DE102017106397B4

DE102017106397B4 - Verbrennungsmotorsystem

Info

Publication number: DE102017106397B4
Application number: DE102017106397.8A
Authority: DE
Inventors: Wataru Fukui
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-03-25
Also published as: DE102017106397A1; JP2017203398A; US10428750B2; CN107355302A; CN107355302B; US20170328288A1; JP6315028B2

Abstract

Verbrennungsmotorsystem, aufweisend:eine Turbine (58), die in einem Abgaskanal (30) eines Verbrennungsmotors (2) vorgesehen ist,einen Verdichter (52), der in einem Ansaugkanal (10) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet ist und von der Turbine (58) angetrieben wird,eine Drosselklappe (24), die im Ansaugkanal an einer Stelle stromabwärts in Bezug auf den Verdichter (52) vorgesehen ist,einen Frischlufteinführungskanal (72), der einen Bereich, der in Bezug auf den Verdichter (52) stromaufwärts liegt, und einen Bereich, der in Bezug auf die Drosselklappe (24) im Ansaugkanal (10) stromabwärts liegt, miteinander verbindet,ein Frischlufteinführungsventil (74), das im Frischlufteinführungskanal (72) bereitgestellt ist,eine AGR-Ausrüstung (60), die dafür ausgelegt ist, einen Teil eines Abgases aus einem Bereich, der in Bezug auf die Turbine (58) im Abgaskanal stromabwärts liegt, in einen Bereich zwischen einem Einlass des Frischlufteinführungskanals (72) und dem Verdichter (52) im Ansaugkanal (10) zurückzuführen; undeine Steuereinheit (100), die dafür ausgelegt ist,einen Sollöffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils (74) auf Basis eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (2) zu bestimmen,eine Leckgasmenge in Bezug auf ein Gas, das von einer Abströmseite des Frischlufteinführungsventils (74) zu einer Anströmseite austritt, wenn das Frischlufteinführungsventil (74) geschlossen ist, zu ermitteln, unddas Frischlufteinführungsventil (74) auf einen Öffnungsgrad zu öffnen, der größer ist als der Sollöffnungsgrad, wenn die Leckgasmenge gleich groß ist wie oder größer ist als ein vorgegebener Wert, wenn das Frischlufteinführungsventil (74) geöffnet wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verbrennungsmotorsystem, das einen Verbrennungsmotor beinhaltet, der mit einem Turbolader, einer Frischlufteinführungsausrüstung und einer AGR-Ausrüstung und einer Steuervorrichtung zum Steuern des Verbrennungsmotors ausgestattet ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In der JP 2012-057582 A ist ein turbogeladener Verbrennungsmotor offenbart, der aufweist: einen Frischlufteinführungskanal (einen Frischluftumgehungskanal), der einen Verdichter umgeht, um dadurch Frischluft von einer Anströmseite des Verdichters an eine Stelle auf einer Abströmseite einer Drosselklappe zu liefern, und ein Frischlufteinführungsventil (ein Frischluftumgehungsventil), das den Frischlufteinführungskanal öffnet und schließt. In dem turbogeladenen Verbrennungsmotor ist eine als Niederdruckkreis ausgebildete AGR-Ausrüstung vorgesehen, die einen AGR-Kanal verwendet, um einen in Bezug auf eine Turbine in einem Abgaskanal stromabwärts liegenden Bereich und einen Bereich zwischen einem Einlass des Frischlufteinführungskanals und dem Verdichter im Ansaugkanal zu verbinden.
Eine ECU, die den turbogeladenen Verbrennungsmotor steuert, unterdrückt das Eintreten einer Situation, in der zurückgeführtes Abgas durch den Frischlufteinführungskanal zurückströmt, durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils, wenn ein Druck innerhalb des Ausgleichstanks ein negativer Druck ist, und durch Schließen des Frischlufteinführungsventils, wenn der Druck innerhalb des Ausgleichstanks ein positiver Druck ist.
Aus der JP 2015-025 414 A ist ein weiteres Verbrennungsmotorsystem bekannt, bei dem ein Frischlufteinführventil anhand der Kühlwassertemperatur erfolgt. Ein Verfahren zur Schätzung eines Leckgasstroms an einem AGR-Ventil ist zudem Gegenstand der US 2014/0 366 853 A1 .
KURZFASSUNG
Auch wenn das Frischlufteinführungsventil vollständig geschlossen ist, kommt es in der Praxis jedoch zu einem Gasaustritt innerhalb des Bereichs der Fertigungstoleranz des Frischlufteinführungsventils. Das heißt, wenn der Druck innerhalb des Ausgleichstanks ein positiver Druck ist, tritt Gas von der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils zur Abströmseite aus. Wenn Abgas von der AGR-Ausrüstung zurückgeführt wird, beginnt infolgedessen abgashaltiges Leckgas die Anströmseite des Frischlufteinführungsventils zu füllen. Wenn in einem solchen Zustand die Einführung von Frischluft mittels des Frischlufteinführungsventils durchgeführt wird, fehlt an der eingeführten Frischluftmenge eine Menge, die der Leckgasmenge entspricht, die zur Anströmseite des Frischluftzuführventils ausgetreten ist. Das Defizit der eingeführten Frischluftmenge führt zu einer verzögerungsbedingten Fehlzündung und führt zu einer Verschlechterung der Steuerbarkeit des Motordrehmoments und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts des oben beschriebenen Problems gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Schaffung einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Abnahme einer Genauigkeit einer Frischluftmenge, die bei geöffnetem Frischlufteinführungsventil eingeführt wird, wegen des Einflusses eines abgashaltigen Leckgases, das bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil von einer Abströmseite zu einer Anströmseite des Frischlufteinführungsventils austritt, unterdrücken kann.
Eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der einen Turbolader, eine Frischlufteinführungsausrüstung und eine AGR-Ausrüstung aufweist. Die Frischlufteinführungsausrüstung beinhaltet einen Frischlufteinführungskanal, der eine Verbindung ermöglicht zwischen einem Bereich, der in Bezug auf einen Verdichter stromaufwärts liegt, und einem Bereich, der in einem Ansaugkanal in Bezug auf eine Drosselklappe stromabwärts liegt, und ein Frischlufteinführungsventil, das im Frischlufteinführungskanal vorgesehen ist. Die AGR-Ausrüstung ist dafür ausgelegt, einen Teil des Abgases aus einem Bereich im Abgaskanal, der in Bezug auf eine Turbine stromabwärts liegt, in einen Bereich zwischen einem Einlass des Frischlufteinführungskanals und dem Verdichter im Ansaugkanal zurückzuführen.
Die vorliegende Steuervorrichtung ist dafür ausgelegt, zumindest eine Verarbeitung für eine Sollöffnungsgradbestimmung, eine Verarbeitung für eine Leckgasmengenermittlung und eine Verarbeitung für eine Öffnungsgradkorrektur durchzuführen. Bei der Verarbeitung für eine Sollöffnungsgradbestimmung bestimmt die vorliegende Steuervorrichtung einen Sollöffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils auf Basis eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors. Bei der Verarbeitung für eine Leckgasmengenermittlung ermittelt die vorliegende Steuervorrichtung eine Leckgasmenge eines Gases, das bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil von einer Abströmseite zu einer Anströmseite des Frischlufteinführungsventils austritt. Bei der Verarbeitung für eine Öffnungsgradkorrektur öffnet die vorliegende Steuervorrichtung das Frischlufteinführungsventil auf einen Öffnungsgrad, der größer ist als der Sollöffnungsgrad, wenn die Leckgasmenge so groß ist wie oder größer ist als ein vorgegebener Wert, wenn das Frischlufteinführungsventil geöffnet wird.
Gemäß der oben beschriebenen Gestaltung kann eine benötigte Menge an Frischluft in den Ansaugkanal eingeführt werden, während bewirkt wird, dass abgashaltiges Leckgas schnell in den Ansaugkanal ausströmt.
Bei der Verarbeitung für eine Öffnungsgradkorrektur kann die vorliegende Steuervorrichtung eine Steuerung durchführen, um das Frischlufteinführungsventil auf einen Öffnungsgrad zu öffnen, der durch Addieren eines Korrekturöffnungsgrads zum Sollöffnungsgrad erhalten wird, und um den Korrekturöffnungsgrad zu vergrößern, wenn ein Abgasanteil am Leckgas, das heißt eine Abgaskonzentration des Leckgases, höher wird. Vergleicht man einen Fall, wo die Abgaskonzentration des Leckgases hoch ist, und einen Fall, wo die Abgaskonzentration des Leckgases niedrig ist, so ist bei gleichem Öffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils die Strömungsrate der Frischluft (einschließlich von Frischluft im Leckgas), die durch das Frischlufteinführungsventil gelangt, in dem Fall, wo die Abgaskonzentration des Leckgases hoch ist, niedriger. Wie oben beschrieben kann daher durch Anpassen des Korrekturöffnungsgrads gemäß dem Abgasanteil am Leckgas das Auftreten einer Situation unterdrückt werden, wo die Strömungsrate der Frischluft, die durch das Frischlufteinführungsventil gelangt, gemäß der Abgaskonzentration des Leckgases variiert.
Außerdem kann die vorliegende Steuervorrichtung bei der Verarbeitung für eine Öffnungsgradkorrektur eine Steuerung durchführen, um eine Zeitspanne zu verlängern, über die der Korrekturöffnungsgrad zum Sollöffnungsgrad addiert wird, wenn die Leckgasmenge größer wird, und um die Zeitspanne zu verkürzen, über die der Korrekturöffnungsgrad zum Sollöffnungsgrad addiert wird, wenn der Korrekturöffnungsgrad größer wird. Je länger die Zeitspanne ist, über die der Korrekturöffnungsgrad addiert wird, oder je größer der Korrekturöffnungsgrad ist, desto größer ist die Gasmenge, die durch das Frischlufteinführungsventil gelangt und in den Ansaugkanal ausströmt. Wie oben beschrieben kann daher durch Einstellen der Zeitspanne, über die der Korrekturöffnungsgrad gemäß der Leckgasmenge und dem Korrekturöffnungsgrad addiert wird, das Auftreten einer Situation, in der Leckgas im Frischlufteinführungskanal zurückbleibt oder in der eine übermäßige Menge an Frischluft in den Ansaugkanal strömt, unterdrückt werden.
Bei der Verarbeitung für eine Leckgasmengenermittlung kann die vorliegende Steuervorrichtung eine Steuerung durchführen, um für einen Fall, wo ein Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils höher ist als ein Druck auf der Anströmseite, eine Gasmenge, die pro Zeiteinheit von der Abströmseite zur Anströmseite des Frischlufteinführungsventils strömt, und für einen Fall, wo ein Druck auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils höher ist als ein Druck auf der Abströmseite, eine Gasmenge, die pro Zeiteinheit von der Anströmseite zur Abströmseite des Frischlufteinführungsventils strömt, zu berechnen und die Leckgasmenge durch Integrieren der berechneten Gasmengen zu ermitteln. Daher ist es möglich, eine Leckgasmenge exakt zu ermitteln.
Die vorliegende Steuervorrichtung kann auch dafür ausgelegt sein, eine oder eine Mehrzahl von den folgenden ersten, zweiten und dritten Spülsteuerverarbeitungen durchzuführen.
Die erste Spülsteuerverarbeitung ist eine Spülsteuerverarbeitung, die in einem Fall durchgeführt wird, wo bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil die Leckgasmenge gleich groß oder größer ist als ein vorgegebener Wert und ein Druck auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils höher ist als ein Druck auf der Abströmseite. Bei der ersten Spülsteuerverarbeitung führt die vorliegende Steuervorrichtung, wenn die genannten Bedingungen erfüllt sind, eine Steuerung durch, um das Frischlufteinführungsventil zu öffnen, um zu bewirken, dass so viel Leckgas wie der Leckgasmenge entspricht, an einer Stelle stromabwärts in Bezug auf die Drosselklappe zusammen mit Frischluft in den Ansaugkanal strömt, und um durch eine Stellantriebsbetätigung, die eine drehmomentsenkende Wirkung hat, eine drehmomenterhöhende Wirkung auszugleichen, die durch Einführen der Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal in den Ansaugkanal hervorgerufen wird.
Die zweite Spülsteuerverarbeitung ist eine Spülsteuerverarbeitung, die in einem Fall durchgeführt wird, wo bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil die Leckgasmenge gleich groß oder größer ist als ein vorgegebener Wert, ein Druck auf der Abströmseite höher ist als ein Druck auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils und von der AGR-Ausrüstung keine Abgasrückführung durchgeführt wird. Bei der zweiten Spülsteuerverarbeitung führt die vorliegende Steuervorrichtung, wenn die genannten Bedingungen erfüllt sind, eine Steuerung durch, um das Frischlufteinführungsventil zu öffnen, um zu bewirken, dass so viel Leckgas wie der Leckgasmenge entspricht, an einer Stelle stromaufwärts in Bezug auf den Verdichter zusammen mit Frischluft in den Ansaugkanal strömt, und um durch eine Stellantriebsbetätigung, die eine drehmomenterhöhende Wirkung hat, eine drehmomensenkende Wirkung auszugleichen, die durch ein Zurückströmen der Frischluft aus dem Ansaugkanal in den Frischlufteinführungskanal hervorgerufen wird.
Die dritte Spülsteuerverarbeitung ist eine Spülsteuerverarbeitung, die in einem Fall durchgeführt wird, wo eine Forderung nach einem Stopp des Verbrennungsmotors vorliegt. Bei der dritten Spülsteuerverarbeitung führt die vorliegende Steuervorrichtung, wenn die genannte Bedingung erfüllt ist, eine Steuerung durch, um das Frischlufteinführungsventil zu öffnen, um zu bewirken, dass so viel Leckgas wie der Leckgasmenge entspricht, an einer Stelle stromabwärts in Bezug auf die Drosselklappe zusammen mit Frischluft in den Ansaugkanal strömt, und um durch eine Stellantriebsbetätigung, die eine drehmomentsenkende Wirkung hat, eine drehmomenterhöhende Wirkung auszugleichen, die durch Einführen der Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal in den Ansaugkanal hervorgerufen wird.
Gemäß der ersten, zweiten und dritten Spülsteuerverarbeitung kann bewirkt werden, dass Leckgas, das in den Frischlufteinführungskanal austritt, in den Ansaugkanal ausstörmt, während gleichzeitig Drehmomentschwankungen unterdrückt werden.
Gemäß der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung kann eine benötigte Frischluftmenge in einen Ansaugkanal eingeführt werden, während gleichzeitig bewirkt wird, dass abgashaltiges Leckgas rasch in den Ansaugkanal ausströmt, und daher kann eine Abnahme der Genauigkeit in Bezug auf eine Frischluftmenge, die eingeführt wird, wenn ein Frischlufteinführungsventil geöffnet wird, wegen des Einflusses eines abgashaltigen Leckgases, das beim Schließen des Frischlufteinführungsventils von einer Abströmseite zu eine Anströmseite ausgetreten ist, unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist eine Skizze, die eine Gestaltung eines Systems eines Verbrennungsmotors einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist eine Ansicht, die Funktionen darstellt, mit denen eine Steuervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgestattet ist;
3 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Verarbeitung einer Basissteuerung eines Frischlufteinführungsventils darstellt;
4 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Verarbeitung zur Berechnung einer Leckgasmenge und einer durchschnittlichen AGR-Rate darstellt;
5 ist eine Ansicht, die ein Bild eines Kennfelds darstellt, das eine Frischluftströmungsrate GA, die von einem Luftströmungsmesser gemessen wird, und den Druck P1 an einem Frischluftentnahmeabschnitt assoziiert;
6 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Leckgasmenge m1, Drücken P1 und P2 auf der Anströmseite bzw. der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils und einer Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt darstellt;
7 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Leckgasmenge m1, Drücken P1 und P2 auf der Anströmseite bzw. der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils und der Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt darstellt;
8 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Verarbeitung zur Berechnung eines Korrekturöffnungsgrads darstellt;
9 ist eine Ansicht, die ein Verfahren darstellt zur Berechnung eines Korrekturbetrags für die Gasmenge, die durch das Frischlufteinführungsventil durchgelassen wird;
10 ist eine Ansicht, die ein Bild eines Kennfelds zur Berechnung des Korrekturöffnungsgrads aus dem Korrekturbetrag darstellt;
11 ist eine Ansicht, die ein Bild der Einstellung eines Korrekturöffnungsgrads für einen Sollöffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils darstellt;
12 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Verarbeitung einer Spülsteuerung darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Gestaltung eines Verbrennungsmotors
1 ist eine Skizze, welche die Gestaltung des Systems eines Verbrennungsmotors einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Ein Verbrennungsmotor 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform (im Folgenden einfach als „Motor“ bezeichnet) beinhaltet einen Motorhauptkörper 4, der als fremdgezündeter Viertakt-Kolbenmotor aufgebaut ist, der in ein Automobil einzubauen ist. Eine Mehrzahl von Zylindern, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, sind im Motorhauptkörper 4 ausgebildet. Zahlreiche Ausrüstungen und Stellantriebe, von denen keine(r) in den Zeichnungen dargestellt ist, sind ebenfalls im Motorhauptkörper 4 installiert, beispielsweise ein Ansaugventil, ein variabler Ventiltrieb, der das Ansaugventil, ein Abgasventil, ein variabler Ventiltrieb, der das Abgasventil antreibt, Zündkerzen und Kraftstoffeinspritzventile.
Ein Ansaugkrümmer 12, der mit einer Ansaugöffnung jedes einzelnen Zylinders verbunden ist, ist mit dem Motorhauptkörper 4 verbunden. Der Ansaugkrümmer 12 ist über einen Ausgleichstank 14 mit einem Ansaugkanal 10 verbunden. Ein Verdichter 52, eine Drosselklappe 24 und ein Ladeluftkühler 26 sind in dieser Reihenfolge von der Anströmseite in Richtung auf den Motorhauptkörper 4 im Ansaugkanal 10 angeordnet. Ein Luftströmungsmesser 20, der ein Signal ausgibt, dass der Strömungsrate von Frischluft entspricht, die in den Ansaugkanal 10 gesaugt wird, ist an einem Einlass des Ansaugkanals 10 eingebaut. Drucksensoren 22 und 16 und Temperatursensoren 21 und 18 sind in Bereichen eingebaut, die im Ansaugkanal 10 stromaufwärts vom Verdichter 52 bzw. im Ausgleichstank 14 eingebaut sind. Jedoch ist der Einbau des Drucksensors 22 in einem Bereich stromaufwärts vom Verdichter 52 nicht unbedingt notwendig für die Gestaltung der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Abgaskrümmer 32, der mit einer Abgasöffnung jedes einzelnen Zylinders verbunden ist, ist mit dem Motorhauptkörper 4 verbunden. Der Abgaskrümmer 32 ist mit einem Abgaskanal 30 verbunden. Eine Turbine 58, die gemeinsam mit dem Verdichter 52 einen Turbolader 50 bildet, und eine Katalysatorvorrichtung 40 sind in dieser Reihenfolge vom Motorhauptkörper 4 aus zur Abströmseite im Abgaskanal 30 angeordnet.
Der Motor 2 weist eine AGR-Ausrüstung 60 auf, die einen Teil des Abgases aus dem Abgaskanal 30 zum Ansaugkanal 10 zurückführt. Die AGR-Ausrüstung 60 weist einen AGR-Kanal 62, einen AGR-Kühler 64, ein AGR-Ventil 66 und einen Mischer 68 auf. Der AGR-Kanal 62 ermöglicht eine Verbindung des Abgaskanals 30 ab einer Stelle stromabwärts von der Katalysatorvorrichtung 40 mit dem Ansaugkanal 10 an einer Stelle stromaufwärts vom Verdichter 52. Das heißt, die AGR-Ausrüstung 60 ist als sogenannte „Niederdruckkreis-AGR-Ausrüstung“ gestaltet. Der Mischer 68 ist an einem Verbindungsabschnitt vorgesehen, wo der Ansaugkanal 10 und der AGR-Kanal 62 verbunden sind, und fördert die Mischung von Frischluft, die durch den Ansaugkanal 10 strömt, mit Abgas (AGR-Gas), das aus dem AGR-Kanal 62 eingeführt wird. Der AGR-Kühler 64 ist im AGR-Kanal 62 vorgesehen und kühlt AGR-Gas, das durch den AGR-Kanal 62 strömt. Das AGR-Ventil 66 ist an einer Stelle im AGR-Kanal 62 vorgesehen, die in Bezug auf den AGR-Kühler 64 in Strömungsrichtung des AGR-Gases stromabwärts vom AGR-Kühler liegt.
Der Motor 2 ist mit einer Frischlufteinführungsausrüstung 70 versehen, die den Verdichter 52 umgeht und Frischluft von oberhalb des Verdichters 52 zur Abströmseite der Drosselklappe 24 einführt. Die Frischlufteinführungsausrüstung 70 weist einen Frischlufteinfiihrungskanal 72 und ein Frischlufteinführungsventil 74 auf. Der Frischlufteinführungskanal 72 ermöglicht eine Verbindung des Ansaugkanals 10 mit dem Ausgleichstank 14 ab einer Stelle stromaufwärts vom Mischer 68. Das Frischlufteinführungsventil 74 ist im Frischlufteinführungskanal 72 vorgesehen. Verschiedene Arten von Ventilen wie ein Stufenventil, ein Drehventil, ein DC-Ventil und dergleichen können als Frischlufteinführungsventil 74 verwendet werden. Ein Sauerstoffsensor 76, der ein Signal gemäß einer Sauerstoffkonzentration eines Gases ausgibt, ist an einem Ort, der in Bezug auf das Frischlufteinführungsventil 74 stromaufwärts gelegen ist, im Frischlufteinführungskanal 72 eingebaut. Jedoch ist der Einbau eines Sauerstoffsensors 76 im Frischlufteinführungskanal 72 nicht unbedingt notwendig für die Gestaltung der vorliegenden Ausführungsform.
Der Betrieb des Motors 2 wird von einer Steuervorrichtung 100 gesteuert. Zusätzlich zum Luftströmungsmesser 20, zu den Drucksensoren 22 und 16, den Temperatursensoren 21 und 18 und dem Sauerstoffsensor 76 sind verschiedene andere Sensoren wie ein Beschleunigeröffnungsgradsensor und ein Kurbelwinkelsensor, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, mit der Steuervorrichtung 100 verbunden. Die Steuervorrichtung 100 steuert den Betrieb des Motors 2 durch Betätigen verschiedener Ausrüstungen und Stellantriebe, die im Motor 2 enthalten sind, auf Basis von Informationen, die von diesen Sensoren erhalten werden. Die Steuervorrichtung 100 ist eine ECU (elektronische Steuereinheit), die mindestens eine CPU, mindestens einen ROM und mindestens einen RAM aufweist. Jedoch kann die Steuervorrichtung 100 eine Mehrzahl von ECUs aufweisen. Von der Steuervorrichtung 100 werden verschiedene Funktionen in Bezug auf die Motorsteuerung durch Laden eines im ROM gespeicherten Programms in den RAM und durch Ausführen des Programms mit der CPU verwirklicht.
Funktionen, mit denen die Steuervorrichtung ausgestattet ist
2 ist eine Ansicht, in der unter verschiedenen Funktionen, mit denen die Steuervorrichtung 100 ausgestattet ist, speziell Funktionen, welche die Steuerung der Frischlufteinführungsausrüstung 70 betreffen, herausgegriffen und durch Blöcke dargestellt sind. Obwohl die Steuervorrichtung 100 auch mit verschiedenen anderen Funktionen ausgestattet ist, wurde auf die Darstellung dieser anderen Funktionen in dieser Skizze verzichtet. In 2 sind arithmetische Einheiten 101 bis 104 entsprechenden Funktionen zugeordnet. Jedoch existieren die entsprechenden arithmetischen Einheiten 101 bis 104 nicht wirklich als Hardware und werden virtuell verwirklicht, wenn Software, die im ROM gespeichert ist, von der CPU ausgeführt wird.
Basissteuerung des Frischlufteinführungsventils
Die arithmetische Einheit 101 ist dafür ausgelegt, eine Verarbeitung in Bezug auf eine Basissteuerung des Frischlufteinführungsventils 74 durchzuführen. Was die Ansprüche betrifft, so ist eine Funktion als Sollöffnungsgradbestimmungseinrichtung in den Funktionen enthalten, mit denen die arithmetische Einheit 101 ausgestattet ist. 3 ist ein Ablaufschema, das den Ablauf einer Verarbeitung einer Basissteuerung des Frischlufteinführungsventils 74 durch die arithmetische Einheit 101 darstellt. Im Folgenden werden Einzelheiten der Verarbeitung, die von der arithmetischen Einheit 101 durchgeführt wird, anhand von 3 beschrieben.
In Schritt S1 im Ablaufschema in 3 bestimmt die arithmetische Einheit 101, ob oder ob nicht der Betriebszustand eine vorgegebene Verlangsamungsbedingung erfüllt. Genauer bestimmt die arithmetische Einheit 101, ob oder ob nicht ein Zeitdifferenzwert eines Beschleunigeröffnungsbetrags ein negativer Wert ist und ob ein absoluter Wert desselben kleiner ist als ein Schwellenwert, der durch Adaption bestimmt wird. Das heißt, eine Bedingung, dass der Betriebszustand ein Zustand einer allmählichen Verlangsamung eines Grades ist, bei dem keine Schubunterbrechungsbetätigung durchgeführt wird, ist eine Bedingung für die Durchführung der Einführung von Frischluft durch die Frischlufteinführungsausrüstung 70. Durch Einführen von Frischluft durch den Frischlufteinführungskanal 72 kann die AGR-Rate eines Gases, das aus dem Ansaugkanal 10 in die Zylinder gesaugt wird, verringert werden und das Auftreten von Fehlzündungen und eine Destabilisierung einer Verbrennung können unterdrückt werden. Wenn der Betriebszustand die Verlangsamungsbedingung nicht erfüllt, wählt die arithmetische Einheit 101 die Verarbeitung in Schritt S7 und hält dadurch das Frischlufteinführungsventil 74 in einem geschlossenen Zustand.
Wenn der Betriebszustand die Verlangsamungsbedingung erfüllt, führt die arithmetische Einheit 101 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S2 durch. In Schritt S2 bestimmt die arithmetische Einheit 101, ob der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein negativer Druck ist. Das heißt, dass der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 niedriger ist als der Druck auf der Anströmseite, ist eine weitere Bedingung für die Durchführung der Einführung von Frischluft durch die Frischlufteinführungsausrüstung 70. Genauer wird diese Bestimmung vorgenommen durch Messen des Drucks im Ausgleichstank 14 anhand des Drucksensors 16 und durch Bestimmen, ob oder ob nicht der Druck im Ausgleichstank 14 ein negativer Druck ist. Wenn der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein positiver Druck ist, wählt die arithmetische Einheit 101 die Verarbeitung in Schritt S7 und hält somit das Frischlufteinführungsventil 74 in einem geschlossenen Zustand.
Wenn der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein negativer Druck ist, führt die arithmetische Einheit 101 die Verarbeitung in Schritt S3 aus. In Schritt S3 bestimmt die arithmetische Einheit 101 einen Sollöffnungsgrad B des Frischlufteinführungsventils 74 auf Basis des vom Drucksensor 16 gemessenen Drucks im Ausgleichstank 14 und der Motordrehzahl. Ein Kennfeld, in dem Sollöffnungsgrade mit Drücken im Ausgleichstank und mit Motordrehzahlen assoziiert sind, wird verwendet, um den Sollöffnungsgrad B zu bestimmen.
Ferner bestimmt die arithmetische Einheit 101 in Schritt S4 eine Ventilöffnungszeitspanne t2 des Frischlufteinführungsventils 74 auf Basis des Zeitdifferenzwerts des Beschleunigeröffnungsgrads. Ein Kennfeld, in dem Ventilöffnungszeitspannen mit Zeitdifferenzwerten des Beschleunigeröffnungsgrads assoziiert sind, wird verwendet, um die Ventilöffnungszeitspanne t2 zu bestimmen.
In Schritt S5 öffnet die arithmetische Einheit 101 das Frischlufteinführungsventil 74 gemäß dem in Schritt S3 bestimmten Sollöffnungsgrad B. Man beachte, dass in manchen Fällen, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird, beim Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 ein Korrekturöffnungsgrad zum Sollöffnungsgrad B addiert wird. Die Korrektur des Öffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils 74 wird in der arithmetischen Einheit 103 durchgeführt, wie später beschrieben.
In Schritt S6 bestimmt die arithmetische Einheit 101, ob oder ob nicht die in Schritt S4 bestimmte Ventilöffnungszeitspanne t2 seit Öffnen des Frischlufteinführungsventil 74 vergangen ist. Diese Bestimmung wird in jedem Berechnungszyklus durchgeführt. Bis zum Ende der Ventilöffnungszeitspanne t2 wählt die arithmetische Einheit 101 die Verarbeitung in Schritt S5 und hält dadurch das Frischlufteinführungsventil 74 in einem offenen Zustand.
Anschließend, wenn die Ventilöffnungszeitspanne t2 vorbei ist, schließt die arithmetische Einheit 101 in Schritt S7 das Frischlufteinführungsventil 74. Dadurch endet die Einführung von Frischluft durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74. Man beachte, dass der Zweck der Einführung von Frischluft durch das Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 darin besteht, die AGR-Rate zu senken, und dass es daher auch möglich ist, die AGR-Rate innerhalb des Ansaugkrümmers 12 zu ermitteln und das Frischlufteinführungsventil 74 zu schließen, nachdem die ermittelte AGR-Rate unter einen gewissen Schwellenwert gesunken ist.
Berechnung einer Leckgasmenge und einer durchschnittlichen AGR-Rate des Leckgases
Die arithmetische Einheit 102 ist dafür ausgelegt, eine Leckgasmenge in Bezug auf Gas, das bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil 74 von der Abströmseite des Frischluneinführungsventils 74 zur Anströmseite austritt, zu ermitteln und außerdem eine durchschnittliche AGR-Rate des Leckgases zu ermitteln. Was die Ansprüche betrifft, so ist eine Funktion als Leckgasmengenermittlungseinrichtung in den Funktionen enthalten, mit denen die arithmetische Einheit 102 ausgestattet ist. 4 ist ein Ablaufschema, das den Ablauf einer von der arithmetischen Einheit 102 durchgeführten Verarbeitung zur Berechnung einer Leckgasmenge und einer durchschnittlichen AGR-Rate darstellt. Nachstehend werden anhand von 4 und 5 bis 7, die auf 4 Bezug nehmen, Einzelheiten der Verarbeitung beschrieben, die von der arithmetischen Einheit 102 durchgeführt wird.
In Schritt S101 des Ablaufschemas in 4 berechnet die arithmetische Einheit 102 einen Druck P1 an einem Abschnitt, an dem die Frischlufteinführungsausrüstung 70 Frischluft aus dem Ansaugkanal 10 entnimmt, das heißt an einem Abschnitt, an dem der Frischlufteinführungskanal 72 vom Ansaugkanal 10 abzweigt. Für diese Berechnung wird ein Kennfeld verwendet. Eine Abbildung des Kennfelds ist in 5 dargestellt. In dem Kennfeld sind eine Frischluftströmungsrate GA, die vom Luftströmungsmesser 20 gemessen wird, und der Druck P1 am Frischluftentnahmeabschnitt assoziiert. Da ein Druckverlust innerhalb des Ansaugkanals 10 höher wird, wenn die Frischluftströmungsrate GA zunimmt, wird der Druck P1 am Frischluftentnahmeabschnitt umso niedriger, je höher die Frischluftströmungsrate GA ist. Die arithmetische Einheit 102 berechnet den Druck P1 am Frischluftentnahmeabschnitt auf Basis der Frischluftströmungsrate GA anhand des oben genannten Kennfelds. Jedoch kann in einem Fall, wo der Drucksensor 22 stromaufwärts vom Verdichter 52 im Ansaugkanal 10 installiert ist, der Druck P1 vom Drucksensor 22 am Frischluftentnahmeabschnitt gemessen werden.
Nun wird die Verarbeitung in Schritt S102 beschrieben, wofür erneut auf 4 Bezug genommen wird. In Schritt S102 misst die arithmetische Einheit 102 einen Druck P2 an einem Abschnitt, an dem die Frischlufteinführungsausrüstung 70 Frischluft in den Ansaugkanal 10 einführt, das heißt an einem Abschnitt, an dem sich der Frischlufteinführungskanal 72 mit dem Ansaugkanal 10 vereinigt. Für diese Messung wird der im Ausgleichstank 14 installierte Drucksensor 16 verwendet. Man beachte, dass der Druck P2 am Frischlufteinführungsabschnitt, der vom Drucksensor 16 gemessen wird, ein absoluter Druck ist und dass der Druck P1 am Frischluftentnahmeabschnitt, der in Schritt S101 berechnet wird, ebenfalls ein absoluter Druck ist.
In Schritt S103 vergleicht die arithmetische Einheit 102 den in Schritt S101 am Frischluftentnahmeabschnitt erhaltenen Druck P1 und den in Schritt S102 am Frischlufteinführungsabschnitt erhaltenen Druck P2. Wenn der Druck P1 dem Druck P2 gleich ist oder diesen übertrifft, führt die arithmetische Einheit 102 die weiter unten beschriebene Verarbeitung in den Schritten S104 und S105 aus. Wenn dagegen der Druck P1 niedriger ist als der Druck P2, dann führt die arithmetische Einheit 102 die weiter unten beschriebene Verarbeitung in den Schritten S106 und S107 aus.
In Schritt S104, der gewählt wird, wenn der Druck P1 dem Druck P2 gleich ist oder diesen übertrifft, berechnet die arithmetische Einheit 102 eine Gasmenge m1, die pro Berechnungszyklus von der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Abströmseite austritt. Wenn in diesem Fall „m_f“ für die Leckgasströmungsrate von der Anströmseite zur Abströmseite steht und „T1“ für die Temperatur am Frischluftentnahmeabschnitt steht, so besteht eine physikalische Beziehung, die von der folgenden Drosselgleichung dargestellt wird, zwischen der Leckgasströmungsrate mf, den Drücken P1 und P2 auf der Anströmseite bzw. der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 und der Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt. Hierbei stellt B₀ einen Strömungsratenkoeffizienten bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil 74 dar und es wird ein experimentell bestätigter Wert (ein fester Wert) verwendet. R stellt eine Gaskonstante dar. $\begin{array}{l} m_{f} = B_{0} \frac{P 1}{\sqrt{R * T 1}} ϕ (\frac{P 2}{P 1}) \\ h i e r i n, ϕ (x) = {\begin{matrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & 0 \leq x \leq 0,5 \\ \sqrt{2 x (1 - x)} & 0,5 \leq x \leq 1 \end{matrix} \end{array}$
Eine Leckgasmenge m1 wird erhalten durch Umwandeln der anhand der obigen Gleichung errechneten Leckgasströmungsrate mf in eine Gasmenge pro Berechnungszyklus. Genauer wird die Berechnung der Leckgasmenge m1 anhand eines Kennfelds durchgeführt. Eine Abbildung des Kennfelds ist in 6 dargestellt. Die Beziehung zwischen der Leckgasmenge m1, P1*ϕ (P2/P1) in der obigen Gleichung, und der Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt wird durch dieses Kennfeld definiert. Als Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt kann eine vom Temperatursensor 21 gemessene Temperatur verwendet werden. Der Wert für P1*ϕ (P2/P1) wird auf Basis der in den Schritten S101 bzw. S102 erhaltenen Drücke P1 und P2 berechnet, und die Leckgasmenge m1, die von der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Abströmseite austritt, wird durch Anwenden des errechneten Wertes auf P1*ϕ (P2/P1) und der Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt auf das in 6 dargestellte Kennfeld berechnet. Man beachte, dass bei Betrachtung der Temperaturspanne der Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt ein Einfluss der Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt auf die Leckgasmenge m1 im Vergleich zum Einfluss der jeweiligen Drücke P1 und P2 auf die Leckgasmenge m1 klein ist. Daher kann auch eine Gestaltung gewählt werden, bei der die Leckgasmenge m1 anhand eines vereinfachten Kennfelds berechnet wird, für das angenommen wird, dass die Temperatur T1 am Frischluftentnahmeabschnitt konstant ist.
Nun wird die Verarbeitung in Schritt S105 beschrieben, wofür erneut auf 4 Bezug genommen wird. In Schritt S105 wird der in Schritt S104 errechnete Wert der Leckgasmenge m1 mit -1 multipliziert. Das wird deshalb gemacht, weil die Leckgasmenge, die sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 sammelt, um eine Menge abnimmt, die der Menge des Gases entspricht, das von der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Abströmseite austritt.
Gemäß dem Ablaufschema wird die Verarbeitung in Schritt S108 im Anschluss an die Verarbeitung in Schritt S105 durchgeführt. In Schritt S108 aktualisiert die arithmetische Einheit 102 den Wert für eine Leckgasmenge M (im Folgenden als „integrierte Leckgasmenge“ bezeichnet), die sich bis dahin auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat. In Schritt S108 wird die integrierte Leckgasmenge M durch Addieren der in Schritt S105 erhaltenen Leckgasmenge m1 zu einem vorherigen Wert m0 für die integrierte Leckgasmenge M aktualisiert. Bei der nächsten Berechnung wird der vorherige Wert m0 durch den Wert der gerade aktualisierten integrierten Leckgasmenge M ersetzt. Da die in Schritt S105 erhaltene Leckgasmenge m1 ein negativer Wert ist, wird die integrierte Leckgasmenge M durch die Aktualisierungsverarbeitung in Schritt S108 verkleinert.
Dagegen berechnet die arithmetische Einheit 102 in Schritt S106, der gewählt wird, wenn der Druck P1 kleiner ist als der Druck P2, eine Gasmenge m1, die pro Berechnungszyklus von der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Anströmseite austritt. Wenn in diesem Fall „m_b“ für die Leckgasströmungsrate von der Abströmseite zur Anströmseite steht und „T2“ für die Temperatur am Frischlufteinführungsabschnitt steht, so besteht eine physikalische Beziehung, die von der folgenden Drosselgleichung dargestellt wird, zwischen der Leckgasströmungsrate mb, den Drücken P1 und P2 auf der Anströmseite bzw. der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 und der Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt. $m_{b} = B_{0} \frac{P 2}{\sqrt{R * T 2}} ϕ (\frac{P 1}{P 2})$
Die Leckgasmenge m1 wird durch Umwandeln der anhand der obigen Gleichung errechneten Leckgasströmungsrate m_b in eine Gasmenge pro Berechnungszyklus erhalten. Genauer wird die Berechnung der Leckgasmenge m1 anhand eines Kennfelds durchgeführt. Eine Abbildung des Kennfelds ist in 7 dargestellt. Die Beziehung zwischen der Leckgasmenge m1, P2*ϕ (P1/P2) in der obigen Gleichung, und der Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt wird durch dieses Kennfeld definiert. Als Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt kann eine vom Temperatursensor 18 gemessene Temperatur verwendet werden. Der Wert für P2*ϕ (P1/P2) wird auf Basis der in den Schritten S101 bzw. S102 erhaltenen Drücke P1 und P2 berechnet, und die Leckgasmenge m1, die von der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Abströmseite austritt, wird durch Anwenden des errechneten Wertes für P2*ϕ (P1/P2) und der Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt auf das in 7 dargestellte Kennfeld berechnet. Man beachte, dass bei Betrachtung des Temperaturbereichs der Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt ein Einfluss der Temperatur T2 am Frischlufteinführungsabschnitt auf die Leckgasmenge m1 im Vergleich zum Einfluss der jeweiligen Drücke P1 und P2 auf die Leckgasmenge m1 klein ist. Daher kann auch eine Gestaltung gewählt werden, bei der die Leckgasmenge m1 anhand eines vereinfachten Kennfelds berechnet wird, für das angenommen wird, dass die Temperatur T2 am Frischluiteinführungsabschnitt konstant ist.
Nun wird die Verarbeitung in Schritt S107 beschrieben, wofür erneut auf 4 Bezug genommen wird. In Schritt S107 speichert die arithmetische Einheit 102 eine Leckgas-AGR-Rate E1 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Berechnung in S106 durchgeführt worden ist. Es kann angenommen werden, dass die Leckgas-AGR-Rate der AGR-Rate des Gases, das durch den Ansaugkanal 10 strömt, gleich ist. Die AGR-Rate wird in einer nicht dargestellten arithmetischen Einheit, die von der arithmetischen Einheit 102 verschieden ist, auf Basis des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 66, eines Differentialdrucks zwischen dem Druck stromaufwärts vom AGR-Ventil 66 und dem Druck stromabwärts vom AGR-Ventil 66 und der Frischluftströmungsrate berechnet. Man beachte, dass der Differentialdruck des AGR-Ventils 66 von einem Differentialdrucksensor gemessen, auf Basis jeweils gemessener Werte eines Anströmdrucks und eines Abströmdrucks berechnet oder auf Basis des Betriebszustands des Motors 2 ermittelt werden kann.
Gemäß dem Ablaufschema wird die Verarbeitung in Schritt S108 im Anschluss an die Verarbeitung in Schritt S107 durchgeführt. In Schritt S108 aktualisiert die arithmetische Einheit 102 den Wert für die Leckgasmenge M (im Folgenden als „integrierte Leckgasmenge“ bezeichnet), die sich aktuell auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat. In Schritt S108 wird die integrierte Leckgasmenge M durch Addieren der in Schritt S106 erhaltenen Leckgasmenge m1 zum vorherigen Wert m0 für die integrierte Leckgasmenge M aktualisiert. Da die in Schritt S106 erhaltene Leckgasmenge m1 ein positiver Wert ist, wird die integrierte Leckgasmenge M durch die Aktualisierungsverarbeitung in Schritt S108 vergrößert.
In Schritt S109 bestimmt die arithmetische Einheit 102, ob oder ob nicht die Leckgasmenge m1 größer ist als null. In einem Fall, wo eine Berechnung der Leckgasmenge m1 in Schritt S104 durchgeführt wird, nimmt die Leckgasmenge m1 einen positiven Wert an, während in einem Fall, wo die Berechnung der Leckgasmenge m1 in Schritt S106 durchgeführt wird, die Leckgasmenge m1 einen negativen Wert annimmt.
Wenn die Leckgasmenge m1 größer ist als null, führt die arithmetische Einheit 102 die Verarbeitung in Schritt S110 durch. In Schritt S110 wird eine durchschnittliche AGR-Rate E des Leckgases, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, anhand der folgenden Gleichung unter Verwendung der in Schritt S107 gespeicherten AGR-Rate E1 aktualisiert. Hierbei stellt E0 in der folgenden Gleichung den vorherigen Wert der durchschnittlichen AGR-Rate E dar. Bei der nächsten Berechnung wird der Wert der durchschnittlichen AGR-Rate E, der dieses Mal aktualisiert wurde, durch den vorherigen Wert E0 ersetzt. Wenn die Leckgasmenge m1 gleich oder kleiner als null ist, wird die Verarbeitung in Schritt S110 übersprungen und der Wert der durchschnittlichen AGR-Rate E wird beibehalten. $E = \frac{m 0 * E 0 + m 1 * E 1}{m 0 + m 1}$
Man beachte, dass es auch andere Verfahren als die oben beschriebenen Verfahren für die Bestimmung der durchschnittlichen AGR-Rate E gibt. Falls beispielsweise der Sauerstoffsensor 76 auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 im Frischlufteinführungskanal 72 installiert ist, kann die durchschnittliche AGR-Rate E auf Basis der Sauerstoffkonzentration bestimmt werden, die vom Sauerstoffsensor 76 gemessen werden kann.
Durch Durchführen der oben beschriebenen Verarbeitung berechnet die arithmetische Einheit 102 eine Leckgasmenge (eine integrierte Leckgasmenge) und eine durchschnittliche AGR-Rate des Leckgases in jedem Berechnungszyklus. Die Leckgasmenge, die von der arithmetischen Einheit 102 berechnet wird, wird in jedem Berechnungszyklus für die arithmetische Einheit 103 und die arithmetische Einheit 104 bereitgestellt. Ferner wird die durchschnittliche AGR-Rate des Leckgases, die von der arithmetischen Einheit 102 berechnet wird, in jedem Berechnungszyklus für die arithmetische Einheit 103 bereitgestellt.
Korrektur des Öffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils
Die arithmetische Einheit 103 ist dafür ausgelegt, eine Verarbeitung in Bezug auf die Korrektur des Öffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils 74 durchzuführen, genauer, einen Korrekturöffnungsgrad, der zum Sollöffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils 74 addiert werden soll, ebenso wie die Korrekturzeitspanne dafür zu berechnen. Was die Ansprüche betrifft, so ist eine Funktion als Öffnungsgradkorrektureinrichtung in den Funktionen enthalten, mit denen die arithmetische Einheit 103 ausgestattet ist. 8 ist ein Ablaufschema, das den Ablauf einer Verarbeitung zur Berechnung eines Korrekturöffnungsgrads darstellt, die von der arithmetischen Einheit 103 durchgeführt wird. Nachstehend werden anhand von 8 und 9 bis 11, die auf 8 Bezug nehmen, Einzelheiten der Verarbeitung beschrieben, die von der arithmetischen Einheit 103 durchgeführt wird.
In Schritt S201 im Ablaufschema von 8 ruft die arithmetische Einheit 103 die integrierte Leckgasmenge M ab, die von der arithmetischen Einheit 101 errechnet worden ist. In Schritt S202 bestimmt die arithmetische Einheit 103, ob oder ob nicht die abgerufene integrierte Leckgasmenge M einem vorab bestimmten ersten Schwellenwert gleich ist oder diesen übertrifft. Der erste Schwellenwert wird unter Berücksichtigung des Einflusses, den die Ansammlung von Leckgas auf den Motor 2 hat, bestimmt. Weil das Leckgas einen großen Abgasanteil enthält, ist es beispielsweise wahrscheinlich, dass sich Kondenswasser am Rand des Frischlufteinführungsventils 74 bildet. Da das Kondenswasser sauer ist, besteht ein Risiko dafür, dass das Frischlufteinführungsventil 74 wegen des anhaftenden Kondenswassers korrodiert wird. In einem Fall, wo das Kondenswasser durch den Frischlufteinführungskanal 72 zurückströmt, besteht ferner das Risiko, dass das Kondenswasser in den Verdichter 52 strömt und zur Entstehung einer Erosion oder einer Beschädigung des Laufrads führt. Der genannte erste Schwellenwert wird auf einen Wert gesetzt, bei dem die Möglichkeit einer Beschädigung oder eines Verschleißes des Motors 2 aufgrund dieser Einflüsse gering ist.
Wenn die integrierte Leckgasmenge M dem ersten Schwellenwert gleich ist oder diesen übertrifft, führt die arithmetische Einheit 103 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S203 durch. In Schritt S203 bestimmt die arithmetische Einheit 103 auf Basis eines Signals, das von der arithmetischen Einheit 101 ausgegeben wird, ob oder ob nicht eine Forderung nach Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 besteht. Falls keine Forderung nach Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 besteht oder wenn die integrierte Leckgasmenge M kleiner ist als der erste Schwellenwert, macht die arithmetische Einheit 103 nicht mit der Verarbeitung im nächsten Schritt S104 weiter und wiederholt stattdessen die Verarbeitung von Schritt S201 bis Schritt S203 oder von Schritt S201 bis Schritt S202 für jeden Berechnungszyklus.
In einem Fall, wo die integrierte Leckgasmenge M dem ersten Schwellenwert gleich ist oder diesen übertrifft und eine Forderung nach Öffnung des Frischlufteinführungsventils 74 besteht, führt die arithmetische Einheit 103 die Verarbeitung von Schritt S204 bis Schritt S208 durch. Die in diesem Fall durchgeführte Verarbeitung ist eine Verarbeitung zur Einstellung eines Korrekturöffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils 74. Bei dieser Verarbeitung berechnet die arithmetische Einheit 103 eine Größe des Korrekturöffnungsgrads, die zu dem von der arithmetischen Einheit 101 bestimmten Sollöffnungsgrad B addiert werden soll, und auch eine Korrekturzeitspanne.
Zunächst berechnet die arithmetische Einheit 103 in Schritt S204 den Korrekturöffnungsgrad, der zum Sollöffnungsgrad B des Frischlufteinführungsventils 74 addiert werden soll. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Berechnung des von der arithmetischen Einheit 103 übernommenen Korrekturöffnungsgrads anhand von 9 und 10 beschrieben.
Der Sollöffnungsgrad B des Frischlufteinführungsventils 74 wird gemäß der geforderten Frischluftmenge bestimmt, die durch das Frischlufteinführungsventil 74 eingeführt werden soll. Falls sich jedoch während der Zeit, zu der das Frischlufteinführungsventil 74 geschlossen war, Leckgas auf der Anströmseite des Frischluneinführungsventils 74 angesammelt hat, ist die Frischluftmenge, die durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 bis auf den Sollöffnungsgrad B eingeführt werden kann, kleiner als die geforderte Frischluftmenge. Das heißt, dass die Frischluftmenge um eine Menge zu klein ist, die der Menge des Leckgases entspricht, das abwärts strömt, wenn das Frischlufteinführungsventil 74 geöffnet wird, wie in 9 gezeigt ist. Um die geforderte Frischluftmenge vollständig liefern zu können, muss im Voraus beachtet werden, dass zusammen mit Frischluft auch Leckgas durch das Frischlufteinführungsventil 74 strömen wird, und es muss dafür gesorgt werden, dass die Gasmenge, die durch das Frischlufteinführungsventil 74 strömt, größer ist als die geforderte Frischluftmenge. Als Korrekturmenge α für die Gasmenge, die durch das Frischlufteinführungsventil 74 durchgelassen wird, berechnet die arithmetische Einheit 103 die Leckgasmenge, die in einem Fall, wo die geforderte Frischluftmenge vollständig geliefert wird, durch das Frischlufteinführungsventil 74 gelangt.
Wenn „A“ für die Gasmenge pro Zeiteinheit, die auf Basis des Sollöffnungsgrads B erhalten wird, das heißt für die geforderte Frischluftmenge steht, wird die Korrekturmenge (genauer eine Korrekturmenge pro Zeiteinheit) α von der folgenden Gleichung unter Verwendung der von der arithmetischen Einheit 101 ausgegebenen durchschnittlichen Leckgas-AGR-Rate E dargestellt. In Schritt S204 wird die Berechnung der Korrekturmenge α gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt. $α = A * \frac{E}{100 - E}$
Dann berechnet die arithmetische Einheit 103 einen Korrekturöffnungsgrad β, der dem Sollöffnungsgrad B des Frischlufteinführungsventils 74 entspricht, auf Basis der Korrekturmenge α. Die Berechnung des Korrekturöffnungsgrads β wird anhand eines Kennfelds durchgeführt. Eine Abbildung des Kennfelds ist in 10 dargestellt. In diesem Kennfeld ist die Beziehung zwischen der Korrekturmenge α und dem Korrekturöffnungsgrad β beispielsweise linear definiert. Wie in der obigen Gleichung gezeigt ist, ist die Korrekturmenge α eine Funktion der durchschnittlichen AGR-Rate E des Leckgases, und daher ist gemäß der in 10 dargestellten Beziehung der Wert, der für den Korrekturöffnungsgrad berechnet wird, umso größer, je höher die durchschnittliche AGR-Rate E des Leckgases ist β. Dadurch wird das Frischlufteinführungsventil 74 auf einen umso größeren Öffnungsgrad geöffnet, je höher die Abgaskonzentration in dem am Frischlufteinführungsventil 74 angesammelten Leckgas wird. Auch wenn Leckgas auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 auftaucht, ist die Korrekturmenge α null, solange kein AGR-Gas darin enthalten ist, und daher wird keine Öffnungsgradkorrektur des Frischlufteinführungsventils 74 durchgeführt.
Nun wird Schritt 205 beschrieben, wofür erneut auf 8 Bezug genommen wird. In Schritt S205 addiert die arithmetische Einheit 103 den in Schritt S204 berechneten Korrekturöffnungsgrad β zum Sollöffnungsgrad B des Frischlufteinführungsventils 74.
Dann bestimmt die arithmetische Einheit 103 in Schritt S206 eine Korrekturzeitspanne, über welche die Öffnungsgradkorrektur des Frischlufteinführungsventils 74 durchgeführt werden soll. Im Falle der Durchführung einer Öffnungsgradkorrektur des Frischlufteinführungsventils 74 als Begleitung des Öffnens des Frischlufteinführungsventils 74, wie in 11 dargestellt, wendet die arithmetische Einheit 103 einen Öffnungsgrad, der durch Addieren des Korrekturöffnungsgrads β zum Sollöffnungsgrad B erhalten worden ist, auf das Frischlufteinführungsventil 74 an. Eine Zeitspanne tl, über der die Addition des Korrekturöffnungsgrads β fortgesetzt wird, ist die Korrekturzeitspanne. Wenn die Korrekturzeitspanne t1 zu kurz ist, bleibt Leckgas stromaufwärts vom Frischlufteinführungsventil 74 zurück, während dann, wenn die Korrekturzeitspanne t1 zu lang ist, zu viel Frischluft stromabwärts strömt. Daher berechnet die arithmetische Einheit 103 eine Zeitspanne, die durch Teilen der integrierten Leckgasmenge M durch den Korrekturbetrag α erhalten wird, als Korrekturzeitspanne t1. Man beachte, dass die Korrekturzeitspanne t1 immer höchstens so lang ist wie die Ventilöffnungszeitspanne t2 des Frischlufteinführungsventils 74. Wenn die errechnete Korrekturzeitspanne t1 die Ventilöffnungszeitspanne t2 überschreitet, passt die arithmetische Einheit 103 die Korrekturzeitspanne t1 auf einen Wert an, der höchstens so groß ist wie derjenige der Ventilöffnungszeitspanne t2.
Nun wird Schritt 207 beschrieben, wofür erneut auf 8 Bezug genommen wird. In Schritt S207 bestimmt die arithmetische Einheit 103, ob oder ob nicht die in Schritt S206 bestimmte Korrekturzeitspanne t1 seit dem Beginn der Öffnungsgradkorrektur des Frischlufteinführungsventils 74 gestartet wurde, vergangen ist. Diese Bestimmungsoperation wird für jeden Berechnungszyklus durchgeführt.
Wenn die Korrekturzeitspanne t1 vergangen ist, setzt die arithmetische Einheit 103 in Schritt S208 den Korrekturöffnungsgrad β, der zum Sollöffnungsgrad B des Frischlufteinführungsventils 74 addiert wurde, auf null. Somit ist die Öffnungsgradkorrektur des Frischlufteinführungsventils 74 abgeschlossen.
Durch die Durchführung der Öffnungsgradkorrektur des Frischlufteinführungsventils 74 beim Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 anhand des oben beschriebenen Ablaufs kann eine nötige Menge an Frischluft in den Ansaugkanal 10 eingeführt werden, während bewirkt wird, dass abgashaltiges Leckgas rasch in den Ansaugkanal 10 ausströmt. Infolgedessen kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Abnahme der Genauigkeit in Bezug auf die Frischluftmenge, die eingeführt wird, wenn das Frischlufteinführungsventil 74 offen ist, wegen des Einflusses eines abgashaltigen Leckgases, das bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil 74 von der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils zur Anströmseite austritt, unterdrückt werden.
Man beachte, dass die arithmetische Einheit 103 der arithmetischen Einheit 102 meldet, wenn die Korrektur des Öffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils 74 abgeschlossen ist. Nachdem der arithmetischen Einheit 102 gemeldet worden ist, dass die Öffnungsgradkorrektur abgeschlossen ist, setzt sie die integrierte Leckgasmenge M zurück, um den Wert der integrierten Leckgasmenge M auf null zu bringen. In einem Fall, wo wegen der Anpassung der Korrekturzeitspanne t1 nicht alles Leckgas ausströmen konnte, berechnet die arithmetische Einheit 102 jedoch die verbliebene Leckgasmenge auf Basis der integrierten Leckgasmenge M, der Korrekturzeitspanne t1 und der Korrekturmenge α und überschreibt den Wert der integrierten Leckgasmenge M mit dem Wert der verbliebenen Leckgasmenge.
Spülsteuerung
Durch die Durchführung einer Öffnungsgradkorrektur in Kombination mit der Basissteuerung des Frischlufteinführungsventils 74 kann bewirkt werden, dass abgashaltiges Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, zusammen mit Frischluft in den Ansaugkanal 10 strömt, wenn das Frischlufteinführungsventil 74 geöffnet wird. Wenn die Leckgasmenge jedoch zu groß ist, ist es manchmal nicht möglich, dass alles Leckgas ausströmt, wenn das Frischlufteinführungsventil 74 nur einmal geöffnet wird. In einem Fall, wo die Leckgasmenge einen gewissen Wert erreicht hat, öffnet daher die Steuervorrichtung 100 das Frischlufteinführungsventil 74 selbst dann, wenn die Ventilöffnungsbedingungen in der Basissteuerung des Frischlufteinführungsventils 74 nicht erfüllt sind, das heißt selbst dann, wenn die Bedingungen in den oben genannten Schritten S1 und S2 nicht erfüllt sind, um zu bewirken, dass Leckgas in den Ansaugkanal 10 strömt. Diese Steuerung wird in der Patentbeschreibung als „Spülsteuerung“ beschrieben. Genauer beinhaltet die Spülsteuerung drei Arten einer Spülsteuerung, das heißt eine erste Spülsteuerung, eine zweite Spülsteuerung und eine dritte Spülsteuerung, die in unterschiedlichen Stadien durchgeführt werden.
Die arithmetische Einheit 104 ist dafür ausgelegt, eine Verarbeitung in Bezug auf die Spülsteuerung durchzuführen. Was die Ansprüche betrifft, so sind Funktionen als erste Spülsteuerungseinrichtung, zweite Spülsteuerungseinrichtung und dritte Spülsteuerungseinrichtung in den Funktionen enthalten, mit denen die arithmetische Einheit 104 ausgestattet ist. 12 ist ein Ablaufschema, das den Ablauf einer Verarbeitung für eine Spülsteuerung darstellt, die von der arithmetischen Einheit 104 durchgeführt wird. Im Folgenden werden Einzelheiten der Verarbeitung, die von der arithmetischen Einheit 104 durchgeführt wird, anhand von 12 beschrieben.
In Schritt S301 im Ablaufschema von 12 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht das Frischlufteinführungsventil 74 offen ist. Wenn das Frischlufteinführungsventil 74 offen ist, überspringt die arithmetische Einheit 104 die anschließende Verarbeitung, da die Durchführung einer Spülsteuerung nicht nötig ist.
Wenn das Frischlufteinführungsventil 74 nicht offen ist, ruft die arithmetische Einheit 104 in Schritt S302 die von der arithmetischen Einheit 102 berechnete integrierte Leckgasmenge M ab. Dann bestimmt die arithmetische Einheit 104 in Schritt S303, ob oder ob nicht die in Schritt S303 abgerufene integrierte Leckgasmenge M null ist, das heißt, ob sich Leckgas auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat oder nicht. Diese Bestimmungsoperation wird für jeden Berechnungszyklus durchgeführt. Die arithmetische Einheit 104 wählt die Verarbeitung in Schritt S302 und fährt fort, die integrierte Leckgasmenge M von der arithmetischen Einheit 102 abzurufen, bis die integrierte Leckgasmenge M nicht mehr null ist.
Wenn die integrierte Leckgasmenge M nicht null ist, führt die arithmetische Einheit 104 als Nächstes die Bestimmungsoperation in Schritt S304 durch. In Schritt S304 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht eine Motorstoppforderung besteht. Zum Beispiel bestimmt die arithmetische Einheit 104, dass eine Motorstoppforderung besteht, wenn erfasst wird, dass ein Motorstoppschalter vom Fahrer betätigt wird, in einem Fahrzeug mit Idle-Stopp eine Motorstoppbedingung gegeben ist oder in einem Hybridfahrzeug eine Motorstoppbedingung gegeben ist.
Wenn eine Motorstoppforderung vorliegt, führt die arithmetische Einheit 104 eine Verarbeitung von Schritt S318 bis S321 durch, welche die dritte Spülsteuerung betrifft. Die Einzelheiten der dritten Spülsteuerung werden weiter unten beschrieben.
Wenn keine Motorstoppforderung vorliegt, führt die arithmetische Einheit 104 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S305 durch. In Schritt S305 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht die in Schritt S302 abgerufene integrierte Leckgasmenge M einem zuvor bestimmten zweiten Schwellenwert gleich ist oder diesen übertrifft. Der zweite Schwellenwert wird auf einen Wert gesetzt, der größer ist als der genannte erste Schwellenwert (der Schwellenwert, der in Schritt S202 im Ablaufschema von 8 verwendet wird). Genauer wird der zweite Schwellenwert auf Basis einer kürzesten Ventilöffnungszeitspanne in der Basissteuerung des Frischlufteinführungsventils 74 so eingestellt, dass sich Leckgas nicht in einer Menge ansammelt, die gleich groß ist wie oder größer ist als eine Menge, die innerhalb der kürzesten Ventilöffnungszeitspanne vollständig ausströmen kann. Wenn die integrierte Leckgasmenge M kleiner ist als der zweite Schwellenwert, wird die Verarbeitung, die danach kommt, übersprungen, da es noch zu früh ist, um eine Spülsteuerung durchzuführen.
Wenn die integrierte Leckgasmenge M dem zweiten Schwellenwert gleich ist oder diesen übertrifft, führt die arithmetische Einheit 104 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S306 durch. In Schritt S306 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob der Druck auf der Abströmseite des Frischluneinführungsventils 74 ein negativer Druck ist.
Wenn der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein negativer Druck ist, führt die arithmetische Einheit 104 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S307 durch. In Schritt S307 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht eine drehmomentsenkende Betätigung möglich ist. Hierbei bedeutet der Ausdruck „drehmomentsenkende Betätigung“ eine Stellantriebsbetätigung, die eine drehmomentsenkende Wirkung hat. Zum Beispiel sind in solchen Sellantriebsbetätigungen eine Betätigung, die einen Wirkungsgrad durch Verzögern eines Zündzeitpunkts verringert, oder eine Betätigung, die eine Drehmomenttilgung durch Hilfseinrichtungen erhöht, zusätzlich zu einer Betätigung eingeschlossen, die eine Frischluftmenge dadurch verkleinert, dass ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 24 verkleinert wird, dass in einem Fall, wo der Turbolader 50 ein Wastegateventil aufweist, ein Öffnungsgrad des Wastegateventils vergrößert wird oder dass in einem Fall, wo der Motorhauptkörper 4 eine variable Ventilausrüstung oder dergleichen aufweist, die Schließungszeit eines Ansaugventils verzögert wird.
In einem Fall, wo das Frischlufteinführungsventil 74 in einem Zustand offen ist, wo der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein negativer Druck ist, entsteht ein Frischluftstrom in Vorwärtsrichtung von der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Abströmseite, und somit wird aus dem Frischlufteinführungskanal 72 Frischluft in den Ansaugkanal 10 eingeführt. Eine daraus resultierende Zunahme von Frischluft bewirkt eine Drehmomenterhöhung, und infolgedessen ist das verwirklichte Drehmoment in Bezug auf das geforderte Drehmoment zu hoch. Die oben genannte drehmomentsenkende Betätigung ist eine Betätigung, die durchgeführt wird, um eine drehmomenterhöhende Wirkung, die durch Einführen von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal 72 in den Ansaugkanal 10 hervorgerufen wird, auszugleichen und das Entstehen einer Divergenz zwischen dem verwirklichten Drehmoment und dem geforderten Drehmoment zu unterdrücken. Daher wird beispielsweise in einer Situation, in der ein Drehmoment nicht weiter gesenkt werden kann, die Verarbeitung ab da übersprungen, da keine Spülsteuerung durchgeführt werden kann, beispielsweise während einer schnelleren Verlangsamung oder in einem Fall, wo die Spanne für die Anpassung eines Drehmoments klein ist, beispielsweise während eines Leerlaufbetriebs.
In einem Fall, wo eine drehmomentsenkende Betätigung möglich ist, führt die arithmetische Einheit 104 eine Verarbeitung von Schritt S308 bis S311 durch, welche die erste Spülsteuerung betrifft. In Schritt S308 öffnet die arithmetische Einheit 104 das Frischlufteinführungsventil 74 auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad und führt eine Drehmomentbeibehaltungssteuerung mittels einer drehmomentsenkenden Betätigung aus. Durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 strömt Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, zusammen mit Frischluft auf der Abströmseite der Drosselklappe 24 zum Ansaugkanal 10 aus. Ferner wird durch eine drehmomentsenkende Betätigung, die gleichzeitig damit durchgeführt wird, eine drehmomenterhöhende Wirkung, die durch die Einführung von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal 72 in den Ansaugkanal 10 hervorgerufen wird, ausgeglichen, und während der Einführung von Frischluft durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 wird somit ein Drehmoment gleich gehalten.
In Schritt S309 berechnet die arithmetische Einheit 104 die verbliebene Leckgasmenge und nimmt dabei die in Schritt S302 abgerufene integrierte Leckgasmenge M als Ausgangswert. Genauer berechnet die arithmetische Einheit 104 eine Strömungsrate eines Gases, das durch das Frischlufteinführungsventil 74 gelangt, auf Basis des Druckes auf der Abströmseite und des Druckes auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 und des Öffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils 74 und führt in jedem Berechnungszyklus eine Subtraktionsoperation in Bezug auf die verbliebene Leckgasmenge auf Basis der errechneten Gasströmungsrate durch.
In Schritt S310 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht die in Schritt S309 berechnete verbliebene Leckgasmenge null ist, das heißt, ob oder ob nicht sämtliches Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, verschwunden ist. Diese Bestimmung wird für jeden Berechnungszyklus durchgeführt. Die arithmetische Einheit 104 wählt die Verarbeitung in Schritt S309 und fährt fort, die verbliebene Leckgasmenge zu aktualisieren, bis die verbliebene Leckgasmenge null wird.
Wenn die verbliebene Leckgasmenge null wird, führt die arithmetische Einheit 104 anschließend die Verarbeitung in Schritt S311 durch. In Schritt S311 schließt die arithmetische Einheit 104 das Frischlufteinführungsventil 74 und führt durch Beenden der drehmomentsenkenden Betätigung eine Drehmomentbeibehaltungssteuerung aus. Infolge des Schließens des Frischlufteinführungsventils 74 verschwindet die drehmomenterhöhende Wirkung, die durch die Einführung von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal 72 in den Ansaugkanal 10 hervorgerufen wird. Deshalb wird auch die drehmomentsenkende Betätigung beendet, und dadurch wird auch ein Drehmoment gleich gehalten, nachdem die Einführung von Frischluft beendet wurde.
Durch die Durchführung der ersten Spülsteuerung anhand der oben beschriebenen Verarbeitung kann bewirkt werden, dass Leckgas, das den Frischlufteinführungskanal 72 füllt, an einer Stelle stromabwärts von der Drosselklappe 24 in den Ansaugkanal 10 ausströmt, während das Auftreten von Drehmomentschwankungen unterdrückt wird.
Wenn die erste Spülsteuerung abgeschlossen ist, wird dies der arithmetischen Einheit 102 von der arithmetischen Einheit 104 gemeldet. Nachdem die arithmetische Einheit 102 die Meldung erhalten hat, dass die erste Spülsteuerung abgeschlossen ist, setzt sie die integrierte Leckgasmenge M zurück, um den Wert der integrierten Leckgasmenge M auf null zu bringen.
Man beachte, dass in einem Fall, wo die erste Spülsteuerung durchgeführt wird, die AGR-Rate eines Gases, das aus dem Ansaugkanal 10 in die Zylinder gesaugt wird, abhängig von der eingeführten Frischluftmenge gesenkt wird. Daher kann auch eine Gestaltung gewählt werden, bei der die AGR-Rate eines in die Zylinder gesaugten Gases ermittelt wird und der ermittelte Wert der AGR-Rate in der Verarbeitung einer anderen arithmetischen Einheit (einer nicht dargestellten arithmetischen Einheit, die von den arithmetischen Einheiten 101 bis 104 verschieden ist), welche die AGR-Rate als Steuerungsinformationen verwendet, zum Tragen kommt. Die AGR-Rate eines Gases, das in die Zylinder gesaugt wird, wenn das Frischlufteinführungsventil 74 offen ist, kann auf Basis von Informationen wie der vom Luftströmungsmesser 20 gemessenen Frischluft, der Soll-AGR-Rate, der integrierten Leckgasmenge M, der durchschnittlichen AGR-Rate E eines Leckgases und der Gasmenge, die durch das Frischlufteinführungsventil 74 strömt, ermittelt werden.
In einer Situation, wo die AGR-Rate nicht verringert werden kann, beispielsweise in einem Fall, wo einem sparsamen Kraftstoffverbrauch Vorrang eingeräumt wird, kann eine Gestaltung gewählt werden, bei der die erste Spülsteuerung nicht durchgeführt wird. Zu diesem Zweck reicht es aus, bei der Bestimmung in Schritt S306 zusätzlich zu der Bestimmung, dass der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein negativer Druck ist, eine Bedingung zu übernehmen, dass keine Abgasumwälzung durch die AGR-Ausrüstung 60 durchgeführt wird, und eine AND-Operation in Bezug auf die beiden Bedingungen durchzuführen.
Falls dagegen die Bedingung in Schritt S306 nicht erfüllt ist, führt die arithmetische Einheit 104 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S312 durch. In Schritt S312 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein positiver Druck ist und die AGR-Rate eines Gases innerhalb des Ausgleichstanks 14 null ist. Es besteht eine Ansprechverzögerung ab einer Zeit, zu der das AGR-Ventil 66 geschlossen wird, bis die AGR-Rate des Gases innerhalb des Ausgleichstanks 14 null wird. Die arithmetische Einheit 104 ermittelt die AGR-Rate anhand eines Modells, das eine solche Ansprechverzögerung berücksichtigt. Man beachte, dass in einem Fall, wo ein Sauerstoffsensor im Ausgleichstank 14 installiert ist, die AGR-Rate auf Basis einer vom Sauerstoffkonzentrationssensor gemessenen Sauerstoffkonzentration bestimmt werden kann. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, wird die Verarbeitung ab da übersprungen, da keine Spülsteuerung durchgeführt werden kann.
Falls dagegen die Bedingung in Schritt S312 erfüllt ist, führt die arithmetische Einheit 104 als Nächstes eine Bestimmungsoperation in Schritt S313 durch. In Schritt S313 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob es möglich ist, eine drehmomenterhöhende Betätigung durchzuführen oder nicht. In diesem Fall bedeutet der Ausdruck „drehmomenterhöhenden Betätigung“ eine Stellantriebsbetätigung, die eine drehmomenterhöhende Wirkung hat. Zum Beispiel ist in solchen Sellantriebsbetätigungen eine Betätigung, die eine Drehmomenttilgung durch Hilfseinrichtungen verringert, zusätzlich zu einer Betätigung eingeschlossen, die eine Frischluftmenge dadurch vergrößert, dass ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 24 vergrößert wird, dass in einem Fall, wo der Turbolader 50 ein Wastegateventil aufweist, ein Öffnungsgrad des Wastegateventils verkleinert wird oder dass in einem Fall, wo der Motorhauptkörper 4 eine variable Ventilausrüstung oder dergleichen aufweist, die Schließungszeit eines Ansaugventils verfrüht wird.
In einem Fall, wo das Frischlufteinführungsventil 74 in einem Zustand offen ist, wo der Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 ein positiver Druck ist, entsteht ein Frischluftstrom in Rückwärtsrichtung von der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 zur Anströmseite, und Frischluft strömt somit aus dem Ansaugkanal 10 zurück in den Frischlufteinführungskanal 72. Eine daraus resultierende Abnahme von Frischluft bewirkt eine Drehmomentsenkung und bewirkt infolgedessen, dass ein verwirklichtes Drehmoment in Bezug auf das geforderte Drehmoment zu klein ist. Die oben genannte drehmomenterhöhende Betätigung ist eine Betätigung, die durchgeführt wird, um eine drehmomentsenkende Wirkung, die durch das Zurückströmen von Frischluft aus dem Ansaugkanal 10 in den Frischlufteinführungskanal 72 hervorgerufen wird, auszugleichen und das Entstehen einer Divergenz zwischen dem verwirklichten Drehmoment und dem geforderten Drehmoment zu unterdrücken. Daher wird beispielsweise in einer Situation, in der ein Drehmoment nicht weiter erhöht werden kann, die Verarbeitung ab da übersprungen, da keine Spülsteuerung durchgeführt werden kann, beispielsweise während eines Betriebs in einem WOT-Zustand oder in einem Fall, wo eine Spanne für die Drehmomentanpassung klein ist, beispielsweise während eines Leerlaufbetriebs.
In einem Fall, wo eine drehmomenterhöhende Betätigung möglich ist, führt die arithmetische Einheit 104 eine Verarbeitung von Schritt S314 bis S317 durch, welche die zweite Spülsteuerung betrifft. In Schritt S314 öffnet die arithmetische Einheit 104 das Frischlufteinführungsventil 74 auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad und führt eine Drehmomentbeibehaltungssteuerung mittels einer drehmomenterhöhenden Betätigung aus. Durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 strömt Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, zusammen mit Frischluft auf der Anströmseite des Verdichters in den Ansaugkanal 10 aus. Ferner wird durch eine drehmomenterhöhende Betätigung, die gleichzeitig damit durchgeführt wird, eine drehmomentsenkende Wirkung, die durch das Zurückströmen von Frischluft aus dem Ansaugkanal 10 in den Frischlufteinführungskanal 72 hervorgerufen wird, ausgeglichen, und während des Zurückströmens der Frischluft, die durch das Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 bewirkt wird, wird somit ein Drehmoment ebenfalls gleich gehalten.
In Schritt S315 berechnet die arithmetische Einheit 104 eine verbliebene Leckgasmenge und nimmt dabei die in Schritt S302 abgerufene integrierte Leckgasmenge M als Ausgangswert. Genauer berechnet die arithmetische Einheit 104 eine Strömungsrate eines Gases, das durch das Frischlufteinführungsventil 74 strömt, auf Basis des Drucks auf der Abströmseite und des Drucks auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 und des Öffnungsgrads des Frischluneinführungsventils 74. Da das Leckgas, das sich auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, durch Gas, das durch das Frischlufteinführungsventil 74 strömt, stromaufwärts vom Verdichter in den Ansaugkanal 10 ausgespült wird, kann die verbliebene Leckgasmenge durch Subtrahieren der verbliebenen Leckgasmenge in jedem Berechnungszyklus auf Basis der errechneten Gasströmungsrate ermittelt werden.
In Schritt S316 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht die in Schritt S315 berechnete verbliebene Leckgasmenge null ist, das heißt, ob oder ob nicht sämtliches Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, verschwunden ist. Diese Bestimmung wird für jeden Berechnungszyklus durchgeführt. Die arithmetische Einheit 104 wählt die Verarbeitung in Schritt S315 und fährt fort, die verbliebene Leckgasmenge zu aktualisieren, bis die verbliebene Leckgasmenge null wird.
Wenn die verbliebene Leckgasmenge null wird, führt die arithmetische Einheit 104 anschließend die Verarbeitung in Schritt S317 durch. In Schritt S317 schließt die arithmetische Einheit 104 das Frischlufteinführungsventil 74 und führt durch Beenden der drehmomenterhöhenden Betätigung eine Drehmomentbeibehaltungssteuerung aus. Infolge des Schließens des Frischlufteinführungsventils 74 verschwindet die drehmomentsenkende Wirkung, die durch das Zurückströmen der Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal 72 in den Ansaugkanal 10 hervorgerufen wird. Infolgedessen wird auch die drehmomenterhöhende Betätigung beendet, und daher wird auch ein gleichbleibendes Drehmoment beibehalten, nachdem die Einführung von Frischluft beendet wurde.
Durch die Durchführung der zweiten Spülsteuerung anhand der oben beschriebenen Verarbeitung kann Leckgas, das den Frischlufteinführungskanal 72 gefüllt hat, an einer Stelle stromaufwärts vom Verdichter 52 in den Ansaugkanal 10 ausgespült werden, während das Auftreten von Drehmomentschwankungen unterdrückt wird.
Wenn die zweite Spülsteuerung abgeschlossen ist, wird dies der arithmetischen Einheit 102 von der arithmetischen Einheit 104 gemeldet. Nachdem die arithmetische Einheit 102 die Meldung erhalten hat, dass die zweite Spülsteuerung abgeschlossen ist, setzt sie die integrierte Leckgasmenge M zurück, um den Wert der integrierten Leckgasmenge M auf null zu bringen.
Nun wird die dritte Spülsteuerung beschrieben. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S304 ist, dass eine Motorstoppforderung gestellt worden ist, führt die arithmetische Einheit 104 eine Verarbeitung von Schritt S318 bis S321 durch, welche die dritte Spülsteuerung betrifft. In Schritt S318 öffnet die arithmetische Einheit 104 das Frischlufteinführungsventil 74 und führt außerdem durch eine drehmomentsenkende Betätigung eine Drehmomentbeibehaltungssteuerung aus. Das heißt, die dritte Spülsteuerung wird immer ausgeführt, wenn Leckgas vorhanden ist, unabhängig von der Größe der integrierten Leckgasmenge M. Da der Motor 2 nicht gestoppt werden kann, während die dritte Spülsteuerung ausgeführt wird, wird ferner, um die dritte Spülsteuerung in möglichst kurzer Zeit zu beenden, der Öffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils 74 in Kombination mit der Nutzung einer drehmomentsenkenden Betätigung auf einen größten Öffnungsgrad innerhalb eines Bereichs, der die Drehmomentforderung erfüllt, eingestellt. Zum Beispiel beinhalten drehmomentsenkende Betätigungen, die mit der dritten Spülsteuerung ausgeführt werden können, eine Betätigung, die durch Verzögern eines Zündzeitpunkts einen Wirkungsgrad senkt, und eine Betätigung, die durch Hilfseinrichtungen eine Drehmomenttilgung erhöht, zusätzlich zu einer Betätigung, die eine Frischluftmenge verringert durch Verkleinern des Öffnungsgrads der Drosselklappe 24 oder durch Verzögern des Zündzeitpunkts des Ansaugventils in einem Fall, wo der Motorhauptkörper 4 eine variable Ventilausrüstung aufweist.
Durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 auf den größten Öffnungsgrad, mit dem die Drehmomentforderung erfüllt werden kann, strömt Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, zusammen mit Frischluft auf der Abströmseite der Drosselklappe 24 zum Ansaugkanal 10 aus. Ferner wird durch eine drehmomentsenkende Betätigung, die gleichzeitig damit durchgeführt wird, eine drehmomenterhöhende Wirkung, die durch die Einführung von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal 72 in den Ansaugkanal 10 hervorgerufen wird, ausgeglichen, und während der Einführung von Frischluft durch Öffnen des Frischlufteinführungsventils 74 wird somit ein Drehmoment gleich gehalten.
In Schritt S319 berechnet die arithmetische Einheit 104 die verbliebene Leckgasmenge und nimmt dabei die in Schritt S302 abgerufene integrierte Leckgasmenge M als Ausgangswert. Genauer berechnet die arithmetische Einheit 104 eine Strömungsrate eines Gases, das durch das Frischlufteinführungsventil 74 gelangt, auf Basis des Druckes auf der Abströmseite und des Druckes auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 und des Öffnungsgrads des Frischlufteinführungsventils 74 und führt in jedem Berechnungszyklus eine Subtraktionsoperation in Bezug auf die verbliebene Leckgasmenge auf Basis der errechneten Gasströmungsrate durch.
In Schritt S320 bestimmt die arithmetische Einheit 104, ob oder ob nicht die in Schritt S319 berechnete verbliebene Leckgasmenge null ist, das heißt, ob oder ob nicht sämtliches Leckgas, das sich auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils 74 angesammelt hat, verschwunden ist. Diese Bestimmung wird für jeden Berechnungszyklus durchgeführt. Die arithmetische Einheit 104 wählt die Verarbeitung in Schritt S319 und fährt fort, die verbliebene Leckgasmenge zu aktualisieren, bis die verbliebene Leckgasmenge null wird.
Wenn die verbliebene Leckgasmenge null wird, führt die arithmetische Einheit 104 anschließend die Verarbeitung in Schritt S321 durch. In Schritt S321 schließt die arithmetische Einheit 104 das Frischlufteinführungsventil 74 und führt durch Beenden der drehmomentsenkenden Betätigung eine Drehmomentbeibehaltungssteuerung aus. Infolge des Schließens des Frischlufteinführungsventils 74 verschwindet die drehmomenterhöhende Wirkung, die durch die Einführung von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal 72 in den Ansaugkanal 10 hervorgerufen wird. Deshalb wird auch die drehmomentsenkende Betätigung beendet, und dadurch wird auch ein Drehmoment gleich gehalten, nachdem die Einführung von Frischluft beendet wurde.
Durch die Durchführung der dritten Spülsteuerung anhand der oben beschriebenen Verarbeitung kann bewirkt werden, dass Leckgas, das den Frischlufteinführungskanal 72 gefüllt hat, an einer Stelle stromabwärts von der Drosselklappe 24 in den Ansaugkanal 10 ausströmt, während das Auftreten von Drehmomentschwankungen unterdrückt wird. Ferner führt die arithmetische Einheit 104 eine Motorstoppverarbeitung, die den Motor 2 stoppt, zu dem Zeitpunkt aus, zu dem die dritte Spülsteuerung abgeschlossen ist. Dadurch wird eine Situation vermieden, wo der Motor 2 in einem Zustand anhält, in dem Leckgas im Frischlufteinführungskanal 72 verbleibt.
Wenn die dritte Spülsteuerung abgeschlossen ist, wird dies der arithmetischen Einheit 102 von der arithmetischen Einheit 104 gemeldet. Nachdem die arithmetische Einheit 102 die Meldung erhalten hat, dass die dritte Spülsteuerung abgeschlossen ist, setzt sie die integrierte Leckgasmenge M zurück, um den Wert der integrierten Leckgasmenge M auf null zu bringen.

Claims

Verbrennungsmotorsystem, aufweisend: eine Turbine (58), die in einem Abgaskanal (30) eines Verbrennungsmotors (2) vorgesehen ist, einen Verdichter (52), der in einem Ansaugkanal (10) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet ist und von der Turbine (58) angetrieben wird, eine Drosselklappe (24), die im Ansaugkanal an einer Stelle stromabwärts in Bezug auf den Verdichter (52) vorgesehen ist, einen Frischlufteinführungskanal (72), der einen Bereich, der in Bezug auf den Verdichter (52) stromaufwärts liegt, und einen Bereich, der in Bezug auf die Drosselklappe (24) im Ansaugkanal (10) stromabwärts liegt, miteinander verbindet, ein Frischlufteinführungsventil (74), das im Frischlufteinführungskanal (72) bereitgestellt ist, eine AGR-Ausrüstung (60), die dafür ausgelegt ist, einen Teil eines Abgases aus einem Bereich, der in Bezug auf die Turbine (58) im Abgaskanal stromabwärts liegt, in einen Bereich zwischen einem Einlass des Frischlufteinführungskanals (72) und dem Verdichter (52) im Ansaugkanal (10) zurückzuführen; und eine Steuereinheit (100), die dafür ausgelegt ist, einen Sollöffnungsgrad des Frischlufteinführungsventils (74) auf Basis eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (2) zu bestimmen, eine Leckgasmenge in Bezug auf ein Gas, das von einer Abströmseite des Frischlufteinführungsventils (74) zu einer Anströmseite austritt, wenn das Frischlufteinführungsventil (74) geschlossen ist, zu ermitteln, und das Frischlufteinführungsventil (74) auf einen Öffnungsgrad zu öffnen, der größer ist als der Sollöffnungsgrad, wenn die Leckgasmenge gleich groß ist wie oder größer ist als ein vorgegebener Wert, wenn das Frischlufteinführungsventil (74) geöffnet wird.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (100) dafür ausgelegt ist, das Frischlufteinführungsventil (74) auf einen Öffnungsgrad zu öffnen, der durch Addieren eines Korrekturöffnungsgrads zum Sollöffnungsgrad erhalten wird, und den Korrekturöffnungsgrad zu erhöhen, wenn ein Abgasanteil am Leckgas größer wird.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (100) dafür ausgelegt ist, eine Zeitspanne zu verlängern, über die der Korrekturöffnungsgrad zum Sollöffnungsgrad addiert wird, wenn die Leckgasmenge größer wird, und die Zeitspanne zu verkürzen, über die der Korrekturöffnungsgrad zum Sollöffnungsgrad addiert wird, wenn der Korrekturöffnungsgrad größer wird.
Verbrennungsmotorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (100) dafür ausgelegt ist, eine Gasmenge, die pro Zeiteinheit von der Abströmseite zur Anströmseite des Frischlufteinführungsventils (74) strömt, wenn ein Druck auf der Abströmseite höher ist als ein Druck auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils (74), bzw. eine Gasmenge, die pro Zeiteinheit von der Anströmseite zur Abströmseite des Frischluneinführungsventils (74) strömt, wenn ein Druck auf der Anströmseite höher ist als ein Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils (74), zu berechnen, und die Leckgasmenge durch Integrieren der errechneten Gasmengen zu ermitteln.
Verbrennungsmotorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (100) dafür ausgelegt ist, das Frischlufteinführungsventil (74) zu öffnen, um zu bewirken, dass so viel Leckgas wie der Leckgasmenge entspricht, an einer Stelle, die in Bezug auf die Drosselklappe (24) stromabwärts liegt, zusammen mit Frischluft in den Ansaugkanal (10) strömt, wenn bei geschlossenem Frischlufteinführungsventil (74) die Leckgasmenge einem vorgegebenen Wert gleich ist oder diesen übertrifft und ein Druck auf der Anströmseite höher ist als ein Druck auf der Abströmseite des Frischlufteinführungsventils (74), und eine Stellantriebsbetätigung durchzuführen, die eine drehmomentsenkende Wirkung aufweist, um eine drehmomenterhöhende Wirkung auszugleichen, die durch Einführen von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal (72) in den Ansaugkanal (10) hervorgerufen wird.
Verbrennungsmotorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (100) dafür ausgelegt ist, das Frischlufteinführungsventil (74) zu öffnen, um zu bewirken, dass so viel Leckgas wie der Leckgasmenge entspricht, an einer Stelle, die in Bezug auf den Verdichter (52) stromaufwärts liegt, zusammen mit Frischluft in den Ansaugkanal strömt, wenn bei geschlossenem Frischluftzuführventil (74) die Leckgasmenge einem vorgegebenen Wert gleich ist oder diesen übertrifft und ein Druck auf der Abströmseite höher ist als ein Druck auf der Anströmseite des Frischlufteinführungsventils (74) und von der AGR-Ausrüstung (60) keine Abgasrückführung durchgeführt wird, und eine Stellantriebsbetätigung durchzuführen, die eine drehmomenterhöhende Wirkung aufweist, um eine drehmomentsenkende Wirkung auszugleichen, die durch ein Zurückströmen von Frischluft aus dem Ansaugkanal (10) in den Frischlufteinführungskanal (72) hervorgerufen wird.
Verbrennungsmotorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuervorrichtung (100) dafür ausgelegt ist, in einem Fall, wo eine Stoppforderung für den Verbrennungsmotor (2) besteht, das Frischlufteinführungsventil (74) zu öffnen, um zu bewirken, dass so viel Leckgas wie der Leckgasmenge entspricht an einer Stelle, die in Bezug auf die Drosselklappe (24) stromabwärts liegt, zusammen mit Frischluft in den Ansaugkrümmer strömt, und eine Stellantriebsbetätigung durchzuführen, die eine drehmomentsenkende Wirkung aufweist, um eine drehmomenterhöhende Wirkung auszugleichen, die durch Einführen von Frischluft aus dem Frischlufteinführungskanal (72) in den Ansaugkanal (10) hervorgerufen wird.