DE102014213631A1

DE102014213631A1 - Steuervorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen in einem Turbolader

Info

Publication number: DE102014213631A1
Application number: DE102014213631.8A
Authority: DE
Inventors: Michihisa Yokono; Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-07-15
Also published as: JP2015158174A; US9605608B2; CN104863699A; DE102014213631B4; CN104863699B; US20150240731A1; JP5734478B1

Abstract

In der Steuervorrichtung wird eine Beziehung eines stromaufwärts-seitigen Drosseldrucks bezüglich einer Abgasgröße in einem Zustand verwendet, in dem ein Superladungsdruck durch einen WG-Anweisungswert am geringsten wird, bezüglich einer WGV-Steuerkomponente 220 zum Ansteuern eines WGV 33a, das an einem Bypasskanal 33 bereitgestellt ist, der einen Superlader 35 umgeht, und es wird eine Beziehung eines stromaufwärts-seitigen Drosseldrucks bezüglich einer Apertur eines Drosselventils 23, einer Rotationsgeschwindigkeit einer Kraftmaschine und einem Einlassverteilerdruck verwendet, und einer der stromaufwärtsseitigen Drosseldrücke, je nachdem welcher höher ist, der gemäß jeder der Beziehungen berechnet wird, wird als ein stromaufwärts-seitiger Drossel-Schätzwert definiert, wobei der stromaufwärts-seitige Drosseldruck durch ein kostengünstiges Mittel mit einer hohen Genauigkeit geschätzt wird, um die Kraftmaschine zu steuern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, und betrifft insbesondere eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die z. B. in einem Turbolader-Kraftmaschinenfahrzeug installiert ist.
Stand der Technik
In einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine wird ein Turbolader verwendet, um die Ausgabe einer Verbrennungskraftmaschine (im Folgenden als Kraftmaschine bezeichnet) zu verbessern. Der Turbolader ist eine Vorrichtung, durch die Luft durch eine Krafteinwirkung derart in die Kraftmaschine eingegeben wird, dass der Turbolader an einem Luftansaugkanal der Kraftmaschine angebracht ist, und eine Turbine des Turboladers durch Abgas rotiert. Ein Problem in dem Turbolader besteht darin, dass ein Superladungsdruck unter einer hohen Rotationsgeschwindigkeit und einer starken Lastbedingung mehr als notwendig erhöht wird, und die Kraftmaschine beschädigt wird, sodass ein Abgas-Bypasskanal normalerweise stromaufwärts (engl. upstream) einer Turbine bereitgestellt ist. Ein Waste-Gate-Ventil (im Folgenden als WGV bezeichnet) ist an dem Abgas-Bypasskanal bereitgestellt. Das in einem Abgaskanal fließende Abgas unterliegt einem Fluss durch das WGV, wodurch ein Einfluss des Abgases, das durch die Kraftmaschine hindurch geht, reguliert wird. Ein Druck in dem Luftansaugkanal wird dadurch auf einen geeigneten Pegel gesteuert.
Im Allgemeinen wird das WGV durch einen positiven Druck-artigen Aktuator angesteuert. Ein Luftansaugkanal stromaufwärts-seitige Komponente eines Drosselventils, in dem ein Druck besonders erhöht ist, ist mit einem Waste-Gate-Aktuator (im Folgenden als WGA bezeichnet) verbunden. Wenn daher ein Druck in dem Luftansaugkanal der Kraftmaschine, die in einem Superladungsmodus oder dergleichen angesteuert wird, höher als ein Atmosphärendruck ist, kann der WGA betrieben werden. Eine Ablassgröße eines Ablassventils, verbunden mit dem WGA wird reguliert, wodurch ein Druck der Ansaugluft, die an den WGA geliefert wird, reguliert wird, und es wird eine Apertur des mit dem WGA verbundenen WGV reguliert. Im Allgemeinen ist ein Detektor zum Erfassen einer Aktivierungsgröße des WGA oder WGV nicht an den Vorrichtungen angebracht. Ein Erfassungswert eines Drucks, wie z. B. ein Einlassverteilerdruck (im Folgenden als Pb bezeichnet) an einer Stromabwärtsseite eines Kompressors, wird daher verwendet, wodurch die Ablassgröße des Ablassventils reguliert wird. In einer Druckbedingung, bei der der WGA betrieben werden kann, wird das WGV, das als ein Bypassventil verwende wird, in einer vollständig geschlossenen Position durch eine mechanische Komponente, wie z. B. eine Feder, gehalten, die in dem WGA installiert ist.
Ein Drosselventil (im Folgenden als THV bezeichnet), das an einem Luftansaugkanal bereitgestellt ist, wird im Allgemeinen betrieben, und eine Aperturfläche des Luftansaugkanals wird reguliert, wodurch die Ausgabe der Kraftmaschine reguliert wird. Eine Luftansauggröße, die durch das THV hindurch tritt, kann auf Grundlage einer physikalischen Formel unter Verwendung der Aperturfläche des THV, eines stromaufwärts-seitigen Drucks und eines stromabwärts-seitigen Drucks bezüglich des Luftflusses, und einem Erfassungswert, wie z. B. Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts des THV gesteuert werden. Diese Technologien werden im Allgemeinen verwendet (siehe z. B. Patentdokument 1). In den Technologien muss jedoch ein Sensor zum Erfassen des stromaufwärts-seitigen Drucks des THV installiert werden, sodass Probleme darin bestehen, dass eine Anzahl von Komponenten erhöht wird, und die Kosten der Steuervorrichtung ansteigen.
Eine Technologie zum Unterdrücken der Kosten ist daher im Patentdokument 2 beschrieben, die durch den Anmelder der vorliegenden Anmeldung vorher angemeldet wurde. Ein Superladungsdruck-(im Folgenden als P2 bezeichnet)Sensor zum Erfassen des Superladungsdrucks, wobei es sich um einen Druck stromaufwärts-seitig einer Drossel handelt, wird im Patentdokument 2 nicht verwendet. Im Patentdokument 2 wird eine Abgasgröße unter Verwendung eines Erfassungswerts einer Luftansauggröße und eines Erfassungswerts bezüglich eines Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff berechnet, und P2 wird unter Verwendung eines Vergleichsresultats eines Werts geschätzt, der unter Verwendung einer Tabelle berechnet wird, die vorab gemäß der Abgasgröße eingestellt ist, und einem Wert, der durch Addieren des Werts erhalten wird, der vorher für Pb eingestellt ist.
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 4237214
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung 2013-221903

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wie oben erläutert gibt es in der Technologie gemäß Patentdokument 1 ein Problem darin, dass der P2-Sensor verwendet wird, sodass die Kosten der Steuervorrichtung erhöht werden.
In der Technologie gemäß Patentdokument 2 wird ein Wert, in dem ein vorbestimmter Wert zu Pb addiert wird, als der P2-Schätzwert in einem Betriebsbereich starker Belastung verwendet. Obwohl der vorbestimmte Wert in einem Zustand eingestellt ist, in dem eine Druckvariation, die durch das Hindurchtreten von Luft durch das THV verursacht wird, geschätzt wird, wenn eine Charakteristik der Steuervorrichtung gemäß einer Betriebsbedingung, einer Betriebsumgebung und einer mechanischen Differenz des THV variiert, gibt es Probleme darin, dass ein Fehler zwischen dem vorbestimmten Wert und der Druckvariation, die verursacht wird durch ein Hindurchtreten von Luft durch das THV, erhöht wird, und ein Einfluss für den Schätzwert von P2 verursacht wird.
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der oben erläuterten Probleme, und eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, durch die P2 geschätzt werden kann, ohne einem Einfluss zu unterliegen, der durch die Charakteristikvariation gemäß der Betriebsbedingung, der Betriebsumgebung und dem mechanischen Unterschied des THV verursacht wird.
Mittel zum Lösen der Probleme
Eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader enthält ein Drosselventil, das an einem Luftansaugkanal der Verbrennungskraftmaschine gestellt ist; eine Drosselapertur-Erfassungskomponente zum Erfassen einer Apertur des Drosselventils; eine Turbine, die an einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt ist; einen Turbolader mit einem Kompressor, der stromaufwärts von dem Drosselventil bereitgestellt ist und integral mit der Turbine rotiert; ein Waste-Gate-Ventil, das an einem Bypasskanal bereitgestellt ist, der um die Turbine vorbei geht; eine Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente, die eine Flusskanal-Querschnittsfläche des Bypasskanals durch Steuern des Waste-Gate-Ventils modifiziert; eine Luftansauggrößen-Erfassungskomponente zum Erfassen einer Luftansauggröße in der Verbrennungskraftmaschine; eine Einlassverteilerdruck-Erfassungskomponente zum Erfassen eines Drucks in einer Einlassverteilerkomponente, die stromabwärts von dem Drosselventil bereitgestellt ist; eine erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente zum Berechnen einer erforderlichen Ausgabe, die für Verbrennungskraftmaschine erforderlich ist, basierend auf einer Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine und einem Gaspedalbetrieb durch einen Fahrer; eine Drosselventil-Steuerkomponente, die eine Ziel-Ansaugluftgröße berechnet, die durch das Drosselventil hindurch tritt, gemäß der durch die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente berechneten erforderlichen Ausgabe, und eine effektive Aperturfläche des Drosselventils steuert, um die Ziel-Ansaugluftgröße zu realisieren; und eine Superladungsdruck-Schätzungskomponente, die einen Superladungsdruck stromabwärts von dem Kompressor und stromaufwärts von dem Drosselventil schätzt, wobei die Superladungsdruck-Schätzungskomponente eine Abgasgrößen-Berechnungskomponente enthält, die eine Abgasgröße gemäß einem Verhältnis aus Luft zu Kraftstoff und einer Luftansauggröße der Verbrennungskraftmaschine berechnet; eine WG0P2-Berechnungskomponente, die einen WG0P2-Schätzwert berechnet, wobei es sich um einen Superladungsdruck in einer Waste-Gate-Ventil-Ansteuerbedingung in einem Zustand handelt, in dem eine Superladungsleistung, die durch den Kompressor erzeugt wird, am geringsten ist, gemäß der Abgasgröße; und eine CALP2-Berechnungskomponente, die einen CALP2-Schätzwert berechnet, wobei es sich um einen Superladungsdruck in einem Bereich handelt, der einen Betriebsbereich enthält, in dem eine Ansaugluft stärker supergeladen ist als eine Ansaugluft in einem Bereich, der durch die WG0P2-Berechnungskomponente geschätzt werden kann, gemäß der effektiven Aperturfläche, einer Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine und einem Druck in der Einlassverteilerkomponente, unabhängig von einer Ansteuerbedingung des Waste-Gate-Ventil; und den WG0P2-Schätzwert oder den CALP2-Schätzwert, je nachdem welcher höher ist, als einen finalen Schätzungs-Superladungsdruckwert definiert.
Effekte der Erfindung
Gemäß der Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader der vorliegenden Erfindung wird P2 auf Grundlage von Qex geschätzt, wenn eine Waste-Gate-Steuer-(im Folgenden als WG-Steuerung bezeichnet)Anweisungsbedingung als eine Bedingung gesetzt wird, bei der Superladungsdruck der geringste ist, und P2 wird auf Grundlage von STH, einer Rotationsgeschwindigkeit der Kraftmaschine und Pb geschätzt, wenn die Ansaugluft durch die WG-Steuerung stärker supergeladen ist, sodass P2 durch einen einfachen Berechnungsprozess geschätzt werden kann, ohne einem Einfluss zu unterliegen, der durch die Betriebsbedingung, die Betriebsumgebung und einen Zustand der WGV-Apertur verursacht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Steuervorrichtung und peripherer Konfigurationen einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer ECU, bereitgestellt in der Steuervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verhaltens von einem Druckverhältnis aus Atmosphärendruck (P1) zu einem Stromaufwärts-Drosseldruck (P2) entsprechend einer Abgasgröße (Qex) gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verhaltens eines Druckverhältnisses aus Atmosphärendruck (P1) zu Stromaufwärts-Drosseldruck (P2) entsprechend einem Produkt einer effektiven Aperturfläche (STH) eines Drosselventils und einer Kurbelperiode (T1) einer Verbrennungskraftmaschine 10 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Assoziation zwischen dem in 3 gezeigten Verhalten und dem in 4 gezeigten Verhalten gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und
6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Betriebs der in der Steuervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten ECU gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Steuervorrichtung und peripherer Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Eine Verbrennungskraftmaschine 10 (im Folgenden als Kraftmaschine 10 bezeichnet) in 1 enthält eine Verbrennungskammer 11. Ein Luftansaugkanal 20 ist über einen Einlassverteiler bzw. Ansaugkrümmer 22 mit der Kraftmaschine 10 verbunden. Darüber hinaus ist ein Abgaskanal 30 mit der Kraftmaschine 10 verbunden. Ein Turbinengehäuse 32c für einen Turbolader 32 ist für den Abgaskanal 30 bereitgestellt. Ein Bypasskanal 33 ist zwischen einem stromaufwärts-seitigen bzw. Upstream-Abschnitt des Turbinengehäuses 32c und einem stromabwärts-seitigen bzw. Downstream-Abschnitt des Turbinengehäuses 32c an dem Abgaskanal 30 bereitgestellt. Ein WGV 33a, das zur Regulierung einer Kanalfläche des Bypasskanals 33 verwendet wird, wenn WGA 33b gesteuert wird, ist in dem Bypasskanal 33 bereitgestellt. Darüber hinaus ist ein Katalysator 31 an einer Position bereitgestellt, wobei es sich um eine niedrigere Seite verglichen mit einer Position handelt, an der der Bypasskanal 33 an dem Abgaskanal 30 verbunden ist.
Der WGA 33b ist ein Positivdruck-artiger Aktuator, und in dem WGA 33b wird eine Membran (engl. diaphragm) verwendet. Wenn daher ein Druck in dem Luftansaugkanal 20, beispielsweise zum Zeitpunkt eines Betriebs eines Turboladers, höher als ein Atmosphärendruck ist, kann das WGV 33a durch den WGA 33b betrieben werden. In dem WGA 33b ist ein Ablassventil bereitgestellt. Ein Druck in der Membran, aus der der WGA 33b aufgebaut ist, wird durch Regulieren einer Ablassgröße des Ablassventils reguliert, und dem Öffnungsgrad des WGV 33a, das mit dem WGA 33b verbunden ist. Ein Detektor zum Erfassen von Betätigungsgrößen des WGA 33b und des WGV 33a ist im Allgemeinen nicht in den Vorrichtungen installiert. Eine Steuergröße des WGA 33b wird daher unter Verwendung eines Erfassungswertes von einem Druck, wie z. B. ein Druck in dem Einlassverteiler 22, stromabwärts von dem Turbolader 32 gesteuert. Bei einer Druckbedingung, bei der der WGA 33b betrieben werden kann, mit anderen Worten, bei einer Bedingung, bei der ein Druck in dem Luftansaugkanal 20 den Atmosphärendruck nicht übersteigt, wird das WGV 33a, das als ein Bypassventil verwendet wird, bei einer vollständig geschlossenen Position durch eine mechanische Komponente, wie z. B. einer Feder, gehalten, die in dem WGA 33b installiert ist.
Ein Kompressorgehäuse 32a des Turboladers 32 ist für den Luftansaugkanal 20 bereitgestellt. Ein Bypasskanal 34 ist zwischen dem stromaufwärts-seitigen Abschnitt des Kompressorgehäuses 32a und des stromabwärts-seitigen Abschnitts des Kompressorgehäuses 32a an dem Luftansaugkanal 20 bereitgestellt. Ein Luftbypassventil (im Folgenden als ABV bezeichnet) 34a zum Öffnen/Schließen eines Flusskanals des Bypasskanals 34 ist an dem Bypasskanal 34 bereitgestellt. Ein Ladeluftkühler 21 ist stromabwärts-seitig bzw. Downstream von dem Kompressorgehäuse 32a an dem Luftansaugkanal 20 bereitgestellt. Ein THV 23 ist stromabwärts-seitig bzw. Downstream von dem Ladeluftkühler 21 an dem Luftansaugkanal 20 bereitgestellt.
Das THV 23 wird durch einen Drosselmotor 23a (Motor zum Antrieb eines Drosselventils) geöffnet/geschlossen. Die Apertur des THV 23 wird durch einen Drosselpositions-Sensor (im Folgenden als TPS bezeichnet) 23b erfasst.
Ein Pb-Sensor 42 zum Erfassen von Pb (Einlassverteilerdruck) ist an dem Einlassverteiler 22 angebaut.
Ein A/F-Sensor 45 zum Erfassen eines Verhältnisses zwischen Luft und Kraftstoff, die ein Abgas ausbilden, ist in dem Abgaskanal 30 bereitgestellt. Ein P1-Sensor 43 zum Erfassen eines Atmosphärendrucks (im Folgenden als P1 bezeichnet) ist außerhalb der Kraftmaschine 10 bereitgestellt. Wenn P1 jedoch durch den Pb-Wert gemäß einer Antriebsbedingung geschätzt werden kann, muss der P1-Sensor 43 nicht bereitgestellt werden, und ein Schätzwert von P1 kann als ein Wert für P1 verwendet werden.
Im Folgenden wird eine Konfiguration des Turboladers 32 erläutert. Eine Zentrifugalturbine besteht aus dem Turbinengehäuse 32c und einem Turbinenrad 32d, das in dem Turbinengehäuse 32c bereitgestellt ist. Ein Zentrifugalkompressor besteht darüber hinaus aus dem Kompressorgehäuse 32a und einem Kompressorrad 32b, das in dem Kompressorgehäuse 32a bereitgestellt ist. Das Turbinenrad 32d und das Kompressorrad 32b sind durch eine Turbinenachse 32a koaxial verbunden. Wenn daher das Turbinenrad 32d durch das Abgas rotationsartig angetrieben wird, wird das Kompressorrad 32b zur gleichen Zeit rotationsartig angetrieben, und die Ansaugluft in dem Luftansaugkanal 20 wird einer Superladung unterworfen. Wie oben erläutert, ist der Turbolader 32 aus der Zentrifugalturbine (Turbinengehäuse 32c und Turbinenrad 32d) und dem Zentrifugalkompressor (Kompressorgehäuse 32a und Kompressorrad 32b) aufgebaut.
In dem ABV 34a wird eine Membran (engl. diaphragm) verwendet. Die Membran wird gemäß einer Druckdifferenz zwischen P2 und Pb betrieben, und die Ansaugluft wird zwischen dem stromaufwärts-seitigen Abschnitt und dem stromabwärts-seitigen Abschnitt des Kompressorgehäuses 32a umgeleitet. Eine mechanische Beschädigung, die gemäß einem anomalen Anstieg des supergeladenen Luftdrucks verursacht wird, kann daher verändert werden. Darüber hinaus wird in dem ABV 34a ein Schaltventil verwendet. Das Schaltventil kann Pb, der an das ABV 34a geliefert wird, zu P2 schalten. Der Schaltwert wird gesteuert, wobei der Betriebszeitpunkt des ABV 34a gesteuert wird. In einer Druckbedingung, bei der das ABV 34a betrieben werden kann, mit anderen Worten unter einer Bedingung, bei der eine an die Membran gelieferte Druckdifferenz gering ist, wird das Bypassventil durch eine mechanische Komponente, wie z. B. einer Feder, die in dem ABV 34a installiert ist, in einer vollständig geschlossenen Position gehalten.
Darüber hinaus ist eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als ECU bezeichnet) 50 in der Kraftmaschine 10 bereitgestellt. Ausgangssignale verschiedener Sensoren, wobei es sich um einen Ne-Sensor 40 zum Erfassen einer Kurbelrotationsgeschwindigkeit (im Folgenden als Ne bezeichnet), einen Beschleunigungspositions-Sensor (im Folgenden als APS bezeichnet) 44, einen Wassertemperatur-Sensor (nicht dargestellt) zum Erfassen einer Kühlwassertemperatur der Kraftmaschine 10 und einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor (nicht dargestellt) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit handelt, werden in die ECU 50 eingegeben. Die ECU 50 steuert darüber hinaus Aktuatoren, die für Vorrichtungen verwendet werden, wie z. B. den Drosselmotor 23a, den WGA 33b und dergleichen.
Die ECU 50 besteht im Wesentlichen aus einem Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen, und führt verschiedene Steuerprogramme aus, die in dem ROM aufgezeichnet sind, wodurch die ECU 50 verschiedene Steueroperationen der Kraftmaschine 10 gemäß einem Betriebsmodus der Kraftmaschine 10 durchführt. Mit anderen Worten werden verschiedene Sensorsignale von den verschiedenen Sensoren in die ECU 50 eingegeben, und eine Kraftstoffeinspritzgröße, ein Zündzeitpunkt dergleichen werden gemäß den Sensorsignalen berechnet, die kontinuierlich eingegeben werden, wodurch die ECU 50 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, ein Zündvorrichtung und dergleichen ansteuert.
Die ECU 50 berechnet darüber hinaus eine Ziel-THV-Apertur durch Berechnen einer Kraftmaschinenausgabe, die durch einen Fahrer angefordert wird, gemäß den verschiedenen Sensorsignalen, und steuert den Drosselmotor 23a gemäß der Ziel-THV-Apertur an, wodurch die ECU 50 die Apertur des THV 23 unter Verwendung des Sensorsignals von dem TPS 23b reguliert. Die ECU 50 steuert darüber hinaus eine Apertur des WGV 33a, während die ECU 50 die THV-Apertur steuert. Mit anderen Worten gibt die ECU 50 ein Steuersignal an das WGV 33a aus, derart, dass die Apertur des WGV 33a zu der erforderlichen Apertur wird, wodurch die Apertur des WGV 33a gesteuert wird. Die ECU 50 steuert dadurch die THV-Apertur und die Apertur des WGV 33a, und die Kraftmaschinenausgaben, die durch den Fahrer angefordert wird, kann realisiert werden.
Ein Ablassventil, das in dem WGA 33b installiert ist, besteht z. B. aus einem Solenoid bzw. einer Zylinderspule. Während das Solenoid angesteuert wird, bleibt P2, der an den WGA 33b geliefert wird, unverändert. Das Solenoid führt eine Duty-Ansteuerung gemäß einem Anweisungssignal durch, das periodisch von der ECU 50 ausgegeben wird. Wenn das Anweisungssignal eine relative Einschaltdauer (engl. duty) von 0% aufweist, wird eine Ablassgröße am Geringsten, und das WGV 33a wird stark durch P2 angetrieben, der die Membran des WGA 33b geliefert wird, und Qex, die die Turbine umgeht, wird erhöht. Als ein Ergebnis wird Qex, die an die Turbine geliefert wird, verändert, und die Kraftmaschine geht in den geringsten Superladungs-Antriebsmodus. Wenn andererseits das Anweisungssignal eine relative Einschaltdauer (engl. duty) von 100% aufweist, wird die Ablassgröße am höchsten, sodass P2, der an die Membran des WGA 33b geliefert wird, verringert wird. Dadurch wird das WGV 33a gering angetrieben, und Qex, die die Turbine umgeht, wird verringert. Als ein Ergebnis wird Qex, die an die Turbine geliefert wird, erhöht, und die Kraftmaschine gelangt in den höchsten Superladungs-Antriebsmodus.
Zur genauen Steuerung der Ausgabe der Kraftmaschine 10 ist es im Übrigen erforderlich, dass die Luftansauggröße der Kraftmaschine 10 genau erfasst oder berechnet wird. Ein Verfahren zum Erfassen einer Luftflussgröße durch Installieren eines Luftfluss-Sensors in dem Luftansaugkanal 20 (Luftflussgrößen-Erfassungsverfahren L) und ein Verfahren zum Berechnen einer Luftflussgröße durch Empfangen von Ne, Pb, einem voreingestellten Korrekturwert und verschiedener Informationselemente, die in die ECU 50 eingegeben werden (Luftflussgrößen-Erfassungsverfahren D) sind im allgemeinen Stand der Technik bekannt.
Ein Verfahren zum Berechnen einer Luftgröße, die durch das THV 23 hindurchtritt, unter Verwendung einer physikalischen Formel (Luftflussgrößen-Erfassungsverfahren M), bei der eine Aperturfläche des THV 23 aus den TPS 23b gesucht wird, und ein Stromaufwärtsdruck (P2), einem Stromabwärtsdruck (Pb), einer Stromaufwärtstemperatur in einer Stromaufwärtstemperatur des THV 23 verwendet werden, ist ebenfalls im allgemeinen Stand der Technik bekannt (siehe z. B. [0028] im Patentdokument 1).
Wenn eine Beschleunigung durch einen Fahrer angefordert wird, wird eine Ziel-Luftgröße gemäß einem Antriebsmodus oder dergleichen berechnet, und eine Ziel-THV-Apertur zur Realisierung der Ziel-Luftgröße wird berechnet. Es wird jedoch eine Umkehrberechnung des Luftflussgrößen-Erfassungsverfahrens M zu diesem Zeitpunkt durchgeführt, und eine Ziel-STH des THV 23 wird gemäß P2 und Pb berechnet.
Wenn ein Fahrzeug in einem konstanten Modus angetrieben wird, in dem ein Betrieb nicht vorrübergehend ist, kann, wenn das Luftflussgrößen-Erfassungsverfahren D verwendet wird, eine Luftgröße durch eine preisgünstige Systemkonfiguration erfasst werden. Wenn andererseits eine Umkehrberechnung des Luftflussgrößen-Erfassungsverfahrens M durchgeführt wird, um ein Kraftmaschinenausgabe-Ansprechverhalten in einem transienten Antriebsmodus zu erhöhen, muss ein Sensor zum Messen von P2 installiert werden, und die Kosten der Vorrichtung werden erhöht.
3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verhaltens eines Druckverhältnisses zwischen einem Atmosphärendruck (P1) und einem stromaufwärts-seitigen Drosseldruck (P2) gemäß einer Abgasgröße (Qex) gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und es wird in 3 angezeigt, dass ein Druckverhältnis zwischen P1 und P2 entsprechend Qex [g/sek] in einer Vielzahl von Ne-Bedingungen gemessen wird, wobei das Anweisungssignal für den WGA 33b als ein relatives Einschaltverhältnis (engl. duty) von 0% eingestellt ist. Darüber hinaus wird in 3 angezeigt, dass selbst dann, wenn der zweite Sensor nicht in einem Zustand installiert ist, bei dem das Anweisungssignal für den WGA 33b bei einem relativen Einschaltverhältnis (engl. duty) von 0% eingestellt ist, das Druckverhältnis zwischen P1 und P2 durch Qex geschätzt werden kann, und P2 unter Verwendung eines Produkts des Druckverhältnisses und P1 geschätzt werden kann. Obwohl P1 ca. 101,3 [kPa] ist, wenn ein Fahrzeug in einer ebenen Fläche in der Nähe des Meeres angetrieben wird, variiert P1 auf ca. 75 [k/Pa], wenn das Fahrzeug z. B. im Hochland angetrieben wird, dessen höhe bei 2500 m liegt. Selbst dann, wenn das Fahrzeug im Hochland angetrieben wird, ist erforderlich, dass der Schätzwert unter Verwendung des Druckverhältnisses zwischen P1 und P2 berechnet wird, um die Kraftmaschine genau zu steuern.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verhaltens eines Druckverhältnisses aus Atmosphärendruck (P1) zu stromaufwärts-seitigem Drosseldruck (P2) entsprechend einem Produkt aus einer effektiven Aperturfläche (STH) eines Drosselventils und einer Kurbelperiode (T1) einer Kraftmaschine 10 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und es wird in 4 angezeigt, dass ein Druckverhältnis zwischen P1 und P2 entsprechend Qex (g/sek) in einer Vielzahl von Ne-Bedingungen gemessen wird, in denen das Anweisungssignal für den WGA 33b als ein Wert mit Ausnahmen eines relativen Einschaltverhältnisses (engl. duty) von 0% eingestellt ist. Darüber hinaus wird in 4 angezeigt, dass das Druckverhältnis zwischen P2 und Pb unter Verwendung des Produkts aus STH und T1 geschätzt werden kann, unabhängig von einer Duty-Bedingung des Anweisungssignals für den WGA 433b, und P2 unter Verwendung des Produkts des Druckverhältnisses und Pb geschätzt werden kann.
Eine Beziehung unter STH, T1, P2 und Pb wird durch die folgende Gleichung (1) gegeben. Ein Volumenfluss, gemessen durch ein sogenanntes Drossel-artiges Flussmeter, wird durch die folgende Gleichung (1) gegeben.
Qa[L/s] ist hier als eine Rate eines Volumenflusses von Ansaugluft (Rate eines Volumenflusses einer stromaufwärts-seitigen Drosselluft) definiert, und a₀[m/s] wird als eine Schallgeschwindigkeit in einer Atmosphäre definiert, und k ist als Rate einer spezifischen Wärme definiert. Wenn eine dimensionslose Flussrate δ definiert ist und bezüglich der Gleichung (1) modifiziert wird, wird die folgende Gleichung (2) erhalten.
Qa wird hier durch die folgende Gleichung (3) gegeben. Q_a = V2 / T1 Gleichung (3) V2 [L] ist ein Luftansaugvolumen, das in der Zeit T1 durch die Drossel hindurch tritt.
Wenn im Übrigen Kv als eine Volumeneffizient gemäß einem Einlassverteilerstandard definiert ist, und Vc [L] als Zylinderkapazität definiert ist, wird ein Volumenfluss Qa' von Luft (Volumenfluss) einer Einlassverteilerluft, die in der Zeit T1 in einen Zylinder fließt, durch die folgende Gleichung (4) gegeben. Q_a' = Kv·Vc / T1 Gleichung (4)
Wenn geschätzt wird, dass Massenflüsse von Qa und Qa' gleich zueinander sind, und Temperaturen von einer Vorderseite und einer Rückseite der Drossel gleich zueinander sind, wird die folgende Gleichung (5) erhalten.
Darüber hinaus wird die folgende Gleichung (5) gemäß der Gleichung (2), der Gleichung (3) und der Gleichung (5) erhalten.
Da darüber hinaus 6 eine Funktion eines Verhältnisses zwischen Pb und P2 ist, wird, wenn die oben beschriebenen Funktionen umgeschrieben werden, die folgende Gleichung (7) erhalten.
Vc, beschrieben auf der rechten Seite der Gleichung (7), ist hier eine Konstante, und die folgende Gleichung (8) wird ebenfalls erhalten, wenn Variationen von Kv und A₀ gering sind, sodass theoretisch erklärt wird, dass ein Druckverhältnis zwischen P2 und Pb gemäß einem Produkt aus STH und T1 geschätzt werden kann. Pb / P2 = f(S_TH·T1) Gleichung (8)
5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Assoziation zwischen dem in 3 gezeigten Verhalten und dem in 4 gezeigten Verhalten gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und es wird in 5 angezeigt, dass ein Bereich, in dem P2 gemäß Qex, gemessen unter Verwendung von 3, geschätzt werden kann, von einem anderen Bereich gemäß einem Resultat, das unter Verwendung von 4 gemessen wird, unterschieden werden kann. Darüber hinaus wird in 5 angezeigt, dass P2 gemäß Qex geschätzt werden kann, die unter Verwendung von 3 gemessen wird, in einem Bereich, in dem das Druckverhältnis zwischen P2 und Pb ungefähr größer als 1,2 ist.
Im Folgenden ist eine Konfiguration der ECU 50 erläutert. 2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer ECU 50, die in der Steuervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und es wird eine Konfiguration zum Steuern der Drossel und des Waste-Gates in der ECU 50 dargestellt. Die in 2 dargestellte ECU wird als ein System zum Berechnen einer Luftansauggröße in dem Zylinder, beispielsweise durch das Luftflussgrößen-Erfassungsverfahren D erläutert.
Wie in 2 dargestellt, enthält die ECU 50 eine erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente 210, eine Ziel-Qa-Berechnungskomponente 211, eine Ziel-P2-Berechnungskomponente 212, eine Qex-Berechnungskomponente 213, eine WG0P2-Berechnungskomponente 214, eine Drosselaperatur-Lernkomponente 115, eine CALP2-Berechnungskomponente 216, eine finale-Schätzungs-P2-Berechnungskomponente 117, eine Superladungsflächen-Beurteilungskomponente 218, eine WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219, eine WG-V-Steuerkomponente 220, eine Ziel-THV-Aperatur-Berechnungskomponente 221 und eine THV-Steuerkomponente 222. Im Folgenden werden diese Komponenten erläutert.
Die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente 210 berechnet eine Kraftmaschinenausgabe, die durch einen Fahrer angefordert wird (im Folgenden als eine erforderliche Kraftmaschinenausgabe bezeichnet), gemäß Sensorsignalen, die von verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, einschließlich Ne 40 und APS 44.
Die Ziel-Qa-Berechnungskomponente 211 berechnet eine Ziel-Luftgröße, die zur Realisierung der erforderlichen Kraftmaschinenausgabe erforderlich ist, gemäß der erforderlichen Kraftmaschinenausgabe, die durch die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente 210 berechnet wird, und einen Antriebsmodus der Kraftmaschine 10.
Die Ziel-P2-Berechnungskomponente 212 berechnet eine Ziel-P2-Größe, die zum Realisieren der erforderlichen Kraftmaschinenausgabe erforderlich ist, gemäß der erforderlichen Kraftmaschinenausgabe, die durch die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente 210 berechnet wird, und einem Antriebsmodus der Kraftmaschine 10.
Die Qex-Berechnungskomponente 213 berechnet eine Qa unter Verwendung des Luftflussgrößen-Erfassungsverfahrens D gemäß dem Antriebsmodus der Kraftmaschine 10, und berechnet eine Abgasgröße, einschließlich einer Kraftstoffgröße gemäß der Luftansauggröße und einem Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff, das von dem A/F-Sensor eingegeben wird.
Eine Beziehung, die in 3 angegeben wird, zwischen der Abgasgröße und einem Verhältnis von P2 zu P1 ist vorab in der WG0P2-Berechnungskomponente 214 eingestellt, und das Verhältnis von P2 zu P1 wird gemäß Qex (Abgasgröße) berechnet, die durch die Qex-Berechnungskomponente 213 berechnet wird, und ein P2-Schätzwert (im Folgenden als WG0P2-Schätzwert bezeichnet) wird unter Verwendung eines Produkts von P1 und dem Verhältnis aus P2 zu P1 berechnet. Der WG0P2-Schätzwert ist hier der P2-Schätzwert stromabwärts (engl. downstream) des Turboladers 32 und stromaufwärts (engl. upstream) des THV 23 in einem Fall, bei dem angenommen wird, dass der Steueranweisungswert, berechnet durch die WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219 (WG-Anweisungswert) für die WGV-Steuerkomponente 220, gleich 0% ist.
Die WG0P2-Berechnungskomponente 214 zeichnet eine Beziehung auf, die vorher gemessen wird, von einem Druckverhältnis zwischen P1 und dem WG0P2-Schätzwert entsprechend Qex, in eine erste Tabelle, in einem Fall, bei dem angenommen wird, dass der WG-Anweisungswert für die WGV-Steuerkomponente 220 gleich 0% ist. Die WG0P2-Berechnungskomponente 214 bestimmt das Druckverhältnis, das durch die Qex-Berechnungskomponente 213 berechnet wird, zwischen P1 und dem WG0P2-Schätzwert entsprechend Qex unter Verwendung der ersten Tabelle, und ein Produkt aus P1 und dem Druckverhältnis wird als der WG0P2-Schätzwert bestimmt.
Darüber hinaus kann ein Filterprozess unter Verwendung des ersten Filters gemäß dem berechneten WG0P2-Schätzwert durchgeführt werden. Eine Filterverstärkung, die für den ersten Filter verwendet wird, wird gemäß dem Betriebsmodus der Kraftmaschine 10 geändert, mit anderen Worten, gemäß einem Beschleunigungsmodus oder einem Bremsmodus, der gemäß einem zeitlichen Verhalten von Qex beurteilt wird.
Wenn ein Betriebsbereich, der gemäß einem durch die Superladungsflächen-Beurteilungskomponente 118 beurteilten Resultat erforderlich ist, nicht als ein Superladungsbereich beurteilt wird, berechnet die Drosselapertur-Lernkomponente 215 eine effektive THV-Aperturfläche gemäß einem gegenwärtigen Betriebsmodus (im Folgenden als QaSTH bezeichnet) unter Verwendung einer Berechnungsgleichung des Luftflussgrößen-Erfassungsverfahrens M gemäß Qa, Pb und dem WG0P2-Schätzwert. Die Drosselapertur-Lernkomponente 215 berechnet darüber hinaus eine effektive THV-Aperturfläche gemäß einem gegenwärtigen TPS (im Folgenden als TpSTH bezeichnet), berechnet unter Verwendung eines STH-Verhaltens bzw. einer STH-Charakteristik entsprechend dem vorab eingestellten TPS. Wenn QaSTH von TpSTH abweicht, wird die Abweichung als ein STH-Lernwert aufgezeichnet.
Eine in 4 angegebene Beziehung zwischen einem Verhältnis von P2 zu Pb entsprechend dem Produkt von STH und T1 wird vorab in der CALP2-Berechnungskomponente 216 eingestellt, und das Verhältnis von P2 zu Pb wird gemäß einem Produkt T1 und der effektiven THV-Aperturfläche (im Folgenden als LnSTH) berechnet, die unter Verwendung des durch die Drosselapertur-Lernkomponente 215 berechneten STH-Lernwert korrigiert wird, in Richtung der effektiven THV-Aperturfläche entsprechend dem gegenwärtigen TPS, berechnet unter Verwendung einer Charakteristik, die vorab durch den TPS eingestellt wird, und ein P2-Schätzwert (im Folgenden als CALP2-Schätzwert bezeichnet) wird gemäß dem Produkt des PB und dem Verhältnis aus P2 zu Pb berechnet. Der CALP2-Schätzwert weist hier keine Beziehung zu dem Steueranweisungswert (WG-Anweisungswert) für die WGV-Steuerkomponente 220 auf, die durch die WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219 berechnet wird, und zeigt einen P2-Schätzwert stromabwärts (engl. downstream) des Turboladers 32 und stromaufwärts (engl. upstream) des THV 23 an.
Unabhängig von dem WG-Anweisungswert für die WGV-Steuerkomponente 220 zeichnet die CALP2-Berechnungskomponente 216 eine Beziehung eines Druckverhältnisses zwischen Pb und dem CALP2-Schätzwert auf, der vorher gemessen wird, entsprechend dem Produkt aus T1 und STH in der zweiten Tabelle auf. Es wird mit Bezug auf 5 angegeben, dass P2 unter Verwendung des WG0P2-Schätzwerts in einem Bereich geschätzt werden kann, in dem das Druckverhältnis (P2 zu Pb) ungefähr höher als 1,2 ist, und eine Variation des Druckverhältnisses (P2 zu Pb) entsprechend einer Variation des Produkts aus T1 und STH wird in einem Bereich erhöht, in dem das Druckverhältnis (P2 zu Pb) hoch ist, und ein Einfluss zur Stabilität des P2-Schätzwerts kann erhöht werden, sodass das Druckverhältnis (P2 zu Pb) in der zweiten Tabelle gemäß dem Verlauf bzw. der Charakteristik eingestellt wird, die in 4 angegeben ist, in einem Zustand, in dem 1,2 als ein oberer Grenzwert des Druckverhältnisses (P2 zu Pb) ist. Die CALP2-Berechnungskomponente 216 bestimmt ein Druckverhältnis zwischen Pb und dem CALP2-Schätzwert entsprechend einem Produkt aus T1 und LnSTH unter Verwendung der zweiten Tabelle, und ein Produkt aus dem Druckverhältnis und Pb wird als der CALP2-Schätzwert bestimmt.
Die finale-Schätzungs-P2-Berechnungskomponente 217 vergleicht den WG0P2-Schätzwert, der durch die WG0P2-Berechnungskomponente 214 berechnet wird, mit dem CALP2-Schätzwert, der durch die CALP2-Berechnungskomponente 216 berechnet wird, und der WG0P2-Schätzwert oder der CALP2-Schätzwert, der höher ist, wird als eine finale Schätzung P2 definiert.
Die Superladungsflächen-Beurteilungskomponente 218 vergleicht den Ziel-P2-Wert, der durch die Ziel-P2-Berechnungskomponente 212 berechnet wird, mit dem WG0P2-Schätzwert, der durch die WG0P2-Berechnungskomponente 214 berechnet wird, und wenn der Ziel-P2-Wert größer als der WG0P2-Schätzwert ist, wird beurteilt, dass die erforderliche Betriebsfläche die Superladungsfläche ist.
Die WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219 ändert eine Steuerung gemäß einem durch die Superladungsfläche-Beurteilungskomponente 218 beurteilten Resultat. Wenn die erforderliche Betriebsfläche keine Superladungsfläche ist, wird ein Wert von 0%, durch den der Superladungsdruck am geringsten wird, als ein WG-Anweisungswert ausgegeben. Wenn andererseits die erforderliche Betriebsfläche eine Superladungsfläche ist, wird ein WG-Anweisungswert, der derart reguliert ist, dass der finale-Schätzungs-P2-Wert zu dem Ziel-P2-Wert wird, ausgegeben, um eine Feedback-Steuerung durchzuführen.
Die WGV-Steuerkomponente 220 führt eine Ansteuerung des WGA 33b durch, gemäß einem WG-Anweisungswert, der durch die WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219 berechnet wird. Das WGV 33a ist dadurch mit dem WGA 33b verbunden, um wie oben beschrieben zu arbeiten.
Die Ziel-THV-Apertur-Berechnungskomponente 221 kann einen Steuerbetrieb gemäß einem Resultat ändern, das durch die Superladungsfläche-Beurteilungskomponente 218 beurteilt wurde. Wenn, mit anderen Worten, beurteilt wird, dass die erforderliche Betriebsfläche nicht die Superladungsfläche ist, berechnet die Ziel-THV-Apertur-Berechnungskomponente 221 eine Ziel-THV-Apertur gemäß der Ziel-Luftgröße, die durch die Ziel-Qa-Berechnungskomponente 211 berechnet wird, dem finalen-Schätz-P2-Wert, der durch die finale-Schätzungs-P2-Berechnungskomponente 217 berechnet wird, und dem Pb-Wert. Die Ziel-THV-Apertur-Berechnungskomponente 221 verwendet insbesondere z. B. ein Umkehrberechnungsverfahren des Luftflussgrößen-Erfassungsverfahrens M, und berechnet die Aperturfläche des THV 23, die als die Ziel-THV-Apertur verwendet wird, durch die die Zielluftgröße, die durch die Ziel-Qa-Berechnungskomponente 211 berechnet wird, realisiert werden kann (siehe z. B. [0036] im Patentdokument 1). Wenn andererseits beurteilt wird, dass die erforderliche Betriebsfläche die Superladungsfläche ist, wird die Ziel-THV-Apertur gemäß der Betätigungsgröße, die durch den APS 44 erfasst wird, eines Beschleunigungs- bzw. Gaspedals berechnet, das durch einen Fahrer betätigt wird. Wenn darüber hinaus beurteilt wird, dass die erforderliche Betriebsfläche die Superladungsfläche ist, kann die Ziel-THV-Apertur gemäß dem erfassten Wert des APS 44 eine Aperturgröße entsprechend beispielsweise dem Erfassungswert sein, der durch den APS 44 erfasst wird, oder kann unter Verwendung einer Charakteristik bzw. eines Verlaufs, der vorab unter Verwendung von Ne 40 eingestellt wurde, einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen berechnet werden.
Die THV-Steuerkomponente 222 steuert den Drosselmotor 23a durch ein Feedback-Steuerverfahren an, gemäß der Ziel-THV-Apertur, die durch die Ziel-THV-Apertur-Berechnungskomponente 221 berechnet wurde, derart, dass die durch den TPS 23b erfasste THV-Apertur zu der Ziel-THV-Apertur wird. Im Folgenden wird ein durch die ECU 50 realisierter Steuerbetrieb mit Bezug auf 6 erläutert. 6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Drosselsteuerprozesses und eines Waste-Gate-Steuerprozesses, die durch die ECU 50 durchgeführt werden, und die Prozesse werden in einem vorbestimmten periodischen Intervall wiederholt.
Die Prozesse der Blöcke 210, 213 und 215 in dem Blockdiagramm, das in 2 dargestellt ist, werden im Schritt S301 ausgeführt, und der Prozess geht zum Schritt S302 nachdem die Prozesse beendet sind. Mit anderen Worten berechnet im Schritt S301 die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente 210 die erforderliche Ausgabe von einem Fahrer gemäß der Betätigungsgröße des Beschleuniger- bzw. Gaspedals, die durch den APS 44 erfasst wird, und die Qex-Berechnungskomponente 213 berechnet Qex gemäß Qa und einem Verhältnis aus Luft zu Kraftstoff, und die Drosselapertur-Lernkomponente 215 berechnet den STH-Lernwert gemäß Qa, Pb, dem WG0P2-Schätzwert und TPS.
Die Prozesse der Blöcke 211, 212, 214, 216 und 217 in dem in 2 dargestellten Blockdiagramm werden im Schritt S302 ausgeführt, und der Prozess geht zum Schritt S303, nachdem die Prozesse beendet sind. Mit anderen Worten berechnet die Ziel-Qa-Berechnungskomponente 211 im Schritt S302 die Ziel-Luftgröße gemäß dem erforderlichen-Kraftmaschinen-Ausgabewert, und die Ziel-P2-Berechnungskomponente 212 berechnet den Ziel-P2-Wert gemäß dem erforderlichen-Kraftmaschinen-Ausgabewert, und die WG0P2-Berechnungskomponente 214 berechnet den WG0P2-Schätzwert gemäß Qex und P1, und die CALP2-Berechnungskomponente 216 berechnet den CALP2-Schätzwert gemäß Ne, TPS, dem STH-Lernwert und Pb, und die finale-Schätzung-P2-Berechnungskomponente 217 berechnet den finalen Schätz-P2-Wert gemäß dem WG0P2-Schätzwert und dem CALP2-Schätzwert.
Der Prozess des Blocks 218, der in 2 dargestellt ist, wird im Schritt S303 ausgeführt. Mit anderen Worten wird der Ziel-P2-Wert, der durch die Ziel-P2-Berechnungskomponente 212 berechnet wird, mit dem WG0P2-Schätzwert verglichen, der durch die WG0P2-Berechnungskomponente 214 berechnet wird. Wenn, nachdem die Werte verglichen werden, der Ziel-P2-Wert größer als der WG0P2-Schätzwert ist, geht der Prozess zum Schritt S304, oder der Prozess geht zum Schritt S305 in dem anderen Fall.
Die Prozesse der Blöcke 219, 220, 221 und 222 in dem in 2 dargestellten Blockdiagramm werden im Schritt S304 in einem Zustand ausgeführt, in dem der Ziel-P2-Wert größer als der WG0P2-Schätzwert ist. Die Ziel-THV-Apertur-Berechnungskomponente 221 berechnet, mit anderen Worten, die Ziel-THV-Apertur gemäß der Betätigungsgröße des Beschleuniger- bzw. Gaspedals, die durch den APS 44 erfasst wird. Die WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219 berechnet darüber hinaus den WG-Anweisungswert, durch den der finale Schätz-P2-Wert zu dem Ziel-P2-Wert wird, und die Feedbacksteuerung wird durchgeführt.
Die Prozesse der Blöcke 219, 220, 221 und 222 in dem in 2 dargestellten Blockdiagramm werden im Schritt S305 in einem Zustand ausgeführt, in dem der Ziel-P2-Wert geringer als der WG0P2-Schätzwert ist. Die Ziel-THV-Apertur-Berechnungskomponente 221 berechnet, mit anderen Worten, die Ziel-THV-Apertur gemäß der Ziel-Luftgröße, dem endlichen Schätz-P2-Wert und Pb. Die WG-Anweisungswert-Berechnungskomponente 219 stellt darüber hinaus einen Wert von 0% als WG-Anweisungswert ein, durch den eine supergeladene Luftgröße am geringsten wird.
Wie oben erläutert, enthält die Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Ausführungsform 1 ein Drosselventil 23, das bereitgestellt ist an einem Luftansaugkanal 20 der Verbrennungskraftmaschine 10; eine Drosselapertur-Erfassungskomponente 23b zum Erfassen einer Apertur des Drosselventils; Turbinen 32c und 32d, die an einem Abgaskanal 30 bereitgestellt sind; einen Turbolader mit Kompressoren 32a und 32b, die stromaufwärts von dem Drosselventil 23 bereitgestellt sind und mit der Turbine integral rotieren; ein Waste-Gate-Ventil 33a, das an einem Bypasskanal 33 bereitgestellt ist, das um die Turbine vorbeiführt; eine Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente 220, die eine Flusskanal-Querschnittsfläche des Bypasskanals durch Steuern des Waste-Gate-Ventils modifiziert; einer Luftansauggrößen-Erfassungskomponente zum Erfassen einer Luftansauggröße in der Verbrennungskraftmaschine 10; eine Einlassverteilerdruck-Erfassungskomponente 42 zum Erfassen eines Drucks in einer Einlassverteilerkomponente 22, die stromabwärts in dem Drosselventil 23 bereitgestellt ist; eine erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente 210 zum Berechnen einer erforderlichen Ausgabe, die für die Verbrennungskraftmaschine 10 erforderlich ist, basierend auf einer Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine 10 und einem Gaspedalbetrieb eines Fahrers; eine Drosselventil-Steuerkomponente 222, die eine Ziel-Luftansauggröße berechnet, die durch das Drosselventil 23 hindurchtritt, gemäß der erforderlichen Ausgabe, die durch die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente berechnet wird, und eine effektive Aperturfläche des Drosselventils 23 steuert, um die Ziel-Luftansauggröße zu realisieren; und eine Superladungsdruck-Schätzkomponente, die einen Superladungsdruck stromabwärts von dem Kompressor und stromaufwärts von dem Drosselventil schätzt; wobei die Superladungsdruck-Schätzkomponente eine Abgasgrößen-Berechnungskomponente 213 enthält, die eine Abgasgröße gemäß einem Verhältnis aus Luft zu Kraftstoff und einer Luftansauggröße in der Verbrennungskraftmaschine 10 berechnet; eine WG0P2-Berechnungskomponente 214, die einen WG0P2-Schätzwert berechnet, wobei es sich um einen Superladungsdruck in einer Waste-Gate-Ventil-Ansteuerbedingung in einem Zustand handelt, in dem eine Superladungsleistung, die durch den Kompressor erzeugt wird, am geringsten ist, gemäß der Abgasgröße; und eine CAP2-Berechnungskomponente 216, die einen CAP2-Schätzwert berechnet, wobei es sich um einen Superladungsdruck in einem Bereich handelt, der einen Betriebsbereich enthält, in dem eine Ansaugluft stärker supergeladen ist als eine Ansaugluft in einem Bereich, der durch die WG0P2-Berechnungskomponente 214 geschätzt werden kann, gemäß der effektiven Aperturfläche, einer Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine und einem Druck in der Einlassverteilerkomponente, unabhängig von einer Ansteuerbedingung des Waste-Gate-Ventils; und den WG0P2-Schätzwert oder den CALP2-Schätzwert definiert, je nachdem welche größer ist, als ein finaler Schätzungs-Superladungsdruckwert.
Der Superladungsdruck stromaufwärts von dem Drosselventil kann dadurch genau geschätzt werden, unabhängig von einer Ansteuerbedingung des Waste-Gate-Ventils.
In Ausführungsform 1 wird bevorzugt, dass die Drosselventil-Steuerkomponente 222 eine Drosselapertur-Lernkomponente 215 enthält, die, in einer Waste-Gate-Ventil-Ansteuerbedingung, in der ein durch den Kompressor enthaltener Superladungsdruck am geringsten wird, die effektive Aperturfläche des Drosselventils erlernt und korrigiert, die gemäß der Luftansauggröße, einem Druck in der einer Verteilerkomponente und dem WG0P2-Schätzwert berechnet wird, und einer Beziehung, die vorab eingestellt wird unter Verwendung der Apertur des Drosselventils, zwischen der Apertur des Drosselventils und der effektiven Aperturfläche des Drosselventils; und die CALP2-Berechnungskomponente den CALP2-Schätzwert gemäß der effektiven Aperturfläche des Drosselventils 23, die erlernt und korrigiert wird, der Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine 10 und dem Druck in der Einlassverteilerkomponente berechnet; und den WG0P2-Schätzwert oder den CALP2-Schätzwert definiert, je nachdem welcher höher ist, als ein finaler Schätzungs-Superladungsdruckwert.
Wenn daher eine mechanische Abweichung an einem Verhalten bzw. einer Charakteristik der effektiven Aperturfläche des Drosselventils bezüglich des Öffnungserfassungswerts des Drosselventils verursacht wird, kann der Superladungsdruck stromaufwärts von dem Drosselventil genau erfasst werden.
In Ausführungsform 1 wird bevorzugt, dass die WG0P2-Berechnungskomponente 214 derart konfiguriert ist, dass die Komponente ein Resultat als eine erste Tabelle speichert, die erhalten wird durch eine vorab gemessene Druckverhältnisbeziehung zwischen einem Atmosphärendruck und dem WG0P2-Schätzwert entsprechend der Abgasgröße, in einem Waste-Gate-Ventil-Zustand, in dem ein Superladungsdruck, der durch den Kompressor erhalten wird, durch einen Anweisungswert für die Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente 220 auf den geringsten Druck verringert wird; und bestimmt den WG0P2-Schätzwert entsprechend der Abgasgröße unter Verwendung der ersten Tabelle.
Die ECU 50 kann dadurch den Superladungsdruck stromaufwärts von dem Drosselventil berechnen, ohne dass ein komplizierter Berechnungsprozess, wie z. B. eine Modellberechnung erforderlich ist.
In Ausführungsform 1 wird bevorzugt, dass die WG0P2-Berechnungskomponente 214 einen Filterprozess durchführt, unter Verwendung eines Filters mit einer vorbestimmten Filterkonstante, bezüglich dem berechneten WG0P2-Schätzwert.
Wenn der stromaufwärts-seitige Superladungsdruck durch einen exzessiven Betrieb drastisch verändert wird, kann ein Schätzwert entsprechend einem realen Druck somit berechnet werden.
In der Ausführungsform 1 wird bevorzugt, dass die CALP2-Berechnungskomponente 216 eine Beziehung zwischen der effektiven Aperturfläche des Drosselventils 23, der Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine 10, dem Druck in der Einlassverteilerkomponente und dem Superladungsdruck, die vorab gemessen werden, als eine zweite Tabelle speichert, als ein Zustand mit Ausnahme für den Waste-Gate-Ventil-Zustand, in dem ein Superladungsdruck, der durch den Kompressor erhalten wird, durch einen Anweisungswert für die Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente 220 auf den geringsten Druck verringert wird; und bestimmt ein Druckverhältnis zwischen dem Druck in dem Einlassverteiler und dem Superladungsdruck, unter Verwendung der zweiten Tabelle, gemäß der effektiven Aperturfläche und der Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine 10.
Die ECU 50 kann dadurch den Superladungsdruck stromaufwärts von dem Drosselventil berechnen, ohne einen komplizierten Berechnungsprozess, wie z. B. eine Modellberechnung zu benötigen.
In Ausführungsform 1 wird bevorzugt, dass eine Ziel-Superladungsdruck-Berechnungskomponente 212, die einen Ziel-Superladungsdruckwert gemäß der erforderlichen Ausgabe berechnet, bereitgestellt ist; und wenn der Ziel-Superladungsdruck höher als der WG0P2-Schätzwert ist, steuert die Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente 220 das Waste-Gate-Ventil derart, dass der finale Schätzungs-Superladungsdruckwert zu dem Ziel-Superladungsdruckwert wird.
Immer dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 in einem Betriebsbereich angesteuert wird, in dem eine supergeladene Luft durch eine WGV-Regulierung erforderlich ist, kann die Superladungsbedingung entsprechend der erforderlichen Ausgabe dadurch genau reguliert werden.
Darüber hinaus ist es im Umfang der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Ausführungsform geeignet modifiziert oder ausgelassen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4237214 [0006]
JP 2013-221903 [0006]

Claims

Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Turbolader (32), umfassend: ein Drosselventil (23), das an einem Luftansaugkanal (20) der Verbrennungskraftmaschine (10) gestellt ist; eine Drosselapertur-Erfassungskomponente (23b) zum Erfassen einer Apertur des Drosselventils (23); eine Turbine (32c, 32d), die an einem Abgaskanal (30) der Verbrennungskraftmaschine (10) bereitgestellt ist; einen Turbolader (32) mit einem Kompressor (32a, 32b), der stromaufwärts von dem Drosselventil (23) bereitgestellt ist und integral mit der Turbine (32d) rotiert; ein Waste-Gate-Ventil (33a), das an einem Bypasskanal (33) bereitgestellt ist, der um die Turbine (32d) vorbei geht; eine Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente (220), die eine Flusskanal-Querschnittsfläche des Bypasskanals (33) durch Steuern des Waste-Gate-Ventils (33a) modifiziert; eine Luftansauggrößen-Erfassungskomponente (50) zum Erfassen einer Luftansauggröße in der Verbrennungskraftmaschine (10); eine Einlassverteilerdruck-Erfassungskomponente (43) zum Erfassen eines Drucks in einer Einlassverteilerkomponente (22), die stromabwärts von dem Drosselventil (23) bereitgestellt ist; eine erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente (210) zum Berechnen einer erforderlichen Ausgabe, die für Verbrennungskraftmaschine (10) erforderlich ist, basierend auf einer Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine (10) und einem Gaspedalbetrieb durch einen Fahrer; eine Drosselventil-Steuerkomponente (221, 222), die eine Ziel-Ansaugluftgröße berechnet, die durch das Drosselventil (23) hindurch tritt, gemäß der durch die erforderliche-Ausgabe-Berechnungskomponente (210) berechneten erforderlichen Ausgabe, und eine effektive Aperturfläche des Drosselventils (23) steuert, um die Ziel-Ansaugluftgröße zu realisieren; und eine Superladungsdruck-Schätzungskomponente (216), die einen Superladungsdruck stromabwärts von dem Kompressor (32b) und stromaufwärts von dem Drosselventil (23) schätzt, wobei die Superladungsdruck-Schätzungskomponente (216) eine Abgasgrößen-Berechnungskomponente (213) enthält, die eine Abgasgröße gemäß einem Verhältnis aus Luft zu Kraftstoff und einer Luftansauggröße der Verbrennungskraftmaschine (10) berechnet; eine WG0P2-Berechnungskomponente (214), die einen WG0P2-Schätzwert berechnet, wobei es sich um einen Superladungsdruck in einer Waste-Gate-Ventil-Ansteuerbedingung in einem Zustand handelt, in dem eine Superladungsleistung, die durch den Kompressor (32b) erzeugt wird, am geringsten ist, gemäß der Abgasgröße; und eine CALP2-Berechnungskomponente (216), die einen CALP2-Schätzwert berechnet, wobei es sich um einen Superladungsdruck in einem Bereich handelt, der einen Betriebsbereich enthält, in dem eine Ansaugluft stärker supergeladen ist als eine Ansaugluft in einem Bereich, der durch die WG0P2-Berechnungskomponente (214) geschätzt werden kann, gemäß der effektiven Aperturfläche, einer Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine (10) und einem Druck in der Einlassverteilerkomponente (22), unabhängig von einer Ansteuerbedingung des Waste-Gate-Ventil (33a); und den WG0P2-Schätzwert oder den CALP2-Schätzwert, je nachdem welcher höher ist, als einen finalen Schätzungs-Superladungsdruckwert definiert.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader (32) nach Anspruch 1, wobei die Drosselventil-Steuerkomponente (221, 222) eine Drosselapertur-Lernkomponente (215) enthält, die in einer Waste-Gate-Ventil-Ansteuerbedingung, in der ein durch den Kompressor (32b) erhaltener Superladungsdruck am geringsten wird, die effektive Aperturfläche des Drosselventils (23) erlernt und korrigiert, die gemäß der Luftansauggröße, einem Druck in der Einlassverteilerkomponente (22) und dem WG0P2-Schätzwert berechnet wird, sowie einer Beziehung, die vorab unter Verwendung der Apertur des Drosselventils (23) eingestellt ist, zwischen der Apertur des Drosselventils (23) und der effektiven Aperturfläche des Drosselventils (23); und die CALP2-Berechnungskomponente (216) den CALP2-Schätzwert gemäß der effektiven Aperturfläche des Drosselventils (23), die erlernt und korrigiert wird, der Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine (10) und dem Druck in der Einlassverteilerkomponente (22) berechnet; und den WG0P2-Schätzwert oder den CALP2-Schätzwert, je nachdem welcher höher ist, als einen finalen Schätzungs-Superladungsdruckwert definiert.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Turbolader (32) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die WG0P2-Berechnungskomponente (214) derart konfiguriert ist, dass die Komponente ein Resultat als eine erste Tabelle speichert, die erhalten wird durch ein Vorabmessen einer Druck-Verhältnis-Beziehung zwischen einem Atmosphärendruck und dem WG0P2-Schätzwert entsprechend der Abgasgröße, in einem Waste-Gate-Ventil-Zustand, in dem ein Superladungsdruck, der durch den Kompressor erhalten wird, durch einen Anweisungswert für die Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente (220) auf den niedrigsten Druck verringert ist; und den WG0P2-Schätzwert entsprechend der Abgasgröße unter Verwendung der ersten Tabelle bestimmt.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Turbolader (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die WG0P2-Berechnungskomponente (214) einen Filterprozess durchführt, unter Verwendung eines Filters mit einer vorbestimmten Filterkonstanten, bezüglich dem berechneten WG0P2-Schätzwert.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Turbolader (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die CALP2-Berechnungskomponente (216) eine Beziehung zwischen der effektiven Aperturfläche des Drosselventils (23), der Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine (10), dem Druck in der Einlassverteilerkomponente (22) und dem Superladungsdruck, die vorab als ein Zustand mit Ausnahme des Waste-Gate-Ventil-Zustands gemessen werden, indem ein in dem Kompressor (32b) erhaltener Superladungsdruck durch einen Anweisungswert für die Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente (220) auf den niedrigsten Druck verringert wird, als eine zweite Tabelle speichert; und ein Druckverhältnis zwischen dem Druck in der Einlassverteilerkomponente (220) und dem Superladungsdruck, unter Verwendung der zweiten Tabelle, gemäß der effektiven Aperturfläche und der Rotationsgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine (10) bestimmt.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem Turbolader (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Ziel-Superladungsdruck-Berechnungskomponente (212), die einen Ziel-Superladungsdruckwert gemäß der erforderlichen Ausgabe berechnet, bereitgestellt ist, und dann, wenn der Ziel-Superladungsdruck höher als der WG0P2-Schätzwert ist, die Waste-Gate-Ventil-Steuerkomponente (220) das Waste-Gate-Ventil (33a) derart steuert, dass der finale Schätzungs-Superladungsdruckwert zu den Ziel-Superladungsdruckwert wird.