DE102013211803A1

DE102013211803A1 - Steuervorrichtung für Innenverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013211803A1
Application number: DE102013211803.1A
Authority: DE
Inventors: Toshikatsu SAITO; Michihisa Yokono; Tomokazu Makino
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2033-06-22
Also published as: DE102013211803B4; CN103925095A; JP2014134161A; JP5379918B1; US20140200791A1; CN103925095B; US9541012B2

Abstract

In einer Steuervorrichtung für einen Innenverbrennungsmotor wird in einem turbogeladenen Innenverbrennungsmotor eine Zylinderansaugluftmenge mit hinreichend hoher Genauigkeit berechnet, um geeignet den Innenverbrennungsmotor unter Berücksichtigung von Einflüssen eines Abgasdrucks auf einen Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert zu steuern, ohne eine riesige Speicherkapazität zu verlangen, in weniger Anpassungsmannstunden und unter einer niedrigen Betriebslast. Ein Korrekturberechnungsparameter wird unter Verwendung eines Abgasdrucks, eines Abgasdrucks für einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert und eines Einlasskrümmerdrucks berechnet und ein nachkorrigierter Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert wird durch Korrigieren eines Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts unter Verwendung des Korrekturberechnungsparameters berechnet. Eine Menge an aus einem Einlasskrümmer (7) in einem Zylinder (10) gelangender Luft wird auf Basis des Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts berechnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors und insbesondere auf eine Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors, die konfiguriert ist, eine in Zylinder eingesaugte Luftmenge akkurat zu berechnen.
BESCHREIBUNG VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
Um einen Innenverbrennungsmotor geeignet zu steuern, ist es wichtig, Kraftstoffsteuerung und Zündsteuerung anhand einer in Zylinder eingesaugten Luftmenge durchzuführen, durch Berechnen der in die Zylinder angesaugten Luftmenge mit einem hohen Grad an Genauigkeit. Als ein Verfahren zum Messen einer in die Zylinder des Innenverbrennungsmotors eingesaugten Luftmenge ist ein Drucksensor (nachfolgend als ein Einlasskrümmerdrucksensor bezeichnet) vorgesehen, um einen Druck in einem Teil, der einen Überdrucktank und einen Einlasskrümmer (nachfolgend gemeinsam als der Einlasskrümmer bezeichnet), der stromabwärts einer Drosselklappe lokalisiert ist, zu messen, und eine in die Zylinder eingesaugte Luftmenge wird auf Basis eines durch den Einlasskrümmerdrucksensor gemessenen Einlasskrümmerdrucks und einer Drehzahl des Innenverbrennungsmotors (nachfolgend als Motorgeschwindigkeit bezeichnet) berechnet (dieses Verfahren ist als das Geschwindigkeitsdichteverfahren bezeichnet und wird nachfolgend als das G/D-Verfahren bezeichnet.). Weil der Einlasskrümmerdrucksensor relativ preisgünstig ist, wird das G/D-Verfahren extensiv eingesetzt.
Ein Beispiel des G/D-Verfahrens ist beispielsweise in JP-A-08-303293 (Patentdokument 1) offenbart. Patentdokument 1 offenbart, dass eine Menge an Zylinderansaugluft auf Basis des Einlasskrümmerdrucks, eines volumetrischen Effizienz-Äquivalenzwerts (im Patentdokument 1 als die volumetrische Effizienz VE bezeichnet), was ein Index einer aus dem Einlasskrümmer in die Zylinder gesaugten Luftmenge ist, eines Zylindervolumens V und einer Temperatur T berechnet. Die volumetrische Effizienz VE wird in einem einzelnen Kennfeld mit Achsen gespeichert, welche den Einlasskrümmerdruck und die Motorgeschwindigkeit repräsentieren.
Um weiter niedrigeren Kraftstoffverbrauch und höhere Abgabe zu erzielen, ist ein Motor, der in den letzten Jahren populär wird, mit einem VVT-(Variables Ventil-Timing)Mechanismus (nachfolgend als der Einlass-VVT bezeichnet), der Öffnungs- und Schließzeitpunkten eines Einlassventils gestattet, zu variieren, ausgerüstet. In dem mit dem Einlass-VVT ausgerüsteten Motor variieren eine Menge eines aus einem Abgaspfad zu den Zylindern zurückfließenden Abgases und ein tatsächliches Kompressionsverhältnis mit einer Differenz der Ventilöffnungs- und Schließzeiten. Entsprechend variiert selbst unter denselben Bedingungen von Einlasskrümmerdruck und Motorgeschwindigkeit eine Menge an Zylindereinlassluft beachtlich, abhängig von einer Differenz der Ventilöffnungs- und Schließzeit. Daher, wenn nicht Einflüsse der Ventilöffnungs- und Schließzeiten auf die volumetrische Effizienz VE berücksichtigt werden, ist ein Grad an Berechnungsgenauigkeit einer Menge an Zylinderansaugluft über die gesamten stabilen und transienten Betriebsbereiche im, im Patentdokument 1 offenbarten G/D-Verfahren abgesenkt.
Um das obige Problem zu überwinden, gibt es ein Verfahren, das einen mit dem Einlass-VVT ausgerüsteten Motor wie beschrieben berücksichtigt, beispielsweise in JP-A-2008-138630 (Patentdokument 2). Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren (AFS-Verfahren), bei dem eine Luftmenge durch einen AFS (Luftflusssensor, Luftmassensensor), gemessen wird, der stromaufwärts einer Drosselklappe eines Einlassrohrs des Motors vorgesehen ist. Die im Patentdokument 1 beschriebene Technik und die im Patentdokument 2 beschriebene Technik berücksichtigten eine sogenannte Zustandsgleichung des idealen Gases (P = ρRT, wobei P ein Druck ist, ρ eine Dichte ist, R eine Gaskonstante und T eine Temperatur ist). Es kann angenommen werden, dass ein Volumetrikeffizienz-Korrekturkoeffizient im Patentdokument 2 und die volumetrische Effizienz VE in Patentdokument 1 äquivalent sind (nachfolgend werden diese Ausdrücke, wie auch der hier verwendete, als der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v bezeichnet und das in dem nicht mit dem Einlass-VVT ausgerüsteten Motor wird der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v in einem einzelnen Kennfeld gespeichert, mit Achsen, die den Einlasskrümmerdruck und die Motorgeschwindigkeit repräsentieren, wie es in Patentdokument 1 ist.
Im in Patentdokument 2 offenbarten Verfahren wird ein Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfeld für jede Betriebsbedingung eines Einlass-VVT-Phasenwinkels gehalten. Beispielsweise in einem Fall, bei dem ein Betriebsbereich des Einlass-VVT-Phasenwinkels durch sechs repräsentative Punkte angezeigt ist und Intervalle interpoliert werden, werden sechs Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfelder gehalten. Wenn auf diese Weise konfiguriert, wird es möglich, eine Menge an Zylinderansaugluft unter Erwägung von Einflüssen der Ventilöffnungs- und Schließzeiten auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v zu berechnen.
Im Verfahren von Patentdokument 1 ist es auch möglich, eine Menge an Zylinderansaugluft unter Berücksichtigung von Einflüssen des Ventilöffnungs- und Schließzeitpunktes auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v zu berechnen, indem das Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfeld für jede Betriebsbedingung des Einlass-VVT-Phasenwinkels gehalten wird.
Patentdokument 1: JP-A-08-303293
Patentdokument 2: JP-A-2008-138630
Übrigens gibt es einen Turbolader, der einen Superlader (Supercharger) aufweist, der in einem Einlasspfad des Motors installiert ist und durch Drehen einer Turbine mit einem Abgas angetrieben wird. Der Turbolader hat im Allgemeinen einen stromaufwärts der Turbine lokalisierten Abgasnebenstromdurchgang. Der Turbolader reguliert eine Menge an in die Turbine fließenden Abgases durch Abzweigen eines Teils des durch einen Abgaspfad in den Nebenflussdurchgang fließenden Abgases unter Verwendung eines ”Waste-Gate”-Ventils (nachfolgend als W/G-Ventil bezeichnet), das am Abgasnebenstromdurchgang vorgesehen ist, und steuert einen Superladungsdruck, der auf einem adäquaten Pegel zu halten ist.
Spezifischer wird in einem Fall, bei dem ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils gesteuert wird, auf der offenen Seite zu sein, eine Menge an in die Turbine fließenden Abgases abgesenkt und fällt ein Superladungsdruck ab, während in einem Fall, bei dem ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils so gesteuert wird, dass er auf einer Schließseite ist, eine Menge an in die Turbine fließenden Abgases erhöht wird und ein Superladungsdruck ansteigt. In diesem Fall variiert ein Druck im stromaufwärts der Turbine lokalisierten Abgaspfad (nachfolgend als Abgasdruck bezeichnet) ebenfalls. Daher fällt in einem Fall, bei dem ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils so gesteuert wird, dass er auf der Öffnungsseite ist, der Abgasdruck ab, während der Abgasdruck in einem Fall ansteigt, bei dem ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils so gesteuert wird, dass er auf der Schließseite ist.
Unter denselben Bedingungen des Einlasskrümmerdrucks, der Motorgeschwindigkeit und der Ventilöffnungs- und Schließzeiten steigt eine Menge des Abgases, das aus dem Abgaspfad zu den Zylindern zurückfließt, an, wenn der Abgasdruck hoch ist, während eine Menge an Abgas, das aus dem Abgaspfad zu den Zylindern zurückfließt, abnimmt, wenn der Abgasdruck niedrig ist. Mit anderen Worten wird im turbogeladenen Motor, in dem der Abgasdruck beachtlich mit einem Öffnungsgrad des W/G-Ventils variiert, selbst unter denselben Bedingungen des Einlasskrümmerdrucks, der Motorgeschwindigkeit und des Ventilöffnungs- und Schließtimings, ein Grad an Berechnungsgenauigkeit einer Menge an Zylindereinsaugluft niedrig, wenn nicht eine Erwägung bezüglich Einflüssen des Abgasdrucks auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v gegeben wird.
Nachfolgend werden Einflüsse des Abgasdrucks auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v detailliert beschrieben. Eine Relation einer Menge an Zylindereinsaugluft und des Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts K_v wird durch Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt:
[Mathematische Formel 1]

Q = K_v × P_b × V_c ÷ (T_b × R × T_SGT) (1) wobei Q eine Menge an Zylinderansaugluft [g/s] ist, K_v der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist, P_b ein Einlasskrümmerdruck [kPa] ist, V_c ein Zylinderhubraum [L] ist, T_b eine Einlasskrümmertemperatur [K] ist, R eine Gaskonstante [J/(kg·K)] ist, und T_SGT ein vorgegebenes Kurbelwinkelintervall [s] ist (im Falle eines Vier-Zylinder-Motors beträgt das Intervall 180 Grad und im Fall eines Drei-Zylinder-Motors beträgt das Intervall 240 Grad).

Gleichung (1) oben ist dieselbe wie die in Patentdokument 1 verwendete. Entsprechend Gleichung (1) kann der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v unter Verwendung einer Menge an Zylindereinlassluft, Q(g/s), eines Einlasskrümmerdrucks P_b (kPa), eines Zylinderhubraums V_c (L), eine Einlasskrümmertemperatur T_b (K), eine Gaskonstante (J/kg·K) und einem vorgegebenen Kurbelwinkelintervall T_SGT (s) berechnet werden. Der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v in jedem Betriebsbereich eines interessierenden Motors wird durch eine Simulation in tatsächlicher Verwendung erhalten. Durch Speichern der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerte K_v im Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfeld mit, einen Einlasskrümmerdruck und eine Motorgeschwindigkeit repräsentierenden Achsen wird ein Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v während der tatsächlichen Motorsteuerung unter Verwendung eines Einlasskrümmerdrucks, einer Motorgeschwindigkeit und des Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfelds berechnet.
Bilder I bis III von 14 sind Bildansichten, welche Beziehungen eines Abgasdrucks, eines internen AGR-Verhältnisses (= Partialdruck von verbranntem Gas in Zylindern, wenn der Einlasswert geschlossen ist ÷ (Partialdruck von verbranntem Gas in Zylindern, wenn das Einlassventil geschlossen ist + Partialdruck von Luft in Zylindern, wenn das Einlassventil geschlossen ist)} und eine Menge an Zylinderansaugluft in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck zur gleichen Motorgeschwindigkeit zeigen. In jeder Bildansicht zeigt eine durchgezogene Linie eine Beziehung an, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist (auf der Superladerseite) und zeigt eine abwechselnd lang und kurzgestrichelte Linie eine Beziehung an, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist (auf der Ablassseite). Es sollte angemerkt werden, dass der Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkt des Einlassventils der gleiche ist, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen und voll geöffnet ist.
Eine Relation eines Abgasdrucks in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck wird unter Verwendung von Bild I von 14 beschrieben. In Bild I wird die Abszisse für den Einlasskrümmerdruck verwendet und wird die Ordinate für den Abgasdruck verwendet.
In einem Bereich, bei dem der Einlasskrümmerdruck niedriger als derjenige auf der vertikalen unterbrochenen Linie A ist, ist der Abgasdruck im Wesentlichen gleich, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und wenn es voll geschlossen ist. Der Grund hinter diesem Ergebnis ist, dass eine Menge an in die Turbine fließenden Abgases zu klein ist, als dass die Turbine hoch genug für das Super-Charging rotiert (der Abgasdruck steigt auch nicht), unabhängig davon, ob das W/G-Ventil voll geöffnet oder voll geschlossen ist. In einem Bereich, in dem der Einlasskrümmerdruck in einem Bereich von dem einen auf der vertikalen Linie A bis zu dem einen aus der vertikalen Linie B ist, ist eine Menge an in die Turbine einfließenden Abgases groß und die Turbine rotiert schnell genug für Super-Charging, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist. Gleichzeitig steigt, weil der Widerstand, wenn Abgas die Turbine passiert, ansteigt, der Abgasdruck über den Atmosphärendruck an. Wenn andererseits das W/G-Ventil voll geöffnet ist, weil das Meiste des Abgases die Abgasnebenstromseite passiert, übersteigt der Abgasdruck den Atmosphärendruck nur etwas. In einem Bereich, in welchem der Einlasskrümmerdruck höher als der eine auf der vertikalen unterbrochenen Linie B ist, ist eine Flussrate des Abgases so hoch, dass ein Abgas nicht ausreichend zum Abgasnebenstromdurchgang abgegeben werden kann, selbst wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist. Daher, weil eine Menge des in die Turbine fließenden Abgases steigt, steigt der Abgasdruck über den Atmosphärendruck.
Eine Relation des internen AGR-Verhältnisses in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck wird nunmehr unter Verwendung von Bild II von 14 beschrieben. In Bild II wird die Abszisse für den Einlasskrümmerdruck verwendet und wird die Ordinate für das interne AGR-Verhältnis verwendet.
In einem Bereich, in welchem der Einlasskrümmerdruck niedriger als der eine auf der vertikalen unterbrochenen Linie A ist, ist das interne AGR-Verhältnis in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck im Wesentlichen gleich, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und voll geschlossen ist. Der diesem Ergebnis unterliegende Grund ist, dass, weil der Abgasdruck im Wesentlichen gleich ist, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und voll geschlossen ist (siehe Bild I), eine Menge an aus dem Abgaspfad in die Zylinder zurückgeflossenen Abgas im Wesentlichen gleich ist, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und voll geschlossen ist. In einem Bereich, in dem der Einlasskrümmerdruck in einem Bereich von dem einen auf der unterbrochenen Linie A bis zu dem einen auf der unterbrochenen Linie B ist, ist das interne AGR-Ventil-Verhältnis in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck niedriger, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist, als wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist. Der diesem Ergebnis unterliegende Grund ist, dass, weil der Abgasdruck in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck niedriger ist, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist, als wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist (siehe Bild I), eine Menge des aus dem Abgaspfad zu dem Zylinder zurückgeflossenen Abgases abnimmt, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist, im Vergleich zu einer Menge des rückgeflossenen Abgases, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist. In einem Bereich, in welchem der Einlasskrümmerdruck höher als der eine auf der vertikalen unterbrochenen Linie B ist, wird eine Differenz zwischen den internen AGR-Verhältnissen in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und voll geschlossen ist, kleiner mit steigendem Einlasskrümmerdruck. Der diesem Ergebnis unterliegende Grund ist, dass, weil eine Menge an Zylinderansaugluft mit Anstieg des Einlasskrümmerdrucks ansteigt, ein Raum in den Zylindern für das aus dem Abgaspfad zu den Zylindern zurückgeflossene Abgas kleiner wird und daher eine Differenz zwischen Mengen des aus dem Abgaspfad zu den Zylindern zurückgeflossenen Abgases in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck kleiner wird, selbst wenn es eine Differenz zwischen den Abgasdrücken gibt, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und wenn es voll geschlossen ist (siehe Bild I).
Eine Relation einer Menge an Zylinderansaugluft in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck wird nunmehr unter Verwendung von Bild III von 16 beschrieben. Im Bild III wird die Abszisse für den Einlasskrümmerdruck verwendet und wird die Ordinate für eine Menge an Zylinderansaugluft Q verwendet.
In einem Bereich, bei dem der Einlasskrümmerdruck niedriger als der auf der vertikalen gebrochenen Linie A ist, weil das interne AGR-Verhältnis in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck im Wesentlichen gleich ist, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und wenn es voll geschlossen ist (siehe Bild II), ist eine Menge an Zylinderansaugluft Q in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck im Wesentlichen gleich, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und wenn es voll geschlossen ist. In einem Bereich, in dem der Einlasskrümmerdruck in einem Bereich von dem einen auf der vertikalen unterbrochenen Linie A bis zu dem einen auf der vertikalen unterbrochenen Linie B ist, ist das interne AGR-Verhältnis in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck niedriger, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist, als wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist (siehe Bild II). Daher steigt eine Menge an Zylinderansaugluft Q in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck an, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet ist, im Vergleich mit einer Menge an Zylinderansaugluft Q, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist. In einem Bereich, in dem der Einlasskrümmerdruck höher als der eine auf der vertikalen unterbrochenen Linie B ist, wird eine Differenz zwischen den internen AGR-Verhältnissen in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und voll geschlossen ist, kleiner, wenn der Einlasskrümmerdruck ansteigt. Daher wird eine Differenz zwischen Mengen an Zylinderansaugluft Q in Bezug auf denselben Einlasskrümmerdruck, wenn das W/G-Ventil voll geöffnet und voll geschlossen ist, kleiner.
Wie beschrieben worden ist, variiert selbst unter denselben Bedingungen eines Einlasskrümmerdrucks und einer Motorgeschwindigkeit eine Menge an Zylinderansaugluft abhängig von einer Differenz des Abgasdrucks beachtlich. In einem Fall, wo Einflüsse des Abgasdrucks auf den während der tatsächlichen Motorsteuerung berechneten Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v, der während der tatsächlichen Motorsteuerung unter Verwendung eines Einlasskrümmerdrucks, einer Motorgeschwindigkeit und des Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts-K_v-Kennfelds berechnet ist, nicht berücksichtigt werden, entsteht ein Problem, das ein Grad an Berechnungsgenauigkeit einer Menge von Zylinderansaugluft niedriger wird. Man nehme beispielsweise einen Fall an, bei dem der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist, gemäß Gleichung (1) oben berechnet wird und in einem Kennfeld vorab gespeichert wird, mit Achsen, die einen Einlasskrümmerdruck und eine Motorgeschwindigkeit repräsentieren, zur Verwendung während der tatsächlichen Motorsteuerung. Wenn das W/G-Ventil gesteuert ist, voll geschlossen zu sein, wird eine Menge an Zylinderansaugluft Q, die in einer Motorsteuer-Computereinheit berechnet wird (nachfolgend als die ECU bezeichnet), für eine tatsächliche Menge von Luft genau berechnet. Es gibt jedoch einen Fall, bei dem eine in der ECU berechnete Menge von Zylinderansaugluft Q kleiner als die tatsächliche Menge von Luft ist, wenn das W/G-Ventil gesteuert wird, auf der Öffnungsseite zu sein, und der Abgasdruck von dem einen, wenn das W/G-Ventil voll geschlossen ist, bei demselben Einlasskrümmerdruck und Motorgeschwindigkeit abfällt.
Bezüglich dem obigen Problem wird eine Erörterung von Einflüssen des Abgasdrucks auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v weder in Patentdokument 1 noch Patentdokument 2 beschrieben.
Zusätzlich, wie im Fall, bei dem Einflüsse des Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkts auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v erwogen wird, kann das Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfeld für jede Betriebsbedingung des W/G-Ventils gehalten werde. In einem Fall, bei dem ein Betriebsbereich des W/G-Ventils durch sechs repräsentative Punkte angezeigt ist und Intervalle interpoliert werden, werden sechs Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfelder gehalten. Es ist möglich, Einflüsse des Abgasdruckes auf den Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v durch dieses Verfahren zu berücksichtigen. Jedoch werden in einem mit dem Einlass-VVT und dem Turbolader ausgerüsteten Motor sechs Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfelder zur Berücksichtigung des Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkts für jeden der sechs repräsentativen Punkte des Betriebsbereichs des W/G-Ventils gehalten. Kurz sind 6 × 6, das heißt 36 Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v-Kennfelder notwendig. Daher gibt es Probleme damit, dass eine große Anzahl von Mannstunden für die Adaption und Dateneinstellung erforderlich ist und dass ein Mikrocomputer in der ECU eine riesige Speicherkapazität erfordert.
In einem Fall, bei dem der Öffnungsgrad des W/G-Ventils auf solche Weise gesteuert wird, dass das W/G-Ventil bei einem einmaligen Öffnungsgrad in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck und eine Motorgeschwindigkeit öffnet, nimmt auch der Abgasdruck einen einmaligen Wert in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck und eine Motorgeschwindigkeit ein. Daher ist keine Berücksichtigung einer Differenz der Abgasdrücke beim selbem Einlasskrümmerdruck und Motorgeschwindigkeit notwendig. In diesem Fall jedoch gibt es das Problem, dass es unmöglich wird, das W/G-Ventil bei einem beliebigen Öffnungsgrad zu steuern (beispielsweise kann Beschleunigung nicht durch Anheben des Superladungsdruckes durch Steuern des W/G-Ventils erzielt werden, um zeitweilig auf einer Schließseite zu sein, in Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung von einem Fahrer).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist gemacht worden, um die oben diskutierten Probleme zu lösen und hat als Aufgabe, eine Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Menge an Zylinderansaugluft mit hinreichend hoher Genauigkeit zu berechnen, um geeigneter Maßen einen turbogeladenen Innenverbrennungsmotor unter Berücksichtigung von Einschlüssen eines Abgasdrucks auf einen Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert zu steuern, ohne einer großen Speicherkapazität zu bedürfen, in weniger Adaptionsmannstunden und unter einer niedrigen Betriebslast.
Eine Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors, die einen Innenverbrennungsmotor steuert, der mit einem Superlader ausgerüstet ist, der eine an einem Abgaspfad des Innenverbrennungsmotors vorgesehene Turbine und einen stromaufwärts der an einem Einlasspfad des Innenverbrennungsmotors vorgesehenen Drosselklappe vorgesehenen und integral mit der Turbine rotierenden Kompressors aufweist. Die Steuervorrichtung beinhaltet: einen Einlasskrümmerdruck-Detektionsteil, der einen Innendruck eines Einlasskrümmers, der aus einem Teil gebildet ist, das einen Überdrucktank und einen Einlasskrümmer enthält, die stromabwärts der Drosselklappe vorgesehen sind, als einen Einlasskrümmerdruck detektiert; einen Einlasskrümmertemperaturdetektionsteil, der eine interne Einlasstemperatur des Einlasskrümmers als eine Einlasskrümmertemperatur detektiert; ein Waste-Gate-Ventil, das an einem Nebenstromdurchgang vorgesehen ist, der die Turbine umgeht und eine Durchschnittsquerschnittsfläche des Nebenstromdurchganges durch Ändern eines Öffnungsgrades ändert; einen Drehzahldetektionsteil, der eine Drehzahl des Innenverbrennungsmotors detektiert; einen Abgasdruck-Berechnungsteil, der einen Druck im stromaufwärts der Turbine vorgesehenen Abgaspfad als einen Abgasdruck berechnet; einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwertberechnungsteil, der einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert berechnet, welcher ein Index ist, der eine Menge an einen Zylinder des Innenverbrennungsmotors aus dem Einlasskrümmer betretender Luft bei einem vorgegebenen Öffnungsgrad oder einem vorgegebenen Öffnungsgradanzeigewert des Waste-Gate-Ventils auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors anzeigt; und einen Abgasdruck-Berechnungsteil für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert, der einen Abgasdruck für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert berechnet, der ein dem Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert entsprechender Abgasdruck ist, auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors. Ein Korrekturberechnungsparameter wird unter Verwendung des Abgasdrucks, des Abgasdrucks für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert und des Einlasskrümmerdrucks berechnet, und ein Nachkorrekturvolumetrikeffizienz-Äquivalenzwert wird durch Korrigieren des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts unter Verwendung des Korrekturberechnungsparameters berechnet. Die Menge an in den Zylinder aus dem Einlasskrümmer gelangender Luft wird auf Basis des Nachkorrekturvolumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts berechnet.
Gemäß der Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors der Erfindung wird der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors berechnet und wird der Korrekturberechnungsparameter unter Verwendung des Abgasdrucks, des dem Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts entsprechenden Abgasdrucks und des Einlasskrümmerdrucks berechnet. Durch Korrigieren des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts unter Verwendung des Korrekturberechnungsparameters wird es möglich, eine Menge an Zylinderansaugluft mit Genauigkeit anhand einer Betriebsbedingung unabhängig von einer Varianz des Abgasdruckes selbst in einem supergeladenen Innenverbrennungsmotor zu berechnen.
Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Gesamtschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, welche schematisch eine Konfiguration eines Innenverbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerteil des Innenverbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das einen Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, in dessen Ablauf eine Abgasflussrate in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
5 ist ein Flussdiagramm, in dessen Ablauf ein Abgasdruck in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird.
6 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, mit dem der Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
7 ist eine Ansicht, die ein anderes Kennfeld zeigt, mit dem der Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
8 ist ein Flussdiagramm, in dessen Ablauf ein Korrekturberechnungsparameter in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
9 ist eine Ansicht, die eine Tabelle zeigt, mit der ein Wert eines Puffers in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck ÷ den Abgasdruck in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
10 ist ein Flussdiagramm, in dessen Ablauf ein Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
11 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, mit dem der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
12 ist ein Flussdiagramm, in dessen Ablauf ein Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
13 ist ein Flussdiagramm, in dessen Ablauf eine Menge an Zylinderansaugluft in der ersten Ausführungsform der Erfindung berechnet wird;
14 zeigt Bildansichten, die Beziehungen eines Abgasdrucks, eines internen AGR-Verhältnisses, einer Menge an Zylinderansaugluft in Bezug auf einen Einlasskrümmerdruck bei derselben Motordrehzahl anzeigen;
15 ist eine Modellansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Abgas aus einem Abgaspfad zu einem Zylinder zurückfließt;
16 ist eine Bildansicht, die eine Relation des internen AGR-Verhältnisses in Bezug auf 1 – Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert bei jedem Öffnungsgrad eines W/G-Ventils und jeden Einlasskrümmerdruck bei derselben Motorgeschwindigkeit zeigt; und
17 zeigt eine Bildansicht, die eine Relation des Abgasdrucks ÷ Atmosphärendruck in Bezug auf eine Abgasflussrate anzeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Zuerst, um eine erste Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben, wird eine Varianz einer Menge an Abgas, das aus einem Abgaspfad zu einem Zylinder zurückfließt, in Reaktion auf eine Varianz eines Abgasdrucks unter Verwendung von 15 beschrieben. 15 ist eine Modellansicht eines Zustands, in welchem ein Abgas aus dem Abgaspfad zum Zylinder zurückfließt. Zeichen 7 bezeichnet einen Einlasskrümmer, Zeichen 9 bezeichnet ein Einlassventil, Zeichen 10 bezeichnet einen Zylinder, Zeichen 17 bezeichnet einen Kolben, Zeichen 20 bezeichnet ein Abgasventil, Zeichen 26 bezeichnet einen Abgaspfad (oberhalb einer Turbine lokalisiert) und Zeichen 27 bezeichnet einen Rückflussteil aus dem Abgaspfad 26. Man nehme an, dass sowohl das Einlassventil 9 als auch das Abgasventil 20 geöffnet sind und Gase im Einlasskrümmer 7 und dem Zylinder 10 in einer Gleichgewichtsbedingung stehen (Druck und Temperatur sind gleich). Zuerst wird Gleichung (2) unten aus einem relationalen Ausdruck von isentroper Änderung und einem relationalen Ausdruck von Schallgeschwindigkeit ermittelt. (Mathematische Formel 2)
wobei P ein Druck ist, ρ eine Dichte ist, α eine Schallgeschwindigkeit ist, κ ein spezifisches Wärmeverhältnis ist, R eine Gaskonstante ist und T eine Temperatur ist.
Auch ist das Energieerhaltungsgesetz am Rückflussteil 27 aus dem Abgaspfad 26 durch Gleichung (3) wie folgt ausgedrückt: (Mathematische Formel 3)
wobei P_b ein Einlasskrümmerdruck ist, ρ_b eine Dichte im Einlasskrümmer ist, u_b eine Flussgeschwindigkeit beim Rückflussteil aus dem Abgaspfad ist, P₃ ein Abgasdruck ist und ρ₃ eine Dichte im Abgaspfad ist.
Die Flussgeschwindigkeit u_b beim Rückflussteil 27 aus dem Abgaspfad 26 wird durch Gleichung (4) unten unter Verwendung von Gleichung (2) oben und Gleichung (3) oben ausgedrückt. (Mathematische Formel 4)
wobei α_b eine Schallgeschwindigkeit am Rückflussteil aus dem Abgaspfad ist.
Es sei CA_t ein Äquivalenzwert zu einer effektiven Öffnungsfläche des Rückflussteils 27 aus dem Abgaspfad 26. Eine Massenflussrate m_b am Rückflussteil 27 aus dem Abgaspfad 26 wird in Übereinstimmung mit Gleichung (4) oben unter Verwendung von CA_t aufgefunden, was durch Ausdruck (5) wie nachfolgend ausgedrückt wird: (Mathematische Formel 5)
Durch Modifizieren von Gleichung (5) oben unter Verwendung von Gleichung (2) oben und einer Zustandsgleichung von Gas wird Gleichung (6) unten ermittelt. (Mathematische Formel 6)
wobei T_b eine Einlasskrümmertemperatur ist.
Gemäß Gleichung (6) oben wird eine Varianz einer Menge an aus dem Abgaspfad 26 zum Zylinder 10 in Reaktion auf eine Varianz des Abgasdrucks rückfließenden Abgases in der nachfolgenden Weise aufgefunden.
Es sei P₃₀ ein Abgasdruck (Abgasdruck für Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert), der auch ermittelt wird, wenn der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerte K_v0 in den entsprechenden Betriebsbereichen des interessierenden Motors durch eine Simulation in tatsächlicher Verwendung ermittelt werden, und sei T_b0 eine Einlasskrümmertemperatur. Eine Varianz einer Menge an aus dem Abgaspfad 26 zum Zylinder 10 bei demselben Einlasskrümmerdruck und Drehzahl rückfließenden Abgases wird durch ein Verhältnis η' zu einer Menge an Abgas m_b0 ausgedrückt, das aus dem Abgaspfad 26 zum Zylinder 10 beim Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 rückfließt, was durch Gleichung (7) wie nachfolgend ausgedrückt wird: (Mathematische Formel 7)
η ist ein Korrekturberechnungsparameter, P₃₀ ist ein Abgasdruck für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert, κ ist ein spezifisches Wärmeverhältnis, P_x ist P₃ oder P₃₀, P_b ist ein Einlasskrümmerdruck und P₃ ist ein Abgasdruck.
Durch Korrigieren des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 gemäß Gleichung (9) unten unter Verwendung von η' als einem Korrekturberechnungsparameter wird es möglich, eine Menge an Zylinderansaugluft genau anhand einer Betriebsbedingung unabhängig von einer Varianz des Abgasdrucks selbst in einem turbogeladenen Motor zu berechnen. Wenn eine Korrektur anhand Gleichung (7) oben während der tatsächlichen Motorsteuerung gemacht wird, ist es neben dem Krümmerdruck P_b0 auch notwendig, eine Einlasskrümmertemperatur T_b0 im Kennfeld mit Achsen, welche den Einlasskrümmerdruck und die Drehzahl repräsentieren, zu speichern. Wenn auf diese Weise konfiguriert, steigt eine zum Speichern eines Kennfeldes einer Einlasskrümmertemperatur T_b0 erforderliche Speicherkapazität an. Um diese Unannehmlichkeit zu vermeiden, erwägend, dass Einflüsse der Einlasskrümmertemperaturen T₃₀ und T₃ recht klein im Vergleich zu Einflüssen der Einlasskrümmerdrücke P₃₀ und P₃ in Gleichung (7) oben sind, wird der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 gemäß Gleichung (8) unten korrigiert, die durch Weglassen von √T_b0/T_b aus Gleichung (7) oben als der Korrekturberechnungsparameter η ermittelt wird. (Mathematische Formel 8)
η ist ein Korrekturberechnungsparameter, P₃₀ ist ein Abgasdruck für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert, κ ist ein spezifisches Wärmeverhältnis, P_x ist P₃ oder P₃₀, P_b ist ein Einlasskrümmerdruck und P₃ ist ein Abgasdruck.
Ein Verfahren des Korrigierens des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 auf Basis des Korrekturberechnungsparameters η wird nun beschrieben.
Zuerst wird eine Relation des Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v und des internen AGR-Verhältnisses beschrieben. Der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v ist ein Index einer Menge an Zylinderansaugluft. Beispielsweise zeigt er an, dass der Gesamtzylinderhubraum mit einer Menge an Zylinderansaugluft gefüllt ist, wenn der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v = 1, während er anzeigt, dass der gesamte Zylinderhubraum mit einem verbrannten Gas gefüllt ist, wenn der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v = 0. Wie beschrieben worden ist, zeigt ein internes AGR-Verhältnis ein Verhältnis des verbrannten Gases im Zylinder an, wenn das Einlassventil geschlossen ist. Es wird daher angenommen, dass 1 – Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v und das interne AGR-Verhältnis ÷ 100 äquivalent oder korreliert sind. Daher bestätigten die Erfinder der Erfindung eine Relation des internen AGR-Verhältnisses in Bezug auf 1 – K_v durch eine Simulation in tatsächlicher Verwendung.
16 ist eine Bildansicht, die eine Relation des internen AGR-Verhältnisses in Bezug auf 1 – K_v bei den jeweiligen Öffnungsgraden (von voll geöffnet bis voll geschlossen) des W/G-Ventils und der entsprechenden Einlasskrümmerdrücke bei derselben Drehzahl zeigt.
In 16 wird die Abszisse für 1 – K_v verwendet und wird die Ordinate für das interne AGR-Verhältnis ÷ 100 (1, wenn das interne AGR-Verhältnis 100% ist) verwendet. Der Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v wird anhand Gleichung (1) oben bei den entsprechenden Öffnungsgraden des W/G-Ventils und bei den entsprechenden Einlasskrümmerdrücken berechnet. Wie in 16 gezeigt, obwohl 1 – K_v und das internen AGR-Verhältnis 100 nicht äquivalent sind, versteht es sich, dass das interne AGR-Verhältnis ÷ 100 in Bezug auf 1 – K_v eindeutig unabhängig von Einlasskrümmerdruck und dem Öffnungsgrad des W/G-Ventils ist, und dass 1 – K_v und das interne AGR-Verhältnis miteinander korreliert sind. Unter Berücksichtigung, dass 1 – K_v und das internen AGR-Verhältnis miteinander korreliert sind und dass eine Menge an aus dem Abgaspfad 26 zum Zylinder 10 rückfließendem Abgas Einflüsse auf das interne AGR-Verhältnis wie oben beschrieben hat, wird eine Korrektur des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 unter Verwendung des durch Gleichung (8) oben ausgedrückten Korrekturberechnungsparameters und des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts K_v0 durch Gleichung (9) wie folgt ausgedrückt:
(Mathematische Formel 9)

K_{v_new} = 1 – (1 – K_v0) × η (9) wobei K_{v_new} ein Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist und K_v0 ein Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist.

Indem der Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_{v_new} verwendet wird, wird es möglich, eine Menge an Zylinderansaugluft mit Genauigkeit anhand einer Betriebsbedingung unabhängig von einer Varianz des Abgasdruckes selbst in einem turbogeladenen Motor zu berechnen.
Die Erfinder bestätigten durch eine Simulation in tatsächlicher Verwendung, dass eine Beziehung des Abgasdrucks ÷ durch Atmosphärendruck in Bezug auf eine aus dem Zylinder 10 abgegebene Abgasflussrate wie in 17 gezeigt ist.
17 ist eine Bildansicht, die eine Relation des Abgasdrucks ÷ Atmosphärendruck in Bezug auf eine Abgasflussrate Q_ex zeigt. Die Abszisse wird für die Abgasflussrate Q_ex verwendet und die Ordinate wird für den Abgasdruck Atmosphärendruck verwendet. Hier wird nicht der Abgasdruck, sondern der Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck aus dem Grunde verwendet, dass das Fahren bei hohen Höhen unter relativ niedrigem Atmosphärendruck im Vergleich zum Fahren bei Seehöhe berücksichtigt wird. In 17 zeigt eine durchgezogene Linie die Relation des Abgasdrucks ÷ Atmosphärendruck in Bezug auf eine aus dem Zylinder 10 abgegebene Abgasflussrate an, wenn ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils = 0% (voll geschlossen), zeigt eine unterbrochene Linie die Relation an, wenn ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils = 20%, zeigt eine abwechselnd Lang- und Kurzstrichlinie die Relation an, wenn ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils = 40%, zeigt eine lang unterbrochene Linie die Relation an, wenn ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils = 60% zeigt eine lange Kettenlinie die Relation an, wenn ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils = 80% und zeigt eine lange Zweipunktkettenlinie die Relation an, wenn ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils = 100% (voll geöffnet).
In 17 ist in einem Bereich, bei dem die Abgasflussrate niedriger als die eine auf der vertikalen unterbrochenen Linie C ist, der Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck im Wesentlichen gleich, weil eine Menge an in die Turbine fließenden Abgases klein ist, unabhängig von einem Öffnungsgrad des W/G-Ventils. In einem Bereich, bei dem die Abgasflussrate höher ist als die eine auf der vertikalen unterbrochenen Linie C, zeigen die Relationen eine Tendenz, dass der Abgasdruck Atmosphärendruck mit höher werdender Abgasflussrate ansteigt. Auch, weil eine Menge an zum Nebenstromdurchgang abgeleitetem Abgas ansteigt (eine in die Turbine fließende Menge sinkt), wenn sich das W/G-Ventil zur Öffnungsseite öffnet, selbst bei derselben Abgasflussrate, zeigt die Relation eine Tendenz, dass der Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck niedriger wird. Zusätzlich ist der Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck in Bezug auf die Abgasflussrate und auf den Öffnungsgrad des W/G-Ventils einmalig unabhängig von dem Einlasskrümmerdruck und Motorgeschwindigkeit. Daher wird es durch Speichern des Abgasdrucks ÷ Atmosphärendruck, der vorläufig in den jeweiligen Betriebsbereichen des interessierenden Motors durch eine Simulation bei tatsächlicher Verwendung erhalten ist, in einem Kennfeld mit Achsen, welche die Abgasflussrate und den Öffnungsgrad des Öffnungsgradanzeigewerts des W/G-Ventils repräsentieren, möglich, den Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck unter Verwendung der Abgasflussrate und des Öffnungsgrades oder des Öffnungsgradanzeigewerts des W/G-Ventils zu berechnen und den Abgasdruck durch Multiplizieren des Abgasdruckes Atmosphärendruck mit dem Atmosphärendruck während der tatsächlichen Motorsteuerung zu berechnen.
Ein Berechnungsverfahren der Abgasflussrate während tatsächlicher Motorsteuerung wird beschrieben. Eine Abgasflussrate zu einem gegebenen Zeitpunkt n ist eine Summe einer Menge an Zylinderansaugluft in einen Zylinder, der im Auslasshub zum Zeitpunkt n ist, zurück in den Einlasstakt, vor dem Expansionstakt und dem Kompressionstakt und einer Menge an Kraftstoff. Eine Kraftstoffmenge kann berechnet werden durch Dividieren einer Menge von Zylinderansaugluft im Einlasstakt durch ein aktuell eingestelltes Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder durch Dividieren einer Menge von Zylinderansaugluft im Einlasstakt durch ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem gegebenen Zeitpunkt n. Beispielsweise in einem Fall, bei dem ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, kann eine Kraftstoffmenge wie durch Gleichung (10) nachfolgend ausgedrückt, berechnet werden: (Mathematische Formel 10)
wobei Q_ex(n) eine Abgasflussrate [g/s] zu einem gegebenen Zeitpunkt n ist, Q(n – 3) eine Menge [g/s] von Zylinderansaugluft drei Takte vor dem gegebenen Zeitpunkt n ist und AF_t(n – 3) ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis drei Takte vor dem gegebenen Zeitpunkt n ist.
In einem Fall, bei dem ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, kann eine Kraftstoffmenge berechnet werden durch Ersetzen von AF_t(n – 3) in Gleichung (10) durch ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF(n) zu einem gegebenen Zeitpunkt n.
Aufgrund der obigen Konfiguration kann ein Vorteil dahingehend erzielt werden, dass eine Zylinderansaugluftmenge mit Genauigkeit unabhängig von einer Varianz des Abgasdrucks berechnet werden kann, selbst in einem turbogeladenen Motor.
Nachfolgend wird die erste Ausführungsform der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Innenverbrennungsmotors 100 der ersten Ausführungsform zeigt. Luft wird in den Innenverbrennungsmotor 100 eingeführt, indem sie einen Luftfilter 1 passiert. Die eingeführte Luft wird durch Rotation eines Kompressors 2 supergeladen. Der Kompressor 2 ist mit einer Turbine 4 über eine Turbinenwelle 3 verbunden. Die Turbine 4 rotiert durch die Energie eines Abgases. Die durch den Kompressor 2 supergeladene Luft passiert einen Zwischenkühler 5 und wird durch Kraftstoffeinspritzung aus einem Injektor 8 durch Fließen durch eine Drosselklappe 6, die eine Zylinderansaugluftmenge reguliert, und einen Einlasskrümmer 7, der einen Spitzentank und einen Einlasskrümmer, der stromabwärts der Drosselklappe 6 lokalisiert ist, beinhaltet, zu einer Luft/Kraftstoffmischung gemacht. Die Luft/Kraftstoffmischung wird dann durch Passieren eines Einlassventils 9 in einen Zylinder 10 eingesaugt.
Das Einlassventil 9 ist mit einem Einlass-VVT 11 versehen, der den Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkt variabel macht. Ein Luftnebenstromventil 12, das eine Flussrate von Luft in einem Nebenstromdurchgang steuert, der einen oberen Strom und einen unteren Strom des Kompressors 2 verbindet, ein Einlasskrümmertemperatursensor 13, der eine Temperatur im Einlasskrümmer 7 misst, und ein Einlasskrümmerdrucksensor 14, der einen Druck im Einlasskrümmer 7 misst, sind an einem Durchgang installiert, durch welchen Luft angesaugt wird. Auch ist ein Drosselöffnungsgradsensor 15 in die Drosselklappe 6 eingebaut. Ein Zylinderkopf ist mit einer Zündspule 16 versehen, die verwendet wird, um eine Zündkerze zu betreiben. Die in den Zylinder 10 eingesaugte Luft/Kraftstoffmischung verbrennt bei Zündung durch die Zündkerze und verwandelt sich in ein verbranntes Gas. Ein Kolben 17 ist innerhalb des Zylinders 10 vorhanden und eine Kurbelwelle 18 ist mit dem Kolben 17 verbunden. Die Kurbelwinkel 18 rotiert, wenn der Kolben 17 durch ein Verbrennungsgas auf und ab bewegt wird. Eine nicht illustrierte Kurbelplatte ist an der Kurbelwelle 18 angebracht. Die Kurbelplatte weist eine Vorragung auf und ein Kurbelwinkelsensor 19 detektiert eine Kurbelwinkelposition, ein vorgegebenes Kurbelwinkelintervall und eine Motorgeschwindigkeit durch Detektieren der Vorragung. Kurz gesagt, fungiert der Kurbelwinkelsensor 19 als ein Drehzahldetektionsteil des Innenverbrennungsmotors 100.
Das verbrannte Gas im Zylinder 10 wird durch Passieren eines Abgasventils 20 abgegeben. Das Abgas dreht die Turbine 4 bei Abgabe. Auch gibt es einen Durchgang, der einen oberen Strom und einen unteren Strom der Turbine 4 umgeht, und eine Menge des in die Turbine 4 eingeführte Abgases wird durch ein an diesem Nebenflussdurchgang vorgesehenes W/G-Ventil 21 reguliert. Das W/G-Ventil 21 ist mit einem motorbetriebenen W/G-Ventilaktuator 22 verbunden. Das W/G-Ventil 21 wird betrieben, sich zu öffnen und zu schließen, durch Antreiben des W/G-Ventilaktuators 22, und eine Abgasflussrate im Nebenstromdurchgang wird durch diese Öffnungs- und Schließoperation reguliert. Es sollte anerkannt werden, dass der W/G-Ventilaktuator 22 nicht auf einen motorbetriebenen Typ beschränkt ist und stattdessen ein Aktuator von einem Positivdrucktyp, der einen stromaufwärtigen Druck der Drosselklappe 6 als Antriebsquelle verwendet, verwendet werden kann. Es sind ein unillustrierter O₂-Sensor und Katalysator und dergleichen an einem Abgaspfad 26 vorgesehen.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerteil des Innenverbrennungsmotors 100 der ersten Ausführungsform zeigt. Ein durch den Drosselöffnungsgradsensor 15 gemessener Öffnungsgrad der Drosselklappe 6, eine durch den Einlasskrümmertemperatursensor 13 gemessene Einlasskrümmertemperatur, ein durch den Einlasskrümmerdrucksensor 14 gemessener Einlasskrümmerdruck, ein durch einen Atmosphärendrucksensor 23 gemessener Atmosphärendruck und ein durch den Kurbelwinkelsensor 19 gemessenes Kurbelwinkeldetektionssignal werden an einer ECU 200 eingegeben. Andere Messwerte als jene oben spezifizierten werden auch aus verschiedenen Sensoren in die ECU 200 eingegeben (beispielsweise ein Wassertemperatursensor 24 und ein Gaspedalpositionssensor 25).
In der ECU 200 wird eine Zylinderansaugluftmenge in einem unten detailliert beschriebenen Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil 30 berechnet. Der Injektor 8 und die Zündspule 16 werden gemäß einer darin berechneten Zylinderansaugluftmenge angetrieben. Auch werden auf Basis einer Zylinderansaugluftmenge und verschiedener Typen von Eingabedaten ein Drosselöffnungsgradanzeigewert, ein Einlass-VVT-Phasenwinkelanzeigewert und ein W/G-Ventil-Öffnungsgradanzeigewert berechnet. Ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 6, ein Phasenwinkel des Einlass-VVT 11 und ein Öffnungsgrad des W/G-Ventils 21 werden so gesteuert, dass sie die entsprechenden Anzeigewerte erzielen. Verschiedene andere Aktuatoren werden ebenfalls gesteuert, wenn der Bedarf auftritt. Auch sei angenommen, dass die ECU 200 einen Speicherbereich hat, in dem eine Zylinderansaugluftmenge Q bis zu drei Takte zuvor und ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t bis zu drei Takten zuvor zu speichern ist, was unten beschrieben wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das den Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil 30 zeigt. Der Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil 30 beinhaltet als einen Teil, der einen Korrekturberechnungsparameters η eines Vorkorrektur-Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 berechnet, einen Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteil 301, einen Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteil 302 und einen Korrekturberechnungsparameter-η(n)-Berechnungsteil 303. Der Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil 30 beinhaltet auch einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v0(n)-Berechnungsteil 304, der einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 berechnet, einen Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-ÄquivalenzwertK_{v_new}(n)-Berechnungsteil 305, der den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 korrigiert, und einen Ansaugluftmengen-Q(n)-Berechnungsteil 306, der eine Zylinderansaugluftmenge Q(n) berechnet. Nachfolgend wird der Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil 30 unter Verwendung von 3 und nachfolgender Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird von den im Zylinderansaugluftmengen-Berechnungsteil 30 enthaltenen Teilen der Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteil 301 von 3 beschrieben.
Der Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteil 301 berechnet eine zum Berechnen eines Abgasdrucks P₃(n) notwendige Abgasflussrate Q_ex(n). 4 zeigt ein Flussdiagramm des Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteils 301.
In Schritt S401 werden eine Zylinderansaugluftmenge Q(n – 3) und ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t(n – 3) drei Takte zuvor ermittelt. Bezüglich einer Zylinderansaugluftmenge Q(n – 3) und einem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t(n – 3) drei Takte zuvor, wie unten beschrieben, ist er auf solche Weise konfiguriert, nachdem eine Zylinderansaugluftmenge _Q und ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t in der im Ansaugluftmengen-Q(n)-Berechnungsteil 306 berechnet werden, Werte bis zu drei Takte zuvor sukzessive im Speicher in der ECU 200 gespeichert werden. In Schritt S402 wird eine Abgasflussrate Q_ex(n) in Übereinstimmung mit Gleichung (10) oben unter Verwendung einer Zylinderansaugluftmenge Q(n – 3) und eines Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t(n – 3) drei Takte zuvor berechnet. Wie oben erwähnt worden ist, kann ein durch den O₂-Sensor detektiertes tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis anstelle des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t(n – 3) drei Takte zuvor, verwendet werden. In diesem Fall wird das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t(n – 3) in Gleichung (10) oben durch ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF(n) ersetzt und eine Verarbeitung zum sukzessiven Sichern eines Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t im Speicher in der ECU 200, wie oben beschrieben, wird unnötig.
Nunmehr wird der Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteil 302 beschrieben.
Der Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteil 302 berechnet Abgasdrücke P₃(n) und P₃₀(n), die zum Berechnen des Korrekturberechnungsparameters η(n) notwendig sind. 5 zeigt ein Flussdiagramm des Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteils 302.
Im Schritt S501 von 5 werden eine Motorgeschwindigkeit N_e(n), ein W/G-Ventilöffnungsgradanzeigewert D(n), ein Atmosphärendruck P₁(n), ein Einlasskrümmerdruck P_b(n), ein Einlass-VVT-Phasenwinkel IVT(n) und eine im Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteil 301 berechnete Abgasflussrate Q_ex(n) ermittelt. Nachfolgend wird in den Schritten S502 und S503 der Abgasdruck P₃(n) berechnet und wird in den Schritten S504 und S505 der Abgasdruck P₃₀(n) berechnet.
Für den Abgasdruck P₃(n) wird {Abgasdruck P₃ ÷ Atmosphärendruck P₁}(n) im Schritt S502 unter Verwendung der Abgasflussrate Q_ex(n), des W/G-Ventil-Öffnungsgradanzeigewerts D(n) und einem in 6 gezeigten Kennfeld 601 berechnet. Wie beschrieben worden ist, wird eine Relation zwischen der Abgasflussrate Q_ex, dem W/G-Ventil-Öffnungsgradanzeigewert D und dem Abgasdruck P₃ den Atmosphärendruck P₁ des interessierenden Motors vorläufig im Kennfeld 601 von 6 durch eine Simulation in tatsächlicher Verwendung gespeichert. Das Kennfeld 601 weist gespeicherte Werte des Abgasdrucks P₃ ÷ Atmosphärendruck P1 mit Achsen auf, die die Abgasflussrate Q_ex und den W/G-Ventil-Öffnungsgradanzeigewert D repräsentieren. Hierin wird nicht der Abgasdruck, sondern Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck verwendet, wie oben beschrieben worden ist, mit dem Zweck, einen Abgasdruck selbst während des Fahrens bei hohen Höhen unter relativ niedrigem Atmosphärendruck im Vergleich zum Fahren auf Seeniveau mit Genauigkeit zu berechnen. In Schritt S503 wird der Abgasdruck P₃(n) durch Multiplizieren von im Schritt S502 berechneten {Abgasdruck P3 ÷ Atmosphärendruck P₁}(n) mit dem Atmosphärendruck P₁(n), der in Schritt S501 ermittelt ist, berechnet. In einem Fall, bei dem ein Sensor, der einen tatsächlichen Öffnungsgrad des W/G-Ventils 21 detektiert, am W/G-Ventil 21 oder dem W/G-Ventilaktuator 22 vorgesehen ist, kann ein tatsächlicher Öffnungsgrad des W/G-Ventils 21 anstelle des W/G-Öffnungsgradanzeigewerts verwendet werden.
Für den Abgasdruck P₃₀(n) in Bezug auf den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 {Abgasdruck P₃₀ Atmosphärendruck P₁} (n) wird in Schritt S504 unter Verwendung einer Motorgeschwindigkeit N_e(n), eines Einlasskrümmerdrucks P_b(n), eines Einlass-VVT-Phasenwinkels IVT(n) und eines in 7 gezeigten Kennfelds 701 berechnet. Eine Relation zwischen einer Motorgeschwindigkeit N_e, einem Einlasskrümmerdruck P_b, einem Einlass-VVT-Phasenwinkel IVT(n), und dem Abgasdruck P₃₀ Atmosphärendruck P₁, aufgefunden durch eine Simulation bei tatsächlicher Verwendung, wird vorläufig im Kennfeld 701 von 7 gespeichert. Das Kennfeld 701 weist gespeicherte Werte des Abgasdrucks P₃₀ ÷ Atmosphärendruck P₁ in Bezug auf den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 mit Achsen, die die Motorgeschwindigkeit N_e und den Einlasskrümmerdruck P_b repräsentieren, auf. Hier wird nicht der Abgasdruck, sondern Abgasdruck ÷ Atmosphärendruck verwendet, mit dem Ziel, einen Abgasdruck mit Genauigkeit selbst beim Fahren bei hohen Höhen unter relativ niedrigem Atmosphärendruck im Vergleich zum Fahren bei Seepegel zu berechnen, wie beim Kennfeld 601. Auch wird dieses Kennfeld 701 für jeden repräsentativen Punkt eines Betriebsbereichs des Einlass-VVT-Phasenwinkels IVT gehalten. Wenn der Einlass-VVT-Phasenwinkels IVT 0 bis 50 Grad beträgt, wird das Kennfeld 701 bei jedem Einlass-VVT-Phasenwinkels IVT = 0, 10, 20, 30, 40 und 50 Grad gehalten. Der Ausdruck ”Abgasdruck P₃₀ in Bezug auf den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0”, auf den hier Bezug genommen wird, bedeutet, wie oben beschrieben, einen Abgasdruck, der auch erhalten wird, wenn Kennfeldwerte eines Kennfelds 1101 des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts K_v0, der unten beschrieben ist, durch eine Simulation bei tatsächlicher Verwendung ermittelt werden. Der Abgasdruck P₃₀(n) wird im Schritt S505 durch Multiplizieren von in Schritt S504 berechnetem {Abgasdruck P₃₀ ÷ Atmosphärendruck P₁}(n) mit dem in Schritt S501 ermittelten Atmosphärendruck P₁(n) berechnet.
Im Falle eines Systems, das mit einem Abgasdrucksensor versehen ist, der in dieser Ausführungsform nicht eingesetzt wird, sind, weil der Abgasdruck P₃(n) aus dem Abgasdrucksensor während der tatsächlichen Motorsteuerung detektiert werden kann, Schritt S502 und Schritt S503 und das Kennfeld 601, die durch den Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteil 301 und den Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteil 302 durchgeführt und darin verwendet werden, unnötig.
Der Korrekturberechnungsparameter-η(n)-Berechnungsteil 31 wird nunmehr beschrieben.
Der Korrekturberechnungsparameter-η(n)-Berechnungsteil 303 berechnet einen Korrekturberechnungsparameter η(n), der zum Korrigieren des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0(n) notwendig ist. 8 zeigt ein Flussdiagramm des Korrekturberechnungsparameter-η(n)-Berechnungsteils 303.
Im Schritt S801 von 8 werden ein Einlasskrümmerdruck P_b(n) und die im Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteil 302 berechneten Abgasdrücke P₃(n) und P₃₀(n) ermittelt.
Nachfolgend wird ein Puffer BF(n) in Schritt S802 unter Verwendung eines Einlasskrümmerdrucks P_b(n), des Abgasdrucks P₃(n) und einer in 9 gezeigten Tabelle 901 berechnet. Der Puffer BF(n) entspricht einem Nenner des durch Gleichung (8) oben ausgedrückten Korrekturberechnungsparameters η(n). Auch wird ein Puffer BF₀(n) in Schritt S803 unter Verwendung eines Einlasskrümmerdrucks P_b(n), des Abgasdrucks P₃₀(n) und der Tabelle 901 berechnet. Der Puffer BF₀(n) entspricht einem Nenner des in Gleichung (8) oben ausgedrückten Korrekturberechnungsparameters η(n).
Wie in 9 gezeigt, weist die Tabelle 901 gespeicherte Werte des Puffers BF oder BF₀ für den Einlasskrümmerdruck P_b ÷ den Abgasdruck P3 oder den Einlasskrümmerdruck P_b ÷ Abgasdruck P₃₀ auf. Hierin sind die Puffer BF und BF₀ keine Messwerte, sondern Berechnungswerte gemäß der obigen Gleichung (8). In 9 wird ein gleicher Wert wie derjenige, wenn der Einlasskrümmerdruck P_b ÷ Abgasdruck P_x = 0,528 in einer Reihe gespeichert ist, die durch einen griechischen Buchstaben α angezeigt ist, durch Berücksichtigen des Blockieren eines Fluids, und ein gleicher Wert wie derjenige, wenn der Einlasskrümmerdruck P_b ÷ Abgasdruck P_x = 0,95 in Reihen gespeichert, durch einen griechischen Buchstaben β angezeigt sind, um so zu verhindern, dass die Puffer BF und BF₀ exzessiv bei einer Varianz des Einlasskrümmerdrucks P_b ÷ Abgasdruck P_x variieren. Nachdem der Puffer BF(n) in Schritt S802 berechnet ist und der Puffer BF₀(n) in Schritt S803 berechnet ist, wird der Korrekturberechnungsparameters η(n) in Schritt S804 gemäß Gleichung (8) oben unter Verwendung der Puffer BF(n) und BF₀(n) berechnet.
Der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v0(n)-Berechnungsteil 304 wird nun beschrieben. Der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v0(n)-Berechnungsteil 304 berechnet einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0(n). 10 zeigt ein Flussdiagramm des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v0(n)-Berechnungsteils 304.
In Schritt S1011 werden eine Motorgeschwindigkeit N_e(n), ein Einlasskrümmerdruck P_b(n) und ein Einlass-VVT-Phasenwinkel IVT(n) ermittelt. Nachfolgend wird der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 in Schritt S1002 unter Verwendung der Motorgeschwindigkeit N_e(n), des Einlasskrümmerdrucks P_b(n), des Einlass-VVT-Phasenwinkels IVT(n) und eines in 11 gezeigten Kennfelds 1101 berechnet. Wie beschrieben, wird eine Relation zwischen einer Motorgeschwindigkeit N_e, einem Einlasskrümmerdruck P_b, einem Einlass-VVT-Phasenwinkel IVT und dem Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0 des interessierenden Motors durch eine Simulation bei tatsächlicher Verwendung gefunden und vorläufig in dem in 11 gezeigten Kennfeld 1101 gespeichert. Das Kennfeld 1101 weist gespeicherte Werte des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts K_v0 mit Achsen, welche die Motorgeschwindigkeit N_e und den Einlasskrümmerdruck P_b repräsentieren, auf. Dieses Kennfeld 1101 wird für jeden repräsentativen Punkt eines Betriebsbereichs des Einlass-VVT-Phasenwinkels IVT gehalten. In einem Fall, bei dem der Einlass-VVT-Phasenwinkel IVT beispielsweise von 0 bis 50 Grad reicht, wird das Kennfeld 1101 bei jedem Einlass-VVT-Phasenwinkel IVT = 0, 10, 20, 30, 40 und 50 Grad gehalten.
Nunmehr wird der Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-ÄquivalenzwertK_{v_new}(n)-Berechnungsteil 305 beschrieben. Der Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-ÄquivalenzwertK_{v_new}(n)-Berechnungsteil 305 korrigiert den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0(n) unter Verwendung des Korrekturberechnungsparameters η(n). 12 zeigt ein Flussdiagramm des Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-ÄquivalenzwertK_{v_new}(n)-Berechnungsteils 305.
Im Schritt S1201 werden der in dem Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v0(n)-Berechnungsteil 304 berechnete Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_v0(n) und der im Korrekturberechnungsparameter-η(n)-Berechnungsteil 303 berechnete Korrekturberechnungsparameter η(n) ermittelt. Nachfolgend wird der Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_{v_new} in Schritt S1202 gemäß Gleichung (9) oben unter Verwendung des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts K_v0(n) und des Korrekturberechnungsparameters η(n) berechnet.
Schließlich wird der Zylinderansaugluftmengen-Q(n)-Berechnungsteil 306 beschrieben. Der Ansaugluftmengen-Q(n)-Berechnungsteil 306 berechnet eine Zylinderansaugluftmenge Q(n). 13 zeigt ein Flussdiagramm des Ansaugluftmengen-Q(n)-Berechnungsteils 306.
In Schritt S1301 werden der in dem Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-ÄquivalenzwertK_{v_new}(n)-Berechnungsteil 305 berechnete Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_{v_new}(n), eine Motorgeschwindigkeit N_e(n), ein Einlasskrümmerdruck P_b(n) und eine Einlasskrümmertemperatur T_b(n) ermittelt. Nachfolgend wird in Schritt S1302 gemäß Gleichung (1) ein vorgegebenes Kurbelwinkelintervall T_SGT(n) unter Verwendung der Motorgeschwindigkeit N_e(n) berechnet. Eine Zylinderansaugluftmenge Q(n) wird in Schritt S1303 gemäß Gleichung (1) oben unter Verwendung des Nachkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert K_{v_new}(n), des Einlasskrümmerdrucks P_b(n), der Einlasskrümmertemperatur T_b(n) und des vorgegebenen Kurbelwinkelintervalls T_SGT(n) berechnet. Wie oben beschrieben, werden verschiedene Steuerwerte auf Basis der Zylinderansaugluftmenge Q(n), die hier berechnet ist, und verschiedener Arten von in die ECU 200 eingegebener Daten berechnet.
In dieser Ausführungsform sei angenommen, dass das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t(n) unter Verwendung eines Einlasskrümmerdrucks P_b, einer Motorgeschwindigkeit N_e und eines nicht illustrierten Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t-Kennfelds mit Achsen, die den Einlasskrümmerdruck P_b und die Motorgeschwindigkeit N_e repräsentieren, berechnet wird. Es sollte jedoch erkannt werden, dass ein Berechnungsverfahren des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t(n) nicht auf das obige Verfahren beschränkt ist. In Schritt S1304 werden die Zylinderansaugluftmenge Q(n) und das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis AF_t(n) im Speicher wie oben beschrieben gesichert. In einem Fall, bei dem der Abgasflussraten-Q_ex(n)-Berechnungsteil 301 ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis anstelle des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t(n) verwendet, wird die Verarbeitung zum Sichern des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses AF_t(n) im Speicher wie oben erwähnt unnötig.
Wie beschrieben, beinhaltet die Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors der ersten Ausführungsform: den Einlasskrümmerdrucksensor 14, der einen Innendruck des Einlasskrümmers 7, der aus einem Teil gebildet ist, der einen Spitzentank und einen Einlasskrümmer beinhaltet, der stromabwärts der Drosselklappe 6 vorgesehen ist, als einen Einlasskrümmerdruck detektiert; den Einlasskrümmertemperatursensor 13, der eine interne Einlasstemperatur des Einlasskrümmers 7 als eine Einlasskrümmertemperatur detektiert; das W/G-Ventil 21, das an einem Nebenflussdurchgang vorgesehen ist, der die am Abgasdurchgang 26 des Innenverbrennungsmotors 100 vorgesehene Turbine 4 umgeht und eine Durchgangsquerschnittsfläche des Nebenstromdurchgangs durch Ändern eines Öffnungsgrads ändert; den Kurbelwinkelsensor 19, der eine Drehzahl des Innenverbrennungsmotors 100 detektiert; den Abgasdruck-Berechnungsteil 302, der einen Druck im stromabwärts der Turbine 4 vorgesehenen Abgaspfad 26 als einen Abgasdruck berechnet; den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert-K_v0(n)-Berechnungsteil 304, der einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert berechnet, der ein Index ist, der eine den Zylinder 10 aus dem Einlasskrümmer 7 bei einem vorgegebenen Öffnungsgrad oder einem vorgegebenen Öffnungsgradanzeigewert des W/G-Ventils 21 betretende Luftmenge anzeigt, auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors 100; und den Abgasdruck P₃(n) und P₃₀(n) Berechnungsteil 302 für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert, der einen Abgasdruck für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert berechnet, der ein Abgasdruck entsprechend dem Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist, auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors 100. Ein Korrekturberechnungsparameter wird unter Verwendung des Abgasdrucks, des Abgasdrucks für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert und des Einlasskrümmerdrucks berechnet, und ein Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert wird durch Korrigieren des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts unter Verwendung des Korrekturberechnungsparameters berechnet. Die Menge an in den Zylinder 10 aus dem Einlasskrümmer 7 eindringender Luft wird auf Basis des Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts berechnet. Daher kann ein Vorteil damit erzielt werden, dass eine Zylinderansaugluftmenge unabhängig von einer Varianz des Abgasdrucks selbst im turbogeladenen Innenverbrennungsmotor 100 mit Genauigkeit berechnet werden kann.
Auch kann durch Berechnen des Korrekturberechnungsparameters anhand Gleichung (8) oben der Vorteil erzielt werden, dass der Korrekturberechnungsparameter abhängig von der Logik mit Genauigkeit berechnet werden kann.
Auch kann durch Berechnen des Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts anhand Gleichung (9) oben der Vorteil erzielt werden, dass der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert mit Genauigkeit, abhängig von der Logik, korrigiert werden kann.
Ein Abgasdruck-Berechnungsteil berechnet einen Abgasdruck auf Basis einer aus dem Zylinder 10 abgegebenen Abgasflussrate, dem Atmosphärendruck und einem Öffnungsgrad oder einem Öffnungsgradanzeigewert des W/G-Ventils 21. Die Abgasflussrate wird berechnet auf Basis einer in den Zylinder 10 gelangenden Luftmenge, der im Auslasstakt ist, wenn eine Berechnung der Abgasflussrate stattfindet, zurück im Einlasstakt vor dem Expansionstakt und dem Kompressionstakt, und einem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurück im Einlasstakt oder ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn eine Berechnung der Abgasflussrate stattfindet. Daher kann der Vorteil erzielt werden, dass ein durch die Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors erforderter Abgasdruck detektiert werden kann, ohne dass ein teurer Abgasdrucksensor mit hohem Widerstand gegenüber Hitze und Korrosion zu verwenden ist.
Während die Steuervorrichtung des Innenverbrennungsmotors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, sollte es sich verstehen, dass Modifikationen und Abweichungen zur Ausführungsform hinzugefügt werden können, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wenn Bedarf entsteht.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich werden, ohne vom Umfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass dies nicht auf die illustrativen, hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08-303293 A [0003, 0007]
JP 2008-138630 A [0005, 0007]

Claims

Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors, die einen Innenverbrennungsmotor steuert, der mit einem Superlader ausgerüstet ist, der eine an einem Abgaspfad (26) des Innenverbrennungsmotors (100) vorgesehene Turbine (4) und einen stromaufwärts einer an einem Einlasspfad des Innenverbrennungsmotors (100) vorgesehenen Drosselklappe (6) vorgesehenen und integral mit der Turbine (4) rotierenden Kompressor (2) aufweist, umfassend: einen Einlasskrümmerdruck-Detektionsteil (14), der einen Innendruck eines Einlasskrümmers (7), der aus einem Teil gebildet ist, das einen Überdrucktank und einen Einlasskrümmer enthält, die stromabwärts der Drosselklappe (6) vorgesehen sind, als einen Einlasskrümmerdruck detektiert; einen Einlasskrümmertemperaturdetektionsteil (13), der eine interne Einlasstemperatur des Einlasskrümmers (7) als eine Einlasskrümmertemperatur detektiert; ein Waste-Gate-Ventil (21), das an einem Nebenstromdurchgang vorgesehen ist, der die Turbine (4) umgeht und eine Durchschnittsquerschnittsfläche des Nebenstromdurchganges durch Ändern eines Öffnungsgrades ändert; einen Drehzahldetektionsteil (19), der eine Drehzahl des Innenverbrennungsmotors (100) detektiert; einen Abgasdruck-Berechnungsteil (302), der einen Druck im stromaufwärts der Turbine (4) vorgesehenen Abgaspfad (26) als einen Abgasdruck berechnet; einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwertberechnungsteil (304), der einen Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert berechnet, welcher ein Index ist, der eine Menge an einen Zylinder (10) des Innenverbrennungsmotors (100) aus dem Einlasskrümmer (7) betretender Luft bei einem vorgegebenen Öffnungsgrad oder einem vorgegebenen Öffnungsgradanzeigewert des Waste-Gate-Ventils (21) auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors (100) anzeigt; und einen Abgasdruck-Berechnungsteil (302) für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert, der einen Abgasdruck für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert berechnet, der ein dem Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert entsprechender Abgasdruck ist, auf Basis des Einlasskrümmerdrucks und der Drehzahl des Innenverbrennungsmotors (100), wobei ein Korrekturberechnungsparameter unter Verwendung des Abgasdrucks, des Abgasdrucks für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert und des Einlasskrümmerdrucks berechnet wird, und ein Nachkorrekturvolumetrikeffizienz-Äquivalenzwert wird Korrigieren des Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts unter Verwendung des Korrekturberechnungsparameters berechnet durch; und die Menge an in den Zylinder (10) aus dem Einlasskrümmer (7) gelangender Luft auf Basis des Nachkorrekturvolumetrikeffizienz-Äquivalenzwerts berechnet wird.
Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, wobei: der Korrekturberechnungsparameter anhand einer Gleichung wie folgt berechnet ist:
η ein Korrekturberechnungsparameter ist, P₃₀ ein Abgasdruck für den Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist, κ ein spezifisches Wärmeverhältnis ist, P_x gleich P₃ oder P₃₀ ist, P_b der Einlasskrümmerdruck ist und P₃ der Abgasdruck ist.
Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: der Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert anhand einer nachfolgenden Gleichung berechnet ist: K_{v_new} = 1 – (1 – K_v0) × η wobei K_{v_new} der Postkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist und K_v0 der Vorkorrektur-Volumetrikeffizienz-Äquivalenzwert ist.
Steuervorrichtung eines Innenverbrennungsmotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der Abgasdruck-Berechnungsteil (302) den Abgasdruck auf Basis einer aus dem Zylinder (10) abgegebenen Abgasflussrate, dem Atmosphärendruck und entweder einem Öffnungsgrad oder einem Öffnungsgradanzeigewert des W/G-Ventils 21 berechnet; und die Abgasflussrate auf Basis einer Menge an in den Zylinder (10) gelangenden Luft zurück in einem Einlasstakt vor einem Expansionstakt und einem Kompressionstakt aus einem Abgastakt, während welchem eine Berechnung der Abgasflussrate stattfindet, und entweder einem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurück im Einlasstakt oder einem tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Berechnung der Abgasflussrate stattfindet, berechnet wird.