DE102016209104B4

DE102016209104B4 - Steuerung für mit Superlader ausgerüstetem Verbrennungsmotor und Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE102016209104B4
Application number: DE102016209104.2A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hagari; Takuo Watanuki; Michihisa Yokono; Takafumi Nishio
Original assignee: Mazda Motor Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: US20170051662A1; JP5963927B1; CN106468220A; US9964027B2; DE102016209104A1; JP2017040229A; CN106468220B

Abstract

Steuerung (100) für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1), der eine in einem Abgaspfad (7) vorgesehene Turbine (32), einen Kompressor (31), der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe (4) in einem Einlasspfad (2) vorgesehen ist und integral mit der Turbine (32) rotiert, ein in einem Umgehungspfad (37) des Abgaspfads (7), der die Turbine (32) umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil (34), und einen Gateventil-Aktuator (34a), der das Wastegate-Ventil (34) antreibt, aufweist; wobei die Steuerung (100) für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1) umfasst:
eine Antriebsbedingungs-Detektoreinheit (110), die eine echte Drehzahl (Ner) und echte Einlassluftflussrate (Qar) des Verbrennungsmotors (1) und einen echten Atmosphärendruck (Pir) detektiert;
eine Einlassluftsteuereinheit (111), die eine Soll-Einlassluftflussrate (Qat) und eine Soll-Ladeeffizienz (Ect) des Verbrennungsmotors (1) berechnet,
eine Soll-Superladungsdruckrecheneinheit (131), die einen Soll-Superladungsdruck (P2t) berechnet, der ein Sollwert eines Superladungsdrucks (P2) ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors (31) und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe (4) liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz (Ect) und der echten Drehzahl (Ner),
eine Soll-Kompressor-Antriebskraftrecheneinheit (132), die eine Soll-Kompressor-Antriebskraft (Pct) berechnet,
die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate (Qat) oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r), welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks (P2t) und des echten Atmosphärendrucks (P1r) ist,
eine Soll-Turbinenflussratenrecheneinheit (133), die eine Soll-Turbinenflussrate (Qtt) berechnet, zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct), die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine (32) fließt,
eine Abgasflussratenrecheneinheit (134), die eine Abgasflussrate (Qex) berechnet, die aus dem Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) und einem Luftkraftstoffverhältnis (AF) des Verbrennungsmotors (1),
eine Soll-Gate-Flussratenrecheneinheit (135), die eine Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt) berechnet, welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad (37) durch das Wastegate-Ventil (34) fließt, basierend auf der Abgasflussrate (Qex) und der Soll-Turbinenflussrate (Qtt),
eine Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrecheneinheit (136), die ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) berechnet, um die Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r) zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine (32) und eines Drucks nach der Turbine (32) ist,
eine Soll-Turbinen-stromauf-Druckrecheneinheit (137), die einen Turbinenstromab-Druck (P4) berechnet, basierend auf der Abgasflussrate (Qex), und dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t) berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks (P3) ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck (P4) und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t),
eine Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrecheneinheit (138), die eine Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt) berechnet, die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche (Swg) des Wastegate-Ventils (34) ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t), und
eine Gateventil-Sollwertrecheneinheit (139), die einen Gateventil-Steuerwert (WG) berechnet, der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator (34a) ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt),
wobei die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (110) einen echten Krümmerdruck (Pbr), welcher ein Druck in einem Ansaugkrümmer (5) ist, der einen Einlasspfad- (2) Teil bildet, der an der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) gelegen ist, und eine echte Einlasslufttemperatur (T1r) detektiert, und
wobei die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit (131) eine volumetrische Effizienz (Kv) auf Basis des Ansaugkrümmers (5) berechnet, basierend auf der echten Drehzahl (Ner) und dem echten Krümmerdruck (Pbr), einen Sollkrümmerdruck (Pbt), der ein Sollwert eines Krümmerdrucks (Pb) ist, basierend auf der volumetrischen Effizienz (Kv), der Sollladeeffizienz (Ect) und der echten Einlasslufttemperatur (T1r) berechnet und dann einen Druckadditionswert (KP2) zu dem Sollkrümmerdruck (Pbt) addiert, um so den Sollsuperladedruck (P2t) zu berechnen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor, der mit einem Superlader (engl. „Supercharger“; eine Auflade- bzw. Überladevorrichtung) ausgerüstet ist, der einen Aktuator zum Antreiben eines Wastegate-Ventils (Ladedruckregelventil) aufweist, und ein Steuerverfahren dafür.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
Bislang ist ein Superlader zum Montieren eines Kompressors, der eine Turbine mit Abgas rotiert und antreibt, in einem Einlasspfad eines Verbrennungsmotors für den Zweck der Vergrößerung der Abgabe des Verbrennungsmotors bekannt gewesen.
Weil sein Superladungsdruck im Zustand einer hohen Drehzahl und einer hohen Last mehr als notwendig ansteigt, und da der Verbrennungsmotor zerstört werden kann, weist der Superlader im Allgemeinen einen Abgasumgehungspfad auf, der die Turbine umgeht; der Superladungsdruck wird auf ein angemessenes Niveau auf solche Weise gesteuert, dass ein im Abgasumgehungspfad vorgesehenes Wastegate-Ventil geöffnet wird, so dass ein Teil des Abgases dazu gebracht wird, den Abgasumgehungspfad in einer stoßenden Weise zu betreten und daher wird die Menge an in die Turbine fließenden Abgases justiert (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldung Nr. JP H09-228 848 A ).
Wie oben beschrieben, werden der Abgasdruck und der Superladungsdruck des Superladers basierend auf dem Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils gesteuert. Die Steuermenge des Wastegate-Ventils wird durch Rückkopplungssteuerung oder einfache Offenschleifensteuerung einer Einlasssystemzielmenge festgelegt (beispielsweise einem Soll-Überladungsdruck oder einer Soll-Einlassmenge), die basierend auf der Drehzahl und der Last des Verbrennungsmotors einzustellen ist.
Andererseits ist in den letzten Jahren eine Verbrennungsmotorsteuerung vorgeschlagen worden, in welcher als der Abgabesollwert des Verbrennungsmotors das Abgabeachsendrehmoment des Verbrennungsmotors, welches ein verlangter Wert einer Antriebskraft, die von einem Fahrer oder aus der Fahrzeugseite verlangt wird, eingesetzt wird und dann die Luftmenge, die Kraftstoffmenge und der Zündzeitpunkt, die Steuerbeträge des Verbrennungsmotors sind, so bestimmt werden, dass eine ausgezeichnete Fahrleistung erhalten werden kann. Darüber hinaus ist bekannt, dass von den Steuerbeträgen für einen Verbrennungsmotor die Luftmenge die einflussreichste Steuermenge für das Abgabeachsendrehmoment des Verbrennungsmotors ist; somit ist eine Verbrennungsmotorsteuerung vorgeschlagen worden, welche die Luftmenge genau steuert (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldung Nr. JP 2009-013 922 A ).
Weiterhin ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, in welchem die in JP H09-228 848 A offenbarte konventionelle Wastegate-Ventil-Steuervorrichtung auf eine Verbrennungsmotorsteuerung angewendet wird, wie etwa die in JP 2009-013 922 A offenbarte, welche den Abgabesollwert eines Verbrennungsmotors bestimmt.
Beispielsweise wird in der im japanischen Patent Nr. JP S54-20 013 A offenbarten Technologie eine Soll-Einlassluftflussrate (≒ einer Sollladeeffizienz) basierend auf einen Ausgangssollwert eines Verbrennungsmotors berechnet; wird ein Soll-Superladungsdruck basierend auf der Soll-Superladungseffizienz und der Drehzahl berechnet; basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate und dem Soll-Superladungsdruck wird eine zum Antreiben des Superladers erforderliche Soll-Kompressorantriebskraft berechnet; dann wird unter Verwendung der Charakteristik (9 in JP S54-20 013 A ), welche die Beziehung zwischen der Abgasflussrate und der Kompressorantriebskraft (Turbinenabgabe) gemäß dem Steuerventil für den Aktuator des Wastegate-Ventils ändert, ein Sollsteuerwert für den Aktuator des Wastegate-Ventils berechnet, basierend auf der Abgasflussrate und der Soll-Kompressorantriebskraft.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 101 396 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers. Der Turbolader hat eine Turbine, die mit einem Auspuff eines Verbrennungsmotors funktional verbunden ist, und einen Kompressor, der mit einem Einlass des Motors funktional verbunden ist. Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen eines Ladedruckbefehls für den Kompressor. Der Ladedruckbefehl ist so eingerichtet, dass dem Motor ausreichend Verbrennungsreaktant zur Verfügung gestellt wird. Das Verfahren beinhaltet ein Berechnen einer Kompressorleistung aus dem bestimmten Ladedruckbefehl und ein Berechnen eines Turbinenstroms aus der berechneten Kompressorleistung. Das Verfahren befiehlt dem Turbolader, bei dem berechneten Turbinenstroms zu arbeiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Jedoch verwendet die in JP S54-20 013 A offenbarte Technologie die Charakteristik, dass die Beziehung zwischen der Abgasflussrate und der Kompressorantriebskraft sich entsprechend dem Steuerwert für den Aktuator des Wastegate-Ventils ändert; daher, weil, um die Charakteristik zu erhalten, es erforderlich ist, ein Experiment durchzuführen, während der Verbrennungsmotor und der Superlader kombiniert sind, und ein Kennfeld und eine Annäherungsgleichung zu erzeugen, welche die Charakteristik repräsentieren, sind Mannstunden für Datenmessung und Anpassung erforderlich. Zusätzlich ist es in dem Fall, bei dem in einem Verbrennungsmotor einer einzelnen und gleichen Spezifikation der Superlader durch einen Superlader einer anderen Spezifikation ersetzt wird, oder in dem Fall, bei dem ein Superlader einer einzelnen und dergleichen Spezifikation in einem Verbrennungsmotor einer anderen Spezifikation eingesetzt wird, erforderlich, wieder die Datenmessung und die Anpassung durchzuführen, während der Verbrennungsmotor und der Superlader, deren Spezifikationen geändert worden sind, kombiniert werden. Das heißt, dass selbst in einem Fall, bei dem nur eine der Spezifikationen von Verbrennungsmotor und Superlader verändert wird, es erforderlich ist, wieder das gesamte Experiment für den Verbrennungsmotor und den Superlader durchzuführen; daher hat es das Problem gegeben, dass Mannstunden für Datenmessung und Anpassung nicht reduziert werden können.
Die vorliegende Erfindung ist implementiert worden, um die vorstehenden Probleme zu lösen; ihre Aufgabe ist es, eine Steuerung für einen Superlader-ausgerüsteten Verbrennungsmotor bereitzustellen, und sein Steuerverfahren, das Mannstunden für Datenmessung und Anpassung reduzieren kann, die durchzuführen sind, während der Verbrennungsmotor und der Superlader kombiniert werden.
Eine Steuerung für einen mit einem Superlader ausgerüsteten Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Superlader ausgerüstet, der eine in einem Abgaspfad vorgesehene Turbine, einem Kompressor, der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe in einem Einlasspfad vorgesehen ist und integral mit der Turbine rotiert, ein in einem Umgehungspfad des Abgaspfads, der die Turbine umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil und einen Gateventil-Aktuator, der das Wastegate-Ventil antreibt, aufweist; die Steuerung für einen mit einem Superlader ausgerüsteten Verbrennungsmotor beinhaltet
einen Antriebsbedingungs-Detektor, der eine echte Drehzahl und echte Einlassluftflussrate des Verbrennungsmotors und einen echten Atmosphärendruck detektiert;
eine Einlassluftsteuerung, die eine Soll-Einlassluftflussrate und eine Soll-Ladeeffizienz des Verbrennungsmotors berechnet,
einen Soll-Superladungsdruckrechner, der einen Soll-Superladungsdruck berechnet, der ein Sollwert eines Superladungsdrucks ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz und der echten Drehzahl,
einen Sollkompressor-Antriebskraftrechner, der eine SollKompressor-Antriebskraft berechnet, die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis, welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks und des echten Atmosphärendrucks ist,
einen Soll-Turbinenflussratenrechner, der eine Soll-Turbinenflussrate berechnet, zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft, die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine fließt,
einen Abgasflussratenrechner, der eine Abgasflussrate berechnet, die aus dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate und einem Luftkraftstoffverhältnis des Verbrennungsmotors,
einen Soll-Gate-Flussratenrechner, der eine Soll-Wastegate-Flussrate berechnet, welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad durch das Wastegate-Ventil fließt, basierend auf der Abgasflussrate und der Soll-Turbinenflussrate,
einen Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrechner, der ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis berechnet, um die Soll-Kompressorantriebskraft oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine und eines Drucks nach der Turbine ist,
einen Soll-Turbinen-stromauf-Druckrechner, der einen Turbinenstromab-Druck berechnet, basierend auf der Abgasflussrate, und dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis,
einen Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrechner, der eine Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche berechnet, die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche des Wastegate-Ventils ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate, dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck, und
einen Gateventil-Sollwertrechner, der einen GateventilSteuerwert berechnet, der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche.
Ein Steuerverfahren für einen mit einem Superlader ausgerüsteten Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Superlader ausgerüstet, der eine in einem Abgaspfad vorgesehene Turbine, einem Kompressor, der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe in einem Einlasspfad vorgesehen ist und integral mit der Turbine rotiert, ein in einem Umgehungspfad des Abgaspfads, der die Turbine umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil und einen Gateventil-Aktuator, der das Wastegate-Ventil antreibt, aufweist; das Steuerverfahren für einen mit einem Superlader ausgerüsteten Verbrennungsmotor beinhaltet
ein Antriebsbedingungs-Detektieren, das eine echte Drehzahl und echte Einlassluftflussrate des Verbrennungsmotors und einen echten Atmosphärendruck detektiert;
ein Einlassluftsteuern, das eine Soll-Einlassluftflussrate und eine Soll-Ladeeffizienz des Verbrennungsmotors berechnet,
ein Soll-Superladungsdruckrechnen, das einen Soll-Superladungsdruck berechnet, der ein Sollwert eines Superladungsdrucks ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz und der echten Drehzahl,
ein Sollkompressor-Antriebskraftrechnen, das eine SollKompressor-Antriebskraft berechnet, die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis, welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks und des echten Atmosphärendrucks ist,
ein Soll-Turbinenflussratenrechnen, das eine Soll-Turbinenflussrate berechnet, zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft, die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine fließt,
ein Abgasflussratenrechnen, das eine Abgasflussrate berechnet, die aus dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate und einem Luftkraftstoffverhältnis des Verbrennungsmotors,
ein Soll-Gate-Flussratenrechnen, das eine Soll-Wastegate-Flussrate berechnet, welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad durch das Wastegate-Ventil fließt, basierend auf der Abgasflussrate und der Soll-Turbinenflussrate,
ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrechnen, das ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis berechnet, um die Soll-Kompressorantriebskraft oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine und eines Drucks nach der Turbine ist,
ein Soll-Turbinenstromauf-Druckrechnen, das einen Turbinenstromab-Druck berechnet, basierend auf der Abgasflussrate, und dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis,
ein Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrechnen, das eine Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche berechnet, die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche des Wastegate-Ventils ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate, dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck, und
ein Gateventil-Sollwertrechnen, das einen GateventilSteuerwert berechnet, der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche.
In der Steuerung für einen, mit einem Superlader ausgerüsteten Verbrennungsmotor und dem Steuerverfahren dafür gemäß der vorliegenden Erfindung können Berechnungen von Steuerwerten unter Verwendung der Charakteristik des Verbrennungsmotors implementiert werden, welche nicht von der Charakteristik des Superladers selbst oder der Spezifikation des Superladers abhängen. Entsprechend ist es selbst im Fall, bei dem in einem Verbrennungsmotor mit einer einzelnen und derselben Spezifikation, der Superlader durch einen anderen mit einer anderen Spezifikation ersetzt wird, oder ein Superlader mit einer einzelnen und derselben Spezifikation in einem anderen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, mit einer anderen Spezifikation, nicht erforderlich, Datenmessung und Anpassung wieder durchzuführen, während der Verbrennungsmotor und der Superlader miteinander kombiniert werden, und daher kann die Charakteristik des Superladers selbst oder die Charakteristik des Verbrennungsmotors eingesetzt werden; als Ergebnis können die Mannstunden zur Datenmessung und Anpassung reduziert werden.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Superlader-ausgerüsteten Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung eines Superlader-ausgerüsteten Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm der Steuerung für den Superlader-ausgerüsteten Verbrennungsmotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch die Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert;
5 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch eine Einlassluft-Steuereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert;
6 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch eine Wastegate-Ventil-Steuereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert; und
7 ist eine Tabelle zum Erläutern eines Kennfelds, das in der Wastegate-Ventil-Steuereinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFURMEN
Ausführungsform 1
Eine Steuerung 100 für einen mit einem Superlader 36 ausgerüsteten Verbrennungsmotor 1, nachfolgend einfach als die Steuerung 100 bezeichnet, gemäß Ausführungsform 1, wird unter Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Verbrennungsmotors 1, (nachfolgend einfach als Motor 1 bezeichnet), der mit dem Superlader 36 ausgerüstet ist; 2 ist ein Blockdiagramm der Steuerung 100 gemäß Ausführungsform 1.
Konfiguration des Motors 1
Zuerst wird die Konfiguration des Motors 1 erläutert. Wie in 1 illustriert, weist der Motor 1 einen Zylinder 8, in welchem eine Kraftstoffluftmischung verbrannt wird. Der Motor 1 und die Steuerung 100 sind in einem Fahrzeug montiert; der Motor 1 fungiert als eine Antriebskraftquelle für das Fahrzeug (Räder). Der Motor 1 weist einen Einlasspfad 2 zum Zuführen von Luft an den Zylinder 8 und einen Abgaspfad 7 zum Abgeben von Abgas aus dem Zylinder 8 auf. Der Einlasspfad 2 ist aus einem Einlassrohr und dergleichen gebildet; der Abgaspfad 7 ist aus einem Abgasrohr und dergleichen gebildet. Der Einlasspfad 2 weist einen Ansaugkrümmer 5 zum Zuführen von Luft an die jeweiligen Zylinder 8 auf. Eine Drosselklappe 4 ist an einer Position im Einlasspfad 2 vorgesehen, die auf der stromaufwärtigen Seite des Ansaugkrümmers 5 ist. Entsprechend wird der Einlasspfad 2 auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 4 aus dem Ansaugkrümmer 5 gebildet. Der Motor 1 weist den Superlader 36 auf.
Der Superlader 36 beinhaltet eine Turbine 32, die in einem Abgaspfad 7 vorgesehen ist, einen Kompressor 31, der an einer Position im Einlasspfad 2 vorgesehen ist, die auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 4 liegt, und integral mit der Turbine 32 rotiert, einen Umgehungspfad 37 (nachfolgend als Abgasumgehungspfad 37 bezeichnet), des Abgaspfads 7, der die Turbine 32 umgeht, ein Wastegate-Ventil 34, das im Abgasumgehungspfad 37 vorgesehen ist und einen Gateventil-Aktuator 34a, der das Wastegate-Ventil 34 betreibt. Der Abgasumgehungspfad 37 ist ein Flusspfad, der die Turbine 32 umgeht und den Bereich des Abgaspfads 7, der auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine 32 liegt, mit dem Bereich des Abgaspfads 7 verbindet, der auf der stromabwärtigen Seite der Turbine 32 liegt. Das Wastegate-Ventil 34 ist ein Ventil zum Ändern der Flusspfadfläche (Öffnungsgrad) des Abgasumgehungspfads 37.
Wenn Abgas die Turbine 32 antreibt und rotiert, rotiert der Kompressor 31 integral mit der Turbine 32, komprimiert Luft im Einlasspfad 2 und schickt die Luft an den Zylinder 8. Die Turbine 32 und der Kompressor 31 werden miteinander durch eine Turbinenwelle 39 auf eine Weise gekoppelt, dass sie integral auf derselben Achse rotieren. Wenn der Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 34 durch den Gateventil-Aktuator 34a erhöht wird, steigt von der Flussrate von Abgas, das aus dem Verbrennungsmotor 1 (Zylinder 8) abzugeben ist, eine Wastegate-Flussrate Qwg, welche die Flussrate eines Teils des Abgases ist, das die Turbine 32 umgeht und in den Abgasumgehungspfad 37 fließt, an. Im Gegensatz dazu sinkt eine Turbinenflussrate Qt, welche die Flussrate eines Teils des Abgases ist, das in die Turbine 32 fließt, ab. Entsprechend werden die Rotationsantriebskräfte der Turbine 32 und des Kompressors 31 geschwächt. Der Gateventil-Aktuator 34a ist ein elektrischer, der den Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 34 durch Rotationsantriebskraft eines Elektromotors verändert. Der Gateventil-Aktuator 34a kann von einem Drucktyp sein, bei welchem ein Diaphragma mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher das Reduzieren eines Superladungsdrucks P2 um einen Dekompressionsbetrag erhalten wird, welcher durch ein Solenoidventil eingestellt wird, und dann ändert die Antriebskraft des Diaphragmas den Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 34.
In Ausführungsform 1 beinhaltet der Superlader 36 einen Umgehungspfad 38 (nachfolgend als ein Luftumgehungspfad 38 bezeichnet) des Einlasspfads 2, der den Kompressor 31 umgeht, ein im Luftumgehungspfad 38 bereitgestelltes Luftumgehungspfadventil 33 und einen Umgehungspfadventil-Aktuator 33a, der das Luftumgehungspfadventil 33 antreibt. Der Umgehungspfadventil-Aktuator 33a ist einer vom Drucktyp, der ein Diaphragma aufweist, welches durch die Druckdifferenz zwischen dem Superladungsdruck P2 und einem Ansaugkrümmerdruck Pb betrieben wird. Wenn der Superladungsdruck P2 ansteigt, um eine vorbestimmte Druckdifferenz ab dem Krümmerdruck Pb zu übersteigen, wird das Diaphragma aktiviert, und daher wird das Luftumgehungspfadventil 33 geöffnet; somit werden die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des Kompressors 31 verbunden. Entsprechend wird es ermöglicht, eine mechanische Beschädigung am Einlassrohr oder dergleichen zu verhindern, welche durch einen abnormalen Anstieg des Superladungsdrucks P2 zu der Zeit verursacht wird, wenn das Gaspedal freigegeben wird. Während eine nachstehend erwähnte Wastegate-Ventil-Steuerungseinheit 112 den Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 34 steuert, ist das Luftumgehungspfadventil 33 im Wesentlichen geschlossen.
Ein Luftreiniger 3 zum Reinigen von eingenommener Außenluft wird an der stromaufwärtigsten Seite des Einlasspfads 2 montiert. An einer Position, die auf der stromaufwärtigen Seite (der Seite näher am Zylinder 8) des Luftreinigers 3 im Einlasspfad 2 liegt, und an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 31 sind ein Luftflusssensor 12, der ein, einer Einlassluftflussrate Qa entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, und ein Einlasslufttemperatursensor 13, der ein, einer Einlasstemperatur T1 im Einlasspfad 2 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, vorgesehen, als diskrete Komponenten oder als eine integrierte Komponente (in diesem Beispiel als eine integrierte Komponente). Ein Atmosphärendrucksensor 9, der ein, einem Atmosphärendruck P1 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, ist auf der stromabwärtigen Seite des Luftreinigers 3 im Einlasspfad 2 und auf der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 31 vorgesehen. Der Druck bei der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 31 kann als gleich dem Atmosphärendruck P1 angesehen werden. Der Atmosphärendrucksensor 9 kann in der Steuerung 100 enthalten sein.
Ein Abgasreinigungskatalysator 22 ist an der stromabwärtigen Seite der Turbine 32 im Abgaspfad 7 vorgesehen. An einer Position, die auf der stromabwärtigen Seite der Turbine 32 im Abgaspfad 7 und der stromaufwärtigen Seite (der Seite näher am Zylinder 8) des Abgasreinigungskatalysators 22 ist, wird ein Luftkraftstoffverhältnissensor 16 vorgesehen, der ein, einem Luftkraftstoffverhältnis AF entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welches ein Verhältnis von Luft zu Kraftstoff in einem Verbrennungsgas ist.
Ein Zwischenkühler (Intercooler) 30 zum Kühlen komprimierter Luft ist auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors 31 im Einlasspfad 2 vorgesehen. Die Drosselklappe 4 zum Einstellen einer durch den Motor 1 aufzunehmenden Luftmenge ist auf der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers 30 vorgesehen. Die Drosselklappe 4 wird durch einen Drosselmotor (einem Motor zum Antreiben der Drosselklappe) 40 geöffnet oder geschlossen. Die Drosselklappe 4 ist mit einem Drosselpositionssensor 14 verbunden, der ein, dem Drosselöffnungsgrad entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welcher der Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 ist. In einem Superladungseinlasspfad, der Teil des Einlasspfads 2 ist, der auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors 31 und auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 4 ist, wird ein Superladungsdrucksensor 35 bereitgestellt, der ein, dem Superladungsdruck P2 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welcher der Luftdruck im Superladungseinlasspfad ist.
Der Teil des Einlasspfads 2, der auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 4 liegt, bildet den Ansaugkrümmer 5, der auch als ein Spitzentank zum Unterdrücken einer Einlassluftschwankung fungiert. Ein Krümmerdrucksensor 15, der ein dem Krümmerdruck Pb entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welches der Druck der Luft im Ansaugkrümmer 5 ist, ist im Ansaugkrümmer 5 vorgesehen. Anders als Ausführungsform 1, in der sowohl der Luftflusssensor 12 als auch der Krümmerdrucksensor 15 vorgesehen sind, kann der Superlader-ausgerüstete Verbrennungsmotor nur mit dem Krümmerdrucksensor 15, nicht jedoch mit dem Luftflusssensor 12 versehen sein. In dem Fall, bei dem nur der Krümmerdrucksensor 15 vorgesehen ist, kann gestattet werden, dass der Einlasslufttemperatursensor 13 im Ansaugkrümmer 5 bereitgestellt ist, um so die Einlasslufttemperatur innerhalb des Ansaugkrümmers 5 zu detektieren.
Ein Injektor 17 zum Einspritzen eines Kraftstoffs ist auf der stromabwärtigen Seite (der Seite nahe am Zylinder 8) des Ansaugkrümmers 5 vorgesehen. der Injektor 17 kann auf solche Weise bereitgestellt sein, dass er einen Kraftstoff direkt in den Zylinder 8 einspritzt.
Im Oberteil des Zylinders 8 sind eine Zündkerze 18 zum Zünden einer durch Mischen von in den Zylinder 8 aufgenommener Luft mit aus dem Injektor 17 eingespritzten Kraftstoff hergestellten, entzündbaren Kraftstoff-Luft-Mischung und eine Zündspule 19 zum Erzeugen von Energie, mit welcher die Zündkerze 18 Funken wirft, vorgesehen. Auch sind ein Einlassventil 20 zum Einstellen der aus dem Einlasspfad 2 in den Zylinder 8 aufzunehmenden Einlassluftmenge und ein Auslassventil 21 zum Einstellen der aus dem Zylinder 8 an den Abgaspfad 7 abzugebenden Abgasmenge vorgesehen. Auf der Kurbelwelle des Motors 1 ist ein Kurbelwinkelsensor 11 zum Erzeugen eines, dem Rotationswinkel des Motors 1 entsprechenden elektrischen Signal vorgesehen.
Konfiguration der Steuerung 100
Als Nächstes wird die Konfiguration der Steuerung 100 erläutert. Die Steuerung 100 ist eine Steuerung, deren Steuersubjekt der mit dem Superlader 36 ausgerüstete Motor 1 ist. Entsprechende Steuereinheiten 110 bis 112 und dergleichen, die in der Steuerung 100 vorgesehen sind, werden durch eine Verarbeitungsschaltung, die in der Steuerung 100 enthalten ist, realisiert. In Ausführungsform 1, wie in 3 illustriert, beinhaltet die Steuerung 100 als eine Verarbeitungsschaltung eine Rechenverarbeitungseinheit (Computer) 90, wie etwa eine CPU (Zentraleinheit), Speichervorrichtungen 91, die Daten mit der Rechenverarbeitungseinheit 90 austauschen, eine Eingabeschaltung 92, an der externe Signale an der Rechenverarbeitungseinheit 90 eingegeben werden, eine Ausgabeschaltung 93, aus der Signale aus der Rechenverarbeitungseinheit 90 nach außen ausgegeben werden und dergleichen. Als Speichervorrichtungen 91 sind ein RAM (Random Access Memory, Wahlfreizugriffsspeicher), der Daten auslesen aus und Daten schreiben in die Rechenverarbeitungseinheit 90 kann, ein ROM (Read Only Memory, Nurlesespeicher), der Daten aus der Rechenverarbeitungseinheit 90 auslesen kann, und dergleichen vorgesehen. Die Eingabeschaltung 92 ist mit verschiedenen Arten von Sensoren und Schaltern verbunden und ist mit einem A/D-Wandler, einem Eingabeanschluss und dergleichen zum Eingeben von Ausgabesignalen aus den Sensoren und den Schaltern an die Rechenverarbeitungseinheit 90 versehen. Die Ausgabeschaltung 93 ist mit elektrischen Lasten verbunden und ist mit einer Antriebsschaltung, einem Ausgabeanschluss und dergleichen zum Ausgeben eines Steuersignals aus der Rechenverarbeitungseinheit 90 versehen. Zusätzlich lässt die Rechenverarbeitungseinheit 90 Software-Objekte (Programme), die in der Speichervorrichtung 91, wie etwa einem ROM, gespeichert sind, ablaufen und kollaboriert mit anderen Hardware-Vorrichtungen in der Steuerung 100, wie etwa der Speichervorrichtung 91, der Eingabeschaltung 92 und der Ausgabeschaltung 93, so dass die entsprechenden Funktionen der Steuereinheiten 110 bis 112, die in der Steuerung 100 enthalten sind, realisiert werden. Einstelldatenobjekte, wie etwa in den Steuereinheiten 110 bis 112 einzusetzende Kennfelder, werden als Teil von Software-Objekten (Programmen) in der Speichervorrichtung 91, wie etwa einem ROM, gespeichert.
In Ausführungsform 1 ist die Eingabeschaltung 92 mit verschiedenen Arten von Sensoren, wie etwa dem Atmosphärendrucksensor 9, dem Kurbelwinkelsensor 11, dem Luftflusssensor 12, dem Einlasslufttemperatursensor 13, dem Drosselpositionssensor 14, dem Krümmerdrucksensor 15, dem Luftkraftstoffverhältnissensor 16, dem Superladungsdrucksensor 35 und einem Fahrpedalpositionssensor 41 zum Erzeugen eines einem Fahrpedalbetätigungsbetrag entsprechenden elektrischen Signals verbunden. Die Ausgabeschaltung 93 ist mit verschiedenen Arten von Aktuatoren wie etwa dem Drosselmotor 40, dem Injektor 17, der Zündspule 19, dem Umgehungsventil-Aktuator 33a und dem Gateventil-Aktuator 34a verbunden. Obwohl nicht illustriert, ist die Eingabeschaltung 92 mit einem Sender zum Steuern der Verbrennung des Motors 1 und Sensoren zum Steuern des Verhaltens des Fahrzeugs (beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, Wassertemperatursensor und dergleichen) verbunden.
Als Basissteuerung berechnet die Steuerung 100 die Kraftstoffeinspritzmenge und den Zündzeitpunkt, basierend auf eingegebenen Ausgabesignalen und dergleichen aus den verschiedenen Arten von Sensoren, um so eine Antriebssteuerung einer Kraftstoffeinspritzventil, einer Zündvorrichtung und dergleichen (nicht illustriert) durchzuführen. Obwohl die Details später beschrieben werden, basierend auf dem Ausgabesignal des Fahrpedalpositionssensors 41 und dergleichen, berechnet die Steuerung 100 ein verlangtes Abgabedrehmoment, das dem Motor 1 abverlangt wird, und steuert dann die Drosselklappe 4, das Wastegate-Ventil 34 und dergleichen, so dass eine Einlassluftmenge zum Realisieren des verlangten Abgabedrehmomentes erhalten wird.
Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110
Die Steuerung 100 ist mit einer Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110 verbunden, welche die Fahrbedingungen des Motors 1 und des Fahrzeugs detektiert. Die Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110 entdeckt eine echte Drehzahl Ner des Motors 1, eine echte Einlassluftflussrate Qar und einen echten Atmosphärendruck P1r. Spezifisch detektiert die Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110 die echte Drehzahl Ner des Motors 1, basierend auf dem Ausgabesignal aus dem Kurbelwinkelsensor 11, detektiert die echte Einlassluftflussrate Qar des Motors 1, basierend auf dem Ausgabesignal des Luftflusssensors 12 oder des Krümmerdrucksensors 15 und detektiert den echten Atmosphärendruck P1r, basierend auf dem Ausgabesignal des Atmosphärendrucksensors 9.
Zusätzlich zu den vorstehenden Fahrbedingungen detektiert die Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110 verschiedene Arten von Antriebszuständen, wie etwa die echte Einlasstemperatur T1r, den echten Drosselöffnungsgrad Thr, den echten Krümmerdruck Pbr, ein Abgasluftkraftstoffverhältnis AF, einen echten Superladungsdruck P2r und einen Fahrpedalöffnungsgrad D. Spezifisch detektiert die Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110 die echte Einlasstemperatur T1r, basierend auf dem Ausgabesignal des Einlasslufttemperatursensors 13, detektiert den echten Drosselöffnungsgrad Thr, basierend auf dem Ausgabesignal des Drosselpositionssensors 14, detektiert den echten Krümmerdruck Pbr, basierend auf dem Ausgabesignal des Krümmerdrucksensors 15, detektiert das Abgasluftkraftstoffverhältnis AF, basierend auf dem Ausgabesignal des Luftkraftstoffverhältnissensors 16, detektiert den echten Superladungsdruck P2r, basierend auf dem Ausgabesignal des Superladungsdrucksensors 35 und detektiert den Fahrpedalöffnungsgrad D, basierend auf dem Ausgabesignal des Fahrpedalpositionssensors 41.
<Echte Einlassluftflussraten-Recheneinheit 141>
Die Fahrbedingungs-Detektionseinheit 110 ist mit einer echten Einlassluftflussraten-Recheneinheit 141 versehen. Die echte Einlassluftflussraten-Recheneinheit 141 berechnet die echte Einlassluftflussrate Qar, welches die Flussrate von Luft ist, die durch den Motor 1 aufgenommen wird (den Einlasspfad 2).
In Ausführungsform 1, basierend auf der über das Ausgabesignal des Luftflusssensors 12 oder des Krümmerdrucksensors 15 (in diesem Beispiel des Luftflusssensors 12) detektierten, tatsächlich gemessenen Luftflussrate Qr berechnet die echte Einlassluftflussraten-Recheneinheit 141 als echte Einlassluftflussrate Qar [g/s] den Durchschnittswert der tatsächlich gemessenen Luftflussrate Qr in einem Taktzeitraum ΔT (in diesem Beispiel als Intervall von BTDC5degCA), wie durch die Gleichung (1) unten repräsentiert. $Qar = \sum Qr / N$
wobei N die Anzahl von Abtastinstanzen für die tatsächlich gemessene Luftflussrate Qr in dem Taktzeitraum ΔT bezeichnet.
Wenn die tatsächlich gemessenen Luftflussrate Qr detektiert wird, basierend auf dem durch den Krümmerdrucksensor 15 detektierten echten Krümmerdruck Pbr, berechnet die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 die tatsächlich gemessene Luftflussrate Qr unter Verwendung einer durch die Gleichung (14) repräsentierten Öffnungsflussratengleichung oder dergleichen.
<Echte Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142>
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 ist mit einer Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 versehen. Basierend auf dem Ausgabesignal des Luftflusssensors 12 oder des Krümmerdrucksensors 15 (in diesem Beispiel der Luftflusssensor 12), berechnet die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 die echte Ladeeffizienz Ecr und eine echte Zylinderfrischluftmenge Qcr.
In Ausführungsform 1, wie in der Gleichung (2) unten repräsentiert, wendet die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 eine Verzögerung erster Ordnungs-Filterverarbeitung, die eine Verzögerung beim Ansaugkrümmer 5 (Spitzentank) simuliert, auf den durch Multiplizieren der echten Einlassluftflussrate Qr mit dem Taktzeitraum ΔT (in diesem Beispiel das Intervall von BTDC5degCA) ermittelten Wert an, um die Echt-Zylinder-Frischluftmenge Qcr pro Takt [g/Takt] zu berechnen. $Qcr (n) = KCCA \times Qcr (n - 1) + (1 - KCCA) \times Qar (n) \times Δ T (n)$
wobei KCCA ein Filterkoeffizient ist.
Alternativ kann gestattet werden, dass, wie in der Gleichung (3) unten repräsentiert, die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 das Luftvolumen im Ansaugkrümmer 5, das durch den Zylinder 8 aufgenommen worden ist, durch Multiplizieren einer volumetrischen Effizienz Kv auf Basis des Ansaugkrümmers 5 mit einem Zylindervolumen Vc berechnet, und dann das berechnete Luftvolumen mit einer Luftdichte pb multipliziert, welche basierend auf dem echten Krümmerdruck Pbr und der echten Einlasslufttemperatur T1r berechnet wird, um die echte Zylinderfrischluftmenge Qcr[g/Takt] zu berechnen. Die volumetrische Effizienz Kv ist das Verhältnis von Luftvolumen im Ansaugkrümmer 5, welches durch den Zylinder 8 aufgenommen wird, zum Zylindervolumen Vc (Kv = Luftvolumen im Ansaugkrümmer 5, das durch den Zylinder 8 aufgenommen ist/Vc). Unter Verwendung eines Kennfeldes, in welchem die Beziehung zwischen der Drehzahl Ne, dem Krümmerdruck Pb und der volumetrischen Effizienz Kv vorab eingestellt ist, berechnet die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 die volumetrische Effizienz Kv entsprechend der echten Drehzahl Ner und dem echten Krümmerdruck Pbr. $Qcr = (Kv \times Vc) \times ρ b, ρ b = Pbr / (R \times Tlr)$
wobei R die Gaskonstante ist.
Die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 berechnet die echte Ladungseffizienz Ecr durch Teilen der echten Zylinderfrischluftmenge Qcr durch einen Wert, welcher durch Multiplizieren der Dichte ρ0 der Luft unter Standardatmosphärenbedingung durch das Zylindervolumen Vc ermittelt wird. Die echte Ladeeffizienz Ecr ist das Verhältnis der echten Zylinderfrischluftmenge Qcr zur Dichte (p0 × Vc) von Luft unter Standard-Atmosphärenbedingung, mit welcher das Zylindervolumen Vc gefüllt wird. Die Standard-Atmosphärenbedingung bezeichnet den Zustand von 1 atm bei 25 °C. $Ecr = Qcr / (ρ 0 \times Vc)$
<Geschätzte Drehomomentrecheneinheit 143>
Basierend auf der echten Ladeeffizienz Ecr, dem Luftkraftstoffverhältnis AF und der thermischen Effizienz η führt die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 die Berechnung für das Abschätzen des durch den Motor 1 erzeugten echten Drehmoments durch, d.h. berechnet das geschätzte Abgabedrehmoment TRQr des Motors 1 oder einen geschätzten angezeigten mittleren Effektivdruck Pir. In dieser Situation kann das Luftkraftstoffverhältnis AF das Luftkraftstoffverhältnis von Abgas sein, welches durch den Luftkraftstoffverhältnissensor 16 detektiert wird, oder kann ein Zielwert des Luftkraftstoffverhältnisses AF sein, welches für das Berechnen der Antriebszeit für den Injektor 17 einzusetzen ist.
In Ausführungsform 1, basierend auf der echten Zylinderfrischluftmenge Qcr pro Takt und dem Luftkraftstoffverhältnis AF, berechnet die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 eine Kraftstoffmenge pro Takt Qf [g], wie durch die Gleichung (5) unten repräsentiert. $Qf = Qcr / AF$
basierend auf der Wärmeerzeugungsmenge pro Einheitsmasse (z.B. ungefähr 44 [MJ/kg], im Falle von Benzin) eines im Motor 1 einzusetzenden Kraftstoffs, berechnet die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 eine Wärmeerzeugungsmenge Hat [J] aus der Kraftstoffmenge pro Takt Qf, wie durch Gleichung (6) unten repräsentiert. $Ht = Qf \times 44000$
Die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 berechnet die thermische Effizienz η [%] des Motors 1. Die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 berechnet die thermische Effizienz η entsprechend der echten Drehzahl Ner und der echten Ladeeffizienz Ecr, unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen der Drehzahl Ne, einer Ladeeffizienz Ec und der thermischen Effizienz η vorab eingestellt wird, basierend auf experimentellen Daten, die vorab in Bezug auf den Motor 1 gemessen werden. Basierend auf der Wärmeerzeugungsmenge Ht und der thermischen Effizienz η berechnet die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 eine echte abgegebene Arbeit Wi [J], welche Arbeit ist, die ein Verbrennungsgas für den Kolben im Zylinder 8 durchführt, wie durch die Gleichung (7) unten repräsentiert. $Wi = Ht \times η$
Wie in der Gleichung (8) unten repräsentiert, teilt die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 die real angezeigte Arbeit Wi [J] durch das Zylindervolumen Vc, um so den geschätzten angezeigten mittleren effektiven Druck Pir [kPa] zu berechnen. $Pir = Wi / Vc$
Durch Umschreiben der Gleichungen (5) bis (8) wird die Gleichung (9) unten erhalten. $\begin{array}{l} Pir = Wi / Vc = (Ht \times η) / Vc = (Qf \times 44000 \times η) / Vc \\ = {(Qcr / AF) \times 44000 \times η} / Vc \end{array}$
In dieser Situation, wenn in der Gleichung (9) die echte Zylinderfrischluftmenge Qcr durch eine Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct ersetzt wird und der geschätzte angezeigte mittlere effektive Druck Pir durch einen angezeigten mittleren effektiven Solldruck Pit ersetzt wird, wird die Gleichung (9) durch die Gleichung (10) ausgedrückt; durch Umschreiben der Gleichung (10) in Bezug auf die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct ergibt sich die später beschriebene Gleichung (12). $Pit = {(Qct / AF) \times 44000 \times η} / Vc$
Dann, basierend auf dem geschätzten angezeigten mittleren Effektivdruck Pir [kPa] berechnet die Geschätzte Drehmoment-Recheneinheit 143 die geschätzte Abgabedrehmoment TRQr [Nm], wie in der Gleichung (11) unten repräsentiert. In der Gleichung (11) ist z die Zylinderanzahl und ist i die Anzahl von Rotationen pro Zyklus (z.B. i = 2, im Falle eines 4-Takt-Motors). $TRQr = Pir \times Vc \times z / (2 π \times i)$
Wie oben beschrieben, kann durch Verwenden der realen Zylinderfrischluftmenge Qcr4 das geschätzte Abgabedrehmoment TRQr genau berechnet werden.
Einlassluftsteuereinheit 111
Die Steuerung 100 ist mit einer Einlassluftsteuereinheit 111 versehen, welche die Einlassluft des Motors 1 steuert. Die Einlassluftsteuereinheit 111 berechnet eine Soll-Einlassluftflussrate Qat, die ein Sollwert der Einlassluftflussrate Qa ist, und eine Soll-Ladeeffizienz Ect, die ein Sollwert der Ladeeffizienz Ec ist.
In Ausführungsform 1 beinhaltet die Einlassluftsteuereinheit 111 eine verlangte Drehmomentrecheneinheit 120, die ein verlangtes Abgabedrehmoment TRQd berechnet, welches das vom Motor 1 verlangte Abgabedrehmoment ist, eine Soll-Drehmomentrecheneinheit 121, die ein Soll-Abgabedrehmoment TRQt oder einen angezeigten mittleren effektiv-Solldruck Pit berechnet, basierend auf dem verlangten Abgabedrehmoment TRQd, eine Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122, welche die Soll-Ladeeffizienz Ect und die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct berechnet, basierend auf dem Soll-Abgabedrehmoment Qrt oder dem angezeigten mittleren Effektiv-Solldruck Pit, eine Soll-Einlassluftflussraten-Recheneinheit 123, welche die Soll-Einlassluftflussrate Qat berechnet, basierend auf der Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct, und eine Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124, welche den Drosselöffnungsgrad steuert, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat.
Nachfolgend werden die Steuereinheiten 120 bis 124 in der Einlassluftsteuereinheit 111 im Detail erläutert.
<Verlangte Drehmomentrecheneinheit 120>
Die verlangte Drehmomentrecheneinheit 120 berechnet das verlangte Abgabedrehmoment TRQd, basierend auf dem Fahrpedalöffnungsgrad D und einem Verlangen aus einer externen Steuerung. Basierend auf der echten Drehzahl Ner (oder einer Fahrgeschwindigkeit VS des Fahrzeugs) und dem Fahrpedalöffnungsgrad D berechnet die verlangte Drehmomentrecheneinheit 120 ein vom Fahrer verlangtes Abgabedrehmoment, welches ein Abgabedrehmoment des Motors 1 ist, welches vom Fahrer des Fahrzeugs verlangt wird. Spezifisch berechnet unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen der echten Drehzahl Ner (oder Fahrgeschwindigkeit VS), dem Fahrpedalöffnungsgrad D und dem vom Fahrer verlangten Abgabedrehmoment vorab eingestellt wird, die Verlangte Drehmomentrecheneinheit 120 ein vom Fahrer verlangtes Abgabedrehmoment entsprechend der echten Drehzahl Ner (oder der Fahrgeschwindigkeit VS) und dem Fahrpedalöffnungsgrad D.
Eine externe Steuerung (z.B. eine Getriebesteuerung, eine Bremssteuerung, eine Steuerung für Traktionskontrolle oder dergleichen) gibt ein extern verlangtes Abgabedrehmoment TRR an der Steuerung 100 ein. Gemäß dem Antriebszustand wählt die verlangte Drehmomentrecheneinheit 120 entweder das vom Fahrer verlangte Abgabedrehmoment oder das extern verlangte Abgabedrehmoment TRR aus und gibt dann das ausgewählte Drehmoment als das verlangte Abgabedrehmoment TRQd aus. Das verlangte Abgabedrehmoment TRQd bezeichnet den verlangten Wert von aus der Kurbelwelle des Motors 1 abgegebenem Drehmoment. Es kann gestattet werden, dass, um die Beschleunigungsantwort-Charakteristik des Fahrzeugs zu verändern, die verlangte Drehmomentrecheneinheit 120 eine Vorstellkompensation erster Ordnung oder Nachstellkompensation erster Ordnung am verlangten Abgabedrehmoment TRQd anwendet.
<Soll-Drehmomentrecheneinheit 121>
Die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 berechnet das Soll-Abgabedrehmoment TRQt des angezeigten mittleren Effektiv-Solldrucks Pit, basierend auf dem verlangten Außendurchmesser TRQd. Die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 berechnet eine Last einer Motorhilfsvorrichtung entsprechend dem echten Antriebszustand, wie etwa echte Drehzahl Ner, unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen dem Antriebszustand, wie etwa der Drehzahl Ne und der Last der Motorhilfsvorrichtung vorab eingestellt ist, basierend auf experimentellen Daten, welche durch Messen der jeweiligen Lasten der verschiedenen Arten von Motorhilfsvorrichtungen (beispielsweise Lichtmaschine, Klimaanlagenkompressor, Servolenkungspumpe, Getriebepumpe, Drehmomentwandler und dergleichen) ermittelt werden. Die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 addiert die Last (Absolutwert) einer Motorhilfsvorrichtung zum verlangten Abgabedrehmoment TRQd, um so ein vom Motor verlangtes Abgabedrehmoment zu der Zeit abzugeben, wenn die Last einer Motorhilfsvorrichtung berücksichtigt wird.
Als Nächstes berechnet die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 den Motorverlust, welcher dem echten Antriebszustand entspricht, wie etwa reale Drehzahl Ner, unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen dem Antriebszustand, wie etwa der Drehzahl Ne und dem Motorverlust vorab eingestellt ist, basierend auf realen Daten, welche durch Messen des mechanischen Verlusts ermittelt werden, der dem Motor 1 inhärent ist, und von Pumpverlust (kollektiv als Motorverlust bezeichnet). Dann addiert die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 den Motorverlust (Absolutwert) zu dem vom Motor verlangten Abgabedrehmoment, um so den angezeigten mittleren Effektiv-Solldruck Pit zu berechnen, der im Zylinder 8 zu erzeugen ist. Es kann gestattet werden, dass die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 das Soll-Abgabedrehmoment TRQt berechnet, statt des angezeigten mittleren Effektiv-Solldrucks Pit.
<Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122>
Die Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122 berechnet die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qc und die Soll-Ladeeffizienz Ect, basierend auf dem angezeigten mittleren Effektiv-Solldruck Pit oder dem Soll-Abgabedrehmoment TRQt. Die Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122 berechnet die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct [g/Takt] und die Soll-Ladeeffizienz Ect, basierend auf dem angezeigten mittleren Effektivsolldruck Pit oder dem Soll-Abgabedrehmoment TRQt, dem Zielwert des Luftkraftstoffverhältnisses AF und der thermischen Effizienz η. Als thermische Effizienz η wird eine durch die Geschätzte Drehomoment-Recheneinheit 143, die oben beschrieben ist, zu berechnende thermische Effizienz verwendet. Das Zylindervolumen Vc bezeichnet ein Taktvolumen [L] pro einem Zylinder des Zylinders 8.
Wie in der Gleichung (12) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122 die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct und die Soll-Ladeeffizienz Ect, basierend auf dem angezeigten mittleren Effektivsolldruck Pit, dem Sollwert des Luftkraftstoffverhältnisses AF und der thermischen Effizienz η. Die Gleichung (12) wird aus der Gleichung (10) in solcher Weise wie oben beschrieben abgeleitet. $\begin{array}{l} Qct = AF \times Pit \times Vc / (η \times 44000) \\ Ect = AF \times Pit / (η \times 44000 \times ρ 0) \end{array}$
Es wird gestattet, dass die Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122 die Soll-Ladeeffizienz Ect durch Teilen der Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct durch die vorab eingestellte Masse (p0 × Vc) von Luft, mit welcher das Zylindervolumen Vc gefüllt ist unter der Standard-Atmosphärenbedingung, berechnet. Die Soll-Ladeeffizienz Ect und die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct sind Werte, die miteinander korrelieren; basierend auf dem berechneten Wert von einer von ihnen wird der Wert der anderen berechnet.
<Soll-Einlassluftflussraten-Recheneinheit 123>
Basierend auf der Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct berechnet die Soll-Einlassluftflussraten-Recheneinheit 123 die Soll-Einlassluftflussrate (Menge) Qat[g/s], die durch den Motor 1 über den Einlasspfad 2 aufzunehmen ist. In Ausführungsform 1, wie in der Gleichung (13) unten repräsentiert, ermittelt die Soll-Einlassluftflussraten-Recheneinheit 123 einen Wert durch Anwenden einer Erstordnungs-Vorstellfilterverarbeitung, die eine Charakteristik umgekehrt zu derjenigen der vorstehenden Erstordnungs-Rückstellfilterverarbeitung aufweist, welche in Gleichung (2) repräsentiert ist, auf die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct; dann teilt die Soll-Einlassluftflussraten-Recheneinheit 123 den ermittelten Wert durch den Taktzeitraum ΔT, um so die Soll-Einlassluftflussrate Qat zu berechnen. Die Soll-Einlassluftflussrate Qat entspricht dem Sollwert der Flussrate von Luft, welche den Einlasspfad 2 passiert (beispielsweise die Drosselklappe 4) auf der stromaufwärtigen Seite des Ansaugkrümmers 5 (Spitzentank). In diesem Beispiel wird der Taktzeitraum ΔT auf das Intervall von BTDC5degCA eingestellt; im Falle eine Vierzylindermotors ist der Taktzeitraum ΔT das Intervall von 180 degCA; im Fall eines Dreizylindermotors ist der Taktzeitraum ΔT das Intervall von 240 degCA. $\begin{array}{l} Qat (n) = {1 / (1 - KCCA) \times Qct (n) - KCCA / (1 - KCCA) \\ \times Qct (n - 1)} / Δ T (n) \end{array}$
<Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124>
Die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 steuert den Drosselöffnungsgrad, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat. Basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat stellt die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 den Solldrosselöffnungsgrad THt ein und wendet dann die Antriebssteuerung auf den Drosselmotor 40 an, so dass der echte Drosselöffnungsgrad THr sich dem Solldrosselöffnungsgrad THt annähert.
In Ausführungsform 1 berechnet die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 den Solldrosselöffnungsgrad THt zum Realisieren der Einlassluftflussrate Qat unter Verwendung einer fluidmechanischen theoretischen Formel, das heißt einer Öffnungsflussraten-Rechengleichung für ein komprimierbares Fluid, in welchem der Fluss in der Nähe der Drosselklappe 4 als Flüsse vor und nach der Drosselklappe angesehen wird.
Die theoretische Formel für die Flussrate Qa [g/s] von Einlassluft, welche durch die Drosselklappe 4 fließt, die als eine Drosselklappe angesehen wird, wird wie in Gleichung (14) unten repräsentiert abgeleitet, aus dem Energieerhaltungssatz, einer isoentropischen Flussrelationalgleichung, einer relationalen Schallgeschwindigkeitsgleichung und einer Zustandsgleichung. $\begin{array}{l} \begin{matrix} \frac{1}{2} {Ue}^{2} + \frac{κ}{κ - 1} \frac{P2}{ρ 2}, & \frac{P}{ρ^{k}} = Const ., & a = \sqrt{κ \cdot R \cdot T}, & ρ = \frac{P}{R \cdot T} \end{matrix} \\ ∴ Qa = ρ 2 \cdot a 2 \cdot Sth \cdot σ 2 \\ ∵ σ 2 = \sqrt{\frac{2}{κ - 1} [{(\frac{Pb}{P2})}^{\frac{2}{κ}} - {(\frac{Pb}{P 2})}^{\frac{κ + 1}{κ}}]} \end{array}$
wobei K, R, p, T, a, U, Sth, und Const. ein spezifisches Wärmeverhältnis, eine Gaskonstante, eine Dichte, eine Temperatur, eine Schallgeschwindigkeit, eine Flussrate, die effektive Öffnungsfläche der Drosselklappe 4 bzw. ein fester Wert sind. Das Zeichen σ2 ist ein Flussraten-Korrekturkoeffizient, der sich gemäß dem Druckverhältnis Pb/P2 des Flusses auf der stromabwärtigen Seite von (nach) der Drosselklappe 4 zum Fluss auf der stromaufwärtigen Seite von (vor) der Drosselklappe 4 ändert. Das Zeichen, dem „2“ danach hinzugefügt ist, bezeichnet eine Variable auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 4; das Zeichen mit „b“ danach hinzugefügt, bezeichnet eine Variable auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 4 (in dem Ansaugkrümmer 5); das Zeichen mit „e“ danach hinzugefügt, bezeichnet eine Variable der Drosselklappe 4.
Die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 berechnet den, einen realen Vor/Nach-Drosseldruckverhältnis Pbr/P2r entsprechenden Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ2, welches das Druckverhältnis des echten Krümmerdrucks Pbr und des echten Superladungsdrucks P2r ist, unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen dem Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ2 und dem Vor/Nach-Drosseldruckverhältnis Pb/P2, welches das Verhältnis des Krümmerdrucks Pb mit dem Superladungsdruck P2 ist, vorab eingestellt ist, basierend auf der Gleichung für den Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ2 in der Gleichung (14) oben. Die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 berechnet eine Schallgeschwindigkeit a2 entsprechend der realen Einlasslufttemperatur T1r unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen der Temperatur T und der Schallgeschwindigkeit a vorab eingestellt ist, basierend auf der Gleichung für die Schallgeschwindigkeit a in der Gleichung (14) oben. Unter Verwendung der Gleichung für die Dichte ρ in der Gleichung (14) oben berechnet die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 die Dichte p2, basierend auf dem echten Superladungsdruck P2r und der echten Einlasslufttemperatur T1r. Wie in Gleichung (15) unten repräsentiert, teilt die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 die Soll-Einlassluftflussrate Qat durch den Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ2, die Schallgeschwindigkeit a2 und die Dichte p2, um so eine Soll-Drossel-Effektivöffnungsfläche Stht zu berechnen. $Stht = Qat / (σ 2 \times a 2 \times ρ 2)$
Die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 berechnet einen Drosselöffnungsgrad als Soll-Drosselöffnungsgrad THt entsprechend der Soll-Drossel-Effektivöffnungsfläche Stht unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche Sth und dem Drosselöffnungsgrad vorab eingestellt ist. Dann ändert die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 den Steuerwert für den Drosselmotor 40 so, dass sich der echte Drosselöffnungsgrad THr dem Solldrosselöffnungsgrad THt annähert.
Die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 berechnet einen Lernwert zum Korrigieren der Soll-Drossel-Effektivöffnungsfläche Stht, so dass die echte Einlassluftflussrate Qar sich der Soll-Einlassluftflussrate Qat annähert. Als Ergebnis kann die Soll-Einlassluftflussrate Qat genau erreicht werden.
Durch Steuern der Einlassluftflussrate Qa auf solche Weise wie oben beschrieben, kann ein vom Fahrer oder einer anderen Steuerung verlangter Drehmomentwert genau erzielt werden.
Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112
Die Steuerung 100 ist mit der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 versehen. Die Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 führt eine Antriebssteuerung des Wastegate-Ventils 34 durch, um so den Superladungsdruck P2 zu steuern. Wie in 2 illustriert, beinhaltet die Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 eine Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131, eine Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132, eine Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133, eine Abgasflussratenrecheneinheit 134, eine Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135, eine Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136, eine Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137, eine Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 und eine Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139.
Basierend auf der Sollladeeffizienz Ect und der echten Drehzahl Ner berechnet die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 einen Soll-Superladungsdruck P2t, welcher der Zielwert des Superladungsdrucks P2 ist, welcher der Druck an der Position im Einlasspfad 2 ist, der auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors 31 und auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 4 ist. Basierend auf der durch die Einlassluftsteuereinheit 111 berechneten Soll-Einlassluftflussrate Qat oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r, welches das Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks P2t und des echten Atmosphärendrucks P1r ist, berechnet die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 eine Soll-Kompressorantriebskraft Pct, welche der Zielwert für die Antriebskraft für den Kompressor 31 ist. Die Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 berechnet eine Soll-Turbinenflussrate Qtt zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct, welche die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine 32 fließt. Basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar und dem Luftkraftstoffverhältnis AF AF des Motors 1 berechnet die Abgasflussratenrecheneinheit 134 eine Abgasflussrate Qex, die aus dem Motor 1 ausgegeben wird (Zylinder 8). Basierend auf der Abgasflussrate Qex und der Soll-Turbinenflussrate Qtt berechnet die Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135 eine Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt, die der Zielwert der Flussrate von Abgas ist, das durch das Wastegate-Ventil 34 in den Abgasumgehungspfad 37 fließt.
Die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 berechnet ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r, welches das Verhältnis des Drucks vor (auf der stromaufwärtigen Seite von) der Turbine 32 und des Drucks nach (auf der stromabwärtigen Seite von) der Turbine 32 ist. Die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 berechnet einen Druck P4 auf der stromabwärtigen Seite der Turbine 32 (nachfolgend als ein Turbinenstromab-Druck P4 bezeichnet) basierend auf der Abgasflussrate Qex; dann, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck P4 und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t, berechnet die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 einen Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t, welches der Zielwert des Drucks P3 bei der stromaufwärtigen Seite der Turbine 32 ist (nachfolgend als ein Turbinenstromauf-Druck P3 bezeichnet). Basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt, dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t, berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 eine Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt, welche der Zielwert einer Effektivöffnungsfläche Swgt des Wastegate-Ventils 34 ist. Dann berechnet, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt, die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 einen Gateventilsteuerwert WG, welches ein Steuerwert WG für den Gateventil-Aktuator 34a ist, um so Antriebssteuerung des Gateventil-Aktuators 34a durchzuführen.
Die in den vorstehenden Berechnungen durch die Steuereinheiten 131 bis 139 eingesetzten Charakteristika der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 werden erläutert. Wenn die Berechnung des Soll-Superladungsdrucks P2t, welcher auf der Sollladeeffizienz Ect und der echten Drehzahl Ner basiert, in der Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 durchgeführt wird, können die Basis-Charakteristik des Motors 1, die nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängt, und Desk-Top-Einstelldaten eingesetzt werden. Wenn die Berechnung der Soll-Kompressorantriebskraft Pct, welche auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat oder/und dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r basiert, in der Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 durchgeführt wird, kann der Superlader 36 (der Kompressor 31) selbst, der nicht im Motor 1 montiert worden ist, eingesetzt werden. Wenn die Berechnung der Soll-Turbinenflussrate Qtt zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct in der Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 durchgeführt wird, kann die Basis-Charakteristik des Superladers 36 (die Turbine 32) selbst eingesetzt werden. Wenn die Berechnung der Abgasflussrate Qex, die auf der echten Einlassluftflussrate Qar und dem Luftkraftstoffverhältnis AF basiert, in der Abgasflussratenrecheneinheit 134 durchgeführt wird, kann die Basis-Charakteristik des Motors, die nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängt, eingesetzt werden. Wenn die Berechnung der Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt, die auf der Abgasflussrate Qex und der Soll-Turbinenflussrate Qtt basiert, in der Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135 durchgeführt wird, können vier einfache arithmetische Operationen, basierend auf dem Massenerhaltungssatz eingesetzt werden.
Wenn die Berechnung des Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisses P3t/P4t zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct oder des Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnisses P2t/P1r in der Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 durchgeführt wird, kann die Basis-Charakteristik des Superladers 36 selbst, der nicht im Motor 1 montiert worden ist, eingesetzt werden. Wenn die Berechnung des Turbinenstromab-Drucks P4, die auf der Abgasflussrate Qex basiert, in der Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 durchgeführt wird, kann die Basischarakteristik des Motors 1, die nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängt, eingesetzt werden. Wenn die Berechnung des Soll-Turbinenstromauf-Drucks P3t, die auf den Turbinenstromab-Druck P4 und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t basiert, in der Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 durchgeführt wird, können vier einfache arithmetische Operationen eingesetzt werden. Wenn die Berechnung der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt, die auf der Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt, dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t und dem Soll-Turbinenstromauf-Drucks P3t basiert, in der Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 durchgeführt wird, kann die Basischarakteristik des Superladers 36 selbst (die Basischarakteristika des Wastegate-Ventils 34 und des Abgasumgehungspfads 37 selbst), der nicht im Motor 1 montiert worden ist, eingesetzt werden. Wenn die Berechnung des Gateventilsteuerwerts WG, der auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt basiert, in der Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 durchgeführt wird, kann die Basischarakteristik des Superladers 36 selbst (die Basischarakteristik des Wastegate-Ventils 34 und des Luftumgehungsventils 34a selbst), welche nicht im Motor 1 montiert worden ist/sind, eingesetzt werden.
Wie oben beschrieben, ist es bei den Berechnungen durch die Steuereinheiten 131 bis 139 der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 nicht erforderlich, Charakteristika zu einer Zeit zu verwenden, wenn der Motor 1 und der Superlader 36 kombiniert werden, und es kann die Basischarakteristik des Superladers 36 selbst oder die Basischarakteristik des Motors, welche nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängt, eingesetzt werden. Entsprechend ist es in dem Fall, bei dem beim Motor 1 einer einzelnen und derselben Spezifikation der Superlader 36 durch einen Superlader einer anderen Spezifikation ersetzt wird, oder in dem Fall, bei dem der Superlader 36 einer einzelnen und derselben Spezifikation im Motor 1 einer anderen Spezifikation eingesetzt wird, nicht erforderlich, wieder die Charakteristika zu messen, während der Motor 1 und der Superlader 36 kombiniert werden; daher, weil die Basischarakteristik des Superladers 36 selbst oder die Basischarakteristik des Motors 1 eingesetzt werden können, kann der Arbeitsumfang für die Anpassung reduziert werden.
Nachfolgend werden die entsprechenden Konfigurationen der Steuereinheiten der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 im Detail erläutert.
<Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131>
Die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 berechnet den Soll-Superladungsdruck P2t, basierend auf der Sollladeeffizienz Ect und der echten Drehzahl Ner. In Ausführungsform 1 berechnet basierend auf der echten Motordrehzahl Ner und dem echten Krümmerdruck Pbr die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 die volumetrische Effizienz Kv auf Basis des Ansaugkrümmers 5; basierend auf der volumetrischen Effizienz Kv, der Sollladeeffizienz Ect und der echten Einlasslufttemperatur T1r, berechnet die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 einen Sollkrümmerdruck Pbt, welches der Sollwert des Drucks im Ansaugkrümmer 5 ist; dann addiert die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 einen Druckadditionswert KP2 zum Sollkrümmerdruck Pbt, um so den Soll-Superladungsdruck P2t zu berechnen. Die volumetrische Effizienz Kv ist eine volumetrische Effizienz Kv auf Basis des Volumens von Luft in dem Ansaugkrümmer 5, das heißt dem Verhältnis des Luftvolumens im Ansaugkrümmer 5, welcher durch den Zylinder 8 aufgenommen wird, zum Zylindervolumen Vc (Kv = Luftvolumen im Ansaugkrümmer 5, das durch den Zylinder 8 aufgenommen wird/Vc). Wie es bei der Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 der Fall ist, berechnet die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 die volumetrische Effizienz Kv entsprechend der echten Drehzahl Ner und dem echten Krümmerdruck Pbr unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen der Drehzahl Ne, dem Krümmerdruck Pb und der volumetrischen Effizienz Kv vorab eingestellt sind. In Ausführungsform 1 wird die durch die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142 berechnete volumetrische Effizienz Kv eingesetzt.
Wie in Gleichung (16) unten repräsentiert, berechnet basierend auf einer Sollladeeffizienz Ect auf Basis der Atmosphärenluft, der volumetrischen Effizienz Kv auf Basis des Ansaugkrümmers 5 und der echten Einlasslufttemperatur T1r als Umgebungskorrektur die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 den Sollkrümmerdruck Pbt. Hier bezeichnet P10 den Atmosphärendruck P1 unter Standard-Atmosphärenbedingung (in diesem Beispiel P10 = 1 atm); bezeichnet T10 die Einlasslufttemperatur T1 unter Standard-Atmosphärenbedingung (in diesem Beispiel T1 = 25 °C). $Pbt = P 10 \cdot \frac{Ect}{Kv} \cdot \frac{T1}{T10}$
Wie in Gleichung (17) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 den Druckadditionswert KP2 entsprechend der Sollladeeffizienz Ect und der echten Drehzahl Ner unter Verwendung eines Druckadditionswert-Kennfelds MAP1, in welchem die Beziehung zwischen der Sollladeeffizienz Ect, der Drehzahl Ne und dem Druckadditionswert KP2 vorab eingestellt sind. Dann addiert die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 den Druckadditionswert KP2 zum Sollkrümmerdruck Pbt, um so den Soll-Superladungsdruck P2t zu berechnen. Der Druckadditionswert KP2 dient dem Zweck des Sicherstellens der Druckdifferenz zwischen dem Druck vor der Drosselklappe 4 und dem Druck nach der Drosselklappe 4 und Steuern der Einlassluftflussrate Qa durch die Drosselklappe 4. Es kann zulässig sein, dass ein fester Wert von ungefähr 5 [kPa] auf den Druckadditionswert KP2 eingestellt wird. $\begin{array}{l} P2t = Pbt + KP 2 \\ KP2 = MAP1 (Ect, Ner) \end{array}$
Auf solche Weise wie oben beschrieben kann der zum Erzielen der Sollladeeffizienz Ect notwendige Sollladedruck P2t genau berechnet werden.
<Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132>
Die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 berechnet die Soll-Kompressorantriebskraft Pct, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat oder/und (in diesem Beispiel beiden) dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r, welches das Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks P2t und des echten Atmosphärendrucks P1r ist.
Zuerst werden die Basischarakteristika des Kompressors 31 und der Turbine 32 erläutert. Wenn das Massenerhaltungsgesetz, die polytrope Änderung und die adiabatische Effizienz, welche physikalische Gesetze bezüglich des Zustands von Luft sind, berücksichtigt werden, werden die Turbinenabgabe Pt[W] und die Kompressorantriebskraft Pc[W] durch die theoretische Gleichung (18) unten berechnet. $\begin{array}{l} Pt = Qt \cdot η t \cdot Cp \cdot T 3 (1 - {(\frac{P4}{P3})}^{\frac{κ - 1}{κ}}) = Qt \cdot η t \frac{κ}{κ - 1} R \cdot T3 (1 - {(\frac{P4}{P3})}^{\frac{κ - 1}{κ}}) \\ Pc = \frac{Qcmp \cdot Wc}{η c} = Qcmp \frac{1}{η c} Cp \cdot T 1 ({(\frac{P2}{P1})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1) = Qcmp \frac{1}{η c} \frac{κ}{κ - 1} R \cdot T 1 ({(\frac{P2}{P1})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1) \\ ∵ Cp = \frac{κ}{κ - 1} R \end{array}$
wobei Cp eine Konstantdruck-spezifische Wärme [kJ/(kg·K)] ist, Wt eine Turbinenabgabe [J] pro Einheitsflussrate ist; Wc eine Kompressorarbeit [J] pro Einheitsflussrate ist; k ein spezifisches Wärmeverhältnis ist; Qt die Massenflussrate [g/s] von Abgas ist, welches die Turbine 32 passiert; Qcmp die Massenflussrate [g/s] von Luft ist, welche den Kompressor 31 passiert; R die Gaskonstante [kJ/(kg·K)] ist, ηt die adiabatische Effizienz der Turbine 32 ist; ηc die adiabatische Effizienz des Kompressors 31 ist; T3 die Temperatur des Abgases ist; P3 der Druck auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine 32 ist; P4 der Druck auf der stromabwärtigen Seite der Turbine 32 ist.
Weil im normalen Zustand das Luftumgehungspfadventil 33 im Wesentlichen geschlossen ist und daher die gesamte Einlassluft (die Einlassluftflussrate Q) den Kompressor 31 passiert, kann angenommen werden, dass in der Gleichung (18) oben die Einlassluftflussrate Qa gleich der Kompressorpassierflussrate Qcmp ist. Entsprechend kann die Kompressorantriebskraft Pc durch die Gleichung (19) unten berechnet werden, unter Verwendung der Einlassluftflussrate Qa, dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1, welches das Verhältnis des Superladungsdrucks P2 und des Atmosphärendrucks P1 ist, und der Einlasslufttemperatur T1. $Pc = Qa \frac{1}{η c} \frac{κ}{κ - 1} R \cdot T 1 ({(\frac{P2}{P1})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1)$
Wie in der Gleichung (20) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 die Soll-Kompressorantriebskraft Pct, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat, dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/Plr, welches das Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks P2t und des echten Atmosphärendrucks P1r ist, einer adiabatischen Soll-Effizienz ηct des Kompressors 31 und der echten Einlasslufttemperatur T1r. Spezifisch berechnet die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 einen Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten F1 entsprechend dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/Plr, welches das Druckverhältnis des Superladungsdrucks P2t und des echten Atmosphärendrucks P1r ist, unter Verwendung des Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten-Kennfelds MAP2, in welchem die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten F1 und dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1, welches das Druckverhältnis des Superladungsdrucks P2 und des Atmosphärendrucks P1 ist, vorab eingestellt wird, basierend auf der theoretischen Gleichung (20) unten. $\begin{array}{l} Pct = Qat \frac{1}{η c} T 1 r \cdot F 1 \\ F1 = MAP 2 (\frac{P2t}{P1r}), ∵ MAP2 (\frac{P 2}{P 1}) ≅ \frac{κ}{κ - 1} R ({(\frac{P2}{P1})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1) \end{array}$
Wie in der Gleichung (21) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 die adiabatische Soll-Effizienz ηct entsprechend der Soll-Einlassluftflussrate Qat und dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r durch Verwendung eines adiabatischen Effizienz-Rechenkennfelds MAP3, in welchem die Beziehung zwischen der Einlassluftflussrate Qa, dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 und der adiabatischen Effizienz ηc des Kompressors 31 vorab eingestellt wird. Das adiabatische Effizienz-Rechenkennfeld MAP3 kann vorab eingestellt werden, basierend auf an dem Superlader 36 selbst (dem Kompressor 31), der nicht im Motor 1 montiert ist, gemessenen experimentellen Daten. Es kann zulässig sein, dass die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 die Soll-Kompressorantriebskraft Pct* ohne Berücksichtigung der adiabatischen Effizienz berechnet, beispielsweise durch Einstellen der adiabatischen Solleffizienz ηct auf einen festen Wert. $η ct = MAP3 (Qat, P2t / P1r)$
Abhängig von der Charakteristik des Superladers 36 tritt ein Fall auf, bei dem die Kompressorantriebskraft Pc basierend auf der Einlassluftflussrate Qa oder/und dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 berechnet werden kann; in diesem Fall kann es zulässig sein, dass die Soll-Kompressorantriebskraft Pct basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat oder/und dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r berechnet wird.
In Ausführungsform 1 wandelt die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 die in der aktuellen Umgebung berechnete Soll-Kompressorantriebskraft Pct in eine Kompressorantriebskraft unter Standard-Atmosphärenbedingung um. Spezifisch, wie in der Gleichung (22) unten repräsentiert, multipliziert die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 die Soll-Kompressorantriebskraft Pct mit einem UmgebungsKorrekturkoeffizienten, welcher basierend auf dem echten Atmosphärendruck P1r und der echten Einlasslufttemperatur T1r berechnet wird, um so eine Soll-Kompressorantriebskraft Pct0 zu berechnen, welche die Soll-Kompressorantriebskraft Pc ist, die zu derjenigen unter Standard-Atmosphärenbedingung umgewandelt ist. In diesem Beispiel wird der Atmosphärendruck P10 unter Standard-Atmosphärenbedingung auf 1 atm (P10 = 1 atm) eingestellt; wird die Einlasslufttemperatur T10 unter Standard-Atmosphärenbedingung auf 25 °C (T = 25 °C) eingestellt. Die Umgebungskorrektur dient dazu, eine Kompressorantriebskraft in die unter Standard-Atmosphärenbedingung umzuwandeln, basierend auf dem Gesetz von Ähnlichkeiten, in welchem der Effekt von Kompressibilität berücksichtigt wird; die Kompressorantriebskraft, auf welche die Umgebungskorrektur angewendet worden ist, wird auch als korrigierte Kompressorantriebskraft bezeichnet. $Pct0 = Pct \frac{P10}{P1r} \sqrt{\frac{T10}{T1r}}$
<Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140>
In Ausführungsform 1 ist die Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 mit der Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 versehen. Basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar oder/und (in diesem Fall beiden) dem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2r/P1r, welches das Druckverhältnis des echten Superladungsdrucks P2r und des echten Atmosphärendrucks P1r ist, berechnet die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 eine echte Kompressorantriebskraft Pcr, welche die echte Antriebskraft für den Kompressor 31 ist.
Wie in der nachstehend erwähnten Gleichung (23) repräsentiert, welche der Gleichung (20) oben ähnelt, berechnet die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 die echte Kompressorantriebskraft Pcr, basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar, dem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2r/P1r, welches das Druckverhältnis des echten Superladungsdrucks P2r und des echten Atmosphärendrucks P1r ist, einer echten adiabatischen Effizienz ηcr des Wastegate-Ventils 34 und der echten Einlasslufttemperatur T1r. Spezifisch, wie es der Fall ist bei der Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132, berechnet die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 einen Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten F1 entsprechend dem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2r/P1r, welches das Druckverhältnis des echten Superladungsdrucks P2r und des echten Atmosphärendrucks P1r ist, unter Verwendung eines Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten-Kennfelds MAP2, in welchem die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten F1 und dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 vorab eingestellt wird. $\begin{array}{l} Pcr = Qar \frac{1}{η cr} T 1 r \cdot F 1 \\ F1 = MAP 2 (\frac{P2t}{P1r}), ∵ MAP2 (\frac{P 2}{P 1}) ≅ \frac{κ}{κ - 1} R ({(\frac{P2}{P1})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1) \end{array}$
Wie in Gleichung (24) unten repräsentiert, berechnet die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 die echte adiabatischen Effizienz ηcr entsprechend der echten Einlassluftflussrate Qar und dem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2r/P1r unter Verwendung des adiabatischen Effizienzrechenkennfelds MAP3, in welchem die Beziehung zwischen der Einlassluftflussrate Qa, dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 und der adiabatischen Effizienz ηc des Kompressors 31 vorab eingestellt wird. Als adiabatisches Effizienzrechenkennfeld MAP3 wird ein Kennfeld, welches das gleiche ist wie das Kennfeld, das durch die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 eingesetzt wird, eingesetzt. Es kann zulässig sein, wie es der Fall ist bei der Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132, dass die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 die echte Kompressorantriebskraft Pcr ohne Berücksichtigung der Änderung bei der adiabatischen Effizienz ηc berechnet, beispielsweise durch Einstellen der echten adiabatischen Effizienz ηcr auf einen festen Wert. $η cr = MAP3 (Qar, P2r / P1r)$
Auf solche Weise, wie in der Gleichung (22) oben repräsentiert, multipliziert die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 die echte Kompressorantriebskraft Pcr unter der aktuellen Umgebung mit einem UmgebungsKorrekturkoeffizienten, welcher basierend auf dem echten Atmosphärendruck P1r und der echten Einlasslufttemperatur T1r berechnet wird, um so eine echte Kompressorantriebskraft Pcr0 zu berechnen, welches die echte Kompressorantriebskraft Pcr ist, die zu derjenigen unter Standard-Atmosphärenbedingungen umgewandelt ist. Wie oben beschrieben, können die Soll-Kompressorantriebskraft Pct0 und die echte Kompressorantriebskraft Pcr0 unter der Standard-Atmosphärenbedingung, für welche Umgebungskorrektur berücksichtigt wird, genau berechnet werden.
<Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133>
Die Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 berechnet die Soll-Turbinenflussrate Qtt zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct. In Ausführungsform 1, wie in Gleichung (25) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 als die Soll-Turbinenflussrate Qtt die Turbinenflussrate Qt entsprechend der Soll-Kompressorantriebskraft Pct (in diesem Beispiel die Soll-Kompressorantriebskraft Pct0, welches die Soll-Kompressorantriebskraft Pct ist, die in diejenige unter Standard-Atmosphärenbedingung umgewandelt ist), unter Verwendung eines Turbinenflussraten-Kennfelds MAP4, in welchem die Beziehung zwischen der Turbinenflussrate Qt und der Turbinenabgabe Pt, welches die Antriebskraft für den Kompressor 31 ist, vorab eingestellt ist. Das Turbinenflussratenkennfeld MAP4 kann vorab eingestellt sein, basierend auf experimentellen Daten, die am Superlader 36 (der Turbine 32) selbst gemessen sind, der nicht im Motor 1 montiert worden ist. $Qtt = MAP4 (Pct)$
In dieser Konfiguration existiert eine starke Korrelation zwischen der Turbinenflussrate Qt und der Turbinenabgabe Pt; daher kann die Soll-Turbinenflussrate Qtt zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct genau berechnet werden. Detaillierter wird in der Gleichung (18), welche eine theoretische Gleichung zum Berechnen der Turbinenabgabe Pt ist, die Turbinenflussrate Qt ist und das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 eingesetzt; weil es jedoch eine starke Korrelation zwischen der Turbinenflussrate Qt und dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P3/P4 gibt, kann die Turbinenflussrate Qt oder das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 weggelassen werden.
Spezifisch, weil wenn die Turbinenflussrate Qt ansteigt, der Turbinenstromauf-Druck P3 ansteigt steigt, das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 an. Wie es der Fall ist bei der adiabatischen Effizienz ηc des Kompressors 31, erläutert unter Verwendung der Gleichung (21), weist die adiabatische Effizienz ηc der Turbine 32 starke Korrelation mit der Turbinenflussrate Qt und dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 auf; daher kann die adiabatische Effizienz ηt der Turbine 32 aus irgendeinem von der Turbinenflussrate Qt und dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 berechnet werden. Es gibt eine starke Korrelation zwischen der Abgasflussrate Qex, die gleich der Turbinenflussrate Qt wird und der Abgastemperatur T3. Entsprechend können das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4, die adiabatische Effizienz ηt der Turbine 32 und die Abgastemperatur T3, die zum Berechnen der Turbinenabgabe Pt in der Gleichung (18) erforderlich sind, basierend auf der Turbinenflussrate Qt berechnet werden. Daher kann die Turbinenabgabe Pt (Antriebskraft für den Kompressor 31) basierend auf der Turbinenflussrate Qt berechnet werden; umgekehrt kann die Turbinenflussrate Qt basierend auf der Turbinenabgabe Pt (der Antriebskraft für den Kompressor 31) berechnet werden. Zusätzlich kann die Turbinenabgabe Pt auch basierend auf dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 berechnet werden; umgekehrt kann das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 basierend auf der Turbinenabgabe Pt berechnet werden.
In Ausführungsform 1 wird als die Soll-Kompressorantriebskraft Pct, die bei der Berechnung der Soll-Turbinenflussrate Qtt einzusetzen ist, die Soll-Kompressorantriebskraft Pct0, die in eine Soll-Kompressorantriebskraft unter Standard-Umgebungsbedingungen umgewandelt wird, eingesetzt; im Turbinenflussratenkennfeld MAP4 wird die Beziehung zwischen der Turbinenflussrate Qt0 und der Turbinenabgabe Pt0, die in eine Turbinenflussrate und eine Turbinenabgabe unter Standard-Atmosphärenbedingung umgewandelt worden sind, vorab eingestellt. Entsprechend ist die in der Gleichung (25) zu berechnende Soll-Turbinenflussrate Qtt die Soll-Turbinenflussrate Qtt (nachfolgend als eine Soll-Turbinenflussrate Qtt0 bezeichnet), die in eine Soll-Turbinenflussrate Qt unter Standard-Atmosphärenbedingung umgewandelt worden ist. Somit ist es erforderlich, die Soll-Turbinenflussrate Qtt0, die in eine Soll-Turbinenflussrate unter Standard-Atmosphärenbedingungen umgewandelt worden ist, wieder in die Soll-Turbinenflussrate Qtt unter der aktuellen Umgebung umzuwandeln. Somit, wie in der Gleichung (26) unten repräsentiert, multipliziert die Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 die Soll-Turbinenflussrate Qtt0 mit einem Umgebungskorrekturkoeffizienten, der basierend auf dem echten Atmosphärendruck P1r und der echten Einlasslufttemperatur T1r berechnet wird, um so die Soll-Turbinenflussrate Qtt zu berechnen, die in eine Soll-Turbinenflussrate unter der aktuellen Umgebung umgewandelt worden ist. $Qtt = \frac{Qtt0}{\frac{P10}{P1r} \cdot \sqrt{\frac{T1r}{T10}}}$
<Abgasflussratenrecheneinheit 134>
Die Abgasflussratenrecheneinheit 134 berechnet die Abgasflussrate Qex, basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar und dem Luftkraftstoffverhältnis AF. In Ausführungsform 1, wie in der Gleichung (27) unten repräsentiert, berechnet die Abgasflussratenrecheneinheit 134 die Abgasflussrate Qex, basierend auf der echten Zylinderfrischluftmenge Qcr, welche basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar und dem durch den Luftkraftstoffverhältnissensor 16 detektierten AbgasLuftkraftstoffverhältnis AF berechnet ist. Anstelle von Qcr/ΔT kann die echte Einlassluftflussrate Qar eingesetzt werden; als das Luftkraftstoffverhältnis AF kann der Sollwert des Luftkraftstoffverhältnisses AF, das in der Kraftstoffberechnung eingesetzt wird, eingesetzt werden. $Qex = \frac{Qcr}{Δ T} (1 + \frac{1}{AF})$
<Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135>
Die Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135 berechnet die Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt, basierend auf der Abgasflussrate Qex und der Soll-Turbinenflussrate Qtt. In Ausführungsform 1, wie in der Gleichung (28) unten repräsentiert, substrahiert die Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135 die Soll-Turbinenflussrate Qtt von der Abgasflussrate Qex, um so die Soll-Wastegate-Flussrate Qwt zu berechnen. $Qwgt = Qex - Qtt$
<Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136>
Die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 berechnet das Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r (in diesem Beispiel die Soll-Kompressorantriebskraft Pct). In Ausführungsform 1, wie in der Gleichung (29) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 als das Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 entsprechend der Soll-Kompressorantriebskraft Pct unter Verwendung eines Turbinendruckverhältnis-Kennfelds MAP5, in welchem die Beziehung zwischen dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und der Turbinenabgabe Pt, welches die Antriebskraft für den Kompressor 31 ist, vorab eingestellt wird. $P3t / P4t = MAP5 (Pct)$
Wie oben Bezug genommen, existiert eine starke Korrelation zwischen der Turbinenabgabe Pt und dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4; daher kann das Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft Pct genau berechnet werden.
In einigen Fällen, abhängig von der Charakteristik des Superladers 36 ist die Korrelation zwischen dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 stärker als die Korrelation zwischen dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und der Kompressorantriebskraft Pc. In diesem Fall kann es zulässig sein, dass, wie in der Gleichung (30) unten repräsentiert, die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 als das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P3t/P4r das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 entsprechend dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r berechnet, unter Verwendung eines Turbinendruckverhältnis-Kennfelds MAP5*, in welchem die Beziehung zwischen dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 und dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 vorab eingestellt ist. $P3t / P4t = MAP5 * (P2t / P 14)$
Das Turbinendruckverhältnis-Kennfeld MAP5* kann vorab basierend auf experimentellen Daten eingestellt sein, die am Superlader 36 selbst, der nicht im Motor 1 montiert ist, gemessen wird.
<Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137>
Die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 berechnet den Turbinenstromab-Druck P4, basierend auf der Abgasflussrate Qex, berechnet dann den Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t, welches der Zielwert des Turbinenstromauf-Drucks P3 ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck P4 und dem Soll-Vor/Nach-Turbinenstromauf-Druck P3t/P4t.
In Ausführungsform 1, wie in Gleichung (31) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 ein Atmosphärendruck-Druckverhältnis P4/P1, welches das Druckverhältnis des Turbinenstromab-Drucks P4 zum Atmosphärendruck P1 ist, entsprechend der Abgasflussrate Qex unter Verwendung eines Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeldes MAP6, in welchem die Beziehung zwischen der Abgasflussrate Qex und dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis P4/P1 vorab eingestellt ist. $P4 / P1 = MAP6 (Qex)$
Das Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeld MAP6 kann vorab eingestellt werden, basierend auf an dem Motor 1, in welchem der Superlader 36 montiert worden ist, gemessenen experimentellen Daten. In dieser Hinsicht jedoch, weil durch einen Abgaswiderstand, der einen Katalysator, einen Dämpfer und dergleichen enthält, bestimmt, ist die Charakteristik des Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeldes MAP6 die Basischarakteristik des Motors 1, welche nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängt; daher, selbst wenn eine Spezifikation des Superladers 36 geändert wird, kann das Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeldes MAP6 eingesetzt werden.
Die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 berechnet den Turbinenstromab-Druck P4, basierend auf dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis P4/P1 und dem echten Atmosphärendruck P1r, und berechnet dann den Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck P4 und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t. Spezifisch, wie in der Gleichung (32) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 den Turbinenstromab-Druck P4 durch Multiplizieren des Atmosphärendruck-Druckverhältnisses P4/P1 mit dem echten Atmosphärendruck P1r. Dann, wie in der Gleichung (33) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 den Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t durch Multiplizieren des Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisses P3t/P4t mit dem Turbinenstromab-Druck P4. $P4 = (P4 / P1) \times P1r$
$P3t = (P3t / P4t) \times P4$
<Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138>
Basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt, dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt.
In Ausführungsform 1 berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt zum Realisieren der Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt unter Verwendung einer fluidmechanischen theoretischen Formel, das heißt einer Öffnungsflussraten-Rechengleichung für ein komprimierbares Fluid, in welchem, wie es der Fall ist bei der oben beschriebenen Drosselklappe 4, der Fluss in der Umgebung des Wastegate-Ventils 34 als Flüsse vor und nach der Drosselklappe angesehen wird.
Wie es der Fall bei Gleichung (14) oben ist, wird die theoretische Gleichung für die Flussrate Qwg [g/s] von Luft, welche durch das Wastegate-Ventil 34 fließt, welches als Drosselklappe angesehen wird, wie in Gleichung (34) unten repräsentiert, aus dem Energieerhaltungssatz, einer isoentropen Flussrelationalgleichung, einer Schallgeschwindigkeits-Relationalgleichung und einer Zustandsgleichung abgeleitet. $\begin{array}{l} Qwg = ρ 3 \cdot a 3 \cdot Swg \cdot σ 3 \\ \begin{matrix} ∵ a 3 = \sqrt{κ \cdot R \cdot T 3}, & σ 3 = \sqrt{\frac{2}{κ - 1} [{(\frac{P4}{P3})}^{\frac{2}{κ}} - {(\frac{P4}{P3})}^{\frac{κ + 1}{κ}}]}, & ρ 3 = \frac{P3}{R \cdot T3} \end{matrix} \end{array}$
wobei p3, T3, a3 und Swg eine Abgasdichte auf der stromaufwärtigen Seite des Wastegate-Ventils 34, einer Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Wastegate-Ventils 34, eine Abgas-Schallgeschwindigkeit auf der stromaufwärtigen Seite des Wastegate-Ventils 34 bzw. eine effektive Öffnungsfläche des Wastegate-Ventils 34 sind. Das Zeichen σ3 ist ein Flussraten-Korrekturkoeffizient, der sich anhand des Druckverhältnisses P4/P3 des Flusses auf der stromabwärtigen Seite von (nach) dem Wastegate-Ventil 34 zur stromaufwärtigen Seite von (vor) dem Wastegate-Ventil 34 ändert.
Wie in Gleichung (35) repräsentiert, berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 den Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ3, der dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t entspricht, unter Verwendung eines Flussraten-Korrekturkoeffizienten-Kennfelds MAP7, in welchem die Beziehung zwischen dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und dem Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ3 vorab eingestellt wird, basierend auf der theoretischen Gleichung, für den Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ3 in der Gleichung (34) oben. $σ 3 = MAP 7 (P3t / P4t)$
Basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar und der echten Drehzahl Ner berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die Abgastemperatur T3. In Ausführungsform 1, wie in Gleichung (36) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die Abgastemperatur T3 entsprechend der echten Drehzahl Ner und der echten Ladeeffizienz Ecr, die basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar berechnet wird, unter Verwendung des Abgastemperatur-Kennfelds MAP8, in welchem die Beziehung zwischen der Ladeeffizienz Ec, der Drehzahl Ne und der Abgastemperatur T3 vorab eingestellt ist. Es kann zulässig sein, dass die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 als die End-Abgastemperatur T3 einen Wert berechnet, der durch Anwenden einer Verzögerungsfilterverarbeitung auf die unter Verwendung des Abgastemperatur-Kennfelds MAP8 berechneten Abgastemperatur T3 ermittelt wird. Das Abgastemperatur-Kennfeld MAP8 wird vorab eingestellt basierend auf experimentellen Daten, die am Motor 1 gemessen werden. Weil es die Basischarakteristik des Motors 1 ist, die nicht von der Spezifikation des auf der stromabwärtigen Seit des Motors 1 angeordneten Superlader 36 abhängt, kann die Charakteristik des Abgastemperatur-Kennfelds MAP8 eingesetzt werden, selbst wenn die Spezifikation des Superladers 36 geändert wird. $T3 = MAP 8 (Ecr, Ner)$
Wie in der Gleichung (37) unten repräsentiert, berechnet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die Schallgeschwindigkeit a3 entsprechend der Abgastemperatur T3 unter Verwendung eines Schallgeschwindigkeits-Kennfelds MAP9, in welchem die Beziehung zwischen der Temperatur T3 und der Schallgeschwindigkeit A3 vorab eingestellt wird, basierend auf der theoretischen Gleichung für die Schallgeschwindigkeit a3 in der Gleichung (34) oben. $a 3 = MAP 9 (T 3)$
Wie in der Gleichung (38) unten repräsentiert, verwendet die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die theoretische Gleichung für die Dichte p3 in der Gleichung (34) oben, um so die Dichte p3 zu berechnen, basierend auf dem Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t und der Abgastemperatur T3. $ρ 3 = P3t / (R \times T 3)$
Dann, wie in Gleichung (39) unten repräsentiert, teilt die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 die Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt durch den Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ3, die Schallgeschwindigkeit a3 und die Dichte p3, um so die Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt zu berechnen. $Swgt = Qwgt / (ρ 3 \times a 3 \times ρ 3)$
<Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139>
Die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 berechnet den Gateventil-Steuerwert WG, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt. Basierend auf dem Gateventil-Steuerwert WG gibt die Steuerung 100 ein Steuersignal an den Gateventil-Aktuator 34a aus, um so die Antriebssteuerung des Wastegate-Ventils 34 durchzuführen.
In Ausführungsform 1 wird der Wastegate-Ventilaktuator 34a, der ein elektrischer Typ ist, eingesetzt; wie in der Gleichung (40) unten repräsentiert, berechnet die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 den Gateventil-Steuerwert WG entsprechend der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt unter Verwendung eines effektiven Öffnungsflächenkennfelds MAP10, in welchem die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche Swg des Wastegate-Ventils 34 und dem Gateventil-Steuerwert WG vorab eingestellt wird. Das Effektivöffnungsflächen-Kennfeld MAP10 kann vorab basierend auf experimentellen Daten eingestellt werden, die am Superlader 36 (dem Wastegate-Ventil 34, dem Gateventil-Aktuator 34a) selbst gemessen werden, der nicht im Motor 1 montiert worden ist. $WG = MAP 10 (Swgt)$
Im Fall, bei dem der Gateventil-Aktuator 34a, der von einem Drucktyp ist, eingesetzt wird, kann es zusätzlich sein, dass die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 den Gateventil-Steuerwert WG entsprechend der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt und dem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2r/P1r berechnet, unter Verwendung eines Effektivöffnungsflächen-Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche Swg des Wastegate-Ventils 34, dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 und dem Gateventil-Steuerwert WG vorab eingestellt wird. Auch in diesem Fall kann das Effektivöffnungsflächen-Kennfeld vorab eingestellt werden, basierend auf experimentellen Daten, die am Superlader 36 (dem Wastegate-Ventil 34, dem Gateventil-Aktuator 34a) selbst gemessen werden, der nicht im Motor 1 montiert worden ist.
Die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 implementiert eine Antriebskraft-Rückkopplungssteuerung zum Ändern eines Rückkopplungs-Korrekturwerts WGfb, der den Gateventil-Steuerwert WG korrigiert, so dass die durch die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 berechnete echte Kompressorantriebskraft Pcr sich der Soll-Kompressorantriebskraft Pct nähert. Die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 setzt als den End-Gateventil-Steuerwert WG einen Wert ein, der durch Korrigieren des Gateventil-Steuerwerts WG mit dem Rückkopplungs-Korrekturwert WGfb ermittelt wird.
Darüber hinaus implementiert die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 eine Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerung, um so einen Rückkopplungslernwert WGlrn zum Korrigieren des Gateventil-Steuerwerts WG in Übereinstimmung mit einem Abweichungsbetrag des Rückkopplungs-Korrekturwerts WGfg gegenüber Null zu ändern. Dann, wie in der Gleichung (41) unten repräsentiert, setzt die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 als den EndGate-Steuerwert WG einen Wert ein, der durch Korrigieren des Gateventil-Steuerwerts WG mit dem Rückkopplungs-Korrekturwert WGfb und dem Rückkopplungslernwert WGlrn ermittelt wird. Hier wird der basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt basierend berechnete Gateventil-Steuerwert WG als ein Basis-Gateventil-Steuerwert WGb bezeichnet. $WG = WGb + WGfb + WGlrn$
Als die Antriebskraft-Rückkopplungssteuerung implementiert die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 eine PID-Steuerung zum Berechnen des Rückkopplungs-Korrekturwerts WGfb über eine Proportionaloperation, eine Integraloperation und eine Differentialoperation, basierend auf der Differenz zwischen der Soll-Kompressorantriebskraft Pct und der echten Kompressorantriebskraft Pcr. Wie in der Gleichung (42) unten repräsentiert, addiert die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 einen Proportionaloperationswert WGfbp, einen Integraloperationswert WGfbi und einen Differentialoperationswert WGfbd, um so den Rückkopplungs-Korrekturwert WGfb zu berechnen. $WGfb = WGfbp + WGfbi + WGfbd$
Als die Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerung berechnet die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 als den Rückkopplungslernwert WGlrn den Betrag einer Ableitung zwischen dem Integraloperationswert WGfbi und Null, der einen vorab eingestellten Schwellenwert übersteigt. Die Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerung wird implementiert, um eine durch Variationselemente wie etwa eine individuelle Differenz des Superladers 36 und eine zeitliche Änderung verursachte stationäre Rückkopplungsdifferenz zu absorbieren, um so die Effekte von Variationselementen zu reduzieren.
Wie oben beschrieben, kann die Antriebskraft-Rückkopplungssteuerung und die Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerung die Genauigkeit bei der Steuerung der Soll-Kompressorantriebskraft Pct durch den Umgehungsventil-Aktuator 33a anheben.
Als die Antriebskraft-Rückkopplungssteuerung kann die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 den Rückkopplungs-Korrekturwert WGfb auf solche Weise verändern, dass sich die echte Turbinenflussrate Qtr einer Soll-Turbinenflussrate Qtt annähert; alternativ kann die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 den Rückkopplungs-Korrekturwert WGfb auf solche Weise ändern, dass eine echte Wastegate-Flussrate Qwgr sich der Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt annähert. In diesen Fällen kann die Genauigkeit bei der Steuerung der Soll-Kompressorantriebskraft Pct angehoben werden.
Flussdiagramm
Die Prozedur (das Verfahren zum Steuern des mit dem Superlader 36 ausgestatteten Motors 1) des Verarbeitens durch die Steuerung 100 gemäß Ausführungsform 1 wird basierend auf den in den 4 bis 6 repräsentierten Flussdiagrammen erläutert. Die Prozessierobjekte, die in dem Flussdiagrammen in 4 bis 6 repräsentiert sind, werden gleichzeitig in jedem Konstantoperationszyklus implementiert, während die Rechenverarbeitungseinheit 90 Software (ein Programm) implementiert, welches in der Speichervorrichtung 91 gespeichert ist.
Zuerst wird das Flussdiagramm in 4 erklärt.
Im Schritt S01 implementiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 eine Antriebsbedingungs-Detektionsverarbeitung (einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt) für, wie oben erwähnt, das Detektieren der Antriebsbedingung des Motors 1. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 detektiert die echte Drehzahl Ner des Motors 1, die echte Einlassluftflussrate Qar und den echten Atmosphärendruck P1r. Zusätzlich zu den vorstehenden Antriebsbedingungen detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 verschiedene Arten von Antriebsbedingungen, wie etwa die echte Einlasslufttemperatur T1r, den echten Drosselöffnungsgrad THr, den echten Krümmerdruck Pbr, das Abgas-Luftkraftstoffverhältnis AF, den echten Superladungsdruck P2r, und den Fahrpedalöffnungsgrad D. Hier implementiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 (die echte Einlassluftflussraten-Recheneinheit 141) die Echteinlassluftflussraten-Rechenverarbeitung (einen Echteinlass-Luftflussraten-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, die echte Einlassluftflussrate Qar zu berechnen. Wie oben erwähnt, implementiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 (die Echt-Zylinder-Frischluftmengen-Recheneinheit 142) die echte Zylinderfrischluftmengen-Rechenverarbeitung (einen echten Zylinder-Frischluftmengen-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, die echte Ladeeffizienz Ecr und die echte Zylinderfrischluftmenge Qcr zu berechnen, basierend auf dem Ausgangssignal des Luftflusssensors 12 oder dem Krümmerdrucksensor 15. Darüber hinaus implementiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 110 (die Schätzdrehmoment-Recheneinheit 143) eine geschätzte Drehmoment-Rechenverarbeitung (einen geschätzten Drehmomentrechenschritt), um, wie oben beschrieben, das geschätzte Abgabedrehmoment TRQr des Motors 1 oder den geschätzten angezeigten mittleren Effektivdruck Pir zu berechnen.
Als Nächstes implementiert im Schritt S02 die Einlassluftsteuereinheit 111 eine Einlassluft-Steuerverarbeitung (einen Einlassluftsteuerschritt), um, wie oben beschrieben, die Einlassluft des Motors 1 zu steuern. Die Einlassluftsteuereinheit 111 berechnet die Soll-Einlassluftflussrate Qat und die Sollladeeffizienz Ect. Die Details der Verarbeitung im Schritt S02 werden im Flussdiagramm im 5 repräsentiert. Im Schritt S10 implementiert die verlangte Drehmomentrecheneinheit 120 eine verlangte Drehmoment-Rechenverarbeitung (einen verlangten Drehmomentrechenschritt), um, wie oben beschrieben, das verlangte Abgabedrehmoment TRQd zu berechnen, basierend auf dem Fahrpedalöffnungsgrad D, einer Anforderung aus einer externen Steuerung und dergleichen. Als Nächstes implementiert im Schritt S11 die Soll-Drehmomentrecheneinheit 121 eine Solldrehmoment-Rechenverarbeitung (einen Solldrehmoment-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, das Soll-Abgabedrehmoment TRQt oder den angegebenen mittleren Solleffektivdruck Pit zu berechnen, basierend auf dem verlangten Abgabedrehmoment TRQd. Dann implementiert im Schritt S12 die Soll-Zylinderfrischluftmengen-Recheneinheit 122 eine Soll-Zylinderfrischluftmengen-Rechenverarbeitung (einen Soll-Zylinderfrischluftmengen-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Sollladeeffizienz Ect und die Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct zu berechnen, basierend auf dem Soll-Abgabedrehmoment TRQt oder dem Soll-Anzeigemittel-Effektivdruck Pit. Im Schritt S13 implementiert die Soll-Einlassluftflussraten-Recheneinheit 123 eine Soll-Einlassluftflussraten-Rechenverarbeitung (einen Soll-Einlassluftflussraten-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Soll-Einlassluftflussrate Qat zu berechnen, basierend auf der Soll-Zylinderfrischluftmenge Qct. Im Schritt S14 implementiert die Drosselöffnungsgrad-Steuereinheit 124 eine Drosselöffnungsgrad-Steuerverarbeitung (einen Drosselöffnungsgrad-Steuerschritt), um, wie oben beschrieben, den Drosselöffnungsgrad zu steuern, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate Qat.
Als nächstes implementiert im Schritt S03 in 4 die Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 eine Wastegate-Ventil-Steuerverarbeitung (einen Wastegate-Ventil-Steuerschritt), um, wie oben beschrieben, eine Antriebssteuerung des Wastegate-Ventils 34 durchzuführen, um so den Superladungsdruck P2 zu steuern. Die Details der Verarbeitung im Schritt S03 werden im Flussdiagramm in 6 repräsentiert. Im Schritt S21 implementiert die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 eine Soll-Superladungsdruck-Berechnungsverarbeitung (einen Soll-Superladungsdruck-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, den Soll-Superladungsdruck P2t zu berechnen, basierend auf der Sollladeeffizienz Ect und der echten Drehzahl Ner. Im Schritt S22 implementiert die Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 eine Sollkompressor-Antriebskraftrechenverarbeitung (einen Soll-Kompressorantriebskraft-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Soll-Kompressorantriebskraft Pct zu berechnen, basierend auf der im Einlassluftsteuerschritt berechneten Soll-Einlassluftflussrate Qat oder/und dem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r, welches das Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks P2t und des echten Atmosphärendrucks P1r ist.
Im Schritt S23 implementiert die Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 eine Soll-Turbinenflussraten-Rechenverarbeitung (einen Soll-TurbinenflussratenRechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Soll-Turbinenflussrate Qtt zu berechnen, welche die Soll-Kompressorantriebskraft Pct realisiert. Im Schritt S24 implementiert die Abgasflussratenrecheneinheit 134 die Abgasflussraten-Rechenverarbeitung (einen AbgasflussratenRechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Abgasflussrate Qex zu berechnen, basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar und dem Luftkraftstoffverhältnis AF des Motors 1. Im Schritt S25 implementiert die Soll-Gateflussratenrecheneinheit 135 die Soll-Gateflussraten-Rechenverarbeitung (einen Soll-Gateflussratenrechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt zu berechnen, basierend auf der Abgasflussrate Qex und der Soll-Turbinenflussrate Qtt. Im Schritt S26 implementiert die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Rechenverarbeitung (einen Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, das Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t zu berechnen, welches die Soll-Kompressorantriebskraft Pct oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2t/P1r realisiert.
Im Schritt S27 implementiert die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 eine Soll-Turbinenstromauf-Druck-Rechenverarbeitung (einen Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinschritt), um, wie oben beschrieben, den Turbinenstromab-Druck P4 zu berechnen, basierend auf der Abgasflussrate Qex und dann den Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t zu berechnen, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck P4 und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t. Im Schritt S28 implementiert die Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 eine Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Rechenverarbeitung (einen Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Rechenschritt), um, wie oben beschrieben, die Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt zu berechnen, welche der Sollwert der Effektivöffnungsfläche Swg des Wastegate-Ventils 34 ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate Swgt, dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3t/P4t und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck P3t.
In Ausführungsform 1 implementiert im Schritt S29 die Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit 140 die Echte Kompressorantriebskraft-Rechenverarbeitung (einen echten Kompressorantriebskraftrechenschritt), um, wie oben beschrieben, die echte Kompressorantriebskraft Pcr zu berechnen, basierend auf der echten Einlassluftflussrate Qar und dem echten Superladungsdruck P2r.
Im Schritt S30 implementiert die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 eine Gateventil-Steuerwert-Rechenverarbeitung (einen Gateventil-Steuerwertrechenschritt), um, wie oben beschrieben, den Gateventil-Steuerwert WG zu berechnen, welches der Steuerwert WG für den Gateventil-Aktuator 34a ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche Swgt. In Ausführungsform 1 implementiert die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 eine Antriebskraft-Rückkopplungs-Steuerverarbeitung (einen Antriebskraft-Rückkopplungssteuerschritt), um, wie oben beschrieben, den Gatewertsteuerwert WG durch Ändern des Rückkopplungs-Korrekturwerts WGfb zu korrigieren, so dass die echte Kompressorantriebskraft Pcr sich der Soll-Kompressorantriebskraft Pct annähert. Darüber hinaus implementiert die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 eine Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerverarbeitung (einen Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerschritt), um, wie oben beschrieben, den Gateventil-Steuerwert WG durch Ändern des Rückkopplungslernwerts WGlrn in Übereinstimmung mit einem Abweichungsbetrag des Rückkopplungs-Korrekturwerts WGfb von Null zu korrigieren.
Zusammenfassung
Die Steuerung 100 gemäß Ausführungsform 1 ermöglicht es, dass der mit dem Superlader 36 ausgerüstete Motor 1, welcher das Wastegate-Ventil 34 beinhaltet, exzellente Charakteristika wie etwa Betrieb bei hoher Beschleunigungsresponsivität, Fahren bei einem Kraftstoffoptimalpunkt und Fähigkeit des Erlernens von Variationselementen aufweist; weiterhin ermöglicht die Steuerung 100 gemäß Ausführungsform 1, dass die Arbeit für die Datenmessung und die Anpassung, welche implementiert werden muss, nachdem der Motor 1 und der Superlader 36 miteinander integriert worden sind, im Vergleich zu konventionellen Technologien reduziert werden kann.
Darüber hinaus berechnet in der Steuerung 100 gemäß Ausführungsform 1 die Einlassluftsteuereinheit 111 das erlangte Abgabedrehmoment TRQd, basierend auf der Gaspedalbedienung eines Fahrers und dem Drehmomentsollwert aus einer externen Steuerung, berechnet die Soll-Einlassluftflussrate Qat, mit welcher das verlangte Abgabedrehmoment TRQd erzielt werden kann, berechnet einen Soll-Drosselöffnungsgrad, um die Soll-Einlassluftflussrate Qat zu erzielen, und steuert dann den Drosselöffnungsgrad. Im Ergebnis wird es ermöglicht, die Drehmomentanforderung vom Fahrer oder einer anderen Steuerung getrennt vom Steuersystem des Wastegate-Ventils 34 zu realisieren; somit kann eine Änderung der Beschleunigungsantwort-Charakteristik leicht realisiert werden.
Im Gegensatz dazu, in dem Fall, bei dem, weil der verlangte Drehmomentwert groß ist, eine Superladung erforderlich ist, um die Soll-Einlassluftflussrate Qat zu realisieren, wird der Soll-Superladungsdruck P2t, welcher der gleiche oder größer ist als der Atmosphärendruck P1, berechnet; entsprechend, weil die Soll-Kompressorantriebskraft Pct einen positiven Wert erhält (gleich oder größer als „0“), wird die zu diesem positiven Wert korrespondierende Soll-Turbinenflussrate Qtt berechnet. Darüber hinaus, in dem Fall, bei dem die Abgasflussrate Qex größer als die Soll-Turbinenflussrate Qtt ist, wird die Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt von Abgas, welches das Wastegate-Ventil 34 passiert, um so die Turbine 32 zu umgehen, berechnet, wird ein Wastegate-Ventilöffnungsgrad, mit welchem die Soll-Wastegate-Flussrate Qwgt erzielt werden kann, berechnet, basierend auf der Öffnungsflussraten-Rechengleichung für ein komprimierbares Fluid, und wird dann Antriebssteuerung auf das Wastegate-Ventil 34 angewendet.
Weil auf diese Weise der zum Erzielen der Soll-Einlassluftflussrate Qat erforderliche Superladedruck P2 genau gesteuert wird, indem das Wastegate-Ventil 34 betrieben wird, wird es ermöglicht, den Antrieb bei einem optimalen Kraftstoffpunkt durchzuführen, während eine verschwenderische Superladung eliminiert wird; darüber hinaus wird die Drosselklappe 4 betrieben; somit kann schließlich die Soll-Einlassluftflussrate Qat erzielt werden. Darüber hinaus, weil der Wastegate-Ventilöffnungsgrad erlernt ist, wird es ermöglicht, Variationselemente zu erlernen.
Die Kennfelder MAP1 bis MAP10, die in der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 einzusetzen sind, werden in 7 versammelt repräsentiert.
Das Druckadditionswert-Kennfeld MAP1 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Sollladeeffizienz Ect, der Drehzahl Ne und dem Druckadditionswert KP2 vorab eingestellt ist, und wird in der Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit 131 eingesetzt. Das Druckadditionswert-Kennfeld MAP1 kann durch ein Entwerfen am Desktop eingestellt werden.
Das Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten-Kennfeld MAP2 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 und dem Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten F1 vorab eingestellt ist, und wird in der Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 eingesetzt. Das Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten-Kennfeld MAP2 wird basierend auf der in Gleichung (20) repräsentierten theoretischen Gleichung eingestellt.
Das adiabatische Effizienz-Rechenkennfeld MAP3 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Einlassluftflussrate Qa, dem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 und der adiabatischen Effizienz ηc des Kompressors 31 vorab eingestellt wird und wird in der Soll-Kompressorantriebskraft-Recheneinheit 132 eingesetzt. Das adiabatische Effizienz-Rechenkennfeld MAP3 wird basierend auf experimentellen Daten eingestellt, die am Superlader 36 (dem Kompressor 31) selbst gemessen werden, der nicht im Motor 1 montiert worden ist.
Das Turbinenflussratenkennfeld MAP4 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Turbinenabgabe Pt und der Turbinenflussrate Qt vorab eingestellt ist, und wird in der Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit 133 eingesetzt. Das Turbinenflussratenkennfeld MAP4 wird basierend auf experimentellen Daten eingestellt, die am Superlader 36 (der Turbine 32) selbst, der nicht im Motor 1 montiert worden ist gemessen wird.
Das Turbinendruckverhältnis-Kennfeld MAP5 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Turbinenabgabe Pt und dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 vorab eingestellt wird, und wird in der Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit 136 eingesetzt. Das Turbinendruckverhältnis-Kennfeld MAP5 wird basierend auf experimentellen Daten eingestellt, die am Superlader 36 (der Turbine 32) selbst, der nicht im Motor 1 montiert worden ist, gemessen werden.
Das Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeld MAP6 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Abgasflussrate Qex und dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis P4/P1, welches das Druckverhältnis des Turbinenstromab-Drucks P4 und des Atmosphärendrucks P1 ist, vorab eingestellt wird, und wird in der Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit 137 eingesetzt. Das Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeld MAP6 wird durch ein Abgaswiderstand bestimmt, der einen Katalysator, einen Dämpfer und dergleichen auf der stromabwärtigen Seite des Superladers 36 vorgesehen beinhaltet und wird basierend auf experimentellen Daten am Motor 1 eingestellt, die nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängen.
Das Flussraten-Korrekturkoeffizienten-Kennfeld MAP7 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen dem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und dem Flussraten-Korrekturkoeffizienten σ3 vorab eingestellt wird, und wird in der Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 eingesetzt. Das Flussraten-Korrekturkoeffizienten-Kennfeld MAP7 wird basierend auf der in Gleichung (34) repräsentierten theoretischen Gleichung eingestellt.
Das Abgastemperaturkennfeld MAP8 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Ladeeffizienz Ec, der Drehzahl Ne, und der Abgastemperatur T3 vorab eingestellt wird, und wird in der Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 eingesetzt. Das Abgastemperaturkennfeld MAP8 wird basierend auf experimentellen Daten zum Motor 1 eingestellt, welche nicht von der Spezifikation des auf der stromabwärtigen Seite des Motors 1 angeordneten Superladers 36 abhängen.
Das Schallgeschwindigkeits-Kennfeld MAP9 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Temperatur T3 und der Schallgeschwindigkeit a3 vorab eingestellt wird und wird in der Soll-Gate-Effektivöffnungsflächen-Recheneinheit 138 eingesetzt. Das Schallgeschwindigkeits-Kennfeld MAP9 wird basierend auf der theoretischen Gleichung, die in Gleichung (34) repräsentiert ist, eingestellt.
Das Effektivöffnungsflächen-Kennfeld MAP10 ist ein Kennfeld, in welchem die Beziehung zwischen der Effektivöffnungsfläche Swg des Wastegate-Ventils 34 und dem Gateventil-Steuerwert WG vorab eingestellt ist, und wird in der Gateventil-Steuerwertrecheneinheit 139 eingesetzt. Das Effektivöffnungsflächen-Kennfeld MAP10 wird basierend auf experimentellen Daten eingestellt, die am Superlader 36 (dem Wastegate-Ventil 34, dem Gateventil-Aktuator 34a) selbst, der nicht im Motor 1 montiert worden ist, gemessen werden.
Wie oben beschrieben, können sowohl das Druckadditionswert-Kennfeld MAP1 als auch das Druckverhältnis-Korrekturkoeffizienten-Kennfeld MAP2, das Flussraten-Korrekturkoeffizienten-Kennfeld MAP7 und das Schallgeschwindigkeits-Kennfeld MAP9 in einer Desktop-Entwurfsweise eingestellt werden, basierend auf einer theoretischen Gleichung oder dergleichen, und können selbst dann eingesetzt werden, wenn die Spezifikation des Motors 1 oder des Superladers 36 geändert wird.
Sowohl das adiabatische Effizienz-Rechenkennfeld MAP3, als auch das Turbinenflussratenkennfeld MAP4, das Turbinendruckverhältnis-Kennfeld MAP5 und das Effektivöffnungsflächen-Kennfeld MAP10 können basierend auf experimentellen Daten eingestellt sein, die am Superlader 36 selbst, der nicht im Motor 1 montiert worden ist, gemessen werden und können selbst dann eingesetzt werden, wenn die Spezifikation des Motors 1 geändert wird, solange wie die Spezifikation eines einzelnen und desselben Superladers 36 eingesetzt wird.
Sowohl das Turbinenstromab-Druckverhältnis-Kennfeld MAP6 als auch das Abgastemperatur-Kennfeld MAP8 können basierend auf experimentellen Daten zum Motor 1 eingestellt werden, die nicht von der Spezifikation des Superladers 36 abhängen, und können eingesetzt werden, selbst wenn die Spezifikation des Superladers 36 verändert wird, solange wie die Spezifikation eines einzelnen und desselben Motors eingesetzt wird.
Wie oben beschrieben, werden die in der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 einzusetzenden Kennfelder MAP1 bis MAP10 durch einen theoretischen Wert, die Charakteristik des Superladers 36 selbst, oder die Charakteristik des Motors 1 kategorisiert. Umgekehrt gesagt, werden die Steuereinheiten der Wastegate-Ventil-Steuereinheit 112 so ausgelegt, dass die durch einen theoretischen Wert kategorisierten Kennfelder, die Charakteristik des Superladers 36 selbst oder die Charakteristik des Motors 1 darin eingesetzt werden können. Entsprechend, selbst in dem Fall, bei dem im Motor 1 mit einer einzelnen und derselben Spezifikation der Superlader 36 durch einen anderen mit einer anderen Spezifikation ersetzt wird, oder der Superlader 36 mit einer einzelnen und derselben Spezifikation in einem anderen Motor mit einer anderen Spezifikation eingesetzt wird, kann das Kennfeld eingesetzt werden; als Ergebnis können die Mannstunden für Datenmessung und Anpassung reduziert werden.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein „Kennfeld“ eine Funktion, welche die Beziehung zwischen einer Mehrzahl von Variablen repräsentiert; statt eines Kennfelds kann ein Polynom, ein mathematischer Ausdruck, eine Datentabelle oder dergleichen eingesetzt werden.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich werden, ohne vom Geist und Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen, und es versteht sich, dass dieser nicht auf die hier dargestellten illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Steuerung (100) für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1), der eine in einem Abgaspfad (7) vorgesehene Turbine (32), einen Kompressor (31), der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe (4) in einem Einlasspfad (2) vorgesehen ist und integral mit der Turbine (32) rotiert, ein in einem Umgehungspfad (37) des Abgaspfads (7), der die Turbine (32) umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil (34), und einen Gateventil-Aktuator (34a), der das Wastegate-Ventil (34) antreibt, aufweist; wobei die Steuerung (100) für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1) umfasst: eine Antriebsbedingungs-Detektoreinheit (110), die eine echte Drehzahl (Ner) und echte Einlassluftflussrate (Qar) des Verbrennungsmotors (1) und einen echten Atmosphärendruck (Pir) detektiert; eine Einlassluftsteuereinheit (111), die eine Soll-Einlassluftflussrate (Qat) und eine Soll-Ladeeffizienz (Ect) des Verbrennungsmotors (1) berechnet, eine Soll-Superladungsdruckrecheneinheit (131), die einen Soll-Superladungsdruck (P2t) berechnet, der ein Sollwert eines Superladungsdrucks (P2) ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors (31) und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe (4) liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz (Ect) und der echten Drehzahl (Ner), eine Soll-Kompressor-Antriebskraftrecheneinheit (132), die eine Soll-Kompressor-Antriebskraft (Pct) berechnet, die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate (Qat) oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r), welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks (P2t) und des echten Atmosphärendrucks (P1r) ist, eine Soll-Turbinenflussratenrecheneinheit (133), die eine Soll-Turbinenflussrate (Qtt) berechnet, zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct), die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine (32) fließt, eine Abgasflussratenrecheneinheit (134), die eine Abgasflussrate (Qex) berechnet, die aus dem Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) und einem Luftkraftstoffverhältnis (AF) des Verbrennungsmotors (1), eine Soll-Gate-Flussratenrecheneinheit (135), die eine Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt) berechnet, welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad (37) durch das Wastegate-Ventil (34) fließt, basierend auf der Abgasflussrate (Qex) und der Soll-Turbinenflussrate (Qtt), eine Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrecheneinheit (136), die ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) berechnet, um die Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r) zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine (32) und eines Drucks nach der Turbine (32) ist, eine Soll-Turbinen-stromauf-Druckrecheneinheit (137), die einen Turbinenstromab-Druck (P4) berechnet, basierend auf der Abgasflussrate (Qex), und dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t) berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks (P3) ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck (P4) und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t), eine Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrecheneinheit (138), die eine Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt) berechnet, die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche (Swg) des Wastegate-Ventils (34) ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t), und eine Gateventil-Sollwertrecheneinheit (139), die einen Gateventil-Steuerwert (WG) berechnet, der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator (34a) ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt), wobei die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (110) einen echten Krümmerdruck (Pbr), welcher ein Druck in einem Ansaugkrümmer (5) ist, der einen Einlasspfad- (2) Teil bildet, der an der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) gelegen ist, und eine echte Einlasslufttemperatur (T1r) detektiert, und wobei die Soll-Superladungsdruck-Recheneinheit (131) eine volumetrische Effizienz (Kv) auf Basis des Ansaugkrümmers (5) berechnet, basierend auf der echten Drehzahl (Ner) und dem echten Krümmerdruck (Pbr), einen Sollkrümmerdruck (Pbt), der ein Sollwert eines Krümmerdrucks (Pb) ist, basierend auf der volumetrischen Effizienz (Kv), der Sollladeeffizienz (Ect) und der echten Einlasslufttemperatur (T1r) berechnet und dann einen Druckadditionswert (KP2) zu dem Sollkrümmerdruck (Pbt) addiert, um so den Sollsuperladedruck (P2t) zu berechnen.
Steuerung (100) für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1), der eine in einem Abgaspfad (7) vorgesehene Turbine (32), einen Kompressor (31), der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe (4) in einem Einlasspfad (2) vorgesehen ist und integral mit der Turbine (32) rotiert, ein in einem Umgehungspfad (37) des Abgaspfads (7), der die Turbine (32) umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil (34), und einen Gateventil-Aktuator (34a), der das Wastegate-Ventil (34) antreibt, aufweist; wobei die Steuerung (100) für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1) umfasst: eine Antriebsbedingungs-Detektoreinheit (110), die eine echte Drehzahl (Ner) und echte Einlassluftflussrate (Qar) des Verbrennungsmotors (1) und einen echten Atmosphärendruck (Pir) detektiert; eine Einlassluftsteuereinheit (111), die eine Soll-Einlassluftflussrate (Qat) und eine Soll-Ladeeffizienz (Ect) des Verbrennungsmotors (1) berechnet, eine Soll-Superladungsdruckrecheneinheit (131), die einen Soll-Superladungsdruck (P2t) berechnet, der ein Sollwert eines Superladungsdrucks (P2) ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors (31) und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe (4) liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz (Ect) und der echten Drehzahl (Ner), eine Soll-Kompressor-Antriebskraftrecheneinheit (132), die eine Soll-Kompressor-Antriebskraft (Pct) berechnet, die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate (Qat) oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r), welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks (P2t) und des echten Atmosphärendrucks (Pir) ist, eine Soll-Turbinenflussratenrecheneinheit (133), die eine Soll-Turbinenflussrate (Qtt) berechnet, zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct), die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine (32) fließt, eine Abgasflussratenrecheneinheit (134), die eine Abgasflussrate (Qex) berechnet, die aus dem Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) und einem Luftkraftstoffverhältnis (AF) des Verbrennungsmotors (1), eine Soll-Gate-Flussratenrecheneinheit (135), die eine Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt) berechnet, welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad (37) durch das Wastegate-Ventil (34) fließt, basierend auf der Abgasflussrate (Qex) und der Soll-Turbinenflussrate (Qtt), eine Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrecheneinheit (136), die ein Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) berechnet, um die Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r) zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine (32) und eines Drucks nach der Turbine (32) ist, eine Soll-Turbinen-stromauf-Druckrecheneinheit (137), die einen Turbinenstromab-Druck (P4) berechnet, basierend auf der Abgasflussrate (Qex), und dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t) berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks (P3) ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck (P4) und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t), eine Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrecheneinheit (138), die eine Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt) berechnet, die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche (Swg) des Wastegate-Ventils (34) ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t), und eine Gateventil-Sollwertrecheneinheit (139), die einen Gateventil-Steuerwert (WG) berechnet, der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator (34a) ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt), weiter umfassend eine Echtkompressorantriebskraft-Recheneinheit (140), die eine echte Kompressorantriebskraft (Pcr) berechnet, welche ein Detektionswert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) oder/und einem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2r/P1r), welches ein Druckverhältnis eines durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (110) detektierten echten Superladungsdrucks (P2r) und des echten Atmosphärendruck (Pir) ist, wobei die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit (139) eine Antriebskraft-Rückkopplungssteuerung zum Ändern eines Rückkopplungskorrekturwerts (WGfb) implementiert, welcher den Gateventil-Steuerwert (WG) korrigiert, um die echte Kompressorantriebskraft (Per) dazu zu bringen, sich der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) anzunähern, und einen durch Korrigieren des Gateventil-Steuerwertes (WG) mit dem Rückkopplungs-Korrekturwert (WGfb) ermittelten Wert als einen Endwert des Gateventil-Steuerwerts (WG) einstellt.
Steuerung (100) für einen Verbrennungsmotor (1), der mit einem Superlader (36) ausgestattet ist, gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Soll-Turbinenflussraten-Recheneinheit (133) als die Soll-Turbinenflussrate (Qtt) die Turbinenflussrate entsprechend der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) berechnet, unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen einer Turbinenflussrate (Qt) und einer Turbinenabgabe (Pt), welche die Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, vorab eingestellt ist, wobei die Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis-Recheneinheit (136) als das Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) das Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis entsprechend der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r) berechnet, unter Verwendung eines Kennfelds, in welchem die Beziehung zwischen Antriebskraft für den Kompressor (31) oder einem Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2/P1), welches das Druckverhältnis des Superladungsdrucks (P2) und eines Atmosphärendrucks (P1) ist, und einem Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3/P4), welches ein Druckverhältnis eines Drucks vor der Turbine (32) und eines Drucks nach der Turbine (32) ist, vorab eingestellt ist, und wobei die Soll-Turbinenstromauf-Druck-Recheneinheit (137) das Atmosphärendruck-Druckverhältnis (P4/P1) entsprechend der Abgasflussrate (Qex) unter Verwendung eines Kennfeldes berechnet, in welchem die Beziehung zwischen der Abgasflussrate (Qex) und einem Atmosphärendruck-Druckverhältnis (P4/P1), das ein Druckverhältnis eines Turbinenstromab-Drucks (P4) und des Atmosphärendrucks (P1) ist, vorab eingestellt wird, einen Turbinenstromab-Druck (P4) basierend auf dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis (P4/P1) und dem echten Atmosphärendruck (P1r) berechnet und dann den Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t) basierend auf dem Turbinenstromab-Druck (P4) und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) berechnet.
Steuerung (100) für einen Verbrennungsmotor (1), der mit einem Superlader (36) ausgerüstet ist, gemäß Anspruch 2, wobei die Gateventil-Steuerwertrecheneinheit (139) eine Antriebskraft-Rückkopplungs-Lernsteuerung zum Ändern eines Rückkopplungslernwerts (WGlrn) implementiert, der den Gateventil-Steuerwert (WG) korrigiert, gemäß einem Rückkopplungslernwert (WGlrn) des Rückkopplungs-Korrekturwerts (WGfb) gegenüber einem Referenzwert und einem durch Korrigieren des Gateventil-Steuerwerts (WG) mit dem Rückkopplungs-Korrekturwert (WGfb) ermittelten Wert und dem Rückkopplungslernwert (WGlrn) als einen Endwert des Gateventil-Steuerwertes (WG) einstellt.
Steuerverfahren für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1), der eine in einem Abgaspfad (7) vorgesehene Turbine (32), einen Kompressor (31), der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe (4) in einem Einlasspfad (2) vorgesehen ist und integral mit der Turbine (32) rotiert, ein in einem Umgehungspfad (37) des Abgaspfads (7), der die Turbine (32) umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil (34), und einen Gateventil-Aktuator (34a), der das Wastegate-Ventil (34) antreibt, aufweist; wobei das Steuerverfahren für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1) umfasst: einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt des Detektierens einer echten Drehzahl (Ner) und echten Einlassluftflussrate (Qar) des Verbrennungsmotors (1) und eines echten Atmosphärendrucks (P1r); einen Einlassluftsteuerschritt des Berechnens einer Soll-Einlassluftflussrate (Qat) und einer Soll-Ladeeffizienz (Ect) des Verbrennungsmotors (1), einen Soll-Superladungsdruckrechenschritt des Berechnens eines Soll-Superladungsdrucks (P2t), der ein Sollwert eines Superladungsdrucks (P2) ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors (31) und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe (4) liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz (Ect) und der echten Drehzahl (Ner), einen Soll-Kompressor-Antriebskraftrechenschritt des Berechnens einer Soll-Kompressor-Antriebskraft (Pct), die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate (Qat) oder/und einem Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r), welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks (P2t) und des echten Atmosphärendrucks (P1r) ist, einen Soll-Turbinenflussratenrechenschritt des Berechnens einer Soll-Turbinenflussrate (Qtt), zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct), die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine (32) fließt, einen Abgasflussratenrechenschritt des Berechnens einer Abgasflussrate (Qex), die aus dem Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) und einem Luftkraftstoffverhältnis (AF) des Verbrennungsmotors (1), einen Soll-Gate-Flussratenrechenschritt des Berechnens einer Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad (37) durch das Wastegate-Ventil (34) fließt, basierend auf der Abgasflussrate (Qex) und der Soll-Turbinenflussrate (Qtt); einen Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrechenschritt des Berechnens eines Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisses (P3t/P4t), um die Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r) zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine (32) und eines Drucks nach der Turbine (32) ist, einen Soll-Turbinen-stromauf-Druckrechenschritt des Berechnens eines Turbinenstromab-Drucks (P4), basierend auf der Abgasflussrate (Qex), der dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t) berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks (P3) ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck (P4) und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t), einen Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrechenschritt des Berechnens einer Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt), die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche (Swg) des Wastegate-Ventils (34) ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t), und einen Gateventil-Sollwertrechenschritt des Berechnens eines Gateventil-Steuerwerts (WG), der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator (34a) ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt), wobei der Antriebsbedingungs-Detektionsschritt einen echten Krümmerdruck (Pbr), welcher ein Druck in einem Ansaugkrümmer (5) ist, der einen Einlasspfad- (2) Teil bildet, der an der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) gelegen ist, und eine echte Einlasslufttemperatur (T1r) detektiert, und wobei der Soll-Superladungsdruckrechenschritt eine volumetrische Effizienz (Kv) auf Basis des Ansaugkrümmers (5) berechnet, basierend auf der echten Drehzahl (Ner) und dem echten Krümmerdruck (Pbr), einen Sollkrümmerdruck (Pbt), der ein Sollwert eines Krümmerdrucks (Pb) ist, basierend auf der volumetrischen Effizienz (Kv), der Sollladeeffizienz (Ect) und der echten Einlasslufttemperatur (T1r) berechnet und dann einen Druckadditionswert (KP2) zu dem Sollkrümmerdruck (Pbt) addiert, um so den Sollsuperladedruck (P2t) zu berechnen.
Steuerverfahren für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1), der eine in einem Abgaspfad (7) vorgesehene Turbine (32), einen Kompressor (31), der auf der stromaufwärtigen Seite einer Drosselklappe (4) in einem Einlasspfad (2) vorgesehen ist und integral mit der Turbine (32) rotiert, ein in einem Umgehungspfad (37) des Abgaspfads (7), der die Turbine (32) umgeht, vorgesehenes Wastegate-Ventil (34), und einen Gateventil-Aktuator (34a), der das Wastegate-Ventil (34) antreibt, aufweist; wobei das Steuerverfahren für einen mit einem Superlader (36) ausgerüsteten Verbrennungsmotor (1) umfasst: einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt des Detektierens einer echten Drehzahl (Ner) und echten Einlassluftflussrate (Qar) des Verbrennungsmotors (1) und eines echten Atmosphärendrucks (P1r); einen Einlassluftsteuerschritt des Berechnens einer Soll-Einlassluftflussrate (Qat) und einer Soll-Ladeeffizienz (Ect) des Verbrennungsmotors (1), einen Soll-Superladungsdruckrechenschritt des Berechnens eines Soll-Superladungsdrucks (P2t), der ein Sollwert eines Superladungsdrucks (P2) ist, der ein Druck an einer Position im Einlasspfadteil ist, die auf der stromabwärtigen Seite des Kompressors (31) und der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe (4) liegt, basierend auf der Soll-Ladeeffizienz (Ect) und der echten Drehzahl (Ner), einen Soll-Kompressor-Antriebskraftrechenschritt des Berechnens einer Soll-Kompressor-Antriebskraft (Pct), die ein Sollwert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der Soll-Einlassluftflussrate (Qat) oder/und einem Soll-Vor/Nach- Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r), welches ein Druckverhältnis des Soll-Superladungsdrucks (P2t) und des echten Atmosphärendrucks (P1r) ist, einen Soll-Turbinenflussratenrechenschritt des Berechnens einer Soll-Turbinenflussrate (Qtt), zum Realisieren der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct), die die Flussrate von Abgas ist, welches durch die Turbine (32) fließt, einen Abgasflussratenrechenschritt des Berechnens einer Abgasflussrate (Qex), die aus dem Verbrennungsmotor (1) abgegeben wird, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) und einem Luftkraftstoffverhältnis (AF) des Verbrennungsmotors (1), einen Soll-Gate-Flussratenrechenschritt des Berechnens einer Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), welche ein Sollwert einer Flussrate von Abgas ist, das in den Umgehungspfad (37) durch das Wastegate-Ventil (34) fließt, basierend auf der Abgasflussrate (Qex) und der Soll-Turbinenflussrate (Qtt); einen Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnisrechenschritt des Berechnens eines Soll-Vor/Nach- Turbinendruckverhältnisses (P3t/P4t), um die Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) oder das Soll-Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2t/P1r) zu realisieren, das das Verhältnis eines Drucks vor der Turbine (32) und eines Drucks nach der Turbine (32) ist, einen Soll-Turbinen-stromauf-Druckrechenschritt des Berechnens eines Turbinenstromab-Drucks (P4), basierend auf der Abgasflussrate (Qex), der dann einen Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t) berechnet, der ein Sollwert eines Turbinenstromauf-Drucks (P3) ist, basierend auf dem Turbinenstromab-Druck (P4) und dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t), einen Soll-Gate-Effektivöffnungsflächenrechenschritt des Berechnens einer Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt), die ein Sollwert einer effektiven Öffnungsfläche (Swg) des Wastegate-Ventils (34) ist, basierend auf der Soll-Wastegate-Flussrate (Qwgt), dem Soll-Vor/Nach-Turbinendruckverhältnis (P3t/P4t) und dem Soll-Turbinenstromauf-Druck (P3t), und einen Gateventil-Sollwertrechenschritt des Berechnens eines Gateventil-Steuerwerts (WG), der ein Steuerwert für den Gateventil-Aktuator (34a) ist, basierend auf der Soll-Gate-Effektivöffnungsfläche (Swgt), weiter umfassend einen Echtkompressorantriebskraftrechenschritt des Berechnens einer echten Kompressorantriebskraft (Pcr), welche ein Detektionswert einer Antriebskraft für den Kompressor (31) ist, basierend auf der echten Einlassluftflussrate (Qar) oder/und einem echten Vor/Nach-Kompressordruckverhältnis (P2r/P1r), welches ein Druckverhältnis eines durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (110) detektierten echten Superladungsdrucks (P2r) und des echten Atmosphärendruck (P1r) ist, wobei der Gateventil-Steuerwertrechenschritt eine Antriebskraft-Rückkopplungssteuerung zum Ändern eines Rückkopplungskorrekturwerts (WGfb) implementiert, welcher den Gateventil-Steuerwert (WG) korrigiert, um die echte Kompressorantriebskraft (Per) dazu zu bringen, sich der Soll-Kompressorantriebskraft (Pct) anzunähern, und einen durch Korrigieren des Gateventil-Steuerwertes (WG) mit dem Rückkopplungs-Korrekturwert (WGfb) ermittelten Wert als einen Endwert des Gateventil-Steuerwerts (WG) einstellt.