftstoffsteuerung und Zündzeitsteuerung (Zündeinstellungssteuerung) entsprechend der Luftmenge, die in den Zylinder gesaugt wurde, auszuführen.
Hinsichtlich der Kraftstoffsteuerung, wenn der Kraftstoff auf eine Rückkopplungsweise (Feedbackweise) gesteuert werden kann, so dass eine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis hinsichtlich der in den Zylinder gesaugten Ansaugluftmenge (nachstehend auch als Zylinder-Ansaugluftmenge bezeichnet) bereitzustellen, wird im Allgemeinen eine gute Steuerbarkeit erhalten.
Andererseits gibt es hinsichtlich der Zündzeitsteuerung ein Bedürfnis, die Zündzeitsteuerung zu einem Zündwinkel zu steuern (MBT: Minimaler Zündwinkel für bestes Drehmoment), um eine maximale Ausgangsleistung des Motors bereitzustellen entsprechend nicht nur einer Motordrehgeschwindigkeit und einer in einen Zylinder gesaugten Ansaugluftmenge, sondern auch anderer Faktoren, enthaltend zum Beispiel die Temperatur des Motors, die Situation des Auftretens eine Klopfens, die Kraftstoffeigenschaft und der EGR-Rate (Abgasrückführung, engl. exhaust gas recirculation), das das Verhältnis eines EGR-Betrags hinsichtlich des Ansaugluftbetrags ist.
Unter den oben genannten Faktoren, die einen Einfluss auf das MBT haben, kann zum Beispiel die Temperatur des Motors durch einen Motorkühlwassertemperatursensor erfasst werden, und die Situation des Auftretens eines Klopfens kann durch einen Klopfsensor erfasst werden, und die Kraftstoffeigenschaft kann als Normalbenzin oder Benzin mit hoher Oktanzahl entsprechend der Situation des Auftretens eines Klopfens bestimmt werden.
Hinsichtlich der EGR-Rate kann jedoch ein externes EGR berechnet werden aus dem Öffnungsgrad eines EGR-Ventils, Abgasdruck und dem internen Druck einer Einlassleitung, es ist jedoch schwierig, eine interne EGR-Rate mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
Das heißt, hinsichtlich des EGR-Betrags gibt es eine externe EGR-Steuerung, die auf dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils basiert, das in einer EGR-Passage angeordnet ist, die ein Abgasrohr und das Ansaugrohr miteinander verbinden, und eine interne EGR-Steuerung, die dazu dient, die Menge des in dem Zylinder verbleibenden Abgases zu steuern. Zusätzlich können die externen EGR-Steuerung und die interne EGR-Steuerung gleichzeitig durchgeführt werden.
Die Steuerung des internen EGRs wird wie folgt ausgeführt. Das heißt, ein VVT-(variable Ventilsteuerung)Mechanismus wird bereitgestellt, der dazu dient, die Ventilöffnungs- und Schließzeitsteuerung eines Einlassventils und eine Auslassventils variabel zu machen, so dass der interne EGR gesteuert wird durch Verändern einer Überlappungsperiode, in der das Einlassventil und das Abgasventil zur gleichen Zeit offen sind entsprechend der Ventilöffnungs- und Schließzeitsteuerung.
In einem Motor mit einem Einlass- und Auslass-VVT-System, das dazu dient, die Ventilöffnungs- und Schließzeitsteuerung eines Einlassventils und eines Auslassventils variabel zu machen, verändert sich speziell die von einer Ansaugleitung in einen Zylinder gesaugte Luftmenge in großem Maße in Abhängigkeit von der Ventilöffnungs- und Schließzeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile, was in Fällen, in denen der Einfluss aufgrund der Ventilöffnungs- und Schließzeitsteuerung betrachtet wird, dazu führt, dass die Genauigkeit der Berechnung der in den Zylinder gesaugten Luftmenge sich verschlechtern kann.
Zusätzlich wird in den letzten Jahren im Allgemeinen eine Motorsteuerung ausgeführt durch Verwenden des Motorausgangsdrehmoments als einen Index, und in Fällen, in denen auch das Motorausgangsdrehmoment geschätzt wird, ändert sich die Wärmeeffizienz entsprechend der Zylinderansaugluftmenge und der EGR-Rate, und um das oben genannte MBT zu berechnen wie auch das Drehmoment und die Wärmeeffizienz zu schätzen, ist es nötig, den Zylinderansaugluftbetrag und die EGR-Rate mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
In der Vergangenheit wurde eine Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor für dem Fall vorgeschlagen, dass die Schätzvorrichtung gedacht ist zur Verwendung für einen Motor, der ein Einlass- und Auslass-VVT-System aufweist (siehe zum Beispiel das erste Patentdokument und das zweite Patentdokument, wie später beschrieben).
In dem ersten Patentdokument wird eine Technik offenbart, in der ein physikalisches Modell, das eine Antwortverzögerung eines Einlasssystems modelliert, bis die Luft, die eine Drosselklappe passiert hat, in einem Zylinder ankommt, als ein arithmetisches Operationsmodell (Berechnungsmodell) verwendet wird, und das Arithmetikoperationsmodell wird basierend auf dem Druck innerhalb des Ansaugluftpfades kalibriert.
Gemäß dem oben genannten ersten Patentdokument wird betrachtet, dass ein volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor absorbiert werden kann, jedoch in dem Fall eines Einlass- und Auslass-VVT-Systems, wenn der Fall als Beispiel angenommen wird, dass die Anzahl von Einteilungen zur Steuerung in der Ansaugluft und dem Abgases 6 ist (in Fällen, in denen der Betriebsbereich eines VVT-Mechanismus durch sechs repräsentative Punkte dargestellt wird und zwischen diesen benachbarten Punkten interpoliert wird), werden Daten für 6 × 6 (= 36) Teile von volumetrischen Effizienzskorrekturfaktor-Abbildungen als Basis-Charakteristiken benötigt.
Man beachte hier, dass sechs volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Abbildungen nur für eine Systemkonfiguration mit nur einem Einlass-VVT-Mechanismus benötigt werden.
Andererseits wird in dem zweiten Patentdokument eine Technik offenbart, in der im Gegensatz zu dem ersten Patentdokument, durch die Verwendung einer Luftflussmessvorrichtung, die dazu dient, die Ansaugluftmenge in einem Motor zu erfassen, und eines Einlassluftdrucksensors, der dazu dient, einen Ansaugluftdruck in dem Motor zu erfassen, die so erfasste Ansaugluftmenge korrigiert wird durch eine Menge einer Änderung des Ansaugluftdrucks, und das Ergebnis der Korrekturoperation wird im Lauf eines Einlasstakts integriert, wodurch eine Zylinderansaugluftmenge für jeden Zylinder berechnet wird.
Gemäß dem oben genannten zweiten Patentdokument erscheint es, dass die Berechnung eines volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors und die Filterverarbeitung eines Antwortverzögerungsmodells unnötig sind, jedoch mit Sensoren und dergleichen, die in einer Motorsteuerung verwendet werden, gibt es viele Fälle, in denen feine oder sehr kleine Fehler oft zu der Zeit von Messungen auftreten und, wenn geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden, ist es deshalb schwierig, die Zylinderansaugluftmenge mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Zum Beispiel, für Sensorwerte eines Einlasssystems, für das eine hohe Genauigkeit benötigt wird, wird eine Verarbeitung ausgeführt zum Unterdrücken der feiner oder sehr kleiner Fehler, wie zum Beispiel Abtasten jede Millisekunde und Berechnen eines Mittelwerts der abgetasteten Werte zwischen jedem vorbestimmten Kurbelwinkel. Zusätzlich kann gesagt werden, dass dies den gleichen Effekt hinsichtlich der Filterverarbeitung des Antwortverzögerungsmodells aufweist.
Das heißt, es wird betrachtet, dass mit der Technik des zweiten Patentdokuments ein feiner oder sehr kleiner Fehler in der Zylinderansaugluftmenge auftritt, und sie ist nicht geeignet, da es zur Kraftstoffsteuerung und Zündzeitsteuerung ist, und weiterhin ist sie nicht geeignet zur Verwendung der Schätz-Arithmetikoperation eines Motorausgangsdrehmoments.
STAND DER TECHNIK – REFERENZEN
PATENTDOKUMENTE

Erstes Patentdokument: Japanisches Patent Nr. 4029739
Zweites Patentdokument: Japanisches Patent Nr. 3622538

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die konventionellen Schätzvorrichtungen für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor haben die folgenden Probleme. In dem Fall des oben genannten ersten Patentdokuments kann ein Fehler in einem volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor durch Verwenden eines Arithmetikoperationsmodells absorbiert werden, wenn es jedoch auf ein Einlass- und Auslass-VVT-System angewandt wird, ist es nicht praktikabel, weil die Daten für, zum Beispiel, 36 volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Abbildungen benötigt werden und die Berechnungsoperation kompliziert wird.
In dem Fall des oben genannten zweiten Dokuments wird zusätzlich ein Zylinderansaugluftmenge für jeden der Zylinder berechnet durch die Verwendung der Luftflussmessvorrichtung und des Ansaugluftdrucksensors, es gab jedoch das Problem, dass ein feiner oder sehr kleiner Fehler auftritt in den berechneten Werten einer Zylinderansaugluftmenge, die aus feinen oder sehr kleinen Fehlern resultieren, die in den Sensoren und dergleichen involviert sind.
Hier kann auch betrachtet werden, dass, um eine Zylinderansaugluftmenge zu bestimmen, zum Beispiel ein volumetrischer Effizienzentsprechungswert berechnet wird basierend auf zwei internen Variablen (d. h., eine Einlasseffizienz und eine Auslasseffizienz), durch die Verwendung eines volumetrischen Effizienzentsprechungswerts (einem volumetrische Effizienzkorrekturfaktor), der ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die von einer Ansaugleitung in einen Zylinder kommt, und der oben genannten Antwortverzögerungsmodellierung. Zusätzlich kann auch betrachtet werden, dass eine interne EGR-Rate basierend auf der Auslasseffizienz geschätzt wird.
Die oben genannte Technik ist gedacht, um die Anzahl von nötigen Abbildungen auf eine wesentliche Menge zu reduzieren durch Berechnen interner Variablen mittels genäherter Ausdrücke, im Gegensatz zu der Tatsache, dass das Einlass- und Auslass-VVT-System die 36 Teile von volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Abbildungen benötigt.
Wenn die internen Variablen berechnet werden durch lineare (erste Ordnung) genäherte Ausdrücke, können in diesem Fall jedoch die Anzahl von nötigen Abbildungen um eine große Menge reduziert werden, wenn sie jedoch berechnet werden durch die Verwendung von quadratischen (zweite Ordnung) genäherten Ausdrücken oder kubischen (dritte Ordnung) genäherten Ausdrücken zum Zwecke einer Genauigkeitsverbesserung, wird sich die Anzahl von nötigen Abbildungen erhöhen, was zu einem Problem führt, dass der Effekt einer Reduzierung der Anzahl von Abbildungen verringert wird.
Um genäherte Ausdrücke für die Berechnung der internen Variablen zu erhalten, werden weiterhin in dem Fall eines Einlass- und Auslass-VVT-Systems Datenmessungen für die 36 Teile von volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Abbildung eventuell benötigt und deshalb gibt es ein Problem, dass ein praktischer Effekt aus dem Blickwinkel der Reduzierung von Anpassungsarbeitsstunden nicht erwartet werden kann.
Weiterhin weist der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor auch ein Problem auf, dass es einfach ist, Fehler aufgrund von Umgebungsbedingungen und individuellen Variationen zu verursachen, und dass diese Fehler nicht absorbiert werden können.
Das heißt, in einem Verbrennungsmotor mit einem VVT-Mechanismus, in Fällen, wo eine in einen Zylinder gesaugte tatsächliche Ansaugluftmenge geschätzt wird aus einem physikalischen Modell eines Ansaugsystems unter Verwendung eines volumetrischen Effizienzentsprechungswerts, ändert sich der volumetrische Effizienzentsprechungswert gemäß der tatsächlichen Ventilzeitsteuerung des VVT-Mechanismus, so dass es nötig ist, den volumetrischen Effizienzentsprechungswert gemäß der Ventilzeitsteuerung anzupassen. Wenn auch eine interne EGR-Rate geschätzt wird, ändert sich zusätzlich die interne EGR-Rate gemäß der tatsächlichen Ventilzeitsteuerung des VVT-Mechanismus, so dass es nötig ist, die interne EGR-Rate entsprechend der Ventilzeitsteuerung anzupassen. Im Ergebnis gibt es ein Problem, dass die Zahl von zu speichernden Abbildungen sehr groß wird.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben bezeichneten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor zu erhalten, in der durch Berechnen eines volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors in Echtzeit, der nötig ist zum Schätzen der in einen Zylinder gesaugten Ansaugluftmenge, eine Anpassungsverarbeitung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors unnötig gemacht wird, wodurch es möglich wird, eine Berechnungsverarbeitung zu erreichen, die keine sehr kleinen Sensorfehler oder dergleichen wie im zweiten Patentdokument verursacht, während eine Funktion erreicht wird zum Absorbieren eines Fehlers des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors wie in dem ersten Patentdokument, wodurch es möglich wird, die Zylinderansaugluftmenge mit geeigneter Genauigkeit für eine Steuerung des Motors auf geeignete Weise zu berechnen, basierend auf einer kleinen Anzahl von Anpassungskonstanten und einer kleinen Menge von Berechnungen oder Berechnungslast, ohne eine große Speicherkapazität zu benötigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schätzvorrichtung bereitgestellt für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die dazu dient, eine Menge von in einen Zylinder gesaugten Ansaugluft in dem Verbrennungsmotor zu schätzen, der mit einer Ansaugleitung an einem Ort stromabwärts von einer Drosselklappe verbunden ist, und die ausgestattet ist mit einer Ansaugluftmengen-Erfassungseinheit, die eine Ansaugluftmenge erfasst, die die Drosselklappe passiert und in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, und ein physikalisches Modell, das eine Antwortverzögerung eines Einlasssystems modelliert, bis die durch die Drosselklappe laufende Luft in dem Zylinder ankommt. Das physikalische Modell enthält: eine volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit, die einen volumetrischen Effizienzentsprechungswert berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die in den Zylinder des Verbrennungsmotors von einer nachgelagerten Seite der Drosselklappe kommt; eine Zylinderansaugluftmengen-Berechnungseinheit, die eine Zylinderansaugluftmenge berechnet, die tatsächlich in den Zylinder gesaugt wird, durch Verwenden der Ansaugluftmenge, des volumetrischen Effizienzentsprechungswerts und des physikalischen Modells; und eine Ansaugleitung-Interndichte-Berechnungseinheit, die eine Ansaugleitung-Interdichte an der nachgelagerten Seite der Drosselklappe und einen Änderungsmenge der Ansaugleitungs-internen Dichte berechnet. Die volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit berechnet den volumetrischen Effizienzentsprechungswert durch Verwenden der Ansaugluftmenge, der Ansaugleitungs-Interndichte und der Änderungsmenge der Ansaugleitungs-Interndichte.
Durch Berechnen des volumetrischen Effizienzentsprechungswerts in Echtzeit, der in dem physikalischen Modell verwendet wird, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems modelliert, ist es entsprechend der vorliegenden Erfindung möglich, die Zylinderansaugluftmenge mit einer geeigneten Genauigkeit zum Steuern des Motors auf eine geeignete Weise zu schätzen, mit einer kleinen Anzahl von Anpassungskonstanten und einer kleinen Menge von Berechnungslasten, ohne eine große Speicherkapazität zu benötigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER
1 ist eine Blockaufbauansicht, die eine Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Motor zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen funktionalen Aufbau der Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Vielzahl von Sensoren zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Berechnungsprozess für eine Ansaugluftmenge in einem Zylinder gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Berechnungsprozess für einen volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine beispielhafte Ansicht, die die Zusammenhänge zwischen den individuellen Volumen und individuellen Drücken von Frischluft und internem EGR in einer Ansaugleitung und in einem Zylinder in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine beispielhafte Ansicht, die ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen einem internen Druck in einem Zylinder und dessen internem Volumen (ein P-V-Diagramm in bi-logarithmischer Darstellung) gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine beispielhafte Ansicht, die in Zusammenhang zwischen dem Ansaugleitungsdruck-Spitzenwert und einem internen Druck in einem Zylinder zu der Zeit des Endes eines Einlasstaktes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsprozedur für eine interne EGR-Rate gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben.
1 ist eine Blockaufbauansicht, die eine Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Motor 1 zeigt und 2 ist ein Blockdiagramm, das einen funktionalen Aufbau der Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, zusammen mit einer Vielzahl von Sensoren.
In 1 ist die Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor aus einer Vielzahl von Arten von Sensoren, die einen Motor 1 betreffen, und einer elektronische Steuereinheit 20, die mit der Vielzahl von Arten von Sensoren verbunden ist, gebildet. Hiernach wird die elektronische Steuereinheit 20 einfach als die ECU 20 (elektronische Steuereinheit) bezeichnet.
Die ECU 20 bildet eine Motorsteuervorrichtung, die auf die Vielzahl von Sensoren und eine Vielzahl von Aktuatoren Bezug nimmt, und dazu dient, die Vielzahl von Aktuatoren des Motors 1 basierend auf verschiedenen Teilen von Erfassungsinformation von der Vielzahl von Sensoren zu steuern, die die Betriebszustände des Motors 1 anzeigen.
An der vorgelagerten Seite eines Ansaugsystems für den Motor 1 ist ein Luftflusssensor 2 angeordnet, der dazu dient, eine Menge von Ansaugluft Qa zu messen (d. h. eine Ansaugluftmenge in einer Ansaugleitung). Nachstehend wird der Luftflusssensor 2 einfach als AFS 2 (Luftflusssensor, engl. air flow sensor) bezeichnet.
Zusätzlich ist an der nachgelagerten Seite des AFS 2 (an der Seite des Motors 1) eine elektronische Steuerdrossel 4 angeordnet.
Die elektronische Steuerdrossel 4 wird aus einer Drosselklappe 4a zum Regulieren der Ansaugluftmenge Qa und einem Drosselaktuator zum Steuern der Öffnung θ (Drosselöffnungsgrad) der Drosselklappe 4a auf elektronische Weise gebildet. Zusätzlich ist ein Drosselpositionssensor 3 zum Messen des Öffnungsgrades θ der elektronischen Steuerdrossel 4 an der elektronischen Steuerdrossel 4 angebracht.
An der nachgelagerten Seite der elektronischen Steuerdrossel 4 sind ein Ausgleichsbehälter 5 und ein Ansaugkrümmer 6 angeordnet, die als Ansaugleitung (ein Ansaugleitungsteil) zum Einfügen von Luft in den Motor 1 dienen.
Der Ansaugkrümmer 6, der einen Teil der Ansaugleitung bildet, ist mit der Verbrennungskammer in jedem Zylinder des Motors 1 durch ein Einlassventil verbunden.
Andererseits ist an der nachgelagerten Seite des Motors 1 ein Abgaskrümmer 13 angeordnet, der als Abgasleitung zum Ableiten eines Abgases dient, das aus der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in jedem Zylinder resultiert.
Der Abgaskrümmer 13 ist mit der Verbrennungskammer in jedem Zylinder des Motors 1 durch ein Auslassventil verbunden. Zusätzlich werden in dem Abgaskrümmer 13, obwohl nicht dargestellt, ein O2(Sauerstoff-)Sensor um Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Mischung und ein Katalysator zum Reinigen des Abgases bereitgestellt.
In der Ansaugleitung an einem Ort nachgelagert der elektronischen Steuerdrossel sind angeordnet ein Ansaugkrümmerdrucksensor 7, der dazu dient, einen Druck (Ansaugkrümmerdruck Pb) in einem Ansaugkrümmerraum, der die Innenräume des Ausgleichsbehälters 5 und des Ansaugkrümmers 6 enthält, zu messen, und einen Ansauglufttemperatursensor 8, der dazu dient, eine Temperatur (Ansaugkrümmertemperatur Tb) in dem Ansaugkrümmerraum zu messen.
Man beachte hier, dass anstelle des Ansaugkrümmerdrucksensors 7 zum Messen des Ansaugkrümmerdrucks Pb eine Einheit bereitgestellt werden kann zum Schätzen des Ansaugkrümmerdrucks, und anstelle des Ansauglufttemperatursensors 8 zum Messen der Ansaugkrümmertemperatur Tb kann ein Temperatursensor (z. B. ein Temperatursensor in dem AFS 2) bereitgestellt werden, der dazu dient, eine Umgebungslufttemperatur (obwohl strikt verschieden von der Ansaugkrümmertemperatur Tb) auf genäherte Weise zu messen.
Zusätzlich kann anstelle einer Verwendung des AFS 2 eine andere Ansaugluftmengen-Messeinheit verwendet werden, wie zum Beispiel eine Einheit zum Schätzen der Ansaugluftmenge Qa basierend auf dem Drosselöffnungswinkel θ.
Eine Einspritzdüse 9 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in dem Ansaugkrümmer 6 in der Nähe eines Einlassventils angeordnet, und ein Einlass VVT 10 und ein Auslass VVT 11, die dazu dienen, die Ventilzeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile variabel zu machen, werden an dem Einlassventil bzw. dem Auslassventil angebracht.
Zusätzlich ist eine Zündspule 12 zum Antreiben einer Zündkerze, um einen Funken in einem Zylinder zu erzeugen, in einem Zylinderkopf angebracht.
In 2 ist die ECU 20 mit einem physikalischen Modell 25 des Ansaugsystems und einer Steuerbetragsberechnungseinheit 26 ausgestattet.
Zusätzlich wird das physikalische Modell 25 gebildet aus einer Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21, einer volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22, einer Ansaugkrümmerdichten-Berechnungseinheit 23 und einer internen EGR-Raten-Berechnungseinheit 24.
Ein von dem Atmosphärendrucksensor 14 gemessener Atmosphärendruck wird in die ECU 20 eingegeben, zusätzlich zu der Vielzahl von Informationen (der Ansaugluftmenge Qa, dem Drosselöffnungswinkel θ, dem Ansaugkrümmerdruck Pb und der Ansaugkrümmertemperatur Tb) von den oben genannten individuellen Sensoren 2, 3, 7, 8.
Zusätzlich werden eine Vielzahl von gemessenen Werten von anderen verschiedenen Arten von Sensoren (ein Beschleunigeröffnungssensor, ein Kurbelwinkelsensor und so weiter), die nicht dargestellt sind, auch in die ECU 20 eingegeben.
Man beachte hier, dass anstelle des atmosphärischen Drucksensors 14 zum Messen eines atmosphärischen Drucks eine andere atmosphärische Druckschätzeinheit verwendet werden kann, oder ein in der ECU 20 eingebauter atmosphärischer Drucksensor kann verwendet werden.
Obwohl die Einzelheiten später beschrieben werden, berechnet in dem physikalischen Modell 25 der ECU 20 die Ansaugkrümmerdichte-Berechnungseinheit 23 eine Ansaugkrümmerdichte ρb (d. h. eine Dichte von Frischluft in dem Ansaugkrümmer) basierend auf dem von dem Ansaugkrümmerdrucksensor 7 gemessenen Ansaugkrümmerdruck Pb und dem von dem Ansauglufttemperatursensor 8 gemessenen Ansaugkrümmertemperaturwert Tb.
Zusätzlich berechnet die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 einen volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv durch die Verwendung der Ansaugkrümmerdichte ρb, und die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 berechnet eine interne EGR-Rate Regr durch die Verwendung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv.
Weiterhin berechnet die Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 eine tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc in den Motor 1 durch die Verwendung der von dem AFS 2 gemessenen Ansaugluftmenge Qa, und den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv.
Die Steuerbetragsberechnungseinheit 26 in der ECU 20 treibt die Einspritzdüse 9 und die Zündspule 12 an basierend auf dem Zylinderansaugluftbetrag Qc und der internen EGR-Rate Regr, die dadurch berechnet wird.
Zusätzlich berechnet die Steuerbetragsberechnungseinheit 26 ein Solldrehmoment basierend auf der Vielzahl von Informationsarten (Beschleunigungsöffnung, etc.), und berechnet auch eine Sollzylinder-Ansaugluftmenge zum Erreichen des so berechneten Solldrehmoments. Die ECU 20 berechnet weiterhin, als Steuersollwerte zum Erreichen der Sollzylinderansaugluftmenge, eine Solldrosselöffnung, einen Sollansaug-VVT-Phasenwinkel und einen Sollauslass-VVT-Phasenwinkel, und steuert den Öffnungswinkel der elektronischen Steuerdrossel 4 und den Phasenwinkel des Einlasses VVT 10 und des Auslasses VVT 11, so dass die individuellen Steuersollwerte erreicht werden können.
Weiterhin steuert die Steuerbetragsberechnungseinheit 26 verschiedene andere Arten von Aktuatoren (ein nicht gezeigtes EGR-Ventil etc.), wie benötigt.
Als Nächstes wird detailliert die Berechnungsverarbeitung der Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 in dem physikalischen Modell 25 beschrieben (eine Berechnungsprozedur für den tatsächlichen Zylinderansaugluftbetrag Qc basierend auf der von dem AFS 2 gemessenen Ansaugluftmenge Qa), mit Bezug auf 1 und 2.
Als Erstes werden ein Ansaugleitungsvolumen Vs [cm³], das sich von einem nachgelagerten Ende der elektronischen Steuerdrossel 4 zu jedem Zylindereinlassanschluss des Motors erstreckt, und ein Zylindertaktvolumen Vc [cm³] pro 1 Zylinder definiert.
Hinsichtlich der Anzahl von Takten n des Motors 1 werden zusätzlich ein Mittelwert Qa(n) der von dem AFS 2 gemessenen Ansaugluftmenge Qa [g/s] für einen Takt des Motors, ein Mittelwert Qc(n) der Zylinderansaugluftmenge Qc [g/s] für einen Takt, eine Zeitperiode T(n) [s] für einen Takt (d. h. 180 Grad CA in einem 4-Zylindermotor, und 240 Grad CA in einem 3-Zylindermotor), ein Mittelwert ρb(n) der Ansaugkrümmerdichte ρb [g/cm³] für einen Takt bzw. ein volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) der Luft, die in einen Zylinder von dem Ansaugkrümmer kommt, definiert.
Wenn der Zusammenhang zwischen einer Differenz der tatsächlichen Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) und dem tatsächlichen Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n), und einer Änderungsmenge der Ansaugkrümmerdichte ρb(n) (Mittelwert) dargestellt wird durch Fokussieren der Aufmerksamkeit nur auf Frischluft (der Luft, die in den Ansaugkrümmer mittels der elektronische Steuerdrossel 4 kommt) in einem Bereich, der durch das Ansaugleitungsvolumen Vs angezeigt wird, wird hier der folgende Ausdruck (1) erfüllt durch Anwenden des Massenerhaltungsgesetzes für einen Takt.
[Ausdruck 1]

Qa(n)T(n) – Qc(n)T(n) = {ρ_b(n) – ρ_b(n – 1)}·Vs (1)

In dem Ausdruck (1) ist ρ(n – 1) eine Ansaugkrümmerdichte in einem Takt vor Takt n, und ρb(n) – ρb(n – 1) entspricht einem Änderungsbetrag Δρb der Ansaugkrümmerdichte.
Andererseits wird der tatsächliche Zylinderansaugluftbetrag Qc(n)T(n) für einen Takt dargestellt durch den folgenden Ausdruck (2) durch Verwenden der Ansaugkrümmerdichte ρb(n), des Zylindertaktvolumens Vc und des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv(n).
[Ausdruck 2]

Qc(n)T(n) = Kv(n)·ρ_b(n)·Vc (2)

Man beachte hier, dass, wenn der Motor 1 in einem stabilen Betriebszustand ist, die tatsächliche Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) und die tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) gleich werden, so dass es möglich ist, den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv durch die Verwendung eines Ausdrucks zu berechnen, indem die linke Seite des Ausdrucks (2) mit dem tatsächlichen Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) zu der Zeit einer Anpassung von Motorsteuerkonstanten ersetzt wird.
Durch Verbinden des Ausdrucks (2) mit dem Ausdruck (1) kann nachfolgend die Ansaugkrümmerdichte ρb(n) eliminiert werden und durch Auflösen des Ausdrucks (1) nach der tatsächlichen Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n), wird die tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) durch die Verwendung einer Filterkonstanten K dargestellt, wie in dem folgenden Ausdruck (3) gezeigt.
[Ausdruck 3]

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)

Entsprechend dem Ausdruck (3) ist es möglich, den tatsächlichen Zylinderansaugluftbetrag Qc(n)T(n) aus der von dem AFS2 gemessenen tatsächlichen Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Zusätzlich kann aus der tatsächlichen Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) eine Ladeeffizienz in dem Zylinder mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden, so dass sie für verschiedene Arten von Motorsteuerung verwendet werden kann.
Durch weiteres Transformieren des Ausdrucks (3) wird der folgende Ausdruck (4) erhalten.
[Ausdruck 4]

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 (4) bedeutet einen digitalen Tiefpassfilter in einer Unterbrechungsverarbeitung, die mit der Rotation des Motors 1 synchronisiert ist (z. B. jeden vorgeschriebenen Kurbelwinkel). Dementsprechend wird verstanden werden, dass das Ansaugsystem des Motors ein Verzögerungselement erster Ordnung ist.
Nun wird detailliert eine Berechnungsoperationsprozedur beschrieben zum Erreichen des oben genannten Ausdrucks (3) innerhalb der ECU 20, mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 3.
3 zeigt eine Verarbeitungsprozedur der Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 und der volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22, wobei die Prozedur ausgeführt wird durch eine Unterbrechungsverarbeitung (B05-Verarbeitung) bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. BTDC 05 [degCA]).
Als Erstes berechnet in 3 die Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 die tatsächliche Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt basierend auf einem Kurbelwinkelsignal von dem Kurbelwinkelsensor und einem gemessenen Wert der Ansaugluftmenge Qa (Schritt 301).
In Fällen, wo die AFS 2 eine Massenflussmessvorrichtung ist, wird speziell die Ausgangsspannung (gemessener Wert) der AFS 2 integriert, während jede vorbestimmte Zeitperiode (z. B. 1,25 ms) abgetastet wird, so dass die tatsächliche Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt erreicht oder berechnet werden kann basierend auf dem Wert, der von der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zur aktuellen Unterbrechungsverarbeitung integriert wurde.
Man beachte hier, dass in Fällen, wo die AFS 2 eine Volumenflussmessvorrichtung ist, die tatsächliche Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt berechnet werden kann durch Umwandeln des Volumens von Ansaugluft in eine entsprechende Masse basierend auf einer Standard-Atmosphärendichte, einer Atmosphärendichte und einer Ansauglufttemperatur (die Ansaugkrümmertemperatur Tb).
Dann berechnet die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) (Schritt S302). Man beachte hier, dass die Einzelheiten der Berechnungsverarbeitung in Schritt 302 später in 4 beschrieben werden.
Der berechnete Wert in Schritt 302 wird als letzter Wert gespeichert (Schritt S305), und als volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kv(n – 1) vor einem Takt verwendet, in der Berechnungsverarbeitung des Schritts 304, der später beschrieben wird.
Nachfolgend berechnet die Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 die Filterkonstante K im Ausdruck (3) (Schritt 303) und berechnet zur gleichen Zeit die tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) [g] entsprechend dem Filterberechnungsausdruck im Ausdruck (3) (Schritt 304).
Zu dieser Zeit wird der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv(n – 1) vor einem Takt, gespeichert in Schritt 305, als volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kv(n – 1) vor einem Takt verwendet.
Schließlich wird die in Schritt 304 berechnete tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) [g] gespeichert und die Verarbeitungsroutine der 3 wird beendet.
Man beachte hier, dass der berechnete Wert in Schritt 306 als letzter Wert gespeichert wird (Schritt 307) und als tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n – 1)T(n – 1) [g] vor einem Takt verwendet wird, in der Berechnungsverarbeitung des Schritts 304.
Wie oben beschrieben, kann die tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) [g] mit hoher Genauigkeit berechnet werden mittels einer einfachen Berechnungsoperation unter Verwendung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv(n).
Als Nächstes wird die Berechnungsverarbeitung (Schritt 302) durch die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 detailliert beschrieben.
Der Ausdruck (3), der aus dem Ausdruck (1) und dem Ausdruck (2) erhalten wird, ist ein Ausdruck zum Berechnen der tatsächlichen Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) aus der von dem AFS 2 gemessenen tatsächlichen Ansaugluftmenge Qa(n)T(n).
Wenn die tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) durch Einsetzen des Ausdrucks (2) in dem Ausdruck (1) eliminiert wird, wird hier der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) dargestellt durch den folgenden Ausdruck (5) unter Verwendung der tatsächlichen Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) (der Menge der Ansaugluft Qa), der Änderungsmenge Δρb der Ansaugkrümmerdichte, des Ansaugleitungsvolumens Vs, der Ansaugkrümmerdichte ρb(n) und des Zylindertaktvolumens Vc.
[Ausdruck 5]
Die Ansaugkrümmerdichte ρb(n) [g/cm³] in Ausdruck (5) kann berechnet werden mittels einer Zustandsgleichung, die die folgende Gleichung (6) umfasst, unter Verwendung des Ansaugkrümmerdrucks Pb(n) [kPa], der von dem Ansaugkrümmerdrucksensor 7 gemessen wird, der Ansaugkrümmertemperatur Tb(n) [°K], die von dem Ansauglufttemperatursensor 8 gemessen wird, und einer Gaskonstante R [kJ/(kg·K)].
[Ausdruck 6]
Auf diese Weise ist es möglich, den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) in Echtzeit zu berechnen basierend auf den individuellen Ausgangswerten des AFS 2, des Ansaugkrümmerdrucksensors 7 und des Ansauglufttemperatursensors 8, durch die Verwendung des Ausdrucks (5).
Kleines Messrauschen kann jedoch oft in den oben genannten Systemausgangswerten enthalten sein, und Fehler können sogar auftreten, wenn die tatsächliche Zylinderansaugluftmenge Qc(n)T(n) aus dem Ausdruck (3) berechnet wird durch die Verwendung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv(n), der durch den Ausdruck (5) berechnet wird.
Um die Fehler zu vermeiden, die aus dem oben genannten Rauschen resultieren, ist es effektiv, eine Rauschkomponente zu dämpfen durch Ausführen einer Filterverarbeitung hinsichtlich des durch Ausdruck (5) berechneten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv(n), und dann Berechnen des Ausdrucks (3) durch die Verwendung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kvf(n) nach der Dämpfung der Rauschkomponente (nach Filterung).
Speziell kann der gefilterte volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) berechnet werden mittels der Filterverarbeitung unter Verwendung einer Filterkonstanten K1 (z. B. ein Wert von ungefähr 0,9–0,99), wie in der in dem folgenden Ausdruck (7) gezeigt.
[Ausdruck 7]

Kvf(n) = K₁·Kvf(n – 1) + (1 – K₁)·Kv(n) (7)

Man beachte, dass, obwohl in dem Ausdruck (7) eine Tiefpassfilterverarbeitung erster Ordnung angewandt wurde, um die Rauschkomponente zu dämpfen, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, es kann auch ein Wert verwendet werden, der erhalten wird durch Ausführen einer einfachen gleitenden Mittelwertsverarbeitung hinsichtlich der Werte für vergangene mehrere Takte, oder ein Wert kann verwendet werden, der erhalten wird durch Ausführen einer gewichteten gleitenden Mittelwertsverarbeitung (d. h. eine Verarbeitung zum Berechnen eines Mittelwerts individueller Daten für mehrere vergangene Takte durch verschiedene Gewichtung für das Datum) oder dergleichen.
Aus dem oben genannten Blickwinkel soll der gefilterte volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) als volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) in dem Ausdruck (3) verwendet werden.
Als Nächstes wird detailliert auf eine Berechnungsverarbeitung (ein Berechnungsbetrieb unter Verwendung des Ausdrucks (5) durch den Ausdruck (7)) Bezug genommen, die von dem physikalischen Modell 25 (der Ansaugkrümmerdichte-Berechnungseinheit 23, der Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 und der volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22) ausgeführt wird, wobei auf das Flussdiagramm der 4 Bezug genommen wird.
Die Berechnungsverarbeitung oder Routine der 4 wird ausgeführt durch eine Unterbrechungsverarbeitung (z. B. B05-Verarbeitung) bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. BTDC 05 [degCA]).
In 4 erhält als Erstes die Ansaugkrümmerdichte-Berechnungseinheit 23 den Ansaugkrümmerdruck Pb(n) von dem Ansaugkrümmerdrucksensor 7 (Schritt 401).
Man beachte hier, dass der Ansaugkrümmerdruck Pb(n) oft synchron mit dem Öffnen und Schließen des Einlasses VVT 10 und dem Auslass VVT 11 vibriert, und deshalb ist es wünscht, den Ansaugkrümmerdruck Pb(n) mittels einer statistischen Verarbeitung zu berechnen, wie in dem Fall der Berechnungsverarbeitung der oben genannten tatsächlichen Luftansaugmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt (Schritt 301).
Speziell ist es möglich, den Ansaugkrümmerdruck Pb(n) für einen Takt als einen Mittelwert zu berechnen, in dem Variationen absorbiert wurden, durch Integrieren der Ausgangsspannung des Ansaugkrümmerdrucksensors 7, während er alle 1,25 ms abgetastet wird, und Teilen eines integrierten Werts der Ausgangsspannung von der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zu der aktuellen Unterbrechungsverarbeitung durch die Anzahl oder Frequenz einer Integration.
Dann erhält die Ansaugkrümmerdichte-Berechnungseinheit 23 die Ansaugkrümmertemperatur Tb(n) von dem Ansauglufttemperatursensor 8 (Schritt 402).
Hinsichtlich der Ansaugkrümmertemperatur Tb(n) kann auch ein Mittelwert für einen Takt verwendet werden, ähnlich zu dem Ansaugkrümmerdruck Pb(n), im Allgemeinen ist jedoch das Ansprechen eines Temperatursensors schlecht verglichen mit demjenigen eines Drucksensors, so dass keine Unannehmlichkeiten auftreten werden, sogar wenn ein instantaner Temperaturwert verwendet wird.
Nachfolgend wird die Ansaugkrümmerdichte ρb(n) unter Verwendung des oben genannten Ausdrucks (6) berechnet (Schritt 403).
Der berechnete Wert in Schritt 403 wird als der letzte Wert (Schritt 405) gespeichert und wird als Ansaugkrümmerdichte ρb(n – 1) vor einem Takt verwendet, in einer Berechnungsverarbeitung des Schritts 406, der später beschrieben wird.
Obwohl die Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21 die tatsächliche Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt berechnet (Schritt 404), als diesen Wert, kann nachfolgende die tatsächliche Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) [g], die in Schritt 301 in 3 berechnet wird, wie es ist verwendet werden.
Danach berechnet die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) aus dem Ausdruck (5) durch die Verwendung der in Schritt 403 berechneten Ansaugkrümmerdichte ρb(n), der in Schritt 40 berechneten tatsächlichen Ansaugluftmenge Qa(n)T(n) [g] für einen Takt, und der in Schritt 405 gespeicherten letzten Ansaugkrümmerdichte ρb(n – 1) (Schritt 406).
Schließlich führt die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 eine Filterverarbeitung durch zum Dämpfen der Rauschkomponente, die dem volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) überlagert ist, durch die Verwendung des oben genannten Ausdrucks (7) (Schritt 407), und speichert den gefilterten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) (Schritt 408), nachdem die Verarbeitungsroutine der 4 beendet ist.
Man beachte hier, dass es in der Filterverarbeitung des Ausdrucks (7) (Schritt 407) nötig ist, den zuletzt gefilterten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n – 1) zu verwenden, und so wird der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n), der das Ergebnis der Filterverarbeitung in Schritt 408 ist, als der letzte Wert gespeichert (Schritt 409).
Als Ergebnis davon kann in der nächsten Filterberechnung (Schritt 407) der in Schritt 409 gespeicherte letzte Wert als volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n – 1) vor einem Takt verwendet werden.
Wie oben beschrieben, können der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) und der gefilterte volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) mit hoher Genauigkeit berechnet werden mittels der einfachen Berechnungsverarbeitung unter Verwendung der individuellen Ausgangswerte des AFS 2, des Ansaugkrümmerdrucksensors 7 und des Ansauglufttemperatursensors B.
Als Nächstes wird die Berechnungsverarbeitung durch die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 in dem physikalischen Modell detailliert beschrieben.
Um einen Zusammenhang zwischen dem volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv und der internen EGR-Rate Regr darzustellen, wird zunächst als technischer Hintergrund der folgende Ausdruck (8) abgeleitet unter Verwendung einer Ansaugeffizienz Kin, einer Auslasseffizienz Kex und einem Kompensationsverhältnis ε einer in einen Zylinder gesaugten Luft-Kraftstoff-Mischung.
[Ausdruck 8]
Zusätzlich werden die Ansaugeffizienz Kin und die Auslasseffizienz Kex definiert, wie in dem folgenden Ausdruck (9) gezeigt, durch Verwendung des Einlassverteilerdrucks Pb, der Ansaugkrümmertemperatur Tb, eines internen Zylinderdrucks Pin [kPa] und einer internen Zylindertemperatur Tin [°K] zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes (bei B180), eines Abgaskrümmerdrucks [kPa] (ein interner Druck in dem Abgaskrümmer 13) und einer Abgastemperatur Tex [°K] (einer Temperatur in der Abgasleitung) zu der Zeit des Endes des Abgastaktes, eines angenommenes verbleibendes Gasvolumens Vex [L] (ein Volumen, das von einem verbleibenden Gas bei dem Abgaskrümmerdruck Pex und der Abgastemperatur Tex angenommen wird), und eines Totraums Vmin [L].
[Ausdruck 9]
Nachstehend wird ein neuer Ansatz, der sich von dem Ausdruck (8) und dem Ausdruck (9) unterscheidet, angewandt, um einen Beziehungsausdruck des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv und der internen EGR-Rate Regr abzuleiten, wobei auf 5 Bezug genommen wird.
5 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen den individuellen Volumen und den individuellen Drücken von Frischluft und einem internen EGR zeigt, wobei die individuellen Beziehungen innerhalb des Ansaugkrümmers und des Zylinders gezeigt sind.
5 zeigt das Zylindertaktvolumen Vc [cm³], ein Maximalvolumen Vmax [cm³], eine Ansaugkrümmerdichte ρb [g/cm³], eine In-Zylinderfrischluftpartialdichte rhoin_new [cm³], einen In-Zylinderfrischluftpartialdruck Pin_new [kPa] zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes, und einen Zylinder-internen EGR-Partialdruck Pin_egr_in [kPa] zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes.
Der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv ist ein Index, der das Verhältnis einer Luftmenge, die das Taktvolumen Vc eines Zylinders in dem Ansaugkrümmer und einer Frischluftmenge, die tatsächlich in den Zylinder eingetreten ist, anzeigt, und sie kann deshalb definiert werden, wie in dem folgenden Ausdruck (10) gezeigt.
[Ausdruck 10]
Durch Transformieren des Ausdrucks (10) unter Verwendung des oben genannten Ausdrucks (6) (der Zustandsgleichung), wird der folgende Ausdruck (11) erhalten.
[Ausdruck 11]
Weil der In-Zylinderfrischluft-Partialdruck Pin_new zur Zeit des Endes des Einlasstaktes ein Wert ist, der erhalten wird durch Subtrahieren des In-Zylinder internen EGR-Partialdrucks Pin_egr_in zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes von dem internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes, wird der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv zusätzlich wie in dem folgenden Ausdruck (12) dargestellt.
[Ausdruck 12]
Wenn ein Zusammenhangsausdruck des internen Zylindervolumens (das Verhältnis des Maximalvolumens Vmax und des Zylindertaktvolumens Vc) und einer definierenden Gleichung der internen EGR-Rate Regr dargestellt werden unter der Annahme, dass die Ansaugeffizienz Kin definiert wird wie in Ausdruck (9), wird der folgende Ausdruck (13) erhalten.
[Ausdruck 13]
Weiterhin wird der oben genannte Ausdruck (12), der den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv darstellt, wie in dem folgenden Ausdruck (14) dargestellt.
[Ausdruck 14]
Es sollte verstanden werden, dass der Ausdruck (14) der gleiche ist wie der oben genannte Ausdruck (8).
Hier wird die Abgaseffizienz Kex dargestellt durch den folgenden Ausdruck (15) unter Verwendung des Kompressionsverhältnisses ε des Luft-Kraftstoff-Gemischs, der internen EGR-Rate Regr, dem angenommenen verbleibenden Gasvolumen Vegr [L] (dem Volumen das von dem verbleibenden Gas bei Pin und Tin zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes angenommen wird) entsprechend der EGR-Menge.
[Ausdruck 15]
Es sollte verstanden werden, dass der Ausdruck (15) der gleiche ist wie der oben genannte Ausdruck (9).
Wie oben beschrieben, stellt sich heraus, dass in dem unterschiedlichen Ansatz auch der Zusammenhangsausdruck des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv und der internen EGR-Rate Regr abgeleitet werden kann.
Der Zusammenhang zwischen den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv und der internen EGR-Rate Regr wird in dem Ausdruck (8) oder dem Ausdruck (14) gezeigt, wenn jedoch nach der internen EGR-Rate Regr aufgelöst wird, um dies noch klarer zu machen, wird die interne EGR-Rate Regr wie in dem folgenden Ausdruck (16) dargestellt.
[Ausdruck 16]
Wie aus dem Ausdruck (16) klar wird, kann die internen EGR-Rate Regr unter Verwendung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv und der Ansaugeffizienz Kin berechnet werden.
Hier wird der gefilterte volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) als volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) in dem Ausdruck (16) verwendet, wie in dem Fall des oben genannten Ausdrucks (3).
Die Ansaugeffizienz Kin wird definiert wie in dem oben genannten Ausdruck (9) gezeigt.
Wie aus dem Ausdruck (9) klar wird, kann die Ansaugeffizienz Kin berechnet werden unter Verwendung, zusätzlich zu dem Ansaugkrümmerdruck Pb und der Ansaugkrümmertemperatur Tb, des internen Zylinderdrucks Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtaktes und der internen Zylindertemperatur Tin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes, das berechnet wird unter Verwendung der internen EGR-Rate Regr.
Diese physikalischen Größen werden jedoch nicht in einer normalen Motorsteuerung verwendet, so dass es nötig ist, diese durch Schätzen unter Verwendung physikalischer Größen für eine Motorsteuerung zu berechnen.
Als Erstes wird Bezug genommen auf die Berechnungsverarbeitung des internen Zylinderdrucks Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes, wobei auf 6 Bezug genommen wird.
6 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen dem internen Druck in einem Zylinder, der von einem internen Zylinderdrucksensor (nicht gezeigt) gemessen wird, und einem internen Zylindervolumen (einer P-V-diagrammatischen Ansicht in bi-logarithmischer Darstellung) zeigt.
In 6 stellt eine Abszissenachse das internen Zylindervolumen V [cc] (logarithmische Achse) dar und eine Ordinatenachse stellt den internen Zylinderdruck Pin [kPa] (logarithmische Achse) dar, wobei ein Bereich, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist, den Kompressionstakt darstellt.
Die Änderung eines Zustands in dem Kompressionstakt ohne begleitende Verbrennung ist als polytrope Änderung bekannt und wird im Allgemeinen durch den folgenden Ausdruck dargestellt.
[Ausdruck 17]
Man beachte hier, dass die polytrope Änderung bedeutet, dass in Fällen, wo eine Luft-Kraftstoffmischung oder ein Verbrennungsgas komprimiert wird, ein Teil der Wärme tatsächlich von der Umgebungsluft, Kühlwasser etc. aufgenommen wird und deshalb der Zusammenhang zwischen dem Druck und der Temperatur ausgeführt wird durch eine Zwischenveränderung zwischen einer isothermen Änderung und einer adiabatischen Änderung.
Wie aus 6 klar wird, wenn die Zustandsänderung vor der Verbrennung in einem Log-Log-Koordinatensystem betrachtet wird, wird es dargestellt durch eine lineare (erste Ordnung) Funktion mit einer Steigung von –n (wobei n ein polytropischer Index ist, der ungefähr 1,3–1,4 ist), wie durch den gestrichelten Linienbereich gezeigt.
Um den internen Zylinderdruck Pin zur Zeit des Endes des Ansaugtaktes (B180) zu berechnen, ist es dementsprechend nur nötig, den internen Druck an einem Ort entsprechend B180 von jedem von verschiedenen Punkten vor einer Zündung (vor Verbrennung) (z. B. Orten, die durch x in dem gestrichelten Linienbereich angezeigt werden) zu schätzen, und dessen Mittelwert zu erhalten.
7 ist eine erklärende Ansicht, die den Zusammenhang zwischen dem internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes, wie oben genannt berechnet, und dem Ansaugkrümmerdruck zeigt.
In 7 stellt eine Abszissenachse einen Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwert (den Maximalwert zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln (z. B. zwischen benachbarten B05)) Pbp [kPa] dar, und eine Abszissenachse stellt den internen Zylinderdruck Pin [kPa] zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes dar, wobei die Charakteristiken gemäß den Differenz in numerischen Werten IN (= 0, 25, 45), die Phasenwinkel InVVT des Einlasses VVT 10 anzeigen, gezeigt sind durch Polynome (Linien) entlang von Punkten aus schwarzen Rauten, schwarzen Rechtecken bzw. schwarzen Dreiecken.
Der Grund, dass nicht ein Ansaugkrümmerdruck-Mittelwert (ein Mittelwert des Ansaugkrümmerdrucks in einer Zeitperiode zwischen vorgeschriebenen Kurbelwinkeln (z. B. zwischen benachbarten B05)), sondern ein Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwert Pbp verwendet wird, ist, dass eine bessere Korrelation erreicht wurde durch Verwenden des Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwerts anstelle des Ansaugkrümmerdruck-Mittelwerts.
Man beachte hier, dass 7 eine Ansicht ist, in der das Auslass-VVT 11 nicht betrachtet wurde, so dass eine Anordnung ausgeführt wurde nur mit dem Einlass VVT10 ohne Bezug auf das Auslass-VVT 11.
Wie aus den Charakteristiken (Polynomen) der 7 klar wird, sollte verstanden werden, dass der interne Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes angenähert werden kann durch eine quadratische (zweite Ordnung) Funktion des Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwerts Pbp, die durch den Ursprungspunkt läuft, für jedes Einlass-VVT 10 ohne Bezug auf das Auslass-VVT 11.
Zu dieser Zeit wird der internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes dargestellt wie in dem folgenden Ausdruck (18) gezeigt.
[Ausdruck 18]

P_in = A·P_bp ² + B·P_bp (18)

Der Grund dafür, dass der internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes in der Form wie in Ausdruck (18) berechnet werden kann, ist, dass gesagt werden kann, dass der interne Zylinderdruck Pin ein Index ist, der anzeigt, mit welchem Druck ein Gas in den Zylinder gepresst werden kann, wenn der Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwert Pbp ein vorbestimmter Wert ist.
Das heißt, es wird betrachtet, dass der internen Zylinderdruck Pin dargestellt wird durch den Phasenwinkel des Einlass-VVT 10 in Verbindung mit dem Einlassventil und einer Öffnungszeitperiode des Einlassventils (∝ der Motordrehgeschwindigkeit), ohne Bezug auf einen Überlappbetrag in Zusammenhang mit dem Auslassventil und dem Phasenwinkel des Auslass-VVT 11. Zusätzlich wird auch betrachtet, dass der internen Zylinderdruck Pin den Abgasdruck (= atmosphärischer Druck) auch nicht beeinflusst.
Andererseits kann die internen Zylindertemperatur Tin wie in dem folgenden Ausdruck (19) gezeigt berechnet werden durch Verwenden der Ansaugkrümmertemperatur Tb, der Abgastemperatur Tex und der internen EGR-Rate Regr.
[Ausdruck 19]

T_in = (1 – R_egr)·T_b + R_egr·T_ex = T_b + R_egr·(T_ex – T_b) (19)

Die Abgastemperatur Tex kann eingestellt werden durch eine Abbildung basierend auf gemessenen Werten (z. B. durch die Verwendung einer Abbildung der Motordrehgeschwindigkeit und der Abgaskrümmerdruck oder der Ladeeffizienz), oder sie kann berechnet werden aus einem Index, wie zum Beispiel einer thermischen Effizienz, die separat für eine Motorsteuerung berechnet wird, oder sie kann noch einfacher auf einen festen Wert eingestellt werden (z. B. ungefähr 800 Grad C).
Zusätzlich ist es nötig, die internen EGR-Rate Regr auch zu berechnen, der Ausdruck (19) zum Berechnen der internen Zylindertemperatur Tin zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes enthält jedoch die internen EGR-Rate Regr und der Ausdruck (9) zum Berechnen der Ansaugeffizienz Kin enthält auch die interne EGR-Rate Regr, was zur Folge hat, dass, sogar wenn die Ansaugeffizienz Kin und die internen Zylindertemperatur Tin zum Zweck einer Berechnung der internen EGR-Rate Regr berechnet werden sollen, können diese Ausdrücke nicht wie sie sind aufgelöst werden.
Um die internen Zylindertemperatur Tin und die interne EGR-Rate Regr zu der Zeit des Endes eines Ansaugtaktes aus dem Ausdruck (9) zu eliminieren, der die Ansaugeffizienz Kin berechnet, wenn der Ausdruck (19) als Erstes im Ausdruck (9) genutzt wird und der Ausdruck (16) weiterhin dazu genutzt wird, wird dementsprechend die Ansaugeffizienz Kin wie in dem folgenden Ausdruck (20) dargestellt.
[Ausdruck 20]
Wenn der Ausdruck (20) nach der Ansaugeffizienz Kin aufgelöst wird, ergibt sich der folgende Ausdruck (21).
[Ausdruck 21]
Die Ansaugeffizienz Kin kann berechnet werden durch die Verwendung des Ausdrucks (21), ohne Verwendung der internen Zylindertemperatur Tin und der internen EGR-Rate Regr zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes.
Hier wird der gefilterte volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) verwendet als der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) in dem Ausdruck (21), wie in dem Fall er oben genannten Ausdrücke (3) und (16).
Als Nächstes wird die Berechnungsverarbeitung der internen EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 mit weiteren Details beschrieben, wobei auf ein Flussdiagramm in 8 Bezug genommen wird.
8 ist das Flussdiagramm, das eine Berechnungsprozedur einer internen EGR-Rate Regr gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei eine Berechnungsverarbeitung (Schritte 503, 506 und 507) unter Verwendung des Ausdrucks (18), des Ausdrucks (21) und des Ausdrucks (16) und darauf bezogene Verarbeitungen (Schritte 501, 502 und 505) gezeigt werden.
Die Berechnungsverarbeitung oder Routine der 8 wird ausgeführt durch eine Unterbrechungsverarbeitung an jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. BTDC 05 [degCA]).
In 8 berechnet zunächst die internen EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 einen Spitzenwert des Ansaugkrümmerdrucks Pbp(n) [KPa] für einen Takt (Schritt 501).
Man beachte hier, dass, um den Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwert Pbp(n) für einen Takt zu berechnen, es nur notwendig ist, einen Spitzenwert der Ausgangsspannung des Ansaugkrümmer-Drucksensors 7 aus der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zur aktuellen Unterbrechungsverarbeitung zu erhalten, durch Berechnen eines Spitzenhaltewerts der Ausgangsspannung, während dieser in jeder vorbestimmten Zeitperiode (z. B. 1,25 ms) abgetastet wird.
Nachfolgend werden Koeffizienten A und B berechnet (Schritt 502), die in dem Ausdruck (18) verwendet werden zum Berechnen des internen Zylinderdrucks Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes.
Wie oben beschrieben, wird der Ausdruck (18) dargestellt durch die Verwendung eines Phasenwinkels des Einlass-VVT 10 in Verbindung mit dem Einlassventil und einer Öffnungszeitperiode des Einlassventils, ohne Bezug auf einen Überlappbetrag in Verbindung mit dem Auslassventil und dem Phasenwinkel des Auslass-VVT 11, und so sollten die Koeffizienten A und B lediglich berechnet werden durch die Verwendung einer Abbildung, in der der Einlass-VVT-Phasenwinkel und die Motorrotationsgeschwindigkeit als Achsen verwendet werden. Dementsprechend werden in Schritt 502 die Koeffizienten A und B berechnet durch Verwendung der Abbildung mit dem Einlass-VVT-Phasenwinkel und der Motorrotationsgeschwindigkeit als Achsen.
Danach wird durch Verwenden des Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwerts Pbp und der Koeffizienten A und B, die bereits berechnet wurden, der internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes berechnet, wie in Ausdruck (18) gezeigt (Schritt 503) und die Abgastemperatur Tex wird auch berechnet (Schritt 504).
Wie oben beschrieben, kann die Abgastemperatur Tex eingestellt werden durch eine Abbildung basierend auf gemessenen Werten, oder sie kann aus einem Index, wie zum Beispiel einer thermischen Effizienz, berechnet werden, die separat berechnet wird für eine Motorsteuerung, oder kann noch einfacher als fester Wert eingestellt werden (z. B. ungefähr 800 Grad C).
Die Abgastemperatur Tex sollte durch Verwendung einer Abbildung der Motorrotationsgeschwindigkeit und der Ladeeffizienz berechnet werden. Man beachte, um eine Antwortverzögerung der Abgastemperatur zur Zeit eines Übergangsbetriebs zu simulieren, kann eine Filterverarbeitung ausgeführt werden hinsichtlich der Abgastemperatur Tex, die unter Verwendung der Abbildung berechnet wurde.
Dann werden der Ansaugkrümmerdruck Pb(n), die Ansaugkrümmertemperatur Tb Tb(n) und der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv(n), der von der in 4 gezeigten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 berechnet wurde, erhalten (Schritt 505).
Man beachte hier, dass hinsichtlich des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv(n) der gefilterte volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n) erhalten wird als volumetrischer Effizienzkorrekturfaktor Kv(n).
Nachfolgend wird die Ansaugeffizienz Kin berechnet durch Verwendung des oben genannten Ausdrucks (21) (Schritt 506).
Schließlich wird die interne EGR-Rate Regr durch die Verwendung des Ausdrucks (16) berechnet (Schritt 507), und die Verarbeitungsroutine der 8 wird dann beendet.
Wie oben beschrieben, ist die Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet mit: dem AFS 2 (einer Ansaugluftmengen-Erfassungseinheit), die die Ansaugluftmenge Qa erfasst, die ein in einer Ansaugleitung des Motors 1 (Verbrennungsmotor) angeordnetes Ventil 4a passiert und in den Verbrennungsmotor gesaugt wird, um die Zylinderansaugluftmenge für den Motor zu schätzen, der mit der Ansaugleitung an der nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a verbunden ist, und dem physikalischen Modell 25, das eine Antwortverzögerung des Ansaugsystems modelliert bis die Luft, die das Drosselventil 4a passiert hat, in einen Zylinder kommt.
Das physikalische Modell 25 ist ausgestattet mit: der volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 (volumetrisch Effizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit), die den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv (den volumetrischen Effizienz-Entsprechungswert) berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die in einen Zylinder des Verbrennungsmotors von einer nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a kommt; der Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit 21, die eine Zylinderansaugluftmenge Qc berechnet, die tatsächlich in den Zylinder gesaugt wird, unter Verwendung der Ansaugluftmenge Qa, des volumetrischen Effizienzentsprechungswerts und des physikalischen Modells 25; und der Ansaugkrümmerdichten-Berechnungseinheit 23 (Ansaugleitungs-Interndruck-Berechnungseinheit), die die Ansaugkrümmerdichte ρb (die Dichte von Frischluft in der Ansaugleitung) an der nachgelagerten Weite des Drosselventils 4a und den Änderungsbetrag Δρb (= ρb(n) – ρb(n – 1)) der Ansaugkrümmerdichte (der Menge von Frischluft in der Ansaugleitung) berechnet.
Die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 berechnet den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv unter Verwendung der Ansaugluftmenge Qa, der Ansaugkrümmerdichte ρb und der Änderungsmenge Δρb der Ansaugkrümmerdichte.
Durch eine Echtzeitberechnung des in dem physikalischen Modell 25 verwendeten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv basierend auf in Echtzeit erfassten Sensorinformationen, ist es möglich, die Zylinderansaugluftmenge Qc mit einer ausreichenden Genauigkeit zu berechnen, um des Motors 1 auf geeignete Weise zu steuern, mit einer kleinen Anzahl von Anpassungskonstanten und einem kleinen Berechnungslastbetrag, ohne eine große Speicherkapazität zu benötigen.
Das heißt, der Zylinderansaugluftbetrag Qc kann mit einer hohen Genauigkeit durch Verwendung des physikalischen Modells 25 berechnet werden.
Zusätzlich ist die Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet mit einem Ansaugkrümmerdrucksensor 7 (einer Druckerfassungseinheit) und dem Ansauglufttemperatursensor 8 (einer Temperaturerfassungseinheit), die in der Ansaugleitung an der nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a angeordnet sind, wobei die Ansaugkrümmerdichte-Berechnungseinheit 23 die Ansaugkrümmerdichte ρb und den Änderungsbetrag Δρb der Ansaugkrümmerdichte berechnet unter Verwendung des Ansaugkrümmerdrucks Pb (der Ansaugleitungs-Interndruck) und der Ansaugkrümmertemperatur Tb (der Ansaugleitung-Interntemperatur), die erfasst werden durch die Druckerfassungseinheit bzw. die Temperaturerfassungseinheit.
Als Ergebnis ist es möglich, die Ansaugkrümmerdichte ρb und den Änderungsbetrag Δρb der Ansaugkrümmerdichte auf einfache Weise zu berechnen.
Weiterhin berechnet die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22 den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv(n) aus dem folgenden Ausdruck (22) unter Verwendung der Ansaugluftmenge Qa [g] für einen Takt des Verbrennungsmotors, der Ansaugkrümmerdichte ρb [g/cm³] (Ansaugleitungs-Interndichte), des Änderungsbetrags Δρb [g/cm³] der Luft in der Ansaugleitung, des Ansaugleitungsvolumens Vs [cm³] von der nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a zu einem Zylindereinlassanschluss des Verbrennungsmotors und des Zylindertaktvolumens Vc [cm³] pro einem Zylinder des Verbrennungsmotors.
[Ausdruck 22]
Dementsprechend kann der volumetrische Effizienzkorrekturfaktor Kv mit hoher Genauigkeit berechnet werden durch eine einfache Berechnungsoperation basierend auf einer theoretischen Betrachtungsweise.
Weiterhin berechnet die volumetrische Effizienzkorrekturfaktor-Berechnungseinheit 22, als endgültigen volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor, den gefilterten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kvf(n), der erhalten wird durch weiteres Ausführen einer Filterverarbeitung hinsichtlich des aus dem Ausdruck (22) berechneten volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv.
Als Ergebnis ist es möglich, den Einfluss auf den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv aufgrund eines sehr kleinen Erfassungsfehlers zu unterdrücken, der in dem Sensor enthalten ist, wodurch es möglich wird, den Zylinderansaugluftmengenbetrag Qc mit einer noch höheren Genauigkeit zu schätzen.
Zusätzlich ist das physikalische Modell 25 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer internen EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 ausgestattet, die die interne EGR-Rate Regr berechnet, die ein Index ist, der eine Abgasmenge nach einer Verbrennung anzeigt, die in dem Zylinder verblieben ist, ohne aus dem Inneren des Zylinders in die Abgasleitung ausgeworfen zu werden.
Die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 berechnet die interne EGR-Rate Regr durch Verwendung der Ansaugeffizienz Kin, die das Verhältnis der Ansaugkrümmerdichte ρb und der internen Zylinderdichte des Verbrennungsmotors ist, und den volumetrischen Effizienzkorrekturfaktor Kv.
Dementsprechend ist es möglich, die interne EGR-Rate Regr in Echtzeit mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Dementsprechend kann nicht nur die Zylinderansaugluftmenge Qc sondern auch die interne EGR-Rate Regr mit einer geeigneten Genauigkeit geschätzt werden zum Steuern des Motors auf geeignete Weise, mit einer kleinen Anzahl von Anpassungskonstanten und einer kleinen Berechnungslast oder Berechnungsbetrag.
Weiterhin berechnet die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 die interne EGR-Rate Regr aus dem Ausdruck (16) unter Verwendung des volumetrischen Effizienzkorrekturfaktors Kv, der Ansaugeffizienz Kin und dem Kompressionsverhältnis ε des Verbrennungsmotors, so dass die interne EGR-Rate Regr kann mit hoher Genauigkeit geschätzt werden durch einen einfachen Berechnungsbetrieb basierend auf theoretischen Überlegungen.
Weiterhin berechnet die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 die Ansaugeffizienz Kin aus dem Ausdruck (21) unter Verwendung des internen Zylinderdrucks Pin [kPa], des Ansaugkrümmerdrucks Pb [kPa] (der Ansaugleitungs-Interndruck), der Abgastemperatur Tex [°K] (der Abgasleitungs-Interntemperatur) und der Ansaugkrümmertemperatur Tb [°K] (der Ansaugleitungs-Interntemperatur), zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes des Verbrennungsmotors, so dass die Ansaugeffizienz Kin basierend auf einer theoretischen Betrachtung mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann.
Weil die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 den internen Zylinderdruck Pin [kPa], der für den Ausdruck (21) verwendet wird, als quadratische Funktion des Ansaugkrümmerdrucks Pb [kPa] annähert, ist es zusätzlich möglich, den internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Einlasstaktes mit ausreichender Genauigkeit zu schätzen zum Steuern des Motors auf geeignete Weise mit einer kleinen Anzahl von Anpassungskonstanten und einer kleinen Berechnungslast.
Weiterhin verwendet die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit 24 den Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwert Pbp (einen Maximalwert des Ansaugleitungs-Interndrucks) zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln als Ansaugkrümmerdruck Pb [kPa] zum Annähern des internen Zylinderdrucks Pin [kPa], so dass der internen Zylinderdruck Pin zu der Zeit des Endes des Ansaugtaktes mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4029739 [0019]
JP 3622538 [0019]

Claims

Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die zum Schätzen einer Ansaugluftmenge (Qc) dient, die in einen Zylinder in den Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird, der mit einer Ansaugleitung an einem Ort nachgelagert einem Drosselventil (4a) verbunden ist, wobei die Schätzvorrichtung umfasst: eine Ansaugluftmengen-Erfassungseinheit (2), die eine Ansaugluftmenge (Qa) erfasst, die das Drosselventil (4) passiert und in den Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird, und ein physikalische Modell (25), das eine Antwortverzögerung eines Ansaugsystems modelliert, bis Luft, die das Drosselventil (4a) passiert hat, in den Zylinder kommt; wobei das physikalische Modell (25) umfasst: eine volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit (22), die einen volumetrischen Effizienzentsprechungswert (Kv) berechnet, der ein Index ist, der eine Luftmenge anzeigt, die in den Zylinder des Verbrennungsmotors von einer nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) kommt; eine Zylinderansaugluftmengen-Berechnungseinheit (21), die die Zylinderansaugluftmenge (Qc) berechnet, die tatsächlich in den Zylinder gesaugt wird, unter Verwendung des Ansaugluftbetrags (Qa), des volumetrischen Effizienzentsprechungswerts (Kv) und des physikalischen Modells (25); und eine Ansaugleitungs-Interndichte-Berechnungseinheit (23), die eine Ansaugleitungs-Interndichte (ρb) an der nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) und einen Änderungsbetrag (Δρb) der Ansaugleitungs-Interndichte (ρb) berechnet; wobei die volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit (22) den volumetrischen Effizienzentsprechungswert (Kv) berechnet unter Verwendung des Ansaugluftbetrags (Qa), der Ansaugleitungs-Interndichte (ρb) und des Änderungsbetrag (Δρb) der Ansaugleitungs-Interndichte.
Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Druckerfassungseinheit (7) und eine Temperaturerfassungseinheit (8), die in der Ansaugleitung an der nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) angeordnet sind; wobei die Ansaugleitungs-Interndichte-Berechnungseinheit (23) die Ansaugleitungs-Interndichte (ρb) und den Änderungsbetrag (Δρb) der Ansaugleitungs-Interndichte berechnet unter Verwendung eines Ansaugleitungs-Interndrucks (Pb) und einer Ansaugleitungs-Interntemperatur (Tb), die durch die Druckerfassungseinheit (7) bzw. die Temperaturerfassungseinheit (8) erfasst werden.
Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit (22) den volumetrischen Effizienzentsprechungswert Kv aus dem folgenden Ausdruck (1) berechnet [Ausdruck 1]
unter Verwendung der Ansaugluftmenge Qa [g] für einen Takt des Verbrennungsmotors (1), der Ansaugleitungs-Interndichte ρb [g/cm³], des Änderungsbetrags Δρb [g/cm³] der Luft in der Ansaugleitung, eines Ansaugleitungsvolumens Vs [cm³] von der nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) zu einem Zylindereinlassanschluss des Verbrennungsmotors (1) und eines Zylindertaktvolumens Vc [cm³] pro einem Zylinder des Verbrennungsmotors (1).
Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die volumetrische Effizienzentsprechungswert-Berechnungseinheit (22), als endgültigen volumetrischen Effizienzentsprechungswert, einen gefilterten volumetrischen Effizienzentsprechungswert (Kvf(n)) berechnet, der erhalten wird durch weiteres Ausführen einer Filterverarbeitung hinsichtlich des aus Ausdruck (1) berechneten volumetrischen Effizienzentsprechungswerts (Kv).
Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: eine interne EGR-Raten-Berechnungseinheit (24), die eine interne EGR-Rate (Regr) berechnet, die ein Index ist, die eine Abgasluftmenge nach einer Verbrennung anzeigt, die in dem Zylinder verblieben ist, ohne aus dem Inneren des Zylinders in einer Abgasleitung abgeführt zu werden; wobei die internen EGR-Raten-Berechnungseinheit (24) die internen EGR-Rate (Regr) berechnet unter Verwendung einer Ansaugeffizienz (Kin), die ein Verhältnis der Ansaugleitungs-Interndichte (ρb) und einer internen Zylinderdichte des Verbrennungsmotors (1) ist, und des volumetrischen Effizienzentsprechungswerts (Kv).
Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, wobei die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit (24) die interne EGR-Rate Regr aus dem folgenden Ausdruck (2) berechnet [Ausdruck 2]
unter Verwendung des volumetrischen Effizienzentsprechungswerts Kv, der Ansaugeffizienz Kin und einem Kompressionsverhältnis ε des Verbrennungsmotors (1).
Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit die Ansaugeffizienz Kin aus dem folgenden Ausdruck (3) berechnet [Ausdruck 3]
unter Verwendung eines internen Zylinderdrucks Pin [kPa] zu der Zeit des Endes des Ansaugtakts des Verbrennungsmotors (1) eines Ansaugleitungs-Interndrucks Pb [kPa], einer Abgasleitungs-Interntemperatur Tex [°K] und einer Ansaugleitungs-Interntemperatur Tb [°K].
Schätzvorrichtung für einen Zylinderansaugluftbetrag in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit (24) den internen Zylinderdruck Pin [kPa], der für Ausdruck (3) verwendet wird, als quadratische Funktion des Ansaugleitungs-Interndrucks Pb [kPa] annähert.
Schätzvorrichtung für eine Zylinderansaugluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, wobei die interne EGR-Raten-Berechnungseinheit (24) einen Maximalwert (Pbp) des Ansaugleitungs-Interndrucks zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln als den Ansaugleitungs-Interndruck Pb [kPa] verwendet zum Annähern des internen Zylinderdrucks Pin [kPa].