DE102013211260A1

DE102013211260A1 - Abschätzungsvorrichtung für die Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013211260A1
Application number: DE102013211260.2A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-06-18
Also published as: CN103775225B; JP5328967B1; US20140116376A1; DE102013211260B4; CN103775225A; US9228519B2; JP2014084817A

Abstract

Eine Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor kann eine Zylindereinlassluftmenge zu einer ausreichenden Genauigkeit für eine brauchbare Motorsteuerung abschätzen, in sowohl dem stationären Betrieb als auch dem instationären Betrieb, mit einer kleinen Anzahl an Anpassungskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnungslast, ohne dass eine große Speicherkapazität benötigt wird. Die Beziehung zwischen einem Öffnungsgrad und einer effektiven Öffnungsfläche des Drosselventils ist gelernt worden, während die Zylindereinlassluftmenge in einem S/D-Verfahren von einem Korrekturfaktorkennfeld der volumetrischen Effizienz berechnet wird, das durch eine Ventilterminierung zu der Zeit des stationären Betriebs angepasst worden ist, und in einen Zeitraum von einer Übergangsänderung, bis eine Abgaskrümmertemperatur konvergiert ist, eine Einlassluftmenge basierend auf der so gelernten Beziehung berechnet wird. Die Zylindereinlassluftmenge wird basierend auf einem physikalischen Modell einer Einlasssystemantwortverzögerung berechnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der mit einem VVT-(Variable Valve Timing Drive)-Mechanismus versehen ist, und genauer eine Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor (engl. estimation device for a cylinder intake air amount in an internal combustion machine), die zum Berechnen einer Menge an Einlassluft mit einem hohen Genauigkeitsgrad dient, die in einen Zylinder eingesaugt wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Im Allgemeinen ist es wichtig, um einen Motor auf eine brauchbare Weise zu steuern, eine Menge an Luft, die in einen Zylinder eingesaugt werden soll (nachfolgend auch als Zylindereinlassluftmenge bezeichnet), mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen und Kraftstoffsteuerung und Zündungsterminierungssteuerung (engl. ignition timing control) gemäß der Luftmenge durchzuführen, die in den Zylinder eingesaugt worden ist.
Um eine Zylindereinlassluftmenge zu erhalten, werden im Allgemeinen zwei Arten von Verfahren angewendet, die ein AFS-Verfahren von Messen der Zylindereinlassluftmenge unter Verwendung eines Luftstromsensors (AFS: Luftstromsensor), der in einem Einlassrohr an einer Stelle vorgelagert eines Drosselventils angeordnet ist, und ein S/D-Verfahren (Geschwindigkeits-Dichte-Verfahren) von Berechnen durch Abschätzung der Zylindereinlassluftmenge von einem Einlasskrümmerdruck (engl. intake manifold pressure) und einer Motorrotationsgeschwindigkeit unter Verwendung eines Drucksensors (nachfolgend als ein „Einlasskrümmerdrucksensor” bezeichnet), der in einem Einlasskrümmersystem (einem Anstiegsbehälter und einem Einlasskrümmer) nachgelagert zu dem Drosselventil in dem Einlassrohr angeordnet ist, und eines Motorrotationssensors beinhalten.
Zusätzlich ist eine Technik bekannt, die als Schalter zwischen den individuellen Verfahren gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der oben genannten Sensoren in Kombination miteinander dient, und eine Technik, die dazu dient, einen Einlasskrümmerdruck zu messen, auch in dem Fall eines AFS-Verfahrens.
In den letzten Jahren wurde, zum Zweck weiteren Reduzierens des Kraftstoffverbrauchs als auch des weiteren Anstiegs der Ausgabeleistung, eine Anwendung eines VVT-(Variable Valve Timing)-Mechanismus (nachfolgend als „Einlass-VVT” bezeichnet) populär, der dazu dient, die Ventilöffnungs- und -schließterminierung jedes Einlassventils variabel zu machen. Darüber hinaus werden VVT-Mechanismen auch zunehmend für Abgasventile eingesetzt, zusätzlich zu Einlassventilen (nachfolgend als Einlass- und Abgas-VVT-System bezeichnet).
In einem Motor, der mit solch einem Einlass- und Abgas-VVT-System versehen ist, ändert sich jedoch eine Menge an Einlassluft, die in einen Zylinder von einem Einlasskrümmer eingesaugt wird, stark in Abhängigkeit von der Ventilöffnungs- und -schließterminierung der Einlass- und Abgasventile, wobei als ein Ergebnis davon, falls der Einfluss der Ventilöffnungs- und Schließterminierung nicht beachtet wird, insbesondere bei dem S/D-Verfahren, die Berechnungsgenauigkeit der Menge an Einlassluft, die in den Zylinder eingesaugt wird, zu einem großen Ausmaß in all den Betriebsbereichen, eingeschlossen einen stationären bzw. stabilen Betriebsbereich (engl. steady state operation region) und einen instationären Betriebsbereich bzw. einen Übergangsbetriebsbereich (engl. transient operation region), abnehmen wird.
Zusätzlich wird in Fällen, wo die Ventilterminierung (engl. valve timing) verändert wird, eine Antwortverschiebung auftreten, so dass zur Zeit eines instationären Betriebs die Ventilterminierung nicht mit der übereinstimmt, die zur Zeit des stationären Betriebs eingestellt worden ist, was dazu führt, dass die Berechnungsgenauigkeit der Menge an Luft zu einem wesentlichen Ausmaß reduziert wird.
In der Vergangenheit war als Abschätzungsverfahren für eine Zylindereinlassluftmenge in dem S/D-Verfahren ein Verfahren von Berechnen einer Zylindereinlassluftmenge aus einem Einlasskrümmerdruck, einer volumetrischen Effizienz (engl. volumetric efficiency), einem Zylindervolumen und einer Temperatur bekannt, unter der Annahme einer Voraussetzung, dass sich Motorparameter, wie beispielsweise Ventilterminierung etc., nicht verändern (zum Beispiel sei Bezug auf ein erstes Patentdokument gemacht).
In dem Verfahren des ersten Patentdokuments kann in Fällen, wo ein variables Ventil für das S/D-Verfahren angewendet wird, bedacht werden, dass eine volumetrische Effizienz in dem stationären Betrieb, bei dem Ventilterminierung in Übereinstimmung mit einem Steuerkennfeld (engl. control map) einer Ventilterminierung ist, auf einen Kennfeldwert gesetzt ist. In diesem Fall wird jedoch kein Problem zu der Zeit des stationären Betriebs sein, aber zu der Zeit des instationären Betriebs wird die Berechnungsgenauigkeit der Menge an Luft zu einem wesentlichen Ausmaß reduziert sein.
Dementsprechend wird, um die Reduktion bei der Berechnungsgenauigkeit der Menge an Luft zu der Zeit des instationären Betriebs zu unterdrücken, auch angedacht, dass viele Kennfelder für die volumetrische Effizienz gemäß der Ventilterminierung gesetzt sind, aber es ist in dem Fall, dass solch ein Schema auf ein Einlass- und Abgas-VVT-System angewandt wird, notwendig, Kennfelder volumetrischer Effizienz gemäß der Ventilterminierung jedes eines Einlass-VVT-Mechanismus und eines Abgas-VVT-Mechanismus zu setzen. Als Ergebnis davon wird eine große Anzahl an Arbeitsstunden zum Anwenden und Einstellen von Daten benötigt und darüber hinaus wird die Kapazität an Speicher groß, die für einen Mikrocomputer in einem ECU benötigt wird.
Zum Beispiel werden, gemäß dem Verfahren des ersten Patentdokuments, bezüglich der Anzahl an Kennfeldern für der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werte (Indizes, von welchen jeder eine Menge an Luft angibt, die in einen Zylinder von einem Einlasskrümmer kommt) in Fällen, wo der Betriebsbereich eines VVT-Mechanismus durch sechs repräsentative Punkte repräsentiert wird, wobei jeder Bereich zwischen angrenzenden Punkten (nachfolgend als ein Zwischenpunktbereich bezeichnet) interpoliert ist, sechs Kennfelder von Werten, die der volumetrischen Effizienz entsprechen, für eine Systemkonfiguration benötigt, die nur einen Einlass-VVT-Mechanismus verwendet, und eine Gesamtzahl (6 × 6 = 36) von Kennfeldern volumetrischer Effizienz entsprechender Werte als Systemkonfiguration eines Einlass- und Abgas-VVT-Systems wird benötigt.
Das heißt, in einem Motor mit VVT-Mechanismen ist es in Fällen, wo ein S/D-Verfahren von Abschätzen einer Zylindereinlassluftmenge von einem Einlasskrümmerdruck und einer Motorrotationsgeschwindigkeit angewendet wird, notwendig, den der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert gemäß der tatsächlichen Ventilterminierung (engl. actual valve timing) jedes VVT-Mechanismus anzupassen, und somit wird die Anzahl an Speicherkennfeldern groß.
STAND DER TECHNIK-REFERENZEN
PATENTDOKUMENTE

Erstes Patentdokument: Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. H08-303293

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die herkömmliche Zylindereinlassluftmengenabschätzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor weist ein Problem dahingehend auf, dass, wenn ein Kennfeld volumetrischer Effizienz in einem stationären Zustand in Fällen gesetzt ist, wo variable Antriebsventile auf das S/D-Verfahren angewendet werden, die Berechnungsgenauigkeit zu der Zeit eines instationären Betriebs zu einem wesentlichen Ausmaß reduziert ist.
Zusätzlich gibt es ein weiteres Problem dahingehend, dass es in Fällen, wo viele Kennfelder volumetrischer Effizienz so gesetzt sind, dass die Reduktion der Berechnungsgenauigkeit zu der Zeit eines instationären Betriebs unterdrückt wird, notwendig ist, eine große Anzahl an Kennfeldern gemäß individueller Ventilterminierung zu setzen, was eine riesige Speicherkapazität benötigt.
Dementsprechend wird, wie in der japanischen Patentanmeldung ( japanische Patentanmeldung Nr. 2012-61824 ), die von demselben Anmelder wie in dieser Anmeldung eingereicht worden ist, es auch betrachtet, dass, um eine Zylindereinlassluftmenge mit hohem Genauigkeitsgrad unter Verwendung einer geringen Anzahl an Kennfeldern in einem Motor zu berechnen, der mit einem Einlass- und Abgas-VVT-System versehen ist, in dem AFS-Verfahren die Zylindereinlassluftmenge unter Verwendung eines physikalischen Modells abgeschätzt wird, das eine Antwortverzögerung in einem Einlasssystem modelliert, bis die Luft, die durch ein Drosselventil hindurchgetreten ist, in einen Zylinder kommt, wohingegen in dem S/D-Verfahren solch eine Abschätzung unter Verwendung eines physikalischen Modells durchgeführt wird, das die Bewegung von Luft modelliert, die in einen Zylinder von einem Einlasskrümmer kommt.
In diesem Fall wird ein der volumetrischen Effizienz entsprechender Wert verwendet, der ein Index ist, der eine Menge an Luft angibt, die in den Zylinder von dem Einlasskrümmer kommt, aber der der volumetrischen Effizienz entsprechende Wert (das heißt ein Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz) kann durch die Verwendung zweier interner Variablen (das heißt einer Einlasseffizienz und einer Abgaseffizienz) berechnet werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine interne EGR-Rate (eine Proportion eines Abgases, das in dem Zylinder verblieben ist) unter Verwendung der Abgaseffizienz abzuschätzen.
Beim Durchführen annähernden Betriebs oder Berechnung der internen Variablen unter Verwendung des oben erwähnten physikalischen Modells wird es möglich, die Anzahl an notwendigen Kennfeldern zu einem wesentlichen Ausmaß zu reduzieren, verglichen mit dem Fall des ersten Patentdokuments, bei dem die Anzahl an Kennfeldern für der volumetrischen Effizienz entsprechende Werte sechs in dem Einlass-VVT-System sein muss und sechsunddreißig in dem Einlass- und Abgas-VVT-System sein muss.
Jedoch kann in Fällen, wo lineare (erster Ordnung) annähernde Ausdrücke zur Berechnung der internen Variablen verwendet werden, die Anzahl notwendiger Kennfelder zu einem großen Ausmaß reduziert werden, aber in Fällen, wo quadratische (zweite Ordnung) annähernde Ausdrücke oder kubische (dritter Ordnung) annähernde Ausdrücke zum Zweck weiterer Genauigkeitsverbesserung verwendet werden, die Anzahl notwendiger Kennfelder auch erhöht werden, was zu der Tatsache führt, dass der Effekt von Reduzieren der Anzahl an Kennfeldern verringert wird.
Um die annähernden Ausdrücke für die Berechnung der internen Variablen zu erhalten, in dem Fall des Einlass- und Abgas-VVT-Systems, werden schließlich Datenmessungen für 6 × 6 (= 36) Teile von Korrekturfaktorkennfeldern volumetrischer Effizienz benötigt, und so liegt darüber hinaus ein Problem dahingehend vor, dass der Effekt von Reduzieren der Anpassung von Arbeitsstunden nicht erwartet werden kann. Darüber hinaus bringt der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz auch ein Problem dahingehend mit sich, dass es leicht ist, Fehler zu verursachen, die von Variationen von Umweltbedingungen oder individuellen Variationen resultieren, und diese Fehler können nicht neutralisiert bzw. aufgefangen werden.
Zusätzlich liegt in dem Fall des S/D-Verfahrens ein Problem dahingehend vor, dass eine genaue Zylindereinlassluftmenge nicht zu der Zeit instationären Betriebs bzw. eines Übergangsbetriebs (engl. transient Operation state) als auch nicht in einem vorbestimmten Zeitraum nach dem instationären Betrieb abgeschätzt werden kann.
Im Allgemeinen werden Kennfeldwerte in Fällen, wo ein Kennfeld für den Korrekturfaktor volumetrischer Effizienz angepasst wird, unter Verwendung der Beziehung unter einem Einlasskrümmerdruck, einer Einlasskrümmertemperatur und einer Zylindereinlassluftmenge (zum Beispiel berechnet aus einem AFS und einer Menge an Kraftstoffeinspritzung) zu der Zeit berechnet, wenn eine Drossel in den stationären Betrieb gekippt ist (oder bei einer geringen Änderungsrate, die nahe der in dem stationären Betrieb) ist.
Darüber hinaus wird bezüglich des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz angenommen, dass die Beziehung des Einlasskrümmerdrucks, der Einlasskrümmertemperatur und der Zylindereinlassluftmenge in einem Zustand, wo das Verhältnis unter der Zylindereinlassluftmenge, dem Druck und der Temperatur in dem Einlasskrümmer und dem Druck und der Temperatur in dem Abgasrohr von einem Abgasventil zu einem Katalysator (nachfolgend als „Abgaskrümmer” bezeichnet) in einem ausgeglichenen Zustand ist, als reine Zahl abgeleitet wird.
Ferner ist es experimentell bekannt, dass der oben erwähnte ausgeglichene Zustand im Wesentlichen auch in Fällen erhalten bleibt, wo er zu dem gesetzten Punkt zurückgekehrt ist, wo er wieder der gleiche ist, nachdem der Zustand zu einem anderen Punkt des Betriebs gewechselt ist.
Dementsprechend wird angenommen, dass bei dem S/D-Verfahren unter der Annahme, dass unter Verwendung dieser Eigenschaft die Beziehung zwischen dem Einlasskrümmerdruck, der Einlasskrümmertemperatur, der Zylindereinlassluftmenge und dem Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz immer konstant ist, die Zylindereinlassluftmenge von dem Einlasskrümmerdruck, der Einlasskrümmertemperatur und dem Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz abgeschätzt wird.
Jedoch wird in Fällen, wo der Motorbetrieb instationär von einem Niedriglast-Betrieb zu einem Hochlast-Betrieb gewechselt ist, oder in Fällen, wo der Motorbetrieb umgekehrt gewechselt hat, insbesondere eine Temperaturänderung in dem Abgaskrümmer groß sein (zum Beispiel etwa 400°C bis 800°C), und eine gewisse Zeitmenge (zum Beispiel etwa mehrere Sekunden bis 30 Sekunden) benötigt werden, bevor die Temperatur in dem Abgaskrümmer konvergiert ist. In diesem Fall wird sich die Beziehung des Einlasskrümmerdrucks, der Einlasskrümmertemperatur und der Zylindereinlassluftmenge verschieben oder ändern in einem Zeitraum von der Zeit einer Übergangsänderung, bis die Temperatur in dem Abgaskrümmer konvergiert ist.
Mit anderen Worten ist es bekannt, dass in dem Fall des S/D-Verfahrens die Zylindereinlassluftmenge nicht mit einem hohen Genauigkeitsgrad berechnet werden kann, bis die Temperatur in dem Abgaskrümmer konvergiert ist, auch wenn ein physikalisches Modell verwendet wird.
Es wird angenommen, dass der Grund dafür in der Menge internen EGRs liegt, das sich ausgehend von der Tatsache verändert, dass sich die Temperatur in dem Abgaskrümmer unterscheidet oder variiert. Dementsprechend unterscheidet sich oder variiert die Temperatur in dem Abgaskrümmer zu der Zeit instationären Betriebs als auch in dem vorbestimmten Zeitraum danach, und somit ändert sich die Menge internen EGRs, wodurch es unmöglich ist, eine genaue Zylindereinlassluftmenge abzuschätzen.
Hier sei angemerkt, dass in dem Fall des AFS-Verfahrens ein Abschätzungsfehler der Zylindereinlassluftmenge wie in dem S/D-Verfahren nicht auftritt, auch in dem Zeitraum von der Zeit der instationären Änderung, bis die Temperatur in dem Abgaskrümmer konvergiert ist.
Dementsprechend wird auch angenommen, dass die Abschätzungstechnik unter Verwendung des oben erwähnten physikalischen Modells weiter verbessert ist, so dass die Abschätzungsgenauigkeit der Abgastemperatur verbessert werden kann, wodurch die Menge an internem EGR korrigiert wird, aber in dem Fall werden die folgenden Probleme auftreten. Das heißt, die Anzahl an notwendigen Kennfeldern wird weiter ansteigen, und somit ist es unmöglich, den Effekt von Reduzieren der Anzahl an Kennfeldern zu erhalten, was ein angestrebter Zweck ist, und über dies ist es notwendig, die Temperatur des Abgases zum Anpassen zu verändern, und Arbeitsstunden für die Anpassung werden hoch.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben bezeichneten Probleme zu lösen, und hat als Aufgabe, eine Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, die auch in dem Fall der Verwendung eines S/D-Verfahrens im Stande ist, eine Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern eines Motors auf eine brauchbare Weise abzuschätzen, und zwar sowohl in einem stationären Betrieb als auch einem instationären Betrieb mit einer kleinen Anzahl an Anpassungskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnung oder Rechenlast, ohne dass eine große Speicherkapazität benötigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor vorgesehen, die zum Abschätzen einer Menge von Einlassluft dient, die in einen Zylinder in dem Verbrennungsmotor eingesaugt wird, der mit einem Einlassrohr an einer Stelle nachgelagert eines Drosselventils verbunden ist, und die aufweist: mehrere Arten von Sensoren, die einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors detektieren, die in Bezug zu einer Vielfalt an Arten von Aktuatoren bzw. Betätigungsventilen (engl. actuator) stehen; und ein physikalisches Modell, das eine Antwortverzögerung eines Einlasssystems modelliert, bis die Luft, die durch das Drosselventil hindurchgetreten ist, in den Zylinder kommt, unter Verwendung detektierter Werte der Vielfalt an Arten von Sensoren als Eingabeinformation. Die Vielfalt an Arten von Aktuatoren weist eine Drosselöffnungsgradsteuereinheit auf, die eine Menge an Luft, die durch das Drosselventil hindurchtritt, durch Steuern eines Drosselöffnungsgrads des Drosselventils reguliert, um dadurch eine effektive Öffnungsfläche davon zu ändern. Die Vielfalt an Arten von Sensoren weist einen Außenlufttemperatursensor (engl. atmospheric air temperature sensor), der eine Außenlufttempertur an der Außenluftseite des Drosselventils detektiert, einen Außenluftdrucksensor, der einen Außenluftdruck an der Außenluftseite des Drosselventils detektiert, und einen Einlasskrümmerdrucksensor auf, der einen Druck in dem Einlassrohr an der nachgelagerten Seite des Drosselventils als einen Einlasskrümmerdruck detektiert. Das physikalische Modell weist eine Berechnungseinheit eines der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts, die einen der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert berechnet, der ein Index ist, der eine Menge an Luft angibt, die in den Zylinder gesaugt wird, eine Drosselöffnungsgradlerneinheit, die einen lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad zum Erreichen einer Zielmenge an Einlassluft durch Lernen einer Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche berechnet, und eine Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit auf, die eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge (engl. actual cylinder intake air amount) berechnet. Zu der Zeit des stationären Betriebs wird eine Abschätzung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks und des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts durchgeführt und zur gleichen Zeit wird Öffnungsgradlernen durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit basierend auf der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge durchgeführt, wobei zu der Zeit des instationären Betriebs, nachdem das Öffnungsgradlernen durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit gestoppt ist, eine Menge an Einlassluft abgeschätzt wird, die durch das Drosselventil hindurchgetreten ist, durch Anwenden der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche (engl. actual effective opening area), die von dem Drosselöffnungsgrad berechnet ist, und einem Ergebnis des Öffnungsgradlernens, des Einlasskrümmerdrucks, des Außenluftdrucks und der Außentemperatur auf einen Flussratenberechnungsausdruck eines Drosseltypflussmessers (engl. throttle type flow meter), und zur selben Zeit die Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit basierend auf der Menge an Einlassluft durchgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fällen, wo die Zylindereinlassluftmenge durch Verwendung eines S/D-Verfahrens berechnet wird, zu der Zeit eines stationären Betriebs die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche gelernt, während die Zylindereinlassluftmenge von einem Korrekturfaktorkennfeld der volumetrischen Effizienz berechnet wird, der durch die Ventilterminierung zu der Zeit des stationären Betriebs angepasst wurde, wohingegen in einem Zeitraum von einem Zeitpunkt einer Übergangsänderung, bis die Temperatur in einem Abgaskrümmer konvergiert ist, die Menge an Einlassluft, die durch die Drossel hindurchgetreten ist, unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche, die so gelernt ist, berechnet wird, und die Zylindereinlassluftmenge unter Verwendung desselben physikalischen Modells (ein arithmetisches System, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems modelliert, bis die Luft, die durch das Drosselventil hindurchgetreten ist, in einem Zylinder kommt), wie dem in einem AFS-Verfahren, berechnet wird, wodurch es möglich ist, die Zylindereinlassluftmenge zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern eines Motors auf eine brauchbare Weise abzuschätzen, in einem stationären Betrieb und/oder einem instationären Betrieb bzw. einem Übergangsbetrieb mit einer kleinen Menge an Anpassungskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnungs- oder Rechenlast, ohne dass eine große Speicherkapazität benötigt wird.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Fachmann leicht erkennbar sein, die in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Blockkonstruktionsansicht, die eine Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Motor zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konstruktion der Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Vielfalt an Arten von Sensoren zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das Berechnungsvorgänge einer Menge an Einlassluft in einem Zylinder gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konstruktion einer Drosselöffnungsgradlerneinheit in 2 zeigt.
5 ist eine Erklärungsansicht, die insbesondere die Drosselöffnungsgradlernvorgänge gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Erklärungsansicht, die die Zustände CAt-θ zeigt, die Zahlentafeln bezüglich einer tatsächlichen CAt-θ-Beziehung nehmen können.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konstruktion eines Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteils in 4 zeigt.
8 ist eine Erklärungsansicht, die Vorgangsoperationen durch ein Langzeitlernwertberechnungsteil und ein Langzeitlernwertspeicherteil in 7 zeigt.
9 ist eine Erklärungsansicht, die eine Vorgangsoperation eines Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteils in 7 zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Blockkonstruktionsansicht, die eine Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Motor 1 zeigt. Darüber hinaus ist 2 ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konstruktion der Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Vielfalt von Arten von Sensoren und einer Vielfalt von Arten von Aktuatoren zeigt.
In 1 besteht die Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor aus einer Vielfalt an Arten von Sensoren und einer Vielfalt an Arten von Aktuatoren, die in Bezug zu dem Motor 1 stehen, und einer elektronischen Steuereinheit 20, die mit der Vielfalt an Arten von Sensoren verbunden ist. Nachfolgend wird die elektrische Steuereinheit 20 einfach als die ECU 20 (electronic control unit) bezeichnet.
Die ECU 20 stellt eine Motorsteuervorrichtung zusammen mit der Vielfalt an Arten von Sensoren und der Vielfalt an Arten von Aktuatoren dar und dient dazu, die Vielfalt an Arten von Aktuatoren in Übereinstimmung mit einer Vielzahl an Stücken von Detektionsinformation von der Vielfalt an Arten von Sensoren zu steuern, die einen Betriebszustand des Motors 1 angeben.
In einem Einlasssystem des Motors 1 ist ein Außentemperatursensor 2 zum Messen einer Außentemperatur Ta an einer vorgelagerten Seite davon angeordnet, und eine elektronische Steuerdrossel 4 (nachfolgend einfach als „eine Drossel 4” bezeichnet) ist an einer nachgelagerten Seite davon (an der Seite des Motors 1) angeordnet.
Die Drossel 4 besteht aus einem Drosselventil 4a zum Regulieren einer Menge an Einlassluft Qa und einem Drosselaktuator zum Steuern eines Grads der Öffnung θ (Drosselöffnungsgrad) des Drosselventils 4a auf eine elektronische Weise. Darüber hinaus ist ein Drosselpositionssensor 3 zum Messen des Drosselöffnungsgrads θ des Drosselventils 4a an der Drossel 4 angebracht.
An der nachgelagerten Seite der Drossel 4 sind ein Anstiegsbehälter 5 und ein Einlasskrümmer 6 angeordnet, die als ein Einlassrohr (ein Einlasskrümmerteil) zum Einführen von Luft in den Motor 1 dienen.
Der Einlasskrümmer 6, der einen Teil des Einlassrohrs darstellt, ist in Kommunikation mit einer Verbrennungskammer in jedem der Zylinder des Motors 1 durch ein Einlassventil.
Andererseits ist an der nachgelagerten Seite des Motors 1 ein Abgaskrümmer 13 angeordnet, der als ein Abgasrohr zum Abführen von Abgas dient, das von der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in jedem Zylinder resultiert.
Der Abgaskrümmer 13 ist in Kommunikation mit der Verbrennungskammer in jedem Zylinder des Motors 1 durch ein Abgasventil. Darüber hinaus sind, auch wenn nicht dargestellt, in dem Abgaskrümmer 13 ein O2-(Sauerstoff)-Sensor zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches und ein Katalysator zum Reinigen des Abgases vorgesehen.
In dem Einlassrohr an einer Stelle nachgelagert der Drossel 4 sind ein Einlasskrümmerdrucksensor 7, der dazu dient, einen Druck (das heißt einen Einlasskrümmerdruck Pb) in einen Einlasskrümmerraum mit den Innenräumen des Anstiegsbehälters 5 und des Einlasskrümmers 6 zu messen, und ein Einlasslufttemperatursensor 8 angeordnet, der dazu dient, eine Temperatur (das heißt eine Einlasskrümmertemperatur Tb) in dem Einlasskrümmerraum zu messen.
Darüber hinaus sind, auch wenn hier nicht speziell dargestellt, ein Außenluftdrucksensor 14 und ein Beschleunigungsöffnungssensor APS mit der ECU 20 verbunden, so dass zusätzlich zu der oben erwähnten Information bezüglich der Vielfalt an Arten von Sensoren ein Außenluftdruck PA von dem Außenluftdrucksensor 14 und ein Beschleunigungsöffnungsgrad Ap von dem Beschleunigungsöffnungssensor APS in die ECU 20 eingegeben werden.
Hier sei angemerkt, dass anstelle des Einlasskrümmerdrucksensors 7 zum Messen des Einlasskrümmerdrucks Pb auch eine Einheit zum Abschätzen des Einlasskrümmerdrucks von dem Betriebszustand des Motors 1, des Außenluftdrucks usw. vorgesehen sein kann.
Darüber hinaus kann anstelle des Einlasslufttemperatursensors 8 zum Messen der Einlasskrümmertemperatur Tb die Einlasskrümmertemperatur Tb auch von einem gemessenen Wert des Außenlufttemperatursensors 2 abgeschätzt werden, auch wenn diese strikt unterschiedlich zu der Einlasskrümmertemperatur Tb ist. Im Gegensatz dazu kann die Außenlufttemperatur Ta auch von dem gemessenen Wert des Einlasslufttemperatursensors 8 abgeschätzt werden anstelle des Außenlufttemperatursensors 2.
Darüber hinaus kann anstelle des Außenluftdrucksensors 14 zum Messen des Außenluftdrucks PA eine andere Außenluftdruckabschätzeinheit verwendet werden oder auch ein Außenluftdrucksensor verwendet werden, der in die ECU 20 eingebaut ist.
Ein Einspritzer 9 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in dem Einlasskrümmer 6 in der Nähe eines Einlassventils angeordnet, und ein Einlass-VVT 10 und ein Abgas-VVT 11, die dazu dienen, die Ventil-Terminierung des Einlass- und Abgasventils variabel zu machen, sind an dem Einlassventil bzw. dem Abgasventil angebracht.
Darüber hinaus ist eine Zündspule 12 zum Antreiben einer Zündkerze zum Erzeugen eines Funkens innerhalb eines Zylinders in dem Zylinderkopf angeordnet.
In 2 ist die ECU 20 mit einem physikalischen Modell 25 des Einlasssystems, das dazu dient, eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc und einen lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* zu berechnen, und einer Steuermengenberechnungseinheit 26 versehen, die dazu dient, die Vielfalt an Arten von Aktuatoren gemäß der Zylindereinlassluftmenge Qc und dem lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* anzutreiben.
Das physikalische Modell 25 besteht aus einer Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21, die die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc berechnet, einer Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz (oder einer Berechnungseinheit eines der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts) 22, die einen Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz (oder einen einer volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert) Kv berechnet, einer Drosselöffnungsgradlerneinheit 23, die die Menge an Einlassluft Qa und den lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* erzeugt, und einer Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24, die eine Einlasskrümmerdichte ρb berechnet.
Messinformationen (die Außenlufttemperatur Ta, der Drosselöffnungsgrad θ, der Einlasskrümmerdruck Pb, die Einlasskrümmertemperatur Tb, der Außenluftdruck PA und der Beschleunigeröffnungsgrad Ap) von der oben erwähnten Vielfalt an Arten von Sensoren 2, 3, 7, 8, 14 und des APS werden in die ECU 20 eingegeben.
Hier sei angemerkt, dass, auch wenn nicht gezeigt, eine Vielfalt an Arten von gemessenen Werten von anderen Sensoren und Motorrotationsinformation von einem Kurbelwinkelsensor in die ECU 20 eingegeben werden.
Darüber hinaus berechnet, auch wenn Einzelheiten später beschrieben werden, in dem physikalischen Modell 25 in der ECU 20 die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 den lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* zum abschließenden Antreiben der Drossel 4 unter Verwendung zumindest der Zylindereinlassluftmenge Qc, der Außenlufttemperatur Ta, dem Einlasskrümmerdruck Pb, dem Außenluftdruck PA und dem Beschleunigeröffnungsgrad Ap.
Ferner berechnet die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 die Menge an Einlassluft Qa, die für die arithmetischen Rechenoperationen der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 und der Korrekturfaktorberechnungseinheit 22 der volumetrischen Effizienz verwendet wird.
Hier sei angemerkt, dass in 2 ein Anordnungsbeispiel in dem Fall gezeigt ist, wo die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 die Menge an Einlassluft Qa berechnet, aber die Menge an Einlassluft Qa kann auch mittels einer willkürlichen Einheit in der ECU 20 berechnet werden.
Die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 berechnet die Einlasskrümmerdichte ρb (Dichte von Frischluft in dem Einlasskrümmer) unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb, der durch den Einlasskrümmerdrucksensor 7 gemessen ist, und der Einlasskrümmertemperatur Tb, die durch den Einlasslufttemperatursensor 8 gemessen ist.
Darüber hinaus berechnet die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa, die durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 berechnet ist, und der Einlasskrümmerdichte ρb, die durch die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 berechnet ist.
Die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 berechnet eine tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc in dem Motor 1 unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa, die durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 berechnet ist, und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv, der durch die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 berechnet ist.
Es sei hier angemerkt, dass zur Zeit des stationären Betriebs die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 die Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung eines allgemeinen S/D-Verfahrens berechnet, wohingegen zu der Zeit eines instationären Betriebs sie die Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa (das Lernergebnis der Menge an Luft, die durch die Drossel 4 zu der Zeit des stationären Betriebs hindurchgetreten ist), die durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 berechnet ist, und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv berechnet.
Die Steuermengenberechnungseinheit 26 in der ECU 20 führt eine Kraftstoffsteuerung, eine Zündungsterminierungssteuerung und eine Einlassluftmengensteuerung durch, indem die Zündung 9, die Zündspule 12 und die Drossel 4 in Übereinstimmung mit der Zylindereinlassluftmenge Qc, die durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 berechnet ist, und des lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* durch, der einem Integrationsvorgang durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 unterzogen ist.
Darüber hinaus, auch wenn Einzelheiten bezüglich der Einlassluftmengensteuerung später beschrieben werden, berechnet die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 ein Zieldrehmoment des Motors 1 gemäß den verschiedenen Arten von Sensorinformation, darunter den Beschleunigeröffnungsgrad Ap, berechnet eine Zielzylindereinlassluftmenge zum Erreichen des Zieldrehmoments und berechnet eine Zielmenge an Einlassluft Qa*, die durch die Drossel 4 hindurchtritt, basierend auf der Zielzylindereinlassluftmenge.
Darüber hinaus berechnet die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 als Steuerzielwerte zum Erreichen der Zielmenge an Einlassluft Qa* einen Zieldrosselöffnungsgrad θ* und den lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* und berechnet ferner einen Zieleinlass-VVT-Phasenwinkel und einen Zielabgas-VVT-Phasenwinkel.
Demgemäß steuert die Steuermengenberechnungseinheit 26 den Drosselöffnungsgrad θ der Drossel 4 und die Phasenwinkel der Einlass-VVT 10 und der Abgas-VVT 11, so dass die individuellen Steuerzielwerte erreicht werden.
Ferner steuert die Steuermengenberechnungseinheit 26 auch andere verschiedene Arten von Aktuatoren (einen EGR-Wert etc.), die nicht dargestellt sind, wie benötigt.
Hier sei angemerkt, dass das Öffnungsgradlernen (basierend auf der Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad θ) durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 in bekannter Literatur (zum Beispiel der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2008-57339 ) beschrieben ist, so dass Einzelheiten davon hier weg gelassen werden.
Als nächstes wird Bezug in Einzelheiten auf den Berechnungsvorgang der Zylindereinlassluftmenge Qc durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 in dem physikalischen Modell 25 gemacht, unter Bezug auf 1 und 2.
Zunächst werden ein Einlassrohrvolumen Vs [cm³], das sich von einem nachgelagerten Ende der Drossel 4 zu jeder Zylindereinlasseintrittsöffnung des Motors 1 erstreckt, und ein Zylinderhubvolumen Vc [cm³] pro 1 Zylinder definiert.
Darüber hinaus werden jeweils bezüglich der Anzahl an Huben (engl. stroke) n des Motors 1 ein Mittelwert Qa(n) der Menge an Einlassluft Qa [g/s], die durch die Drossel 4 für einen Hub des Motors 1 durchgetreten ist, ein Mittelwert Qc(n) der Zylindereinlassluftmenge Qc [g/s] für einen Hub des Motors 1, ein Zeitraum T(n) [s] für einen Hub des Motors 1 (d. h. 180 Grad CA in einem 4-Zylinder-Motor und 240 Grad CA in einem 3-Zylinder-Motor), ein Mittelwert ρb(n) der Einlasskrümmerdichte ρb [g/cm³] für einen Hub und ein Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) der Luft definiert, die in einen Zylinder von dem Einlasskrümmer kommt.
Darüber hinaus sind jeweils die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) [g/Hub] und die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g/Hub] pro Hub (Zyklus) des Motors 1 definiert.
Es sei angemerkt, dass die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) und die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) jeweils der Menge an Einlassluft Qa und der Zylindereinlassluftmenge Qc entsprechen und sie somit im Folgenden einfach als die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) und die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) bezeichnet werden.
Hier wird, wenn die Beziehung zwischen einem Unterschied der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) und der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) und einer Menge an Änderung der Einlasskrümmerdichte ρb(n) (Mittelwert) durch Fokussieren der Beachtung nur auf Frischluft (die Luft, die in den Einlasskrümmer durch die Drossel 4 kommt) in einem Bereich dargestellt wird, der in dem Einlassrohrvolumen Vs angegeben ist, wird der folgende Ausdruck (1) durch Anwenden des Gesetzes der Massenerhaltung für einen Hub erfüllt.
[Ausdruck 1]

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

Jedoch ist in dem Ausdruck (1) ρb(n – 1) eine Einlasskrümmerdichte in einem Hub vor Hub n, und ρb(n) – ρb(n – 1) entspricht einer Menge der Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte.
Andererseits wird die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) für einen Hub wie in dem folgenden Ausdruck (2) gezeigt unter Verwendung der Einlasskrümmerdichte ρb(n), des Zylinderhubvolumens Vc und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv(n) dargestellt.
[Ausdruck 2]

Qc(n)T(n) = Kv(n)·ρ_b(n)·Vc (2)

Hier sei angemerkt, dass, wenn der Motor 1 in einem stationären Betrieb ist, die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) und die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) zueinander gleich werden, so dass es möglich ist, den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv unter Verwendung eines Ausdrucks zu berechnen, in dem die linke Seite des Ausdrucks (2) mit dem tatsächlichen Betrag der Einlassluft Qa(n)T(n) ersetzt wird, um zwar zur Zeit des Anpassens der Motorsteuerkonstanten.
Nachfolgend wird unter Zuordnen des Ausdrucks (2) zu dem Ausdruck (1) die Einlasskrümmerdichte ρb(n) eliminiert und durch Lösen des Ausdrucks (1) für die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) wird die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) durch Verwendung einer Filterkonstanten K dargestellt, wie in dem folgenden Ausdruck (3) gezeigt.
[Ausdruck 3]
Der Ausdruck (3) entspricht dem physikalischen Modell 25 des Einlasssystems, und unter Verwendung des Ausdrucks (3) ist es möglich, die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) von der tatsächlichen Menge der Einlassluft Qa(n)T(n), die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu berechnen. Darüber hinaus kann von der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) eine Ladeeffizienz in dem Zylinder mit einem hohen Genauigkeitsgrad berechnet werden, so dass sie für verschiedene Arten von Motorsteuerung verwendet werden kann.
Durch weiteres Umformen 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 im Unterbrechungsvorgang, der in Synchronisation mit der Rotation des Motors 1 (zum Beispiel jedem vorgeschriebenen Kurbelwinkel) ist. Dementsprechend wird verstanden werden, dass das Einlasssystem des Motors 1 ein Nachlaufelement erster Ordnung (engl. first order lag element) ist.
Darüber hinaus dient der Ausdruck (3) dazu, die Zylindereinlassluftmenge Qc von der Menge an Einlassluft Qa zu berechnen, die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, so dass es in dem Fall des AFS-Verfahrens möglich ist, die Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung des Ausdrucks (3) zu berechnen.
Andererseits kann in dem Fall des S/D-Verfahrens die Zylindereinlassluftmenge Qc direkt unter Verwendung des Ausdrucks (2) berechnet werden, wobei es unnötig ist, den Ausdruck (3) zu verwenden.
In Fällen jedoch, wo der Ausdruck (2) in dem S/D-Verfahren verwendet wird, ist die Menge an Einlassluft Qa, die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, unbekannt.
Jedoch muss die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad θ basierend auf der Menge an Einlassluft Qa lernen, die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, und so ist es in dem S/D-Verfahren auch wünschenswert, die Menge an Einlassluft Qa zu berechnen, die durch den Drossel 4 hindurchgetreten ist.
Dementsprechend berechnet die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 durch Lösen des Ausdrucks (3) für die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, unter Verwendung der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n), des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv(n) und der Filterkonstanten K, wie in dem folgenden Ausdruck (5) gezeigt.
[Ausdruck 5]
Unter Verwendung des Ausdrucks (5) wird es in dem S/D-Verfahren auch möglich, die Menge an Einlassluft Qa zu berechnen, die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist.
Als nächstes wird der Berechnungsvorgang durch die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 in Einzelheiten erklärt werden.
Zunächst ist der Ausdruck (3), der von dem Ausdruck (1) und dem Ausdruck (2) erhalten wird, einer zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) von der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist.
Hier ist, wenn die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) durch Einsetzen des Ausdrucks (2) für den Ausdruck (1) eliminiert worden ist, der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) durch den folgenden Ausdruck (6) dargestellt, und zwar unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), der Menge an Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte, des Einlassrohrvolumens Vs, der Einlasskrümmerdichte ρb(n) und des Zylinderhubvolumens Vc.
[Ausdruck 6]
Die Einlasskrümmerdichte ρb(n) [g/cm³] in dem Ausdruck (5) kann mittels einer Zustandsgleichung mit dem folgenden Ausdruck (7) berechnet werden, und zwar unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb(n) [kPa], der durch den Einlasskrümmerdrucksensor 7 gemessen ist, der Einlasskrümmertemperatur Tb(n) [°K], die durch den Einlasslufttemperatursensor 8 gemessen ist, und einer Gaskonstanten R [kJ/(kg·K)].
[Ausdruck 7]
Auf diese Weise ist es möglich, den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) in Echtzeit basierend auf der Menge an Einlassluft Qa, der durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, die individuellen Ausgabewerte des Einlasskrümmerdrucksensors 7 und des Einlasslufttemperatursensors 8 unter Verwendung des Ausdrucks (7) zu berechnen.
Jedoch kann winziges Messrauschen häufig in den oben genannten Sensorausgabewerten enthalten sein und so können Fehler auch auftreten, wenn die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) von dem Ausdruck (3) unter Verwendung des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv(n) berechnet wird, die durch den Ausdruck (6) berechnet wird.
Um die Fehler zu vermeiden, die von dem oben erwähnten Rauschen resultieren, ist es effektiv, eine Rauschkomponente durch Durchführen einer Filterbearbeitung bezüglich des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv(n) abzuschwächen, die durch den Ausdruck (6) berechnet ist, und dann den Ausdruck (3) unter Verwendung des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kvf(n) nach der Abschwächung der Rauschkomponente (nach dem Filtern) zu berechnen.
Genauer gesagt kann der gefilterte Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n) mittels der Filterbearbeitung unter Verwendung einer Filterkonstanten K1 (zum Beispiel ein Wert von etwa 0,9 bis 0,99) berechnet werden, wie in dem folgenden Ausdruck (8) gezeigt.
[Ausdruck 8]

Kvf(n) = K₁Kvf(n – 1) + (1 – K)·Kv(n) (8)

Es sei hier angemerkt, dass, auch wenn in dem Ausdruck (8) Tiefpassfilter-Bearbeitung erster Ordnung angewendet wurde, um die Rauschkomponente abzuschwächen, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern ein Wert kann verwendet werden, der durch einfaches Mittelwertbewegen-Bearbeiten bezüglich der Werte für die vergangenen einigen Hube durchgeführt wird, oder ein Wert kann verwendet werden, der durch Durchführen einer gewichteten Mittelwertbewegung-Bearbeitung (das heißt Bearbeiten dahingehend, dass ein Mittelwert von individuellen Daten für die vergangenen einigen Hube berechnet wird, wobei jeweils unterschiedliches Gewicht auf die individuellen Daten gegeben wird) oder Ähnliches erhalten wird.
Von dem oben erwähnten Gesichtspunkt aus kann der gefilterte Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n) als der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) in dem Ausdruck (3) verwendet werden.
Als nächstes wird Bezug in Einzelheiten auf den Berechnungsvorgang der Zylindereinlassluftmenge Qc (basierend auf Ausdruck (2), dem Ausdruck (3) und dem Ausdruck (5) durch den Ausdruck (8)) genommen, der in dem S/D-Verfahren durch das physikalische Modell 25 (die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21, die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22, die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 und die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24) in der ECU 20 durchgeführt wird, während Bezug auf ein Flussdiagramm oder eine Routine in 3 genommen wird.
Die Vorgangsroutine von 3 wird durch den Unterbrechungsvorgang (B05-Vorgangs) an jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (zum Beispiel BTDC 05 [degCA]) des Motors 1 durchgeführt.
Hier sei angemerkt, dass die Einzelheiten des Lernvorgangs durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 später zusammen mit 4 bis 9 beschrieben werden.
In 3 erwirbt die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 zunächst den Einlasskrümmerdruck Pb(n) von dem Einlasskrümmerdrucksensor 7 (Schritt 101).
Hier sei angemerkt, dass der Einlasskrümmerdruck Pb(n) oft in Synchronisation mit dem Ventilöffnen und -schließen vibriert bzw. schwankt und somit ein Einlasskrümmerdruckmittelwert für einen Hub durch Integrieren der Ausgabespannung des Einlasskrümmerdrucksensors 7, während er alle 1,25 ms gesampelt wird, und durch Dividieren eines integrierten Werts der Ausgabespannung von dem letzten Unterbrechungsvorgang bis zu dem Stromunterbrechungsvorgang durch die Anzahl an Malen oder die Frequenz der Integration berechnet werden kann, und dieser Mittelwert, der so erhalten ist, kann als der Einlasskrümmerdruck Pb(n) gesetzt werden.
Dann erwirbt die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 die Einlasskrümmertemperatur Tb(n) von dem Einlasslufttemperatursensor 8 (Schritt 102).
Bezüglich der Einlasskrümmertemperatur Tb(n) wird auch ein Mittelwert davon für einen Hub verwendet, ähnlich dem Einlasskrümmerdruck Pb(n), aber im Allgemeinen ist die Antwort eines Temperatursensors schlechter verglichen mit dem eines Drucksensors, so dass keine Unannehmlichkeiten auftreten, auch wenn ein momentaner Temperaturwert verwendet wird.
Nachfolgend berechnet die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 die Einlasskrümmerdichte ρb(n) unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (7) (Schritt 103).
Der in Schritt 103 berechnete Wert wird als der letzte Wert (Schritt 111) gespeichert und als eine Einlasskrümmerdichte ρb(n – 1) vor einem Hub in dem Berechnungsvorgang von Schritt 112 verwendet, der später beschrieben wird.
Dann bestimmt, unter Bezugnahme auf verschiedene Arten von Sensorinformationen, die ECU 20, ob der Motor 1 in dem stationären Betrieb (Schritt 104) ist, und wenn eine Bestimmung gemacht wird, dass der Motor 1 nicht im stationären Betrieb ist, sondern im instationären Betrieb (das heißt NEIN), schiebt die Routine zu dem Berechnungsvorgang (Schritt 109) der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) basierend auf einem Lernen des Drosselöffnungsgrads.
Hier sei angemerkt, dass als ein spezifisches Beispiel der Bestimmung des stationären Betriebs eine Bedingung erwähnt werden kann, bei der ein Unterschied zwischen dem aktuellen tatsächlichen VVT-Phasenwinkel und dem Ziel-VVT-Phasenwinkel innerhalb eines vorbestimmten Winkels (zum Beispiel 1 [degCA]) ist, und zur gleichen Zeit individuelle Abweichungen von dem Drosselöffnungsgrad, dem Einlasskrümmerdruck und der Motorrotationsgeschwindigkeit für jeden vorbestimmten Zeitraum (zum Beispiel 100 [ms]) jeweils in einem vorbestimmten Verhältnis (zum Beispiel 5 bis 10 [%]) liegen, wo in Fällen, wobei diese Bedingung erfüllt ist, eine Bestimmung gemacht werden kann, dass der Motor 1 in einem stationären Betrieb ist.
Zusätzlich ist es in Fällen, wo das Lernen des Drosselöffnungsgrads (Schritt 108), das später beschrieben wird, noch nicht abgeschlossen ist, auch möglich, das Lernen des Drosselöffnungsgrads zu vereinfachen, und zwar unter der Annahme, dass der Motor 1 zu allen Zeiten in dem stationären Betrieb ist, während der Ziel-VVT-Phasenwinkel an einer Bezugsposition fest ist.
Darüber hinaus wird angenommen, dass in Fällen, wo der Einlasskrümmerdruckspitzenwert größer als der Außenluftdruck PA ist, Luft vorliegt, die aufgrund von Druckvibrationen bzw. -schwankungen in dem Einlasskrümmer dazu gebracht wird, rückwärts durch das Drosselventil 4a zu fließen, und in solch einem Fall, auch wenn die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, basierend auf der effektiven Öffnungsfläche CAt der Drossel 4 berechnet wird, ein Abschätzungsfehler groß werden wird. Als Ergebnis kann unter der Annahme, dass der Motor 1 in dem stationären Betrieb ist, die Verschlechterung der Genauigkeit unterdrückt werden, so dass die Zylindereinlassluftmenge Qc mit einem Genauigkeitsgrad abgeschätzt werden kann, der äquivalent dem des herkömmlichen S/D-Verfahrens ist.
Andererseits berechnet, wenn eine Bestimmung in dem oben beschriebenen Schritt S104 gemacht ist, dass der Motor 1 in dem stationären Betrieb ist (das heißt JA), die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) unter Bezugnahme auf ein Zahlentafelkennfeld (engl. table map) der Einlasskrümmerdichte ρb(n) und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv(n) (Schritt 105).
Der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n), der in Schritt 105 berechnet wird, hat Werte in einem Zustand des stationären Betriebs, so dass gewöhnliche Kennfeldwerte, die im Voraus angepasst worden sind, dafür verwendet werden können.
Es sei angemerkt, dass als Kennfeldwerte des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv(n), es nur nötig ist, diese für zwei Kennfelder vorzubereiten, das heißt für den Fall, wo der VVT-Phasenwinkel in der Bezugsposition ist, und für den Fall, wo der VVT-Phasenwinkel zu der Zeit eines Ziel-VVT-Phasenwinkelkennfelds ist, und somit wird eine besonders große Anzahl an Anpassungsarbeitsstunden nicht benötigt.
Nachfolgend berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) in dem S/D-Verfahren durch die direkte Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (2) (Schritt 106).
Auch berechnet die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, unter Verwendung des oben erwähnten Ausdrucks (5) (Schritt 107).
Ferner führt die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 Drosselöffnungsgradlernvorgänge basierend auf der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) durch, die so berechnet ist (Schritt 108).
Hier sei angemerkt, dass bei dem Lernen des Drosselöffnungsgrads die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungswinkel θ und der effektiven Öffnungsfläche CAt der Drossel 4 gelernt wird, aber Einzelheiten davon werden später beschrieben.
Wie oben beschrieben werden in den Fällen, wo eine Bestimmung in Schritt 104 gemacht ist, dass der Motor 1 in dem stationären Zustand ist (das heißt JA), die Berechnung der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) und das Lernen des Drosselöffnungsgrads in den Schritten 105 bis 108 durchgeführt.
Andererseits wird, wenn eine Bestimmung in Schritt 104 gemacht wird, dass der Motor 1 in dem instationären Betrieb ist (das heißt NEIN), die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) basierend auf der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad θ und der effektiven Öffnungsfläche CAt der Drossel 4, die in dem stationären Betrieb gelernt worden ist, unter Verwendung des Ausdrucks (11) berechnet, der später beschrieben wird (Schritt 109), nachdem die Routine zu Schritt 110 verschoben wird.
Hier sein angemerkt, dass die effektive Öffnungsfläche CAt, die für den Ausdruck (11) verwendet wird, von dem Drosselöffnungsgrad θ und einer CAt-θ-Zahlentafel nach Lernkorrektur berechnet werden kann.
Darüber hinaus ist es möglich zu verhindern, dass fehlerhaftes Lernen zu der Zeit des instationären Betriebs durchgeführt wird, indem das Lernen des Drosselöffnungsgrads bei dem instationären Betrieb nicht aktualisiert wird.
Dann wählt die ECU 20 einen berechneten Wert aus der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n), die für jede Berechnungsoperation gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 (Schritt 110) verwendet werden soll.
Das heißt, wenn der Motor 1 in dem stationären Betrieb ist, wird die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) ausgewählt, die basierend auf dem Ausdruck (5) in Schritt 107 berechnet ist, und wenn der Motor 1 in dem instationären Betrieb ist, wird die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) ausgewählt, die basierend auf dem Ausdruck (11) in Schritt 109 berechnet wird.
Schritte 112 bis 119 sind die gleichen Berechnungsvorgänge wie in dem herkömmlichen AFS-Verfahren, das einen Luftstromssensor verwendet.
Zunächst berechnet die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 in Schritt 112 in Echtzeit den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) von dem oben erwähnten Ausdruck (6) unter Verwendung der Einlasskrümmerdichte ρb(n), die in Schritt 103 berechnet ist, die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) [g] für einen Hub, der in Schritt 110 berechnet ist, und die letzte Einlasskrümmerdichte ρb(n – 1), die in Schritt 111 (Schritt 112) gespeichert ist.
Nachfolgend führt die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 eine Filterbearbeitung zum Abschwächen der Rauschkomponente durch, die dem Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) überlagert ist (Schritt 113).
In Schritt 113 ist es nötig, um den Berechnungsvorgang durchzuführen, der in dem oben genannten Ausdruck (8) dargestellt ist, den letzten Wert Kvf(n – 1) des gefilterten Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kvf(n) zu verwenden.
Dementsprechend speichert die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 den gefilterten Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n) (Schritt 114), der das Bearbeitungsergebnis von Schritt 113 ist, und behält den so gefilterten Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz, der in dem vorhergehenden Schritt 114 gespeichert worden ist, als den letzten Wert Kvf(n – 1) im Speicher (Schritt 115).
Als ein Ergebnis davon kann in dem gegenwärtigen Schritt 113 der letzte gefilterte Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n – 1) verwendet werden.
Gemäß den obigen Schritten 112 bis 115 ist es möglich, den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) und den gefilterten Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n) jeweils mit einem höheren Genauigkeitsgrad mittels einfacher Berechnungsoperationen zu berechnen.
In den nachfolgenden Berechnungsoperationen wird der gefilterte Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n) als der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n) verwendet werden.
Nachfolgend berechnet die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 in dem physikalischen Modell 25, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems angibt, die Filterkonstante K basierend auf einer Faktorberechnungsgleichung in dem Ausdruck (3) (Schritt 116) und berechnet weiter die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) gemäß einer Filterberechnungsformel in dem Ausdruck (3) (Schritt 117).
Als Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n – 1) in dem Ausdruck (3) vor einem Hub, der in Schritt 117 berechnet wird, wird der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n – 1) vor einem Hub verwendet, der in Schritt 115 gespeichert ist.
Abschließend speichert die Zylindereinlassluftmengenberechnungseinheit 21 die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n), die in Schritt 117 berechnet wird (Schritt 118), und beendet dann die Vorgangsroutine von 3.
Hier sei angemerkt, dass die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n), die in Schritt 118 gespeichert wird, als Zylindereinlassluftmenge Qc(n – 1)T(n – 1) vor einem Hub gespeichert wird (Schritt 119) und in Schritt 117 als der nächste Hub verwendet wird.
Gemäß der oben erwähnten Vorgangsroutine (Schritte S101 bis S119) kann die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) mit einem hohen Genauigkeitsgrad auch in dem S/D-Verfahren mittels derselben Berechnungsoperation wie in dem AFS-Verfahren berechnet werden, ohne dass eine große Speicherkapazität benötigt wird.
Hier sei angemerkt, dass in der oben genannten Erklärung, um eine plötzliche Änderung der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) zu unterdrücken, der Wert der Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) während des stationären Betriebs und des instationären Betriebs (Schritt 110) verändert oder geschaltet wird, wobei bei dem stationären Betrieb die Menge an Einlassluft Qa(n)T(n) von der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) mittels des S/D-Verfahrens (Schritt 107) berechnet wird und zusätzlich die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) wieder gemäß der Filterberechnung (Schritt 117) berechnet wird, aber in dem stationären Betrieb die Menge an Einlassluft Qc(n)T(n), die gemäß dem S/D-Verfahren berechnet ist, direkt verwendet werden kann.
Als nächstes wird die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 in weiteren Einzelheiten erklärt.
Hier sei angemerkt, dass der Vorgang der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 im Wesentlichen der gleiche wie der Vorgang ist, der in der vorher genannten bekannten Literatur ( japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2008-57339 ) gezeigt ist.
Zunächst wird eine fundamentale theoretische Formel der Hydrodynamik erklärt, die in der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 verwendet wird.
Im Allgemeinen wird eine Formel der volumetrischen Flussrate dargestellt, die durch einen Drosseltypflussmesser verwendet wird, wie in dem folgenden Ausdruck (9) gezeigt, und zwar unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa [L/s], der Schallgeschwindigkeit αa [m/s] bei Außenluft, des Flusskoeffizienten C, der Öffnungsfläche At [cm²] der Drossel 4, des Einlasskrümmerdrucks Pb [kPa], des Außenluftdrucks PA [kPa] und des Verhältnisses der spezifischen Wärme κ.
[Ausdruck 9]
In dem Ausdruck (9) ist das Produkt des Flusskoeffizienten C und der Drosselöffnungsfläche At die effektive Öffnungsfläche CAt.
Hier ist eine nicht-dimensionale Flussrate σ wie in dem folgenden Ausdruck (10) gezeigt definiert.
[Ausdruck 10]
Wenn der Ausdruck (10) auf den Ausdruck (9) angewendet wird, kann der Ausdruck (9) wie in dem folgenden Ausdruck (11) gezeigt vereinfacht werden.
[Ausdruck 11]

Qa = α_a·CA_t·σ (11)

Hier sei angemerkt, dass die Schallgeschwindigkeit αa [m/s] bei Außenluft dargestellt ist, wie in dem folgenden Ausdruck (12) gezeigt, und zwar unter Verwendung der Gaskonstanten R [kJ/(kg·K)] und der Außenlufttemperatur Ta [K].
[Ausdruck 12]
In dem Ausdruck (11) kann, wenn die Werte der Menge an Einlassluft Qa, der Schallgeschwindigkeit bei Außenluft αa und der nicht-dimensionalen Flussrate σ gegeben sind, die effektive Öffnungsfläche CAt (der Flusskoeffizient C × die Drosselöffnungsfläche At) durch den folgenden Ausdruck (13) berechnet werden, der durch Umstellen des Ausdrucks (11) erhalten wird.
[Ausdruck 13]
Als nächstes wird spezifischer Bezug auf den Drosselsteuervorgang und den Drosselöffnungsgradlernvorgang der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 unter Verwendung der oben genannten theoretischen Formel gemacht, während Bezug auf 4 genommen wird.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konstruktion der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 zeigt.
In 4 ist die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 mit einem inversen Modell 200, das eine Menge an Einlassluft Qa von der Zylindereinlassluftmenge Qc berechnet, einem Zieleinlassluftmengenberechnungsteil 201, einem Berechnungsteil der effektiven Zielöffnungsfläche 202, einem Schallgeschwindigkeitsberechnungsteil 203, einem Berechnungsteil der nicht-dimensionalen Flussrate 204, einem Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205, einem Berechnungsteil der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche 206, einem Lerndrosselöffnungsgradberechnungsteil 207, einem Drosselöffnungsgradlernbasiswertberechnungsteil 208, einem Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 und einem Addierer 210 versehen.
Das Zieleinlassluftmengenberechnungsteil 201 berechnet einen Motorausgabeindex, wie beispielweise das Zieldrehmoment etc., basierend auf der Vielfalt von Arten von Eingabedaten, darunter den Beschleunigeröffnungsgrad Ap, und berechnet eine Zielzylindereinlassluftmenge Qc*, die notwendig ist, um den Motorausgabeindex zu erreichen, und berechnet eine Zielmenge an Einlassluft Qa*, die durch die Drossel 4 hindurchgeht, basierend auf der Zielzylindereinlassluftmenge Qc*.
Das Berechnungsteil der effektiven Zielöffnungsfläche 202 berechnet die effektive Zielöffnungsfläche CAt*, die ein Steuerzielwert der Drossel 4 zum Erreichen der Zielmenge an Einlassluft Qa* wird, unter Verwendung des Ausdrucks (13) basierend auf der Zielmenge an Einlassluft Qa*, der Schallgeschwindigkeit αa und der nicht-dimensionalen Flussrate σ.
Auf diese Weise ist es möglich, durch Berechnen der effektiven Zielöffnungsfläche CAt* basierend auf der Formel der volumetrischen Flussrate (der Ausdruck (9) und der Ausdruck (11)) des Drosseltypflussmessers, die effektive Zielöffnungsfläche CAt* zum Erreichen der Zielmenge an Einlassluft Qa* auf eine gute Weise zu erreichen, auch in Fällen, wo eine Änderung der Umweltbedingung oder eine Änderung des Betriebszustands des Motors, wie beispielsweise das Einführen von EGR, aufgetreten ist.
Hier sei angemerkt, dass zum Berechnen der Schallgeschwindigkeit αa, die für die Berechnungsoperation des Berechnungsteils der effektiven Zielöffnungsfläche 202 notwendig ist, innerhalb der ECU 20 unter Verwendung des Ausdrucks (12) zu einer großen arithmetischen Berechnungslast in der ECU 20 führt, und somit nicht praktikabel ist.
Dementsprechend hat, um die Berechnungslast der ECU 20 zu unterdrücken, das Zielschallgeschwindigkeitsberechnungsteil 203 theoretische Werte der Schallgeschwindigkeit bei Außenluft αa berechnet und die Schallgeschwindigkeit αa, die so berechnet ist, als eine Zahlentafel gespeichert, die im Voraus die Außenlufttemperatur Ta als eine Achse nimmt, so dass die Schallgeschwindigkeit αa von der Außenlufttemperatur Ta unter Verwendung des Kennfelds berechnet wird, bevor die Berechnung des Berechnungsteils der effektiven Zielöffnungsfläche 202 ausgeführt wird.
Auf ähnliche Weise führt Berechnen der nicht-dimensionalen Flussrate σ, die für die Berechnungsoperation des Berechnungsteils der effektiven Zielöffnungsfläche 202 notwendig ist, innerhalb der ECU 20 unter Verwendung des Ausdrucks (10) zu einer großen arithmetischen Berechnungslast in der ECU 20, und ist somit nicht praktikabel.
Dementsprechend hat das Berechnungsteil der nicht-dimensionalen Flussrate 204 theoretische Werte der nicht-dimensionalen Flussrate σ berechnet und hat die nicht-dimensionale Flussrate σ, die so berechnet ist, als eine Zahlentafel gespeichert, die das Druckverhältnis Pb/PA des Einlasskrümmerdrucks Pb und des Außenluftdrucks PA als eine Achse im Voraus nimmt, so dass das Druckverhältnis Pb/PA berechnet wird und die nicht-dimensionale Flussrate σ von dem Druckverhältnis Pb/PA durch Verwendung des Kennfelds vor Berechnung des Berechnungsteils der effektiven Zielöffnungsfläche 202 ausgeführt wird.
Darüber hinaus ist im Allgemeinen bekannt, dass in Fällen, wo das Druckverhältnis Pb/PA gleich oder weniger als ein erster vorbestimmter Wert (zum Beispiel 0,528 in dem Fall von Luft) ist, die Menge an Einlassluft Qa, die durch die Drossel 4 hindurchtritt, gesättigt (gedrosselt) sein wird, und es ist auch bekannt, dass in dem Fall des Auftretens einer Drosselung die nicht-dimensionale Flussrate σ, die durch den Ausdruck (10) berechnet ist, ein konstanter Wert werden wird.
Dementsprechend agiert in Fällen, wo das Druckverhältnis Pb/PA gleich oder weniger als der erste vorbestimmte Wert ist, das Berechnungsteil der nicht-dimensionalen Flussrate 204 dahingehend, den Wert der nicht-dimensionalen Flussrate σ an dem Zahlentafelkennfeld auf einen konstanten Wert (zum Beispiel etwa 0,5787 in dem Fall von Luft) festzulegen, der dem ersten vorbestimmten Wert entspricht, wodurch es möglich ist, auch in den Fall zu bewältigen, wo eine Drosselung stattgefunden hat.
Darüber hinaus kann, wenn das Druckverhältnis Pb/PA zu einem gewissen Ausmaß groß wird, die Vibration bzw. Schwankung des Einlasskrümmerdrucks Pb aufgrund des Pulsierens der Einlassluft einen starken Einfluss auf die nicht-dimensionale Flussrate σ vorsehen.
Dementsprechend agiert in Fällen, wo das Druckverhältnis Pb/PA gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert (zum Beispiel etwa 0,95) ist, das Berechnungsteil der nicht-dimensionalen Flussrate 204 dahingehend, den Wert der nicht-dimensionalen Flussrate σ an dem Zeichentafelkennfeld als konstanten Wert (zum Beispiel etwa 0,26) zu handhaben, der dem zweiten vorbestimmten Wert entspricht, so dass der Einfluss der Pulsierung der Einlassluft unterdrückt wird, wodurch die Steuerbarkeit der Drossel 4 sichergestellt wird.
Hier sei angemerkt, dass in Fällen, wo der Einlasskrümmerdruckspitzenwert größer als der Außenluftdruck PA ist, angenommen wird, dass Luft vorliegt, die dazu gebracht wird, rückwärts durch das Drosselventil 4a aufgrund der Druckschwankung in dem Einlasskrümmer zu fließen, und so der Wert der nicht-dimensionalen Flussrate σ an dem Zeichentafelkennfeld des Berechnungsteils der nicht-dimensionalen Flussrate 204 als der kontante Wert (zum Beispiel etwa 0,26) gehandhabt werden kann, der dem zweiten vorbestimmten Wert entspricht.
Dann berechnet das Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205 den Zieldrosselöffnungsgrad θ* durch Verwendung der effektiven Zielöffnungsfläche CAt*, die durch das Berechnungsteil der effektiven Zielöffnungsfläche 202 berechnet worden ist.
Zu dieser Zeit hat das Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205 im Voraus die Beziehung der effektiven Öffnungsfläche CAt und des Drosselöffnungsgrads θ gemessen, der gemäß dem Ausdruck (13) unter Verwendung der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa berechnet worden ist, die gemäß dem oben genannten Ausdruck (5) (Schritt 107) berechnet ist, und hat ihn als eine Zahlentafel gespeichert, wo die effektive Öffnungsfläche CAt und der Drosselöffnungsgrad θ einander ein zu eins entsprechen, wodurch das Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205 den Zieldrosselöffnungsgrad θ* unter Verwendung dieses Zeichentafelkennfelds berechnet.
In Fällen, wo die Drossel 4 unter Verwendung des Zieldrosselöffnungsgrads θ* gesteuert wird, der durch das Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205 berechnet ist, wie er ist, wird ein Fehler zwischen der Zielmenge an Einlassluft Qa* und der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa auftreten, was von Variationen bzw. Abweichungen des Drosselkörpers und der Vielfalt an Arten von Sensoren oder einer Vielfalt an Arten von Abschätzungsfehlern etc. resultiert.
Dementsprechend berechnet das Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 einen Drosselöffnungsgradlernwert θLN zum Korrigieren des Zieldrosselöffnungsgrads θ* auf die folgende Weise, um den Fehler in der Menge des Lufteinlasses zu verringern.
Zunächst berechnet das Berechnungsteil der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche 206 eine tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti, die zum Lernen verwendet wird, unter Verwendung der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa, die durch das inverse Modell 200 (in Schritt 107) berechnet worden ist, und der Schallgeschwindigkeit σa und der nicht-dimensionalen Flussrate σ.
Darüber hinaus berechnet das Lerndrosselöffnungsgradberechnungsteil 207 einen Drosselöffnungsgrad θi zum Lernen (nachfolgend als Lerndrosselöffnungsgrad θi bezeichnet) von der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti unter Verwendung derselben Zahlentafel, wie der in dem Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205.
Nachfolgend berechnet das Drosselöffnungsgradlernbasiswertberechnungsteil 208 eine Öffnungsgradabweichung (= θ* – θi) zwischen dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* und dem Lerndrosselöffnungsgrad θi als Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ.
Danach berechnet das Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 den Drosselöffnungsgradlernwert θLN, beispielsweise durch Integrieren des Drosselöffnungsgradlernbasiswerts Δθ oder Ähnliches.
Hier sei angemerkt, dass der Berechnungsvorgang eines Echtzeitlernwerts θR und eines Langzeitlernwerts θL (die später zusammen mit 7 beschrieben werden), die zur Berechnung des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN verwendet werden, und der Speichervorgang des Langzeitlernwerts θL in dem Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 durchgeführt werden.
Schließlich berechnet der Addierer 210 den lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* zum Antreiben der Drossel 4 durch Addieren des Zieldrosselöffnungsgrads θ*, der durch das Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205 berechnet ist, und des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN, der durch das Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 berechnet ist, miteinander und gibt ihn an die Steuermengenberechnungseinheit 26.
Auf diese Weise berechnet die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 basierend auf dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ (der Abweichung zwischen dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* und dem Lerndrosselöffnungsgrad θi) den Drosselöffnungsgradlernwert θLN, so dass es möglich gemacht ist, den lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* zu erzeugen, der durch Korrigieren des Zieldrosselöffnungsgrads θ* durch den Drosselöffnungsgradlernwert θLN erhalten ist, wodurch es möglich ist, den Drosselöffnungsgrad θ mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu steuern.
Im Folgenden wird die Funktion der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 in 4 auf eine weiter spezifische Weise unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist eine Erklärungsansicht, die spezifisch den Drosselöffnungsgradlernvorgang gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Achse auf der Abszisse die effektive Öffnungsfläche CAt darstellt und die Achse der Ordinate den Drosselöffnungsgrad θ darstellt.
Zunächst wird unter der Annahme, dass die effektive Öffnungsfläche CAt und der Drosselöffnungsgrad θ einander ein zu eins entsprechen, in Fällen, wo ein Fehler zwischen der Zielmenge an Einlassluft Qa* und der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa existiert, auch ein Fehler zwischen der effektiven Zielöffnungsfläche CAt*, die von der Zielmenge an Einlassluft Qa* berechnet ist, und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti existieren, die von der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa berechnet ist.
In 5 ist ein Fall gezeigt, bei dem ein Fehler zwischen der CAt-θ-Zeichentafel (dargestellt durch eine abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie), die zum Steuern des Zieldrosselöffnungsgradberechnungsteil 205 und des Lerndrosselöffnungsgradberechnungsteils 207 verwendet wird, und der Beziehung (dargestellt durch eine durchgehende Linie) zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad θ in dem Motor 1 aufgetreten ist, der gegenwärtig zu steuern ist.
Nachfolgend wird die Beziehung zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad θ einfach als eine „tatsächliche CAt-θ-Beziehung” bezeichnet.
Die tatsächliche CAt-θ-Beziehung wird durch Abschätzung berechnet, und zwar mit einer Variation des Drosselkörpers in der Drossel 4 und Variationen der Vielfalt an Arten von Sensoren, die dazu dienen, den Einlasskrümmerdruck Pb, den Außenluftdruck PA, die Einlasskrümmertemperatur Tb usw. zu messen.
In 5 ist die Beziehung zwischen der effektiven Zielöffnungsfläche CAt* und dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* durch einen Punkt a auf der CAt-θ-Zahlentafel angegeben.
Jedoch existiert ein Fehler zwischen der CAt-θ-Zahlentafel (dargestellt durch die abwechselnd lang- und kurz-gestrichelten Linie) und der tatsächlichen CAt-θ-Beziehung (dargestellt durch die durchgehende Linie) und somit wird die effektive Öffnungsfläche, die dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* entspricht, die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti (< CAt*), die einem Punkt b auf der tatsächlichen CAt-θ-Beziehung (der durchgehenden Linie) entspricht.
Dementsprechend ist die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti unterschiedlich zu der effektiven Zielöffnungsfläche CAt*, so dass die tatsächliche Menge an Einlassluft Qa, die zu der Zeit erreicht wird, wenn der Drosselöffnungsgrad, zu dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* gesteuert wird, ein Wert wird, der der tatsächlichen Öffnungsfläche CAti (< CAt*) entspricht, und wird nicht mit der Zielmenge an Einlassluft Qa* übereinstimmen.
Um den Lernwert zum Korrigieren des oben geschriebenen Fehlers zu berechnen, berechnet das Berechnungsteil der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche 206 in der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 dementsprechend die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti basierend auf der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa, die zu der Zeit gemessen ist, wenn der Drosselöffnungsgrad zu dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* gesteuert wird.
Die Beziehung zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti und dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* ist durch den Punkt b auf einer Kurve der tatsächlichen CAt-8-Beziehung (durchgehende Linie) in 5 angegeben.
Wie von 5 klar ist, ist es nötig, um die effektive Zielöffnungsfläche CAt* (entsprechend der Zielmenge an Einlassluft Qa*) zu erreichen, den Drosselöffnungsgrad θ zu einem Punkt d auf der Kurve der tatsächlichen CAt-θ-Beziehung (durchgehende Linie) zu steuern, so dass eine Notwendigkeit besteht, einen Unterschied zwischen dem Punkt a und dem Punkt d als einen Lernwert zu berechnen.
Zu dieser Zeit nimmt das Lerndrosselöffnungsgradberechnungsteil 207 an, dass die CAt-θ-Zahlentafel (die abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie) und die tatsächliche CAt-θ-Beziehung (die durchgehende Linie) ortsmäßig in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung in einem zu korrigierendem Bereich (Bezug sei auf einen Pfeil in 5 genommen) sind, und berechnet den Lerndrosselöffnungsgrad θi unter Verwendung der CAt-θ-Zahlentafel (die abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie), die auf der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti basiert, die von der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa zu der Zeit berechnet ist, wenn der Drosselöffnungsgrad zu dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* gesteuert wird.
Die Beziehung zwischen dem Lerndrosselöffnungsgrad θi, der durch das Lerndrosselöffnungsgradberechnungsteil 207 berechnet ist, und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti ist durch einen Punkt c auf der CAt-θ-Zahlentafel (die abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie) in 5 angegeben.
Dementsprechend kann angenommen werden, dass der Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ (= θ* – θi), der aus einem Unterschied zwischen dem Punkt b und dem Punkt c zusammengesetzt ist, im Wesentlichen gleich einem Lernbasiswert zwischen dem Punkt a und dem Punkt d ist.
Das Drosselöffnungsgradlernbasiswertberechnungsteil 208 berechnet den Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ wie in 5 gezeigt, und das Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 verwendet als Drosselöffnungsgradlernwert θLN einen Wert, der durch Integrieren des Drosselöffnungsgradlernbasiswerts Δθ multipliziert mit einer Verstärkung erhalten wird.
Nachfolgend steuert der Addierer 210 den Drosselöffnungsgrad θ mittels des lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrads θLN*, der durch Addieren des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN zu dem Zieldrosselöffnungsgrad θ* erhalten wird.
Als ein Ergebnis davon nimmt der Fehler zwischen der Zielmenge der Einlassluft Qa* und der tatsächlichen Menge an Einlassluft Qa ab.
Auf diese Weise ist es möglich, zu der Zeit von Berechnen des Zieldrosselöffnungsgrads θ* zum Erreichen der Zielmenge an Einlassluft Qa* die Lernkorrektur der Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad θ durchzuführen, so dass die Zielmenge an Einlassluft Qa* auf eine gute Weise erreicht werden kann, und zwar hinsichtlich Fehlern, die von den Variationen des Drosselkörpers und der Vielfalt an Arten von Sensoren etc., als auch von einer Vielfalt an Arten von Abschätzungsberechnungen resultieren.
Zu dieser Zeit wird es möglich, wenn der Fehler zwischen der CAt-θ-Zahlentafel (die abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie) und der tatsächlichen CAt-θ-Beziehung (die durchgehende Linie) in einer im Wesentlichen konstanten (im Wesentlichen parallelen) Beziehung über die gesamte Fläche oder den gesamten Bereich wie in 5 gezeigt ist, eine gute Steuerung in dem gesamten Betrieb oder dem gesamten Antriebsbereich durchzuführen, auch in Fällen, wo nur der Drosselöffnungsgradlernwert θLN verwendet wird, indem er unabhängig auf eine Rückkoppelungsweise gesteuert wird.
Jedoch ist der Zustand, den die CAt-θ-Zahlentafel bezüglich der tatsächlichen CAt-θ-Beziehung einnehmen kann, nicht auf die Beziehung von 5 beschränkt, sondern kann als eine Vielfalt von Wegen angesehen werden.
6 ist eine Erklärungsansicht, die die Zustände zeigt, die CAt-θ-Zahlentafeln X, Y (eine durchbrochene Linie und eine abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie) bezüglich der tatsächlichen CAt-θ-Beziehung (eine durchgehende Linie) einnehmen können.
In 6 durchkreuzt die CAt-θ-Zahlentafel X (die durchbrochene Linie) die tatsächliche CAt-θ-Beziehung (die durchgehende Linie).
Darüber hinaus hat die CAt-θ-Zahlentafel Y (die abwechselnd lang- und kurz-gestrichelte Linie) einen Fehler, der nicht konstant (parallel) bezüglich der tatsächliche CAt-θ-Beziehung (die durchgehende Linie) ist.
In dem Fall, der in 6 gezeigt ist, wenn der Drosselöffnungsgradlernwert θLN unabhängig verwendet wird, wird eine Möglichkeit gegeben sein, dass Probleme, wie beispielsweise eine nachfolgende Verzögerung, eine Überschreitung, etc. zu der Zeit des instationären Betriebs auftreten können.
Dementsprechend, um die oben genannten Probleme zu bewältigen, verteilt (engl. to distribute) die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 den Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ zu dem Echtzeitlernwert θR, der zur Rückkopplungssteuerung verwendet wird, und dem Langzeitlernwert θL, der für jeden Lernbereich entsprechend einer CAt-Achse (die Achse der Abszisse in 5 und 6) der CAt-θ-Zahlentafel gespeichert ist wie in 7 gezeigt, und berechnet die Summe von beiden als Drosselöffnungsgradlernwert θLN.
Demnach kann die Summe jedes Werts auf der CAt-θ-Zahlentafel und des Langzeitlernwerts θL nahe die tatsächliche CAt-θ-Beziehung (die durchgehende Linie) gebracht werden.
Darüber hinaus ist es durch Verwenden des Echtzeitlernwerts θR zusammen in Kombination damit möglich, momentane Fehler mittels Rückkopplungssteuerung zu neutralisieren bzw. aufzufangen.
Nachfolgend wird genauer Bezug auf den Berechnungsvorgang des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN und den Speichervorgang des Langzeitlernwerts θL gemacht, während Bezug auf 7 genommen wird.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konstruktion des Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteils 209 in der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 zeigt.
In 7 ist das Drosselöffnungsgradlernwertvorgangsteil 209 mit einem Drosselöffnungsgradlernbasiswertverteilungsvorgangsteil 211, Umschalteinheiten 211a, 211b, einem Echtzeitlernwertberechnungsteil 212, einem Langzeitlernwertberechnungsteil 213, einem Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteils 214, einem Langzeitlernwertspeicherteil 215 und einem Addierer 216 versehen.
Das Drosselöffnungsgradlernbasiswertverteilungsvorgangsteil 211 führt einen Verteilungsvorgang des Drosselöffnungsgradlernbasiswerts Δθ bei einem bestimmten Verhältnis durch, wodurch ein Echtzeitlernwert θR(n) und ein Langzeitlernwert θL(n) erzeugt werden.
Darüber hinaus weist das Drosselöffnungsgradlernbasiswertverteilungsvorgangsteil 211 zumindest eine Speichereinheit für den letzten Wert auf und erzeugt den letzten Langzeitlernwert θL(n – 1) und den letzten Echtzeitlernwert θR(n – 1).
Zu einer normalen Zeit, bei der sowohl eine Zurücksetzungsbedingung als auch eine Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Echtzeitlernwerts θR (der später beschrieben wird) nicht erfüllt sind, wählt die Echtzeitseitenumschalteinheit 211a den gegenwärtigen Echtzeitlernwert θR(n) (einen Wert, der von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ verteilt ist) aus und gibt ihn in das Echtzeitlernwertberechnungsteil 212 ein.
Darüber hinaus wählt die Umschalteinheit 211a in Fällen, wo die Zurücksetzungsbedingung des Echtzeitlernwerts θR erfüllt ist, „0” aus und gibt „0” an das Echtzeitlernwertberechnungsteil 212.
Ferner wählt in Fällen, wo die Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Echtzeitlernwerts θR erfüllt ist, die Umschalteinheit 211a den letzten Echtzeitlernwert θR(n – 1) aus und gibt ihn an das Echtzeitlernwertberechnungsteil 212.
In Fällen, wo die Zurücksetzungsbedingung und die Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Echtzeitlernwerts θR nicht erfüllt sind, berechnet das Echtzeitlernwertberechnungsteil 212 einen endgültigen Echtzeitlernwert θR basierend auf dem Echtzeitlernwert θR(n), der von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ verteilt ist.
Andererseits wählt die Langzeitseitenumschalteinheit 211b zu einer normalen Zeit, bei der eine Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Langzeitlernwerts θL nicht erfüllt ist, den gegenwärtigen Langzeitlernwert θL(n) (einen Wert, der von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ verteilt ist) und gibt ihn an das Langzeitlernwertberechnungsteil 213 für jeden Lernbereich.
Darüber hinaus wählt in Fällen, wo die Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Langzeitlernwerts θL erfüllt ist, die Umschalteinheit 211b den letzten Langzeitlernwert θL(n – 1) und gibt ihn an das Langzeitlernwertberechnungsteil 213 für jeden Lernbereich.
In Fällen, wo die Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Langzeitlernwerts θL nicht erfüllt ist, berechnet das Langzeitlernwertberechnungsteil 213 für jeden Lernbereich einen Basislangzeitlernwert für jeden Lernbereich gemäß der CAt-Achse der CAt-θ-Zahlentafel (Kennfeld) basierend auf dem Langzeitlernwert θL(n), der von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ verteilt ist.
Hier sei angemerkt, dass als ein Beispiel der Aktualisierungsverhinderungsbedingungen in den Umschalteinheiten 211a, 211b ein Fall erwähnt ist, wo das Druckverhältnis Pb/PA des Einlasskrümmerdrucks Pb und des Außenluftdrucks PA gleich oder mehr als der zweite vorbestimmte Wert (zum Beispiel etwa 0,95) angibt, oder ein Fall, wo der Einlasskrümmerdruckspitzenwert größer als der Außenluftdruck PA ist.
Dies liegt vor, weil in dem Fall ein Fehler in der Berechnungsoperation des oben genannten Ausdrucks (10) auftritt, so dass es nötig ist, die Aktualisierung des Echtzeitlernwerts θR und des Langzeitlernwerts θL zu verhindern.
Darüber hinaus ist als ein Beispiel der Zurücksetzungsbedingung in der Umschalteinheit 211a ein Fall erwähnt, wo die Zeit, die ablief, nachdem die Rate der zeitlichen Änderung dQa*/dt der Zielmenge an Einlassluft Qa* einen Wert gleich oder größer als ein dritter vorbestimmter Wert erreicht hat, innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums angibt.
Diese Bedingung entspricht einem Fall, wo ein instationärer Betrieb detektiert wird und es ist möglich, fehlerhaftes Lernen durch Zurücksetzen des Echtzeitlernwerts θR zu unterdrücken.
Hier sei angemerkt, dass die oben genannte Zurücksetzungsbedingung auch als die Aktualisierungsverhinderungsbedingung des Langzeitlernwerts θL in der Umschalteinheit 211b verwendet werden kann, und es ist möglich, fehlerhaftes Lernen auf eine ähnliche Weise zu unterdrücken.
Das Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteil 214 begrenzt den Langzeitlernwert θL auf solch eine Weise, dass die CAt-θ-Zahlentafel und die tatsächliche CAt-θ-Beziehung nach der additiven Korrektur eines endgültigen Langzeitlernwerts θL ein monoton ansteigender Zustand wird.
Dies ist auch ein Vorgang zum Unterdrücken fälschlichen Lernens, und es ist auch ein Vorgang zum Erhalten der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad θ und der Menge an Einlassluft Qa in einem monoton ansteigenden Zustand.
Das Langzeitlernwertspeicherteil 215 speichert den endgültigen Langzeitlernwert θL durch das Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteil 214 für jeden Lernbereich.
Der Addierer 216 addiert den Echtzeitlernwert θR und den Langzeitlernwert θL zueinander, wodurch der Drosselöffnungsgradlernwert θLN berechnet wird, und gibt ihn in den Addierer 214 in 4.
Hier sei angemerkt, dass der Langzeitlernwert θL in dem Langzeitlernwertspeicherteil 215 in einem Sicherungsspeicher gespeichert wird.
Das heißt, während des Stopps des Motors 1 oder zu der Zeit, wenn der Strom der ECU 20 abgeschaltet wird, wird der Echtzeitlernwert θR zurückgesetzt, aber der Langzeitlernwert θL wird durch den Sicherungsspeicher behalten.
Als nächstes wird genauer Bezug auf den Rechnungsvorgang und den Speichervorgang für jeden Lernbereich des Langzeitlernwerts θL durch das Langzeitlernwertberechnungsteil 213 durch das Langzeitlernwertspeicherteil 215 in 7 gemacht, während Bezug auf 8 und 9 zusammen mit 5 und 7 genommen wird.
8 ist eine Erklärungsansicht, die Vorgangsoperationen durch das Langzeitlernwertberechnungsteil 213 und das Langzeitlernwertspeicherteil 215 zeigt, und 9 ist eine Erklärungsansicht, die eine Vorgangsoperation durch das Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteil zeigt.
In 5 ist wie oben erwähnt der Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ ein Unterschied zwischen dem Punkt b und dem Punkt c, aber wird auch als ein Lernwert zwischen dem Punkt a und dem Punkt d angewendet.
Hier wird ein Fall betrachet, wo der Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ für jeden Lernbereich verteilt ist und gespeichert wird, der zum Beispiel eins zu eins der CAt-Achse der CAt-θ-Zahlentafel entspricht.
Zu der Zeit ist es wie in 8 gezeigt möglich, den Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ als den Langzeitlernwert θL in zumindest einem eines Lernbereichs Z1, der der CAt-Achse vor und nach der effektiven Zielöffnungsfläche CAt* entspricht, und eines Lernbereichs Z2 zu speichern, der der CAt-Achse vor und nach der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti entspricht.
Hier sei angemerkt, dass der Langzeitlernwert θL, der in jedem der Lernbereiche Z1, Z2 zu speichern ist, die der CAt-Achse entsprechen, durch Addieren eines vorbestimmten Werts basierend auf dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ zu dem letzten Langzeitlernwert θL(n – 1) berechnet werden kann.
Alternativ kann der Langzeitlernwert θL, der in jedem der Lernbereiche Z1, Z2 zu speichern ist, durch Berechnen eines Werts, der einem Verhältnis zwischen einem Abstand von dem oben genannten vorbestimmten Wert zu der CAt-Achse vor und nach der effektiven Zielöffnungsfläche CAt* entspricht, und eines Abstands von dem oben genannten vorbestimmten Wert zu der CAt-Achse vor und nach der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti und durch Hinzufügen des so berechneten Werts zu dem letzten Langzeitlernwert θL(n – 1) berechnet werden.
Darüber hinaus kann eine Konvergenzzeit des Langzeitlernwerts θL durch Speichern des Langzeitlernwerts θL in sowohl der effektiven Zielöffnungsfläche CAt* als auch der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti verkürzt werden.
In Fällen, wo der Langzeitlernwert θL auf diese Weise berechnet wird, ist ein Bedingung, unter der Lernen gemacht werden kann, nur ein Fall, wo die Aktualisierungsverhinderungsbedingung nicht erfüllt ist (was später beschrieben wird) und somit ist tatsächliches Durchführen von Lernen nur auf einen gemeinsam verwendeten Bereich des stationären Betriebs beschränkt.
Darüber hinaus sind im Allgemeinen der Drosselöffnungsgrad θ und die Menge an Einlassluft Qa in einer monoton ansteigenden Beziehung, so dass die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad θ auch eine monoton ansteigende Beziehung sein muss.
Jedoch kann in Fällen, wo Lernen lokal durchgeführt wird, ein Fall sein, wo der Wert der Summe (eine durchbrochene Linie) des Werts der CAt-θ-Zahlentafel (eine durchgehende Linie) und des Langzeitlernwerts θL nicht monoton ansteigen werden, wie durch eine durchbrochene Linie und einen durchbrochenen Linienrahmen in 9 gezeigt.
Wie in 9 gezeigt wird in Fällen, wo die monoton ansteigende Beziehung zum Beispiel trotz der Tatsache zusammenbricht, dass die Zielmenge an Einlassluft Qa* zunimmt, der lern-korrigierte Zieldrosselöffnungsgrad θLN* abnehmen, so dass ein Problem der Reduktion in der Ausgabeleistung des Motors 1 oder das fälschliche Lernen des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN auftreten kann.
Dementsprechend führt das Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteil 214 in 7 Bearbeiten zum Begrenzen des Langzeitlernwerts θL für jeden der Lernbereiche Z1, Z2 des Langzeitlernwerts θL auf solch eine Weise durch, dass der Wert der Summe (eine gepunktete Linie) des Werts der CAt-θ-Zahlentafel (die durchgehende Linie) und des Langzeitlernwerts θL monoton ansteigend werden, wie durch eine Zwei-Punkte-Kettenlinie in 9 gezeigt.
Als ein Ergebnis davon ist es möglich, fehlerhaftes Lernen oder eine Fehlfunktion des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN zu verhindern.
Darüber hinaus kann die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad θ und der effektiven Öffnungsfläche CAt lernen.
Wie oben beschrieben ist die Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform (1 bis 9) der vorliegenden Erfindung, die zum Abschätzen einer Menge an Einlassluft Qc dient, die in einen Zylinder in dem Motor 1 (Verbrennungsmotor) gesaugt wird, der mit dem Einlassrohr an einer Stelle nachgelagert zu dem Drosselventil 4a verbunden ist, versehen mit: einer Vielfalt an Arten von Sensoren, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors detektieren, der zu der Vielfalt an Arten von Aktuatoren des Motors 1 in Bezug steht; und dem physikalischen Modell 25, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems modelliert, bis die Luft, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, in den Zylinder kommt, und zwar unter Verwendung detektierter Werte der Vielzahl an Arten an Sensoren als Eingabeinformation.
Die Vielfalt an Arten von Aktuatoren beinhaltet die Drossel 4 (eine Drosselöffnungsgradsteuereinheit), die die Menge an Luft, die durch das Drosselventil 4a hindurchtritt, durch Steuern des Drosselöffnungsgrads θ des Drosselventils 4a reguliert, wodurch die effektive Öffnungsfläche CAt davon verändert wird.
Die Vielfalt an Arten von Sensoren beinhaltet den Außenlufttemperatursensor 2, der die Außenlufttemperatur Ta an der Außenluftseite des Drosselventils 4a detektiert, den Außenluftdrucksensor 14, der den Außenluftdruck PA auf der Außenluftseite des Drosselventils 4a detektiert, und den Einlasskrümmerdrucksensor 7, der den Druck in das Einlassrohr an der nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a als den Einlasskrümmerdruck Pb detektiert.
Das physikalische Modell 25 ist versehen mit: der Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22, die den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv (dem der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert) berechnet, der ein Index ist, der die Zylindereinlassluftmenge Qc angibt; der Drosselöffnungsgradlerneinheit 23, die den lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad θLN* zum Erreichen der Zielmenge an Einlassluft Qa* durch Lernen der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad θ und der effektiven Öffnungsfläche CAt berechnet; und der Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21, die die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc berechnet.
Zu der Zeit des stationären Betriebs des Motors 1 schätzt das physikalische Modell 25 die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv ab und führt zur selben Zeit Öffnungsgradlernen durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 basierend auf der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc durch.
Darüber hinaus schätzt das physikalische Modell 25 zu der Zeit eines instationären Betriebs nach Stoppen des Öffnungsgradlernens die Menge an Einlassluft Qa, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, unter Anwenden der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti, die von dem Drosselöffnungsgrad θ berechnet ist, und eines Ergebnisses des Öffnungsgradlernens, des Einlasskrümmerdrucks Pb, des Außenluftdrucks PA und der Außenlufttemperatur Ta auf einen Flussratenberechnungsausdruck des Drosseltypflussmessers ab und führt zur selben Zeit die Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 21 basierend auf der Menge an Einlassluft Qa durch.
Die Drosselöffnungsgradlerneinheit 23 ist versehen mit: dem Zieleinlassluftmengenberechnungsteil 21, das die Zielmenge an Einlassluft Qa* basierend auf dem Betriebszustand des Motors berechnet; dem Berechnungsteil der effektiven Zielöffnungsfläche 202, das die effektive Zielöffnungsfläche CAt*, die durch die Drossel 4 reguliert wird, unter Anwenden der Zielmenge an Einlassluft Qa*, des Einlasskrümmerdrucks Pb, des Außenluftdrucks PA und der Außenlufttemperatur Ta auf den Flussratenberechnungsausdruck (das heißt den Ausdruck (9) und den Ausdruck (11)) des Drosseltypflussmessers berechnet; dem Berechnungsteil der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche 206 (einer Berechnungseinheit der effektiven Lernöffnungsfläche), die die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti (eine effektive Öffnungsfläche zum Lernen) der Drossel 4 unter Anwenden der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc, des Einlasskrümmerdrucks Pb, des Außenluftdrucks PA und der Außenlufttemperatur Ta zum Durchführen der Steuerung des Motors 1 auf den Flussratenberechnungsausdruck des Drosseltypflussmeters berechnet; und dem Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209, das den Drosselöffnungsgradlernwert θLN zum Berechnen des lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrads θLN* (des Drosselöffnungsgradlernwerts) durch Lernen der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad θ und der effektiven Öffnungsfläche CAt auf solch eine Weise berechnet, dass die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti dazu gebracht wird, mit der effektiven Zielöffnungsfläche CAt* übereinzustimmen.
Auf diese Weise wird in Fällen, wo die Zylindereinlassluftmenge unter Verwendung eines S/D-Verfahrens berechnet wird, zu der Zeit des stationären Betriebs die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche gelernt, während die Zylindereinlassluftmenge von einem Korrekturfaktor-Kennfeld der volumetrischen Effizienz berechnet wird, die durch die Ventilterminierung zur Zeit des stationären Betriebs (herkömmliches Verfahren) angepasst worden ist, wohingegen in einem Zeitraum von einem Zeitpunkt einer Übergangsänderung, bis die Temperatur in dem Abgaskrümmer konvergiert ist, die Menge an Einlassluft Qa, die durch die Drossel 4 hindurchgetreten ist, basierend auf der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad θ und der effektiven Öffnungsfläche CAt, die so gelernt worden ist, berechnet wird, und die Zylindereinlassluftmenge Qc basierend auf dem physikalischen Modell (einem arithmetischen System, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems modelliert, bis die Luft, die durch das Drosselventil hindurchgetreten ist, in einen Zylinder kommt), das ähnlich zu einem AFS-Verfahren ist, berechnet wird, wodurch es möglich ist, die Zylindereinlassluftmenge Qc zu einem ausreichenden Genauigkeitsgrad zum Steuern des Motors 1 auf eine brauchbare Weise unter Verwendung des S/D-Verfahrens abzuschätzen, und zwar in sowohl einem stationären Betrieb als auch einem instationären Betrieb mit einer kleinen Anzahl an Anpassungskonstanten und einer kleinen Menge an Berechnungs- oder Rechenlast, ohne eine große Speicherkapazität zu benötigen.
Das heißt, nur zu der Zeit des stationären Betriebs wird die Zylindereinlassluftmenge Qc gemäß demselben S/D-Verfahren wie die herkömmliche berechnet und so ist es möglich, die Abschätzungsvorrichtung auf sowohl den stationären Betrieb als auch den instationären Betrieb anzupassen, und zwar unter Verwendung nur des Kennfelds des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv, das auf die Ventilterminierung zu der Zeit des stationären Betriebs angepasst worden ist. Als ein Ergebnis davon können die Anzahl an Anpassungsarbeitsstunden der Korrekturfaktorkennfelder der volumetrischen Effizienz und die Anzahl der Kennfelder reduziert werden.
Darüber hinaus ist das Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen mit: dem Drosselöffnungsgradlernbasiswertberechnungsteil 208, das den Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ zum übereinstimmend-Machen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti und der effektiven Zielöffnungsfläche CAt*; dem Echtzeitlernwertberechnungsteil 212, das den Echtzeitlernwert θR von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ berechnet; dem Langzeitlernwertberechnungsteil 213, das den Langzeitlernwert θL von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert Δθ berechnet; dem Langzeitlernwertspeicherteil 215, das den Langzeitlernwert θL speichert; und dem Addierer 216, der den Drosselöffnungsgradlernwert θLN durch Addieren des Langzeitlernwerts θL, der in dem Langzeitlernwertspeicherteil 215 gespeichert ist, und des Echtzeitlernwerts θR zueinander berechnet.
Darüber hinaus ist das Drosselöffnungsgradlernwertberechnungsteil 209 mit dem Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangsteil 214 zum Sicherstellen des monoton ansteigenden Zustands des Langzeitlernwerts θL versehen, wodurch es möglich ist, das fehlerhafte Lernen oder eine Fehlfunktion des Drosselöffnungsgradlernwerts θLN zu verhindern.
Ferner ist das physikalische Modell 25 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen mit: einem physikalischen Modell (Schritt 106), das die Zylindereinlassluftmenge Qc basierend auf der Menge an Einlassluft Qa abschätzt, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist; und einem zweiten physikalischen Modell (Schritt 107), das aus dem inversen Modell 200 besteht, das eine Inverse des ersten physikalischen Modells ist und die Menge an Einlassluft Qa, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, basierend auf der Zylindereinlassluftmenge Qc abschätzt.
Zu der Zeit des stationären Betriebs schätzt das physikalische Modell 25 eine erste Menge an Einlassluft Qa, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, unter Verwendung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge Qc und des zweiten physikalischen Modells (Schritt 107) ab und führt Öffnungsgradlernen basierend auf der ersten Menge der Einlassluft Qa durch und schätzt zur selben Zeit wieder die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung der ersten Menge an Einlassluft Qa und des ersten physikalischen Modells (Schritt 106) ab.
Darüber hinaus schätzt zu der Zeit des instationären Betriebs das physikalische Modell 25 eine zweite Menge an Einlassluft Qa ab, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, und zwar durch Anwenden der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti, des Einlasskrümmerdrucks Pb, des Außenluftdrucks PA und der Außenlufttemperatur Ta auf den Flussratenberechnungsausdruck, und schätzt zur selben Zeit die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung der zweiten Menge an Einlassluft Qa und des ersten physikalischen Modells (Schritt 106) ab.
Auf diese Weise ist es zu der Zeit des instationären Betriebs durch Berechnen der Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung des physikalischen Modells 25, das eine Antwortverzögerung des Einlasssystems modelliert, bis die Luft, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, in einen Zylinder kommt, und das ähnlich zu dem AFS-Verfahren ist, möglich, einen Abschätzungsfehler der Zylindereinlassluftmenge Qc nach einer Übergangsänderung zu unterdrücken.
Darüber hinaus ist das erste physikalische Modell (Schritt 106) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 versehen, die eine Dichte in dem Einlassrohr an der nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a und eine Menge an Änderung der Dichte für einen Hub entsprechend als eine Einlasskrümmerdichte ρb und eine Menge an Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte berechnet, wobei das erste physikalische Modell die Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv und der Menge an Einlassluft Qa berechnet, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist.
Darüber hinaus berechnet die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv, der in dem ersten physikalischen Modell (Schritt 106) verwendet wird, unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, der Einlasskrümmerdichte ρb und der Menge an Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte.
Auf diese Weise ist es durch Berechnen des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa, der Einlasskrümmerdichte ρb und der Menge der Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte möglich, die Zylindereinlassluftmenge Qc mit einem hohen Genauigkeitsgrad in Echtzeit zu berechnen.
Ferner weist die Vielfalt an Arten von Sensoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Einlasslufttemperatursensor 8 auf, der eine Temperatur in dem Einlassrohr an der nachgelagerten Seite des Drosselventils 4a als eine Einlasskrümmertemperatur Tb detektiert, und die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit 24 berechnet die Einlasskrümmerdichte ρb und die Menge an Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb und der Einlasskrümmertemperatur Tb.
Als ein Ergebnis davon ist es möglich, die Einlasskrümmerdichte ρb und die Menge an Änderung Δρb der Einlasskrümmerdichte von dem Einlasskrümmerdruck Pb und der Einlasskrümmertemperatur Tb auf eine einfache Weise zu berechnen.
Darüber hinaus berechnet die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv(n), der in dem ersten physikalischen Modell (Schritt 106) berechnet wird, von dem folgenden Ausdruck (14) unter Verwendung der Menge an Einlassluft Qa [g] für einen Hub des Motors 1, der Einlasskrümmerdichte ρb [g/cm³], der Menge an Änderung Δρb [g/cm³] der Einlasskrümmerdichte, des Einlassrohrvolumens Vs [cm³] von einer nachgelagerten Seite des Drosselventils zu einer Zylindereinlasseintrittsöffnung und des Zylinderhubvolumens Vc [cm] pro einem Zylinder des Verbrennungsmotors.
[Ausdruck 14]
Der Ausdruck (14) oben entspricht dem oben genannten Ausdruck (6) und ist im Wesentlichen der gleiche wie der Ausdruck (6).
Demgemäß kann der Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch eine einfache Rechenoperation basierend auf einer Theorie abgeschätzt werden.
Darüber hinaus berechnet die Korrekturfaktorberechnungseinheit der volumetrischen Effizienz 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als den der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert, der in dem ersten physikalischen Modell (Schritt 106) verwendet wird, den gefilterten Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kvf(n), der durch weiteres Durchführen einer Filterbearbeitung bezüglich des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv erhalten wird, der durch den Ausdruck (14) berechnet wird. Als Ergebnis ist es möglich, winzige Detektionsfehler zu neutralisieren bzw. aufzufangen, die in der Vielfalt von Arten von Sensoren beinhaltet sind, so dass der Einfluss auf den Korrekturfaktor der volumetrischen Effizienz Kv aufgrund solcher Detektionsfehler unterdrückt werden kann.
Ferner verhindert das physikalische Modell 25 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bis das Öffnungsgradlernen zu der Zeit des stationären Betriebs abgeschlossen ist, sogar zur Zeit des instationären Betriebs, die Abschätzung der Menge an Einlassluft Qa, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, und schätzt die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv ab, ähnlich zu der Zeit des stationären Betriebs. Als ein Ergebnis kann sogar in Fällen, wo das Drosselöffnungslernen nicht abgeschlossen ist, die Zylindereinlassluftmenge Qc mit einem Genauigkeitsgrad abgeschätzt werden, der gleich dem in dem herkömmlichen S/D-Verfahren ist.
Ferner ist das physikalische Modell 25 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Einlasskrümmerdruckspitzenwert-Berechnungseinheit versehen, die einen Einlasskrümmerdruckspitzenwert für einen Hub (zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln) detektiert, wobei in Fällen, wo der Einlasskrümmerdruckspitzenwert, der so detektiert ist, größer als der Außenluftdruck PA ist, sogar zu der Zeit eines instationären Betriebs, die Abschätzung der Menge an Einlassluft Qa, die durch das Drosselventil 4a hindurchgetreten ist, verhindert ist, und die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks Pb und des Korrekturfaktors der volumetrischen Effizienz Kv abgeschätzt wird, ähnlich zu der Zeit des stationären Betriebs. Als ein Ergebnis kann, auch wenn ein Luftstrom auftritt, der aufgrund der Schwankung des Einlasskrümmerdrucks Pb zur Zeit des instationären Betriebs rückwärts durch das Drosselventil 4a fließt, eine Verschlechterung der Abschätzungsgenauigkeit der Menge an Einlassluft Qa, die aus der Rückflussluft resultiert, unterdrückt werden, wodurch es möglich ist, die Zylindereinlassluftmenge Qc mit einem Genauigkeitsgrad abzuschätzen, der gleich dem in dem herkömmlichen S/D-Verfahren ist.
Während die Erfindung mit den Ausdrücken einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen im Rahmen des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche ausgeführt sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08-303293 [0013]
JP 2012-61824 [0016]
JP 2008-57339 [0077, 0148]

Claims

Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor, die zum Abschätzen einer Zylindereinlassluftmenge (Qc) dient, die in einen Zylinder in einem Verbrennungsmotor (1) gesaugt wird, der mit einem Einlassrohr an einer Stelle nachgelagert eines Drosselventils (4a) verbunden ist, wobei die Abschätzungsvorrichtung aufweist: eine Vielfalt von Arten an Sensoren, die Betriebszustände des Verbrennungsmotors detektieren, die in Bezug zu einer Vielfalt an Arten von Aktuatoren stehen; und ein physikalisches Modell (25), das eine Antwortverzögerung eines Einlasssystems, bis die Luft, die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, in den Zylinder kommt, unter Verwendung detektierter Werte der Vielfalt an Arten an Sensoren als Eingabeinformation modelliert; wobei die Vielfalt an Arten von Aktuatoren eine Drosselöffnungsgradsteuereinheit (4) umfasst, die eine Menge an Luft (Qa), die durch das Drosselventil (4a) hindurchtritt, unter Steuern eines Drosselöffnungsgrads (θ) des Drosselventils (4a) zum Ändern einer effektiven Öffnungsfläche (CAt) davon reguliert; wobei die Vielfalt an Arten von Sensoren umfasst: einen Außenlufttemperatursensor (2), der eine Außenlufttemperatur (Ta) einer Außenluftseite des Drosselventils (4a) detektiert; einen Außendrucksensor (14), der einen Außenluftdruck (PA) an der Außenluftseite des Drosselventils (4a) detektiert; und einen Einlasskrümmerdrucksensor (7), der einen Druck in dem Einlassrohr an einer nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) als einen Einlasskrümmerdruck (Pb) detektiert; wobei das physikalische Modell (25) aufweist: eine Berechnungseinheit eines der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (22), die einen der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert (Kv) berechnet, der ein Index ist, der die Zylindereinlassluftmenge (Qc) angibt; eine Drosselöffnungsgradlerneinheit (23), die einen lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrad (θLN*) zum Erreichen einer Zielmenge an Einlassluft (Qa*) durch Lernen einer Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad (θ) und der effektiven Öffnungsfläche (CAt) berechnet; und eine Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit (21), die die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge (Qc) berechnet; wobei zu der Zeit des stationären Betriebs die Abschätzung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge (Qc) durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit (21) unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks (Pb) und des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (Kv) durchgeführt wird und zur selben Zeit Öffnungsgradlernen durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit (23) basierend auf der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge (Qc) durchgeführt wird, wohingegen zu der Zeit des transienten Betriebs, nachdem das Öffnungsgradlernen durch die Drosselöffnungsgradlerneinheit (23) gestoppt ist, eine Menge an Einlassluft (Qa), die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, durch Anwenden der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche (CAti), die von dem Drosselöffnungsgrad (θ) und einem Ergebnis des Öffnungsgradlernens berechnet ist, des Einlasskrümmerdrucks (Pb), des Außenluftdrucks (PA) und der Außenlufttemperatur (Ta) auf einen Flussratenberechnungsausdruck eines Drosseltypflussmessers abgeschätzt wird, und zur selben Zeit die Berechnung der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge (Qc) durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit (21) basierend auf der Menge an Einlassluft (Qa) durchgeführt wird.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei der die Drosselöffnungsgradlerneinheit (23) versehen ist mit: einer Zieleinlassluftmenge-Berechnungseinheit (201), die die Zielmenge an Einlassluft (Qa*) basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) berechnet; einer Berechnungseinheit einer effektiven Zielöffnungsfläche (202), die eine effektive Zielöffnungsfläche (CAt*), die durch die Drosselöffnungsgradsteuereinheit (4) reguliert wird, durch Anwenden der Zielmenge an Einlassluft (Qa*), des Einlasskrümmerdrucks (Pb), des Außenluftdrucks (PA) und der Außenlufttemperatur (Ta) auf den Flussratenberechnungsausdruck des Drosseltypflussmeters berechnet; einer Berechnungseinheit der effektiven Lernöffnungsfläche (206), die eine effektive Öffnungsfläche (CAti) der Drosselöffnungsgradsteuereinheit (4) durch Anwenden der tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge (Qc) zum Durchführen der Steuerung des Verbrennungsmotors (1), des Einlasskrümmerdrucks (Pb), des Außenluftdrucks (PA) und der Außenlufttemperatur (Ta) auf den Flussratenberechnungsausdruck des Drosseltypflussmessers berechnet; und einer Drosselöffnungsgradlernwertberechnungseinheit (209), die einen Drosselöffnungsgradlernwert (θLN) zum Berechnen des lern-korrigierten Zieldrosselöffnungsgrads (θLN*) durch Lernen der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad (θ) und der effektiven Öffnungsfläche (CAt) auf solch eine Weise berechnet, dass die effektive Lernöffnungsfläche (CAti) in Übereinstimmung mit der effektiven Zielöffnungsfläche (CAt*) gebracht ist.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei der die Drosselöffnungsgradlernwertberechnungseinheit (209) versehen ist mit: einer Drosselöffnungsgradlernbasiswertberechnungseinheit (208), die einen Drosselöffnungsgradlernbasiswert (Δθ) zum übereinstimmend-Machen der effektiven Lernöffnungsfläche (CAti) und der effektiven Zielöffnungsfläche (CAt*) miteinander berechnet; einer Echtzeitlernwertberechnungseinheit (212), die einen Echtzeitlernwert (θR) von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert (Δθ) berechnet; einer Langzeitlernwertberechnungseinheit (213), die einen Langzeitlernwert (θL) von dem Drosselöffnungsgradlernbasiswert (Δθ) berechnet; einer Langzeitlernwertspeichereinheit (215), die den Langzeitlernwert (θL) speichert; und einem Addierer (216), der den Drosselöffnungsgradlernwert (θLN) durch Addieren des Langzeitlernwerts (θL), der in der Langzeitlernwertspeichereinheit (215) gespeichert ist, und des Echtzeitlernwerts (θR) zueinander berechnet.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei der die Drosselöffnungsgradlernwert-Berechnungseinheit (209) mit einer Langzeitlernwertmonotonanstiegsvorgangseinheit (214) zum Sicherstellen eines monoton ansteigenden Zustands des Langzeitlernwerts (θL) versehen ist.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das physikalische Modell (25) aufweist: ein erstes physikalisches Modell (Schritt 106), das die Zylindereinlassluftmenge (Qc) basierend auf der Menge an Einlassluft (Qa) abschätzt, die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist; und ein zweites physikalisches Modell (Schritt 107), das aus einem inversen Modell (200) besteht, das eine Inverse des ersten physikalischen Modells (Schritt 106) ist, und die Menge an Einlassluft (Qa), die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, basierend auf der Zylindereinlassluftmenge (Qc) abschätzt; wobei zu der Zeit des stationären Betriebs das physikalische Modell (25) eine erste Menge an Einlassluft (Qa), die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, unter Verwendung einer tatsächlichen Zylindereinlassluftmenge (Qc) und des zweiten physikalischen Modells (Schritt 107) abschätzt, das Öffnungsgradlernen basierend auf der ersten Menge an Einlassluft (Qa) durchführt und zur selben Zeit wieder die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge (Qc) unter Verwendung der ersten Menge an Einlassluft (Qa) und des ersten physikalischen Modells (Schritt 106) abschätzt; und wobei zur Zeit des instationären Betriebs das physikalische Modell (25) eine zweite Menge an Einlassluft (Qa), die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, unter Anwenden der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche (CAti), des Einlasskrümmerdrucks (Pb), des Außenluftdrucks (PA) und der Außenlufttemperatur (Ta) auf den Flussratenberechnungsausdruck abschätzt und zur selben Zeit die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge (Qc) unter Verwendung der zweiten Menge an Einlassluft (Qa) und des ersten physikalischen Modells (Schritt 106) abschätzt.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, bei der das erste physikalische Modell (Schritt 106) eine Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit (24) aufweist, die eine Dichte in dem Einlassrohr an der nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) und eine Menge an Änderung der Dichte für einen Hub entsprechend als eine Einlasskrümmerdichte (ρb) und eine Menge an Änderung (Δρb) der Einlasskrümmerdichte berechnet; bei der das erste physikalische Modell (Schritt 106) die Zylindereinlassluftmenge (Qc) unter Verwendung des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (Kv) und der Menge an Einlassluft (Qa) berechnet, die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist; und wobei die Berechnungseinheit des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (22) den der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert (Kv), der in dem ersten physikalischen Modell (Schritt 106) verwendet wird, unter Verwendung der Menge an Einlassluft (Qa), die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, der Einlasskrümmerdichte (ρb) und der Menge an Änderung (Δρb) der Einlasskrümmerdichte berechnet.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, bei der die Vielfalt an Arten von Sensoren einen Einlasslufttemperatursensor (8) umfasst, der eine Temperatur in dem Einlassrohr an der nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) als eine Einlasskrümmertemperatur (Tb) detektiert; und bei der die Einlasskrümmerdichte-Berechnungseinheit (24) die Einlasskrümmerdichte (ρb) und die Menge an Änderung (Δρb) der Einlasskrümmerdichte unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks (Pb) und der Einlasskrümmertemperatur (Tb) berechnet.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Berechnungseinheit des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (22) den der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert (Kv) berechnet, der in dem ersten physikalischen Modell (Schritt 106) aus dem folgenden Ausdruck (1) verwendet wird, [Ausdruck 1]
unter Verwendung der Menge an Einlassluft (Qa [g]) für einen Hub des Verbrennungsmotors (1), der Einlasskrümmerdichte (ρb [g/cm³]), der Menge an Änderung (Δρb [g/cm³]) der Einlasskrümmerdichte, eines Einlassrohrvolumens (Vs [cm³]) von der nachgelagerten Seite des Drosselventils (4a) zu einer Zylindereinlasseintrittsöffnung und eines Zylinderhubvolumens (Vc [cm³]) pro einem Zylinder des Verbrennungsmotors (1).
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, bei der die Berechnungseinheit des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (22) als den der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert (Kv), der in dem ersten physikalischen Modell (Schritt 106) verwendet wird, einen gefilterten den der volumetrischen Effizienz entsprechenden Wert (Kvf(n)) berechnet, der durch weiteres Durchführen einer Filterbearbeitung bezüglich des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (Kv) erhalten wird, der von dem Ausdruck (1) berechnet ist.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der, bis das Öffnungsgradlernen zu der Zeit des stationären Betriebs abgeschlossen ist, sogar zu der Zeit des instationären Betriebs das physikalische Modell (25) die Abschätzung der Menge an Einlassluft (Qa) verhindert, die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, und die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge (Qc) unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks (Pb) und des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (Kv) abschätzt, ähnlich zu der Zeit des stationären Betriebs.
Abschätzungsvorrichtung für eine Zylindereinlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das physikalische Modell (25) eine Einlasskrümmerdruckspitzenwert-Berechnungseinheit aufweist, die einen Einlasskrümmerdruckspitzenwert zwischen vorbestimmten Kurbelwinkeln detektiert; und bei der in Fällen, wo der Einlasskrümmerdruckspitzenwert größer als der Außenluftdruck (PA) ist, auch zu der Zeit des instationären Betriebs, das physikalische Modell (25) die Abschätzung der Menge an Einlassluft (Qa) verhindert, die durch das Drosselventil (4a) hindurchgetreten ist, und die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge (Qc) unter Verwendung des Einlasskrümmerdrucks (Pb) und des der volumetrischen Effizienz entsprechenden Werts (Kv) abschätzt, ähnlich zu der Zeit des stationären Betriebs.