DE102017108382B4

DE102017108382B4 - Steuerungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102017108382B4
Application number: DE102017108382.0A
Authority: DE
Inventors: Yushi SHIBAIKE; Yoshiyuki KAGEURA; Satoru Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: US10385789B2; US20170350326A1; JP6304307B2; DE102017108382A1; JP2017218940A

Abstract

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kompressor (22), der in einem Einlassdurchgang (4) angeordnet ist, einer Drosselklappe (16), die stromabwärts des Kompressors (22) in dem Einlassdurchgang (4) angeordnet ist, und einem in einem AGR-Durchgang (32) angeordneten AGR-Ventil (34), das einen Auslassdurchgang (6) und eine Stromaufwärtsseite des Kompressors (22) im Einlassdurchgang (4) verbindet, welche zum Betätigen der Drosselklappe (16) zum Erhöhen einer Ladeeffizienz eines Zylinderinnengases und zum Betätigen des AGR-Ventils (34) zum Erhöhen einer AGR-Rate des Zylinderinnengases in einem Beschleunigungsbetrieb konfiguriert ist, wobei die Steuerungsvorrichtung umfasst:
eine Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung (101, 102, 103, 104, 105) zum Bestimmen einer Zielladeeffizienz, wobei die Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung (101, 102, 103, 104, 105) konfiguriert ist, um die Zielladeeffizienz in Übereinstimmung mit einem Betrag einer von der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Beschleunigung zu erhöhen;
eine Drosselklappenzielöffhungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) zum Berechnen eines Drosselklappenzielöffnungsgrads auf Grundlage der Zielladeeffizienz, wobei die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) konfiguriert ist, um zu wählen, den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand einer ersten Rechenoperation zu berechnen und den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand einer zweiten Rechenoperation zu berechnen, durch welche eine Zunahmegeschwindigkeit eines Drosselklappenöffnungsgrads stärker begrenzt wird als durch die erste Rechenoperation; und
eine Vorhersageeinrichtung (115) zum Vorhersagen unter Verwendung eines Vorhersagemodells, das dynamische Kenndaten der Verbrennungskraftmaschine ausdrückt, ob durch einen Einfluss der AGR-Rate des Zylinderinnengases, die später zunimmt als eine Zunahme der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases, eine vorübergehende Reduzierung einer Ladeeffizienz von Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt, wenn im Fall eines Umschaltens in den Beschleunigungsbetrieb die erste Rechenoperation auf eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads auf Grundlage der zunehmenden Zielladeeffizienz angewendet wird,
wobei die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) konfiguriert ist,
um zu wählen, den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand der ersten Rechenoperation zu berechnen, wenn die Vorhersageeinrichtung (115) nicht vorhersagt, dass die vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt, und
um zu wählen, den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand der zweiten Rechenoperation zu berechnen, wenn die Vorhersageeinrichtung (115) vorhersagt, dass eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt.

Description

Hintergrund
Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und insbesondere eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die einen Auflader („Supercharger“) und eine AGR(Abgasrückführungs)-Vorrichtung beinhaltet.
Stand der Technik
Wie in JP 2014-152 716 A beschrieben, dauert es bei einer Verbrennungskraftmaschine, bei der ein Austritt eines AGR-Durchgangs stromaufwärts eines Kompressors in einem Einlassdurchgang vorgesehen ist, an einem Startzeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs sehr lange, bis AGR-Gas, welches aus dem Austritt des AGR-Durchgangs heraus in den Einlassdurchgang strömt, erstmals eine Brennkammer erreicht. Folglich wird in einem Zeitraum, bis das AGR-Gas erstmals die Brennkammer erreicht, eine AGR-Rate in der Brennkammer übermäßig niedrig bezogen auf eine AGR-Zielrate. Wenn das AGR-Gas nach einer Weile die Brennkammer erreicht, wird eine Frischluftmenge in einem Zylinder abrupt reduziert, da die AGR-Rate des in den Zylinder eintretenden Gases plötzlich zunimmt, wodurch eine Drehmomentdifferenz auftritt.
Um dies zu verhindern, schätzt die in JP 2014-152 716 A vorgeschlagene Technik die AGR-Rate im Austritt des AGR-Durchgangs und korrigiert einen Drosselklappenzielöffnungsgrad stärker in Richtung einer Schließseite, wenn die AGR-Rate in mindestens dem Zeitraum, bis das AGR-Gas die Brennkammer erreicht, höher ist als ein vorbestimmter Wert.
Das Modellieren der Gaslaufzeiten von der Drosselkappe bzw. der AGR-Einleitstelle bis zum Zylinder ist Gegenstand der US 2001/0 017 126 A . Hierbei werden invertierte Modelle zur Berechnung der erforderlichen überschießenden Verläufe von Drosselklappen- und AGR-Ventil-Stellung verwendet, um den Anstieg von Frischluft- und Abgasfüllung im Zylinder zu koordinieren.
Kurzfassung
In einem Beschleunigungsbetrieb führt eine Korrektur des Drosselklappenzielöffnungsgrades hin zu einer Schließseite zu einem reduzierten Drehmomentansprechverhalten, indem eine Zunahme einer Ladeeffizienz verzögert wird. Falls folglich ein Einfluss, den ein verzögertes Eintreffen des AGR-Gases auf das Drehmoment besitzt, gering ist, ist es nicht erwünscht, dass der Drosselklappenzielöffnungsgrad zur Schließseite hin korrigiert wird. Diesbezüglich führt die oben beschriebene herkömmliche Technik keine Korrektur des Drosselklappenzielöffhungsgrades durch, wenn die AGR-Rate im Austritt des AGR-Durchgangs kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Zweifelsohne ist die AGR-Rate im Austritt des AGR-Durchgangs ein Parameter, der den Einfluss des verzögerten Eintreffens des AGR-Gases auf das Drehmoment angibt. Jedoch ist nicht allein auf Grundlage der AGR-Rate im Austritt des AGR-Durchgangs bestimmbar, ob die Frischluftmenge in einem Zylinder aufgrund des verzögerten Eintreffens des AGR-Gases vorübergehend reduziert wird oder nicht und dadurch eine Drehmomentdifferenz auftritt. Folglich besteht bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik die Möglichkeit, dass eine Korrektur des Drosselklappenzielöffnungsgrads vorgenommen wird, obwohl das Auftreten einer Drehmomentdifferenz unmöglich ist, und dass das Drehmomentansprechverhalten unnötigerweise reduziert wird.
Die vorliegende Offenbarung erfolgt in Anbetracht des vorgenannten Problems und hat als eine Aufgabe die Bereitstellung einer Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die imstande ist, eine durch ein verzögertes Eintreffen von AGR-Gas bedingte Drehmomentdifferenz zu begrenzen, ohne das Drehmomentansprechverhalten in einem Beschleunigungsbetrieb der Verbrennungskraftmaschine mehr als nötig zu reduzieren.
Eine Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine, die einen in einem Einlassdurchgang angeordneten Kompressor, eine stromabwärts des Kompressors in dem Einlassdurchgang angeordnete Drosselklappe und ein in einem AGR-Durchgang angeordnetes AGR-Ventil, das einen Auslassdurchgang und eine Stromaufwärtsseite des Kompressors im Einlassdurchgang verbindet, beinhaltet. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Steuerungsvorrichtung, die zum Betätigen der Drosselklappe zum Erhöhen einer Ladeeffizienz eines Zylinderinnengases und zum Betätigen des AGR-Ventils zum Erhöhen einer AGR-Rate des Zylinderinnengases in einem Beschleunigungsbetrieb konfiguriert ist. Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ferner konfiguriert wie folgt.
Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung, eine Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung und eine Vorhersageeinrichtung. Die Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann als ein Computer konfiguriert sein, der mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher beinhaltet. Der Computer kann konfiguriert sein, um mit Hilfe mindestens eines in mindestens dem einen Speicher gespeicherten Computerprogramms, das durch mindestens den einen Prozessor ausgeführt wird, als die Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung, die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung und die Vorhersageeinrichtung zu fungieren.
Die Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung ist konfiguriert, um eine Zielladeeffizienz zu bestimmen, welche ein Zielwert der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases ist, und ist konfiguriert, um die Zielladeeffizienz in Übereinstimmung mit einem Beschleunigungsbetrag zu erhöhen, der von der Verbrennungskraftmaschine angefordert wird. Die Beschleunigungsanforderung an die Verbrennungskraftmaschine kann eine Anforderung beinhalten, welche durch einen Fahrer über eine Betätigung eines Betätigungselements eingegeben wird. Ferner kann der Verbrennungskraftmaschine eine Beschleunigungsanforderung von einem Steuerungssystem einer Fahrgeschwindigkeitsregelvorrichtung oder von einem Steuerungssystem einer autonomen Fahrvorrichtung zugeführt werden. Es sei daraufhingewiesen, dass in der vorliegenden Spezifikation mit einer „Ladeeffizienz des Zylinderinnengases“ ein Verhältnis einer Masse aller Gase in einem Zylinder, das heißt, aller Gase, welche Frischluft und ein AGR-Gas enthalten, zu einer Masse von Luft, die einem Hubvolumen entspricht, gemeint ist. Wenn schlicht von einer „Ladeeffizienz“ die Rede ist, dann ist damit die Ladeeffizienz des Zylinderinnengases gemeint, sofern nichts anderes beschrieben ist. Wenn ferner von einer „Ladeeffizienz von Frischluft“ die Rede ist, dann ist damit ein Verhältnis einer Masse von Frischluft, welche in den Zylinder eintritt, zur Masse von Luft, die dem Hubvolumen entspricht, gemeint. Wenn ferner von einer „Ladeeffizienz des AGR-Gases“ die Rede ist, dann ist damit ein Verhältnis einer Masse des AGR-Gases, welches in den Zylinder eintritt, zur Masse der Luft, welche dem Hubvolumen entspricht, gemeint.
Die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung ist konfiguriert, um einen Drosselklappenzielöffnungsgrad, welcher der Zielwert des Öffnungsgrads der Drosselklappe ist, aus der Zielladeeffizienz zu berechnen. Im Einzelnen ist die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung konfiguriert, um imstande zu sein, eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads anhand einer ersten Rechenoperation und eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads anhand einer zweiten Rechenoperation, durch welche eine Zunahmegeschwindigkeit eines Drosselklappenöffnungsgrads stärker begrenzt wird als durch die erste Rechenoperation, zu wählen. Konkret ist die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung konfiguriert, um eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads anhand der ersten Rechenoperation als Standardeinstellung zu wählen, und um eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads anhand der zweiten Rechenoperation zu wählen, wenn eine Bedingung für einen Wechsel der Auswahl, welche später beschrieben wird, festgestellt wird.
Die zweite Rechenoperation kann zum Korrigieren des in der ersten Rechenoperation berechneten Drosselklappenzielöffnungsgrads hin zu einer Schließseite dienen. Wenn beispielsweise die erste Rechenoperation dazu dient, den Drosselklappenöffnungsgrad zum Erreichen der Zielladeeffizienz als den Drosselklappenzielöffnungsgrad zu berechnen, kann in der zweiten Rechenoperation die Zielladeeffizienz zu einer abnehmenden Seite hin korrigiert werden, und der Drosselklappenöffnungsgrad zum Erreichen der korrigierten Zielladeeffizienz kann als der Drosselklappenzielöffnungsgrad berechnet werden. Das Erlangen der AGR-Zielrate, das Berechnen der geschätzten AGR-Rate aller durch das Einlassventil hindurchtretenden Gase und das Subtrahieren der Ladeeffizienz, welche der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht, von der Zielladeeffizienz kann als ein Vorgang des Korrigierens der Zielladeeffizienz hin zur abnehmenden Seite durchgeführt werden.
Die Vorhersageeinrichtung ist konfiguriert, um unter Verwendung des Vorhersagemodells, das die dynamischen Kenndaten der Verbrennungskraftmaschine ausdrückt, vorherzusagen, ob die Bedingung für einen Wechsel von einer Berechnung des Drosselklappenzielöffhungsgrads anhand der ersten Rechenoperation zu einer Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads anhand der zweiten Rechenoperation festgestellt wird. Im Einzelnen ist die Bedingung für einen Wechsel der Auswahl, dass durch einen Einfluss der AGR-Rate des Zylinderinnengases, die später zunimmt als eine Zunahme der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases, eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft erfolgt, wenn im Fall eines Umschaltens in den Beschleunigungsbetrieb die erste Rechenoperation auf eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads auf Grundlage der zunehmenden Zielladeeffizienz angewendet wird. Das heißt, ein Wechsel zu einer Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads anhand der zweiten Rechenoperation erfolgt, wenn eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft, welche für eine Drehmomentdifferenz ursächlich ist, dann auftritt, wenn eine Berechnung des Drosselklappenzielöffhungsgrads anhand der ersten Rechenoperation auch im Beschleunigungsbetrieb fortgesetzt wird.
Ob eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft erfolgt, kann beispielsweise durch ein Vorgehen wie folgt vorhergesagt werden. Zuerst werden eine Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases und eine Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases, welche erhalten werden, wenn die Drosselklappe unter Verwendung des Drosselklappenzielöffnungsgrades betätigt wird, welcher anhand der ersten Rechenoperation berechnet wird, unter Verwendung eines Vorhersagemodells vorhergesagt. Anschließend, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases, wird bestimmt, dass eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft erfolgt. Eine Differenz zwischen der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases und der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases entspricht einer Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft. Wenn mithin die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases, dann ist die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft negativ, und dies zeigt, dass die Ladeeffizienz der Frischluft reduziert wird.
Das Vorhersagemodell zur Verwendung bei der Vorhersage kann konfiguriert sein, um mindestens den Drosselklappenöffnungsgrad in einer Eingabe zu beinhalten, und um mindestens die Ladeeffizienz der Frischluft oder die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft in einer Ausgabe zu beinhalten. Ferner kann das Vorhersagemodell als eine Kombination einer Mehrzahl von Elementmodellen konfiguriert sein. Zum Beispiel kann das Vorhersagemodell durch Kombinieren eines Auflademodells, bei dem eine Relation zwischen einer Strömungsrate eines durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases und einer Kompressorströmungsrate modelliert wird, eines Einlassmodells, bei dem eine Relation zwischen der Kompressorströmungsrate, dem Drosselklappenöffnungsgrad und der Strömungsrate des durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases modelliert wird, und eines AGR-Modells, bei dem eine Relation zwischen der Kompressorströmungsrate, einem AGR-Ventilöffnungsgrad und der AGR-Rate modelliert wird, konfiguriert sein.
Das Auflademodell, das Einlassmodell und das AGR-Modell können jeweils als eine Kombination einer Mehrzahl von Elementmodellen konfiguriert sein. Das Auflademodell kann durch Kombinieren beispielsweise eines Turbodrehzahlmodells, bei dem eine Relation zwischen der Strömungsrate des durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases und einer Turbodrehzahl modelliert wird, und eines Kompressormodells, bei dem eine Relation zwischen der Turbodrehzahl, einem Kompressorstromabwärtsdruck und der Kompressorströmungsrate modelliert wird, konfiguriert sein. Ferner ist in dem Auflademodell ein Luftreinigermodell beinhaltet, bei dem eine Relation zwischen einer Strömungsrate von Luft, die in den Einlassdurchgang eingelassen wird, und einem Druckverlust in einem Luftreiniger modelliert wird, und der Druck von Luft nach Hindurchtreten durch den Luftreiniger kann als eine Eingabe für das Kompressormodell verwendet werden. Wenn ferner die Verbrennungskraftmaschine ein Bypass-Luftventil beinhaltet, kann in dem Auflademodell ein Bypass-Luftventilmodell beinhaltet sein, bei dem eine Relation zwischen dem Betriebszustand des Bypass-Luftventils und der Strömungsrate eines Gases, das vor den Kompressor zurückgeleitet wird, modelliert wird. Wenn die Verbrennungskraftmaschine ein Stellglied zum Steuern der Turbodrehzahl, wie etwa ein Wastegate-Ventil oder eine variable Düse, beinhaltet, kann ein Betriebszustand des Stellglieds als eine von Eingaben für das Turbodrehzahlmodell verwendet werden, und ein Stellgliedansprechmodell, bei dem eine Ansprechcharakteristik des Stellglieds modelliert wird, kann in dem Auflademodell beinhaltet sein.
Das Einlassmodell kann durch Kombinieren beispielsweise eines Drosselklappenmodells, bei dem eine Relation zwischen einem stromaufwärtigen Druck der Drosselklappe, einem stromabwärtigen Druck der Drosselklappe, dem Drosselklappenöffnungsgrad und einer Strömungsrate von Gas, welches durch die Drosselklappe hindurchtritt, modelliert wird, eines Ansaugkrümmermodells, bei dem eine Relation zwischen einer Strömungsrate von Gas, das in einen Ansaugkrümmer strömt, einer Strömungsrate von Gas, das aus dem Ansaugkrümmer herausströmt, und einem Druck des Ansaugkrümmers modelliert wird, und eines Einlassventilmodells, bei dem eine Relation zwischen dem Druck des Ansaugkrümmers und der Strömungsrate des Gases, das durch das Einlassventil hindurchtritt, modelliert wird, konfiguriert sein. Ferner kann in dem Einlassmodell ein Ladeluftkühlermodell beinhaltet sein, bei dem eine Relation zwischen einer Strömungsrate von Gas, das in einen Ladekühler strömt, einer Strömungsrate von Gas, das aus dem Ladekühler herausströmt, und einem Auslassdruck des Ladekühlers modelliert wird.
Das AGR-Modell kann durch Kombinieren beispielsweise eines AGR-Ventilmodells, bei dem eine Relation zwischen der Kompressorströmungsrate, dem AGR-Ventilöffhungsgrad und der AGR-Rate modelliert wird, und eines AGR-Diffusionsmodells, bei dem eine zeitbezogene Veränderung der AGR-Rate durch Diffundieren des AGR-Gases in einem Pfad vom AGR-Ventil zum Einlassventil modelliert wird, konfiguriert sein.
Wenn entsprechend der Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung anhand des Vorhersagemodells, das die dynamischen Kenndaten der Verbrennungskraftmaschine ausdrückt, vorhergesagt wird, dass durch Anwenden der ersten Rechenoperation auf die Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads in einem Beschleunigungsbetrieb eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz von Frischluft auftritt, wird der Drosselklappenzielöffnungsgrad statt gemäß der ersten Rechenoperation gemäß der zweiten Rechenoperation berechnet, durch welche die Zunahmegeschwindigkeit des Drosselklappenöffhungsgrads stärker begrenzt wird als durch die erste Rechenoperation. Folglich kann die durch ein verzögertes Eintreffen des AGR-Gases bedingte Drehmomentdifferenz begrenzt werden, ohne das Drehmomentansprechverhalten stärker als nötig zu reduzieren.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfigurationsskizze einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen veranschaulicht, die von der Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst sind;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Veränderungen im zeitlichen Verlauf einer Ladeeffizienz aller Gase, einer Ladeeffizienz von Frischluft und einer Ladeeffizienz eines AGR-Gases zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs veranschaulicht;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Relation zwischen einer AGR-Zielrate und einer geschätzten AGR-Rate zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs veranschaulicht;
5 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für Veränderungen im zeitlichen Verlauf der Ladeeffizienz aller Gase, der Ladeeffizienz von Frischluft und der Ladeeffizienz des AGR-Gases zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs veranschaulicht;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsfluss einer Drosselklappenöffnungsgradsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
7 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in einem Fall veranschaulicht, in dem die Drosselklappenöffnungsgradsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird;
8 ist ein Zeitdiagramm, das ein anderes Beispiel für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in dem Fall veranschaulicht, in dem die Drosselklappenöffnungsgradsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird;
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Vorhersagemodells zur Verwendung bei der Vorhersage einer Änderungsgeschwindigkeit der Ladeeffizienz von Frischluft veranschaulicht; und
10 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel für die Konfiguration des Vorhersagemodells zur Verwendung bei der Vorhersage der Änderungsgeschwindigkeit der Ladeeffizienz von Frischluft veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bei der zahlenmäßigen Nennung der Anzahl, der Mengen, der Beträge, der Bereiche und dergleichen der jeweiligen Elemente in der wie folgt gezeigten Ausführungsform nicht auf die genannten Zahlen beschränkt ist, sofern nicht speziell etwas anderes explizit beschrieben ist, oder sofern die Erfindung nicht durch die Zahlen explizit theoretisch konkretisiert wird. Ferner sind die Strukturen, Schritte und dergleichen, welche in der wie folgt gezeigten Ausführungsform beschrieben sind, nicht immer unerlässlich für die Erfindung, sofern nicht speziell etwas anderes explizit dargelegt ist, oder sofern die Erfindung nicht durch die Strukturen, Schritte und dergleichen explizit theoretisch konkretisiert wird.
Konfiguration einer Verbrennungskraftmaschine
1 ist ein Diagramm, das eine Konfigurationsskizze einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. Die Verbrennungskraftmaschine (nachstehend einfach als eine Maschine umschrieben) 1 ist eine Maschine vom Funkenzündungstyp und weist einen Maschinenblock 3 und einen auf dem Maschinenblock 3 angeordneten Maschinenkopf 2 auf. In dem Maschinenblock 3 sind eine Mehrzahl von nicht dargestellten Zylindern gebildet. In dem Maschinenkopf 2 sind eine Reihe von Vorrichtungen und Stellgliedern montiert, wie etwa ein Einlassventil und ein Ventilmechanismus, der das Einlassventil antreibt, ein Auslassventil und ein Ventilmechanismus, der das Auslassventil antreibt, eine Zündkerze und ein Kraftstoffeinspritzventil, welche nicht dargestellt sind.
Ein Einlassdurchgang 4 und ein Auslassdurchgang 6 sind mit dem Maschinenkopf 2 verbunden. In dem Einlassdurchgang 4 sind ein Luftreiniger 10, ein Luftstromsensor 12, ein Kompressor 22, ein Ladeluftkühler 14 und eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 16 in dieser Reihenfolge von stromaufwärts des Einlassdurchgangs 4 zum Maschinenkopf 2 angeordnet. In dem Auslassdurchgang 6 sind eine Turbine 24, welche mit dem Kompressor 22 einen Turbolader 20 bildet, und eine Katalysatorvorrichtung 8 in dieser Reihenfolge vom Maschinenkopf 2 stromabwärts angeordnet. Ferner ist in dem Auslassdurchgang 6 ein Bypass-Durchgang 26, welcher die Turbine 24 umgeht, vorgesehen, und ein Wastegate-Ventil 28 ist in dem Bypass-Durchgang 26 angeordnet.
Die Maschine 1 beinhaltet eine AGR-Vorrichtung 30, welche einen Teil des Abgases vom Auslassdurchgang 6 zum Einlassdurchgang 4 zurückführt. Die AGR-Vorrichtung 30 ist durch einen AGR-Durchgang 32, einen AGR-Kühler 36 und ein AGR-Ventil 34 gebildet. Der AGR-Durchgang 32 verbindet den Auslassdurchgang 6 nach der Katalysatorvorrichtung 8 und den Einlassdurchgang 4 vor dem Kompressor 22. Der AGR-Kühler 36 ist in dem AGR-Durchgang 32 vorgesehen und kühlt Abgas, das in dem AGR-Durchgang 32 strömt, das heißt, AGR-Gas. Das AGR-Ventil 34 ist in dem AGR-Durchgang 32 nach dem AGR-Kühler 36 in einer Richtung eines Stroms des AGR-Gases vorgesehen.
Die Maschine 1 beinhaltet eine Steuerungsvorrichtung 100. Zusätzlich zu dem Luftstromsensor 12 sind verschiedene Sensoren, darunter ein Fahrpedalöffnungsgradsensor 40, mit der Steuerungsvorrichtung 100 verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 100 steuert einen Betrieb der Maschine 1 durch Betreiben verschiedener Vorrichtungen und Stellglieder, die durch die Maschine 1 umfasst sind, basierend auf Informationen, die mit diesen Sensoren erhalten werden. Die Steuerungsvorrichtung 100 ist eine ECU (elektronische Steuerungseinheit), die mindestens eine CPU, mindestens ein ROM und mindestens ein RAM aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuerungsvorrichtung 100 durch eine Mehrzahl von ECUs gebildet sein kann. In der Steuerungsvorrichtung 100 werden in dem ROM gespeicherte Computerprogramme in das RAM geladen und durch die CPU ausgeführt, wodurch verschiedene die Maschinensteuerung betreffende Funktionen realisiert werden.
Von der Steuerungsvorrichtung umfasste Funktionen
2 ist ein Diagramm, in dem eine Funktion bezüglich einer Steuerung eines Öffnungsgrads der Drosselklappe 16, eine Funktion bezüglich einer Steuerung eines Öffnungsgrads des AGR-Ventils 34 und eine Funktion bezüglich einer Steuerung eines Öffnungsgrads des Wastegate-Ventils 28 aus den verschiedenen, von der Steuerungsvorrichtung 100 umfassten Funktionen herausgegriffen und in Blöcken ausgedrückt sind. Zwar beinhaltet die Steuerungsvorrichtung 100 verschiedene andere Funktionen als diese Funktionen, doch sind die verschiedenen Funktionen nicht dargestellt. In 2 sind den jeweiligen Funktionen Rechenoperationseinheiten 101 bis 115 zugewiesen. Es sei darauf hingewiesen, dass die jeweiligen Rechenoperationseinheiten 101 bis 115 nicht als Hardware vorliegen, sondern virtuell realisiert sind, wenn ausschließlich in dem ROM gespeicherte Software in der CPU ausgeführt wird. Nachstehend werden die Funktionen der Steuerungsvorrichtung 100, welche die Drosselklappenöffnungsgradsteuerung, die AGR-Ventilöffnungsgradsteuerung und die Wastegateventilöffnungsgradsteuerung betreffend, anhand von 2 beschrieben.
Die Rechenoperationseinheit 101 berechnet eine Ladeeffizienz von Frischluft, welche von der Maschine 1 angefordert wird (nachstehend als eine Anforderungsfrischluftladeeffizienz umschrieben). Bei der Berechnung wird ein Kennfeld verwendet, in dem die Anforderungsfrischluftladeeffizienz mit dem Fahrpedalöffnungsgrad in Beziehung steht. Unter Bezugnahme auf das Kennfeld wird die Anforderungsfrischluftladeeffizienz erhalten, die dem Fahrpedalöffnungsgrad entspricht. Wenn ein Fahrzeug jedoch eine Fahrgeschwindigkeitsregelvorrichtung beinhaltet, wird die Anforderungsfrischluftladeeffizienz in Übereinstimmung mit einem Beschleunigungsbetrag bestimmt, der von einem Steuerungssystem der Fahrgeschwindigkeitsregelvorrichtung verlangt wird. Wenn ferner das Fahrzeug eine autonome Fahrvorrichtung beinhaltet, wird die Anforderungsfrischluftladeeffizienz in Übereinstimmung mit einem Beschleunigungsbetrag bestimmt, der von einem Steuerungssystem der autonomen Fahrvorrichtung angefordert wird.
Eine Rechenoperationseinheit 102 berechnet Schätzwerte verschiedener Zustandsgrößen der Maschine 1. Die berechneten Schätzwerte umfassen einen Schätzwert einer Ladeeffizienz eines Zylinderinnengases, das heißt, aller Gase (nachstehend als eine geschätzte Ladeeffizienz aller Gase umschrieben), einen Schätzwert einer AGR-Rate eines durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases (nachstehend als eine geschätzte AGR-Rate umschrieben) und einen Schätzwert einer Ladeeffizienz des AGR-Gases in dem Zylinderinnengas (nachstehend als eine geschätzte AGR-Ladeeffizienz umschrieben). Die Schätzwerte dieser Zustandsgrößen werden unter Verwendung eines Schätzmodells berechnet, in dem dynamische Kenndaten der Maschine 1 modelliert werden. Das Schätzmodell hat eine Konfiguration mit einem Vorhersagemodell gemeinsam, das später beschrieben wird. In dem später beschriebenen Vorhersagemodell wird eine Veränderung der Zustandsgrößen in einem vorbestimmten Vorhersagezeitraum, der ausgehend von einem gegenwärtigen Zeitpunkt in der Zukunft liegt, vorhergesagt, während bei der Berechnung durch das Schätzmodell Schätzwerte der Zustandsgrößen zum gegenwärtigen Zeitpunkt unter Verwendung eines Maschinenmodells berechnet werden, das im Wesentlichen die gleiche Konfiguration besitzt wie eine Berechnung durch das Vorhersagemodell.
Eine Rechenoperationseinheit 103 berechnet eine von der Maschine 1 angeforderte Ladeeffizienz (nachstehend als eine Anforderungsladeeffizienz umschrieben), indem sie die von der Rechenoperationseinheit 101 berechnete Anforderungsfrischluftladeeffizienz und die durch die Rechenoperationseinheit 102 berechnete geschätzte AGR-Ladeeffizienz addiert. Da eine Einleitung von Frischluft durch eine Einleitung des AGR-Gases gehemmt wird, wird die Anforderungsladeeffizienz berechnet, welche eine Ladeeffizienz aller Zylinderinnengase ist, welche nicht nur Frischluft, sondern auch das AGR-Gas umfassen, um eine erforderliche Frischluftmenge (eine angeforderte Frischluftmenge) durch zusätzliches Öffnen der Drosselklappe 16 sicherzustellen.
Eine Rechenoperationseinheit 104 berechnet unter Berücksichtigung des Zustands der Maschine 1 einen oberen Grenzwert einer Ladeeffizienz (nachstehend als eine Obergrenzenladeeffizienz umschrieben). Im Einzelnen ist die Obergrenzenladeeffizienz eine maximale Ladeeffizienz, die zu einem nächsten Rechenoperationszeitpunkt nach einem Steuerungszeitraum realisierbar ist. Ein Wert, der durch Addieren eines maximalen Veränderungsbetrags der Ladeeffizienz pro Steuerungszeitraum zur geschätzten Ladeeffizienz aller Gase erhalten werden kann, kann als die Obergrenzenladeeffizienz festgesetzt werden. Bei der Berechnung wird ein Kennfeld verwendet, in dem die Obergrenzenladeeffizienz mit Informationen in Beziehung steht, die den derzeitigen Zustand der Maschine 1 angeben, wie etwa die Maschinendrehzahl und die Einlasslufttemperatur. Alternativ kann der obere Grenzwert der Ladeeffizienz unter Verwendung des vorgenannten Maschinenmodells berechnet werden.
Eine Rechenoperationseinheit 105 wählt aus der von der Rechenoperationseinheit 103 berechneten Anforderungsladeeffizienz und der von der Rechenoperationseinheit 104 berechneten Obergrenzenladeeffizienz die kleinere aus. Anschließend bestimmt die Rechenoperationseinheit 105 die ausgewählte Ladeeffizienz als die der Maschine 1 vorzugebende Zielladeeffizienz. Die Anforderungsladeeffizienz ist lediglich eine einseitige Anforderung eines Fahrers oder des Steuerungssystems der autonomen Fahrvorrichtung oder dergleichen und kann deshalb im derzeitigen Zustand der Maschine 1 ein unrealistischer Wert sein. In der Rechenoperationseinheit 105 wird die Zielladeeffizienz, die durch die Maschine 1 realisierbar ist, durch Beschränken der Anforderungsladeeffizienz auf einen realistischen Wert unter Berücksichtigung des Zustands der Maschine 1 bestimmt. Insbesondere ist die Anforderungsladeeffizienz zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs, bei dem die Anforderungsladeeffizienz drastisch zunimmt, tendenziell größer als die Obergrenzenladeeffizienz, und die Zielladeffizienz wird durch die Obergrenzenladeeffizienz beschränkt.
Eine Rechenoperationseinheit 107 wählt aus der von der Rechenoperationseinheit 105 bestimmten Zielladeeffizienz und einer von einer später beschriebenen Rechenoperationseinheit 106 korrigierten Zielladeeffizienz die kleinere aus. Anschließend bestimmt die Rechenoperationseinheit 107 die ausgewählte Ladeeffizienz als eine endgültige Zielladeeffizienz. Wenn folglich die durch die Rechenoperationseinheit 106 korrigierte Zielladeeffizienz kleiner ist als die ursprüngliche Zielladeeffizienz, dann wird die korrigierte Zielladeeffizienz als die endgültige Zielladeeffizienz bestimmt, andernfalls jedoch wird die Zielladeeffizienz unmittelbar als die endgültige Zielladeeffizienz bestimmt.
Eine Rechenoperationseinheit 108 berechnet einen Zielöffnungsgrad der Drosselklappe 16 (nachstehend als ein Drosselklappenzielöffnungsgrad umschrieben) auf Grundlage der von der Rechenoperationseinheit 107 bestimmten endgültigen Zielladeeffizienz. Beim Berechnen des Drosselklappenzielöffnungsgrads wird ein inverses Modell eines Einlassmodells verwendet, bei dem ein Ansprechen der Ladeeffizienz auf eine Betätigung der Drosselklappe 16 durch einen physikalischen Ausdruck modelliert wird. Das Einlassmodell kann durch Kombinieren eines Drosselklappenmodells, eines Ansaugkrümmermodells und eines Einlassventilmodells (jedes der Modelle wird später im Detail beschrieben) konfiguriert werden. Durch Lösen des inversen Modells des Einlassmodells wird der Drosselklappenzielöffnungsgrad zum Erreichen der endgültigen Zielladeeffizienz mit hohem Ansprechverhalten erhalten.
Der von der Rechenoperationseinheit 108 berechnete Drosselklappenzielöffnungsgrad wird an einen Fahrer ausgegeben, der die Drosselklappe 16 betätigt. Die Rechenoperationseinheit 108 sieht einen vorbestimmtem Verzögerungszeitraum (etwa 32 ms, der beispielsweise mehreren Steuerungszeiträumen entspricht) für eine Drosselklappenverzögerungssteuerung in einem Zeitraum ab Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads bis zur Ausgabe vor. Der Drosselklappenzielöffnungsgrad kann als ein Drosselklappenöffnungsgrad betrachtet werden, der um den Verzögerungszeitraum in der Zukunft liegt. Wenn der zukünftige Drosselklappenöffnungsgrad feststeht, kann auch eine Ladeeffizienz zu jenem Zeitpunkt vorhergesagt werden, und aus der vorhergesagten Ladeeffizienz ist eine Kraftstoffmenge, welche durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt werden sollte, genau berechenbar. Folglich wird der von der Rechenoperationseinheit 108 berechnete Drosselklappenzielöffnungsgrad auch bei der Vorhersage der Ladeeffizienz zu dem Zeitpunkt in der Drosselklappenverzögerungssteuerung verwendet, der um den Verzögerungszeitraum in der Zukunft liegt.
Eine Rechenoperationseinheit 109 berechnet einen Ansaugkrümmerzieldruck auf Grundlage der durch die Rechenoperationseinheit 107 bestimmten endgültigen Zielladeeffizienz. Eine Strömungsrate des durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases wird aus der endgültigen Zielladeeffizienz und der Maschinendrehzahl berechnet. Beim Berechnen des Ansaugkrümmerzieldrucks wird ein inverses Modell des Einlassventilmodells verwendet, bei dem eine Relation zwischen der Strömungsrate des durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases und dem Ansaugkrümmerdruck modelliert wird. Durch Lösen des inversen Modells des Einlassventilmodells wird der Ansaugkrümmerzieldruck zum Erreichen der endgültigen Zielladeeffizienz mit hohem Ansprechverhalten erhalten.
Eine Rechenoperationseinheit 110 berechnet einen Zielöffnungsgrad des Wastegate-Ventils 28 (nachstehend als ein WGV-Zielöffnungsgrad umschrieben) auf Grundlage des von der Rechenoperationseinheit 109 bestimmten Ansaugkrümmerzieldrucks. Ein Druck, der durch Addieren eines vorbestimmten Druckverlusts zu einem Ansaugkrümmerdruck (einem Druck auf einer Stromabwärtsseite der Drosselklappe) erhalten wird, ist ein Aufladedruck (ein Druck auf einer Stromaufwärtsseite der Drosselklappe), und der Aufladedruck hängt vom Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 28 ab. Mithin wird bei der Bestimmung des WGV-Zielöffnungsgrads ein Kennfeld verwendet, in dem der WGV-Zielöffnungsgrad mit Informationen über den Aufladedruck und dergleichen in Beziehung steht.
Eine Rechenoperationseinheit 111 bestimmt eine AGR-Zielrate, die der Maschine 1 vorgegeben wird. Beim Bestimmen der AGR-Zielrate wird ein Kennfeld verwendet, in dem die AGR-Zielrate mit Informationen in Beziehung steht, die einen derzeitigen Betriebszustand der Maschine 1 angeben (beispielsweise die Maschinendrehzahl und die Ladeeffizienz).
Eine Rechenoperationseinheit 112 berechnet einen Zielöffnungsgrad des AGR-Ventils 34 (nachstehend als ein AGR-Ventilzielöffnungsgrad umschrieben) auf Grundlage der von der Rechenoperationseinheit 111 bestimmten AGR-Zielrate. Beim Bestimmen des AGR-Ventilzielöffnungsgrads wird ein Kennfeld verwendet, in dem der AGR-Ventilzielöffnungsgrad mit den Informationen über die AGR-Zielrate und dergleichen in Beziehung steht.
Die Rechenoperationseinheit 106 führt eine Korrektur der von der Rechenoperationseinheit 105 berechneten Zielladeeffizienz durch. Die Korrektur wird durchgeführt, um eine Drehmomentdifferenz, die zum Zeitpunkt des Beschleunigens der Maschine 1 auftritt, zu begrenzen.
Die Drehmomentdifferenz wird nun konkret beschrieben. Zu Beginn eines Beschleunigungsbetriebs wird zuerst die Drosselklappe 16 in Übereinstimmung mit einem Beschleunigungsbetrag, der vom Fahrer oder dem Steuerungssystem der autonomen Fahrvorrichtung oder dergleichen angefordert wird, beträchtlich geöffnet. Ferner wird in dem Fall, dass von einer niedrigen Last, bei der kein AGR-Gas eingeleitet wird, zu einer hohen Last umgeschaltet wird, die AGR-Zielrate inmitten des Umschaltens auf einen Wert festgelegt, der größer ist als null, um die Kraftstoffverbrauchsleistung und die Abgasleistung zu steigern, und mit der Einleitung des AGR-Gases wird begonnen.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Veränderungen im zeitlichen Verlauf der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases (nachstehend als die Ladeeffizienz aller Gase umschrieben) zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs, die Ladeeffizienz von Frischluft im Zylinderinnengas und die Ladeeffizienz des AGR-Gases im Zylinderinnengas veranschaulicht. Da ein gewisser Abstand zwischen dem AGR-Ventil 34 und der Brennkammer besteht, hält ein Zustand, in dem kein AGR-Gas die Brennkammer erreicht, für einen gewissen Zeitraum ab dem Beginn der Beschleunigung an, und nur die Ladeeffizienz von Frischluft nimmt zu. Wenn das AGR-Gas die Brennkammer nach einer Weile durch das Einlassventil erreicht, erhöht sich ab diesem Zeitpunkt die Ladeeffizienz des AGR-Gases, und die Ladeeffizienz von Frischluft wird um einen Zunahmebetrag der Ladeeffizienz des AGR-Gases reduziert. Die Reduzierung der Ladeeffizienz von Frischluft ist nur vorübergehend, und infolgedessen, dass die Zielladeeffizienz weiter zunimmt und vom Turbolader 20 mit dem Aufladen begonnen wird, verändert sich die Ladeeffizienz von Frischluft bald von einer Reduktion zu einer Zunahme. Jedoch wird infolgedessen, dass die Ladeeffizienz von Frischluft obgleich auch nur vorübergehend reduziert wird, das Drehmoment der Maschine 1 vorübergehend reduziert, oder es stagniert inmitten des Anstiegs des Drehmoments. Das heißt, eine Drehmomentdifferenz tritt auf.
Um die Drehmomentdifferenz solcher Art zu begrenzen, wird die Zielladeeffizienz in der Ausführungsform niedriger festgesetzt als ein Wert, der aus der Obergrenzenladeeffizienz bestimmt wird, um eine Einleitung von Frischluft in die Brennkammer zu begrenzen, bis der Einfluss eines verzögerten Eintreffens des AGR-Gases behoben ist.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Relation zwischen der AGR-Zielrate zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs und der geschätzten AGR-Rate des Gases, das durch das Einlassventil hindurchtritt, veranschaulicht. Bis sich die geschätzte AGR-Rate nach einer Änderung der AGR-Zielrate ändert, liegt eine Zeitverzögerung vor, die einem Zeitraum entspricht, welchen es dauert, bis das durch das AGR-Ventil 34 hindurchtretende AGR-Gas die Brennkammer erreicht. In jenem Zeitraum ist die AGR-Zielrate größer als die geschätzte AGR-Rate, und eine Differenz zwischen den beiden wird mit einer Zunahme der AGR-Zielrate größer. Wenn die geschätzte AGR-Rate alsbald zuzunehmen beginnt, wird die Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate allmählich gering, und die Differenz zwischen den beiden wird null, wenn die geschätzte AGR-Rate die AGR-Zielrate einholt. In dieser Ausführungsform wird die Zielladeeffizienz durch Subtrahieren der Ladeeffizienz, welche der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht, von der Zielladeeffizienz korrigiert, und der Drosselklappenzielöffnungsgrad wird auf Grundlage der korrigierten Zielladeeffizienz berechnet. Auf diese Weise wird eine Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz von Frischluft begrenzt, kurz bevor das AGR-Gas die Brennkammer erreicht, und es kann verhindert werden, dass die Ladeeffizienz von Frischluft abrupt reduziert wird, wenn das AGR-Gas die Brennkammer erreicht.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird mit einer Erläuterung der von der Steuerungsvorrichtung 100 umfassten Funktionen fortgefahren. Eine Rechenoperationseinheit 113 ist zum Berechnen eines Ladeeffizienzkorrekturbetrags vorgesehen, der bei der Korrektur der Zielladeeffizienz durch die Rechenoperationseinheit 106 verwendet wird. Die Rechenoperationseinheit 113 berechnet den Ladeeffizienzkorrekturbetrag zur Verwendung bei der Korrektur der Zielladeeffizienz auf Grundlage der von der Rechenoperationseinheit 111 berechneten AGR-Zielrate, der geschätzten AGR-Rate und der geschätzten Ladeeffizienz aller Gase, welche in der Rechenoperationseinheit 102 berechnet werden. Der Ladeeffizienzkorrekturbetrag ist als die Ladeeffizienz definiert, die der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht. Durch Multiplizieren der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate mit der geschätzten Ladeeffizienz aller Gase berechnet die Rechenoperationseinheit 113 den Ladeeffizienzkorrekturbetrag.
Der von der Rechenoperationseinheit 113 berechnete Ladeeffizienzkorrekturbetrag wird über eine Rechenoperationseinheit 114 in die Rechenoperationseinheit 106 eingegeben. Wenn der von der Rechenoperationseinheit 113 berechnete Ladeeffizienzkorrekturbetrag durch die Rechenoperationseinheit 114 in die Rechenoperationseinheit 106 eingegeben wird, korrigiert die Rechenoperationseinheit 106 die Zielladeeffizienz durch Subtrahieren des Ladeeffizienzkorrekturbetrags von der durch die Rechenoperationseinheit 105 berechneten Zielladeeffizienz und gibt die dadurch erhaltene korrigierte Zielladeeffizienz an die Rechenoperationseinheit 107 aus.
Die Rechenoperationseinheit 114 kann aus dem von der Rechenoperationseinheit 113 berechneten Ladeeffizienzkorrekturbetrag und einem Nullwert eine Ausgabe wählen. Wenn der Nullwert als die Ausgabe der Rechenoperationseinheit 114 gewählt wird, erfolgt keine Korrektur der Zielladeeffizienz um den Ladeeffizienzkorrekturbetrag. Die Standardeinstellung der Ausgabe der Rechenoperationseinheit 114 ist ein Nullwert, und nur in einem Zeitraum, in dem von der Rechenoperationseinheit 115 ein Umschaltsignal eingegeben wird, wird die Ausgabe der Rechenoperationseinheit 114 vom Nullwert auf den von der Rechenoperationseinheit 113 berechneten Ladeeffizienzkorrekturbetrag umgeschaltet.
Die Rechenoperationseinheit 115 gibt das Umschaltsignal nur dann in die Rechenoperationseinheit 114 ein, wenn eine vorbestimmte Bedingung für einen Wechsel der Auswahl festgestellt wird. Die Bedingung für einen Wechsel der Auswahl ist, dass vorhersagbar ist, dass durch den Einfluss der AGR-Rate des Zylinderinnengases, die später zunimmt als eine Zunahme der Ladeeffizienz, eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz von Frischluft erfolgt, wenn der Drosselklappenzielöffnungsgrad aus der Zielladeeffizienz berechnet wird, die im Fall des Umschaltens in den Beschleunigungsbetrieb nicht korrigiert wird. Wenn mit anderen Worten die Drehmomentdifferenz unmöglich ist, gibt die Rechenoperationseinheit 115 das Umschaltsignal selbst dann nicht in die Rechenoperationseinheit 114 ein, wenn die von der Rechenoperationseinheit 105 berechnete Zielladeeffizienz unmittelbar bei der Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads verwendet wird. Nachstehend wird anhand von 5 der Fall im Detail beschrieben, in dem keine Möglichkeit einer Drehmomentdifferenz besteht.
5 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Veränderungen im zeitlichen Verlauf der Ladeeffizienz aller Gase, der Ladeeffizienz von Frischluft und der Ladeeffizienz des AGR-Gases zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs veranschaulicht. Auch in diesem Beispiel hält der Zustand, in dem kein AGR-Gas die Brennkammer erreicht, für eine Weile ab dem Beginn der Beschleunigung an, so dass nach dem Beginn einer Zunahme der Ladeeffizienz aller Gase die Ladeeffizienz des AGR-Gases später anzusteigen beginnt als die Zunahme der Ladeeffizienz aller Gase. Die Zunahme der Ladeeffizienz von Frischluft wird durch den Zunahmebetrag der Ladeeffizienz des AGR-Gases begrenzt. Wenn jedoch die Geschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases allmählich zunimmt, erfolgt eine vorübergehende Reduzierung der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft, doch steigt die Ladeeffizienz der Frischluft an sich weiter an, ohne abzunehmen. Wenn die Ladeeffizienz der Frischluft weiterhin zunimmt, wird kein Zustand herbeigeführt, in dem eine Drehmomentdifferenz aufgrund einer Reduzierung des Drehmoments der Maschine 1 auftritt. Mithin ist es dann, wenn sich die Ladeeffizienz der Frischluft wie in dem in 5 veranschaulichten Beispiel verändert, im Hinblick darauf, dass ein Drehmomentansprechen auf die Beschleunigungsanforderung sichergestellt werden kann, stärker zu bevorzugen, den Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 in Übereinstimmung mit der Zielladeeffizienz zu steuern, als die Zielladeeffizienz auf Grundlage der Ladeeffizienz zu korrigieren, welche der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird nun die Rechenoperationseinheit 115 beschrieben. Wenn der Betrieb in den Beschleunigungsbetrieb umgeschaltet wird, sagt die Rechenoperationseinheit 115 unter Verwendung eines Vorhersagemodells, das später beschrieben wird, vorher, ob eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft auftritt, wenn keine Korrektur der Zielladeffizienz durchgeführt wird. Ob eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft auftritt, kann durch Vergleichen der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase und der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases vorhergesagt werden. Wenn die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase, wird die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft, welche die Differenz zwischen der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase und der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases ist, ein negativer Wert. Dass die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft negativ ist, bedeutet, dass die Ladeeffizienz der Frischluft bei jedem Zyklus abnimmt.
Im Einzelnen sagt die Rechenoperationseinheit 115 zuerst eine Veränderung des Drosselklappenöffnungsgrads in dem Fall vorher, dass keine Korrektur der Zielladeeffizienz durchgeführt wird. Wenn die Veränderung innerhalb eines Verzögerungszeitraums der Drosselklappenverzögerungssteuerung liegt, kann der Drosselklappenzielöffnungsgrad, der aus der nicht korrigierten Zielladeeffizienz berechnet wird, als ein zukünftiger Drosselklappenöffnungsgrad betrachtet werden. Was den Drosselklappenöffnungsgrad der späteren Zukunft als dem Verzögerungszeitraum der Drosselklappenverzögerungssteuerung anbelangt, so kann eine Vorhersage unter der Annahme erfolgen, dass die Veränderungsgeschwindigkeit des Drosselklappenöffnungsgrades konstant ist. Die Rechenoperationseinheit 115 sagt eine Veränderung der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase und eine Veränderung der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases in dem vorbestimmten Vorhersagezeitraum der späteren Zukunft als dem gegenwärtigen Zeitpunkt auf Grundlage des vorhergesagten Drosselklappenöffnungsgrads vorher. Wenn vorhergesagt wird, dass die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases mindestens einmal innerhalb des Vorhersagezeitraums größer ist als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase, dann gibt die Rechenoperationseinheit 115 ein Umschaltsignal in die Rechenoperationseinheit 114 in einem Zeitraum ein, bis der Beschleunigungsbetrieb beendet wird.
Die Inhalte der von der Steuerungsvorrichtung 100 umfassten Recheneinheiten 101 bis 115 sind wie oben beschrieben. In Bezug auf die Ansprüche der vorliegenden Anmeldung sind die Rechenoperationseinheiten 101, 102, 103, 104 und 105 als Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtungen konfiguriert. Ferner sind die Rechenoperationseinheiten 106, 107, 108, 113 und 114 als Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtungen konfiguriert. Wenn die Ausgabe der Rechenoperationseinheit 114 null ist, zeigt dies an, dass in der Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung eine erste Rechenoperation gewählt ist, und wenn die Ausgabe der Rechenoperationseinheit 114 der von der Rechenoperationseinheit 113 eingegebene Wert ist, zeigt dies an, dass in der Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung eine zweite Rechenoperation gewählt ist. Die Rechenoperationseinheit 115 ist als eine Vorhersageeinrichtung konfiguriert.
Steuerungsfluss einer Drosselklappenöffnungsgradsteuerung
Durch die Steuerungsvorrichtung 100, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird eine Drosselklappenöffuungsgradsteuerung durchgeführt, um die Drehmomentdifferenz zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs zu begrenzen. 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsfluss der von der Steuerungsvorrichtung 100 ausgeführten Drosselklappenöffnungsgradsteuerung veranschaulicht.
In Schritt S1 holt die Steuerungsvorrichtung 100 den von dem Fahrpedalöffnungsgradsensor 40 gemessenen Fahrpedalöffnungsgrad ein. Als Nächstes berechnet die Steuerungsvorrichtung 100 in Schritt S2 die Anforderungsladeeffizienz auf Grundlage des in Schritt S1 eingeholten Fahrpedalöffnungsgrads. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn das Fahrzeug eine Fahrgeschwindigkeitsregelvorrichtung beinhaltet, die Anforderungsladeffizienz auf Grundlage der Beschleunigungsanforderung von deren Steuerungssystem berechnet werden kann. Ferner, wenn das Fahrzeug eine autonome Fahrvorrichtung beinhaltet, kann die Anforderungsladeeffizienz auf Grundlage der Beschleunigungsanforderung von deren Steuerungssystem berechnet werden. Anschließend beschränkt die Steuerungsvorrichtung 100 in Schritt S3 die in Schritt S2 berechnete Anforderungsladeeffizienz durch die Obergrenzenladeeffizienz und berechnet dadurch die von der Maschine 1 realisierbare Zielladeeffizienz.
Als Nächstes bestimmt die Steuerungsvorrichtung 100 in Schritt S4, ob der gegenwärtige Zeitpunkt der Startzeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs ist. Die Bestimmung kann auf Grundlage des Fahrpedalöffnungsgrads und dessen sich ändernder Geschwindigkeit erfolgen. Alternativ kann, wenn aufgrund einer Zunahme der Anforderungsladeeffizienz eine Abweichung größer oder gleich eines Schwellenwertes zwischen der Anforderungsladeffizienz und der geschätzten Ladeeffizienz aller Gase auftritt, ein Zeitpunkt davon als der Startzeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs betrachtet werden. Ein Endzeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs kann als ein Zeitpunkt betrachtet werden, an dem die geschätzte Ladeeffizienz aller Gase die Anforderungsladeeffizienz einholt und die Differenz dazwischen beispielsweise den Schwellenwert erreicht oder geringer ist.
Wenn der gegenwärtige Zeitpunkt in der Bestimmung in Schritt S4 als der Startzeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs bestimmt wird, wird Schritt S5 ausgewählt. In Schritt S5 sagt die Steuerungsvorrichtung 100 anhand der Zukunftsvorhersage, die das später beschriebene Vorhersagemodell verwendet, vorher, ob die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases im Zeitraum des Beschleunigungsbetriebs jemals höher wird als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase. Wenn ein Ergebnis der Bestimmung in Schritt S4 negativ ist, wird Schritt S5 übersprungen und Schritt S7 wird als nächste Verarbeitung gewählt. Mithin wird die Bestimmung in Schritt S5 nur einmal zum Startzeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs durchgeführt, und danach wird die Bestimmung in Schritt S5 nicht durchgeführt.
Wenn bei der Bestimmung in Schritt S5 vorhergesagt wird, dass die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases höher wird als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase, wird Schritt S6 gewählt. In Schritt S6 bestimmt die Steuerungsvorrichtung 100, eine Korrektur der Zielladeeffizienz durchzuführen. Wenn die Bestimmung erfolgt, wird ein Schaltsignal von der Rechenoperationseinheit 115, welche die Steuerungsvorrichtung 100 bildet, in die Rechenoperationseinheit 114 eingegeben. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S5 negativ ist, wird Schritt S6 übersprungen, und Schritt S7 wird als nächste Verarbeitung gewählt.
In Schritt S7 bestimmt die Steuerungsvorrichtung 100 das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Korrektur der Zielladeeffizienz. Wenn bestimmt wird, in Schritt S6 eine Korrektur der Zielladeeffizienz durchzuführen, lautet das Bestimmungsergebnis in Schritt S7 ja und Schritt S8 wird gewählt. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S7 negativ ist, wird Schritt S8 übersprungen und Schritt S9 wird gewählt.
In Schritt S8 berechnet die Steuerungsvorrichtung 100 die Ladeeffizienz, welche der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate des durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases entspricht, und verwendet diese Ladeeffizienz als den Ladeeffizienzkorrekturbetrag für die Zielladeeffizienz. Das heißt, die Steuerungsvorrichtung 100 subtrahiert den Ladeeffizienzkorrekturbetrag von der Zielladeeffizienz und reduziert die Zielladeeffizienz um den Ladeeffizienzkorrekturbetrag. In Bezug auf die Ansprüche der vorliegenden Anmeldung entspricht die Durchführung der Verarbeitung in Schritt S8 einer Wahl der zweiten Rechenoperation, und ein Überspringen der Verarbeitung in Schritt S8 entspricht einer Wahl der ersten Rechenoperation.
Als Nächstes berechnet die Steuerungsvorrichtung 100 in Schritt S9 den Drosselklappenzielöffnungsgrad, welcher der Zielladeeffizienz entspricht. Die Zielladeeffizienz zur Verwendung bei der Berechnung ist die in Schritt S8 korrigierte Zielladeeffizienz, wenn die Korrekturverarbeitung in Schritt S8 durchgeführt wird, und ist die in Schritt S3 berechnete Zielladeeffizienz, wenn die Korrekturverarbeitung in Schritt S8 nicht durchgeführt wird. Anschließend steuert die Steuerungsvorrichtung 100 in Schritt S10 den Öffnungsgrad der Drosselklappe 16 auf Grundlage des in Schritt S9 berechneten Drosselklappenzielöffnungsgrads.
Betrieb der Maschine im Fall der Ausführung einer Drosselklappenöffnungsgradsteuerung
Wenn der oben beschriebene Steuerungsfluss ausgeführt wird, wird die Maschine 1 zum Zeitpunkt einer Beschleunigung ausgehend von einer niedrigen Last, bei der kein AGR-Gas eingeleitet wird, so betrieben, wie beispielsweise in Zeitdiagrammen in 7 und 8 veranschaulicht. Die jeweiligen Zeitdiagramme veranschaulichen Veränderungen im zeitlichen Verlauf der Ladeffizienzen von Frischluft, der AGR-Raten und der Drosselklappenöffnungsgrade in einer Reihenfolge beginnend mit oben.
7 veranschaulicht einen Betrieb der Maschine 1 infolge einer Drosselklappenöffnungsgradsteuerung, die gewählt wird, wenn vorhergesagt wird, dass die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases höher wird als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase.
In einem Zeitdiagramm der Ladeeffizienz von Frischluft zeigt eine mit der Beschriftung „Anforderungswert“ versehene gestrichelte Linie eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der Anforderungsladeeffizienz. Indem die Anforderungsladeeffizienz unter Berücksichtigung des Zustands der Maschine 1 auf einen realistischen Wert beschränkt wird, wird die von der Maschine 1 realisierbare Zielladeeffizienz (die Zielladeeffizienz vor Korrektur) bestimmt. Eine mit der Beschriftung „Zielwert (vor Korrektur)“ versehene gebogene Linie zeigt die Veränderung im zeitlichen Verlauf eines Anteils der Frischluft an der Zielladeeffizienz vor Korrektur. Eine mit der Beschriftung „Zielwert“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf eines Anteils der Frischluft an der Zielladeeffizienz nach Korrektur. Eine mit der Beschriftung „Istwert“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der Istladeeffizienz der Frischluft.
In einem Zeitdiagramm der AGR-Rate zeigt eine mit der Beschriftung „Zielwert“ versehene gebogene Linie eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der AGR-Zielrate. Eine mit der Beschriftung „Schätzwert“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der geschätzten AGR-Rate des durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases. Wenn die AGR-Zielrate und die geschätzte AGR-Rate sich wie in diesem Zeitdiagramm veranschaulicht verändern, wird gemäß der Drosselklappenöffnungsgradsteuerung der Ausführungsform die Ladeeffizienz, welche der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht, als der Ladeeffizienzkorrekturbetrag berechnet. Der in dem Zeitdiagramm in einem oberen Teil veranschaulichte „Zielwert“ der Ladeeffizienz der Frischluft wird durch Subtrahieren des Ladeeffizienzkorrekturbetrags vom „Zielwert (vor Korrektur)“ der Ladeeffizienz der Frischluft erhalten.
In dem Zeitdiagramm des Drosselklappenöffhungsgrads zeigt die mit der Beschriftung „Drosselöffnungsgrad (ohne Beschränkung)“ versehene gebogene Linie eine Veränderung im zeitlichen Verlauf des Drosselklappenöffnungsgrads in einem Fall, in dem der Drosselklappenzielöffnungsgrad auf Grundlage der Zielladeeffizienz vor Korrektur berechnet wird. Die mit der Beschriftung „Drosselklappenöffnungsgrad (mit Beschränkung)“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf des Drosselklappenöffhungsgrads in einem Fall, in dem der Drosselklappenzielöffnungsgrad auf Grundlage der Zielladeeffizienz nach Korrektur berechnet wird. Die um den Zielladeeffizienzkorrekturbetrag korrigierte Zielladeeffizienz wird bei der Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads verwendet, wodurch der Drosselklappenzielöffnungsgrad hin zur Schließseite korrigiert wird, bevor und nachdem das AGR-Gas die Brennkammer erreicht. Die Drosselklappe 16 wird auf Grundlage des Drosselklappenzielöffnungsgrads gesteuert, wodurch die Zunahmegeschwindigkeit des Drosselklappenöffnungsgrads begrenzt wird, wie durch „Drosselklappenöffnungsgrad (mit Beschränkung)“ gezeigt. Dadurch verändert sich die Ladeeffizienz der Frischluft reibungslos, selbst bevor und nachdem das AGR-Gas die Brennkammer erreicht, und die durch ein verzögertes Eintreffen des AGR-Gases bedingte Drehmomentdifferenz wird begrenzt.
8 veranschaulicht einen Betrieb der Maschine 1 infolge einer Drosselklappenöffnungsgradsteuerung, die gewählt wird, wenn vorhergesagt wird, dass die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases nicht höher wird als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase.
In einem Zeitdiagramm der Ladeeffizienz der Frischluft zeigt eine mit der Beschriftung „Anforderungswert“ versehene gestrichelte Linie eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der Anforderungsladeeffizienz. Eine mit der Beschriftung „Zielwert“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf eines Anteils der Frischluft an der Zielladeeffizienz, die durch Beschränken der Anforderungsladeeffizienz auf einen realistischen Wert unter Berücksichtigung des Zustands der Maschine 1 erhalten wird. Eine mit der Beschriftung „Istwert“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf einer Istladeeffizienz der Frischluft.
In einem Zeitdiagramm der AGR-Rate zeigt eine mit der Beschriftung „Zielwert“ versehene gebogene Linie eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der AGR-Zielrate. Eine mit der Beschriftung „Schätzwert“ versehene gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der geschätzten AGR-Rate eines durch das Einlassventil hindurchtretenden Gases. Wenn die Veränderungsgeschwindigkeit der geschätzten AGR-Rate niedrig ist, wie in dem Zeitdiagramm veranschaulicht, ist auch die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases niedrig und wird nicht höher als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase. In diesem Fall wird gemäß der Drosselklappenöffnungsgradsteuerung der Ausführungsform keine Korrektur der Zielladeeffizienz um die Ladeeffizienz durchgeführt, die der Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht.
Eine in einem Zeitdiagramm des Drosselklappenzielöffnungsgrads veranschaulichte gebogene Linie zeigt eine Veränderung im zeitlichen Verlauf des Drosselklappenöffnungsgrads in einem Fall, in dem der Drosselklappenzielöffnungsgrad auf Grundlage der Zielladeeffizienz berechnet wird. Es erfolgt keine Korrektur der Zielladeeffizienz, womit der Drosselklappenöffnungsgrad zunimmt, ohne dass seine Zunahmegeschwindigkeit begrenzt wird. Dadurch kann die Ladeeffizienz der Frischluft mit der höchsten Geschwindigkeit erhöht werden und ein Ansprechen des Drehmoments auf die Beschleunigungsanforderung wird sichergestellt.
Konfiguration eines Vorhersagemodells
Als Nächstes wird ein Vorhersagemodell zur Verwendung bei der Vorhersage der Veränderungsgeschwindigkeit der Ladeeffizienz der Frischluft beschrieben. 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration des Vorhersagemodells veranschaulicht. Das Vorhersagemodell wird durch eine Mehrzahl von Elementmodellen gebildet, das heißt, ein Wastegate-Ventilansprechmodell M1, ein Turbodrehzahlmodell M2, ein Kompressormodell M3, ein Ladekühlermodell M4, ein Drosselklappenmodell M5, ein Ansaugkrümmermodell M6, ein Einlassventilmodell M7, ein Luftreinigermodell M8, ein Bypass-Luftventilmodell M9, ein AGR-Ventilmodell M10 und AGR-Diffusionsmodelle M11, M12 und M13. Von den Informationsflüssen zwischen den Elementmodellen veranschaulicht 9 lediglich Hauptinformationsflüsse. Mithin sind die Informationsflüsse zwischen den Elementmodellen nicht auf das in 9 veranschaulichte Beispiel beschränkt. Nachstehend werden Inhalte der von dem Vorhersagemodell umfassten Elementmodelle beschrieben. Jedoch sind diese Elementmodelle alle wohlbekannt, und deshalb entfällt hier eine Erläuterung zu Gestaltungsfragen, wie etwa mathematischen Ausdrücken, welche die jeweiligen Elementmodelle und Kennfelder ausdrücken.
Das Wastegate-Ventilansprechmodell M1 ist ein Modell zum Berechnen eines Membrandifferentialdrucks „dP_wgv “ des Wastegate-Ventils 28 aus einem Anweisungsöffnungsgrad „D_wgv “ für das Wastegate-Ventil 28. Das Wastegate-Ventilansprechmodell M1 ist ein Modell, bei dem eine Ansprechcharakteristik des Membrandifferentialdrucks auf den Anweisungsöffnungsgrad modelliert wird, und wird konkret durch ein Totzeitelement und ein Verzögerungselement erster Ordnung ausgedrückt. Bei der Zukunftsvorhersage durch die Rechenoperationseinheit 115 ist der Anweisungsöffnungsgrad, welcher in das Wastegaste-Ventilansprechmodell M1 eingegeben wird, eine vollständige Öffnung, bis der Drosselklappenöffnungsgrad vollständig geöffnet ist, und wird in vollständiges Schließen geschaltet, nachdem der Drosselklappenöffnungsgrad vollständig geöffnet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das Wastegate-Ventilansprechmodell M1 weggelassen werden kann, wenn eine Ansprechverzögerung des Wastegate-Ventils 28 eine ignorierbare Verzögerung ist.
Das Turbodrehzahlmodell M2 ist ein Modell eines Drehverhaltens der Turbine 24. Eine Differenz zwischen Energie, welche der Turbine 24 zugeführt wird, und Energie, welche durch den Kompressor 22 verbraucht wird, ist proportional zu einer Veränderungsrate der Drehzahl der Turbine 24. Unter der physikalischen Beziehung wird eine Beziehung, die zwischen einer Strömungsrate aller durch das Einlassventil hindurchtretenden Gase (nachstehend als eine Einlassventilströmungsrate umschrieben), dem Membrandifferentialdruck des Wastegate-Ventils 28 und der Turbodrehzahl hergestellt wird, als das Turbodrehzahlmodell M2 modelliert. In dem Turbodrehzahlmodell M2 werden das in dem Wastegate-Ventilansprechmodell M1 berechnete Membrandifferential „dP_wgv “ und eine in dem Einlassventilmodell M7, welches später beschrieben wird, berechnete Einlassventilströmungsrate „m_c“ eingegeben, und eine Turbodrehzahl „N_tb “ wird aus den darüber eingegebenen Informationen berechnet.
Das Kompressormodell M3 ist ein Modell, in dem eine Komprimierungscharakteristik des Kompressors 22 modelliert wird. Eine Beziehung, die zwischen einem Druckverhältnis zwischen der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des Kompressors 22, der Turbodrehzahl und einer Strömungsrate eines durch den Kompressor 22 hindurchtretenden Gases (nachstehend als eine Kompressorströmungsrate umschrieben) hergestellt wird, wird als das Kompressormodell M3 modelliert. In dem Kompressormodell M3 werden Informationen über die Turbodrehzahl „N_tb “, welche in dem Turbodrehzahlmodell M2 berechnet wird, einen Aufladedruck „P_cmp “, welcher in dem später beschriebenen Ladekühlermodell M4 berechnet wird, einen Luftreinigerstromabwärtsdruck „P_ac “, welcher in dem später beschriebenen Luftreinigermodell M8 berechnet wird, und dergleichen eingegeben. Aus den darüber eingegebenen Informationen werden eine Kompressorströmungsrate „m_cmp “ und eine Kompressorstromabwärtstemperatur „T_cmp “ berechnet.
Das Ladekühlermodell M4 ist ein physikalisches Modell, das auf Grundlage eines Erhaltungssatzes bezüglich Gas im Ladekühler 14 im Einlassdurchlass 4 erstellt ist. Als das Ladekühlermodell M4 werden konkret eine Formel eines Energieerhaltungssatzes und eine Formel eines Strömungsratenerhaltungssatzes verwendet. Im Ladekühlermodell M4 werden Informationen über eine Strömungsrate, die durch Subtrahieren einer in dem später beschriebenen Bypass-Luftventilmodell M9 berechneten Bypass-Luftventilströmungsrate (einer Strömungsrate von Gas, das durch ein Bypass-Luftventil hindurchtritt) „m_abv “ von der in dem Kompressormodell M3 berechneten Kompressorströmungsrate „m_cmp “ erhalten wird, die Kompressorstromabwärtstemperatur „T_cmp “, die in dem Kompressormodell M3 berechnet wird, eine Drosselklappenströmungsrate (eine Strömungsrate von Gas, das durch die Drosselklappe 16 hindurchtritt) „m_t “, die in dem später beschriebenen Drosselklappenmodell M5 berechnet wird, und dergleichen eingegeben. Aus den darüber eingegebenen Informationen werden ein Aufladedruck „p_cmp “ und eine Ladekühlerauslasstemperatur „T_ic “ berechnet.
Das Drosselklappenmodell M5 ist ein Modell zum Berechnen einer Drosselklappenströmungsrate aus dem Drosselklappenöffnungsgrad. Konkret wird eine Drosselklappenformel (oder auch als eine Öffnungsströmungsratenformel bezeichnet), die ein Druckverhältnis zwischen der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite der Drosselklappe 16, eine Stromaufwärtstemperatur der Drosselklappe 16, eine von dem Drosselklappenöffnungsgrad bestimmte Durchgangsfläche und einen Strömungsratenkoeffizienten als Parameter besitzt, als das Drosselklappenmodell M5 verwendet. Im Drosselklappenmodell M5 werden Informationen über den Aufladedruck „P_cmp “ und die Ladekühlerauslasstemperatur „T_ic “, welche in dem Ladekühlermodell M4 berechnet werden, ein Ansaugkrümmerdruck „P_m“, welcher in dem später beschriebenen Ansaugkrümmermodell M6 berechnet wird, und dergleichen eingegeben. Ferner wird in einem Fall, in dem keine Korrektur der Zielladeeffizienz erfolgt, was separat vorhergesagt wird, ein Drosselklappenöffnungsgrad „TA“ in das Drosselklappenmodell M5 eingegeben. Anschließend wird aus den darüber eingegebenen Informationen eine Drosselklappenströmungsrate „m_t“ berechnet.
Das Ansaugkrümmermodell M6 ist ein physikalisches Modell, das auf Grundlage eines Erhaltungssatzes bezüglich Luft in dem Ansaugkrümmer erstellt ist. Als das Ansaugkrümmermodell M6 werden konkret eine Formel eines Energieerhaltungssatzes und eine Formel eines Strömungsratenerhaltungssatzes verwendet. Im Ansaugkrümmermodell M6 werden Informationen über die in dem Drosselklappenmodell M5 berechnete Drosselklappenströmungsrate „m_t “, eine in dem später beschriebenen Einlassventilmodell M7 berechnete Einlassventilströmungsrate „m_c “ und dergleichen eingegeben, und der Ansaugkrümmerdruck „P_m “ wird aus darüber eingegebenen Informationen berechnet.
Das Einlassventilmodell M7 ist ein Modell auf Grundlage eines experimentellen Ergebnisses der Untersuchung einer Beziehung zwischen der Einlassventilströmungsrate und dem Ansaugkrümmerdruck. Anhand einer experimentell erhaltenen empirischen Regel wird die Beziehung zwischen der Einlassventilströmungsrate und dem Ansaugkrümmerdruck durch eine gestrichelte Linie (oder eine durchgezogene Linie) angenähert, welche sich in dem Einlassventilmodell M7 gleichförmig ändert. Ein Koeffizient einer Gleichung der gestrichelten Linie (oder der durchgezogenen Linie) ist keine Konstante, sondern eine Variable, die durch die Maschinendrehzahl oder dergleichen bestimmt wird. Im Einlassventilmodell M7 werden zusätzlich zum Ansaugkrümmerdruck „P_m “, der im Ansaugkrümmermodell M6 berechnet wird, Informationen über die Maschinendrehzahl und dergleichen eingegeben, und die Einlassventilströmungsrate „m_c “ wird aus den darüber eingegebenen Informationen berechnet. Anschließend wird die Einlassventilströmungsrate „m_c “ unter Verwendung der Maschinendrehzahl in eine Strömungsrate pro Zyklus umgewandelt, und ein Verhältnis zu einer Masse von Luft, die einem Hubvolumen entspricht, wird berechnet, wodurch die Ladeeffizienz aller Gase berechnet wird. Bei der Berechnung kann ein gegenwärtiger Wert der Maschinendrehzahl verwendet werden.
Das Luftreinigermodell M8 ist ein Modell zum Berechnen eines Druckverlusts, der in dem Luftreiniger 10 erfolgt. Das Luftreinigermodell M8 berechnet einen Wert, der durch Subtrahieren eines Druckverlusts vom Atmosphärendruck „P_a “ als der Luftreinigerstromabwärtsdruck „P_ac“ erhalten wird. Für den Atmosphärendruck „P_a “ kann ein in dem Speicher der ECU gespeicherter Standardatmosphärendruck als ein voreingestellter Wert verwendet werden, oder ein Wert des von dem Atmosphärendrucksensor in jeder Situation gemessenen Atmosphärendrucks kann verwendet werden. Der Druckverlust kann aus einer Strömungsrate von Frischluft, welche durch den Luftreiniger 10 hindurchtritt, berechnet werden. Eine Strömungsrate „m_ga “ der Frischluft, welche durch den Luftreiniger 10 hindurchtritt, kann durch Korrigieren einer Strömungsrate, welche durch Subtrahieren der Bypass-Luftventilströmungsrate „m_abv “ von der Kompressorströmungsrate „m_cmp “ erhalten wird, um eine AGR-Rate „R_egr1 “ im Austritt des Kompressors 22 grob berechnet werden. Falls der Druckverlust des Luftreinigers 10 von ignorierbarem Ausmaß ist, kann das Luftreinigermodell M8 weggelassen werden.
Das Bypass-Luftventilmodell M9 ist ein Modell zum Berechnen einer Strömungsrate eines Gases, das durch das nicht gezeigte Bypass-Luftventil von der Stromabwärtsseite des Kompressors 22 zu einer Stromaufwärtsseite zurückgeleitet wird. Als das Bypass-Luftventilmodell M9 wird, wie im Drosselklappenmodell M5, eine Drosselklappenformel verwendet. In dem Bypass-Luftventilmodell M9 werden Informationen über den im Luftreinigermodell M8 berechneten Luftreinigerstromabwärtsdruck „P_ac “, den im Ladekühlermodell M4 berechneten Aufladedruck „P_cmp “, einen Öffnungsgrad des Bypass-Luftventils und dergleichen eingegeben, und aus den darüber eingegebenen Informationen wird die Bypass-Luftventilströmungsrate „m_abv “ berechnet. Wenn die Maschine 1 kein Bypass-Luftventil beinhaltet, wird das Bypass-Luftventilmodell M9 weggelassen.
Das AGR-Ventilmodell M10 ist ein Modell zum Berechnen der Strömungsrate (nachstehend als die AGR-Ventilströmungsrate umschrieben) des AGR-Gases, das durch das AGR-Ventil 34 hindurchtritt. Als eine Formel zum Berechnen der AGR-Ventilströmungsrate kann, wie im Drosselklappenmodell M5 und im Bypass-Luftventilmodell M9, eine Drosselklappenformel verwendet werden. Jedoch hängen der Stromaufwärtsdruck und der Stromabwärtsdruck des AGR-Ventils 34 beide von der Strömungsrate von Frischluft ab, und mithin kann die AGR-Ventilströmungsrate durch eine Funktion (eine durch Modifizieren der Drosselklappenformel erhaltene Funktion) des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 34 und der Strömungsrate der Frischluft ausgedrückt werden. In dem AGR-Ventilmodell M10 wird auf Grundlage der Strömungsrate „m_ga “ von Frischluft und einem Öffnungsgrad „th_egr “ des AGR-Ventils 34 die AGR-Ventilströmungsrate „m_egr “ aus der vorgenannten Funktion berechnet. Für den AGR-Ventilöffnungsgrad „th_egr “ wird ein Wert verwendet, der auf Grundlage der aus der Einlassventilströmungsrate „m_c “ berechneten Ladeeffizienz bestimmt wird. Durch Berechnen eines Verhältnisses der AGR-Ventilströmungsrate „m_egr “, die in dem AGR-Ventilmodell M10 berechnet wird, und einer Strömungsrate, die durch Addieren der AGR-Ventilströmungsrate „m_egr “ zur Strömungsrate „m_ga “ von Frischluft erhalten wird, wird eine AGR-Rate „R_egr0 “ im Austritt des AGR-Ventils 34 erhalten.
Das AGR-Diffusionsmodell M11 ist ein Modell, in dem eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der AGR-Rate durch Diffundieren von AGR-Gas in dem Kompressor 22 modelliert wird, und wird konkret durch ein Totzeitelement und ein Verzögerungselement erster Ordnung ausgedrückt. Die Totzeit ist eine Zeit, die von Gas benötigt wird, um durch den Kompressor 22 hindurchzutreten, und hängt mit der Stromaufwärtstemperatur, dem Stromaufwärtsdruck und der Strömungsrate von Frischluft des Kompressors 22 zusammen. Eine Zeitkonstante des Verzögerungselements erster Ordnung ist ein Parameter, der einen Diffusionsgrad des AGR-Gases in dem Kompressor 22 angibt, und hängt mit der Strömungsrate von Frischluft zusammen. In dem AGR-Diffusionsmodell M11 wird die AGR-Rate „R_egr0 “ im Austritt des AGR-Ventils 34 mit dem Totzeitelement und dem Verzögerungselement erster Ordnung verarbeitet, wodurch die AGR-Rate „R_egr1 “ im Austritt des Kompressors 22 berechnet wird.
Das AGR-Diffusionsmodell M12 ist ein Modell, in dem eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der AGR-Rate durch Diffundieren des AGR-Gases in der Drosselklappe 16 modelliert wird, und wird konkret durch ein Totzeitelement und ein Verzögerungselement erster Ordnung ausgedrückt. Eine Totzeit ist eine Zeit, die von Gas benötigt wird, um durch die Drosselklappe 16 hindurchzutreten, und hängt mit der Stromaufwärtstemperatur, dem Stromaufwärtsdruck und der Strömungsrate von Frischluft der Drosselklappe 16 zusammen. Eine Zeitkonstante des Verzögerungselements erster Ordnung ist ein Parameter, der einen Diffusionsgrad des AGR-Gases in der Drosselklappe 16 angibt, und hängt mit der Strömungsrate von Frischluft zusammen. In dem AGR-Diffusionsmodell M12 wird die AGR-Rate „R_egr1 “ im Austritt des Kompressors 22 mit dem Totzeitelement und dem Verzögerungselement erster Ordnung verarbeitet, wodurch die AGR-Rate „R_egr2 “ im Austritt der Drosselklappe 16 berechnet wird.
Das AGR-Diffusionsmodell M13 ist ein Modell, in dem eine Veränderung im zeitlichen Verlauf der AGR-Rate durch Diffundieren des AGR-Gases im Einlassventil modelliert wird, und wird konkret durch ein Totzeitelement und ein Verzögerungselement erster Ordnung ausgedrückt. Eine Totzeit ist eine Zeit, die von Gas benötigt wird, um durch das Einlassventil hindurchzutreten, und hängt mit einer Stromaufwärtstemperatur, einem Stromaufwärtsdruck und einer Strömungsrate von Frischluft des Einlassventils zusammen. Eine Zeitkonstante des Verzögerungselements erster Ordnung ist ein Parameter, der einen Diffusionsgrad des AGR-Gases im Einlassventil angibt, und hängt mit der Strömungsrate von Frischluft zusammen. In dem AGR-Diffusionsmodell M13 wird die AGR-Rate „R_egr2 “ im Austritt der Drosselklappe 16 mit dem Totzeitelement und dem Verzögerungselement erster Ordnung verarbeitet, wodurch die AGR-Rate „R_egr3 “ im Austritt des Einlassventils berechnet wird. Es sei daraufhingewiesen, dass die drei AGR-Diffusionsmodelle M11, M12 und M13 in eines kombinierbar sind und als ein einziges AGR-Diffusionsmodell konfigurierbar sind.
Durch Multiplizieren der Einlassventilströmungsrate „m_c “, die im Einlassventilmodell M7 anhand der im AGR-Diffusionsmodell M13 berechneten AGR-Rate „R_egr3 “ berechnet wird, wird eine Strömungsrate „m_egr “ des durch das Einlassventil hindurchtretenden AGR-Gases berechnet. Anschließend wird die Strömungsrate „m_egr “ des AGR-Gases unter Verwendung der Maschinendrehzahl in eine Strömungsrate pro Zyklus umgewandelt, und ein Verhältnis zu einer Masse von Luft, die dem Hubvolumen entspricht, wird berechnet, wodurch die Ladeeffizienz des AGR-Gases berechnet wird.
Die Rechenoperationseinheit 115 der Steuerungsvorrichtung 100 wiederholt die Berechnung durch das wie oben konfigurierte Vorhersagemodell um eine Anzahl von Malen, die einem Vorhersagezeitraum entspricht. Wenn ein abgeteilter Vorhersagezeitraum als Δt festgesetzt wird, wird die Berechnung durch das Vorhersagemodell um die Anzahl von Malen wiederholt, welche durch Dividieren des Vorhersagezeitraums durch den Zeitraum Δt erhalten wird. Jedoch ist der Zeitraum Δt nur ein Parameter bei der Berechnung und kein tatsächlicher Zeitraum. Die Steuerungsvorrichtung 100 führt in einem einzigen Rechenoperationszeitraum eine wiederholte Berechnung der Anzahl von Malen durch, die dem Vorhersagezeitraum entspricht.
Bei der Berechnung durch das Vorhersagemodell werden bei der Verarbeitung eines jeden Mals eine Reihe von nachstehend gezeigten Berechnungen durchgeführt. Zunächst ist eine Gliederung der Berechnung zum Vorhersagen der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase wie folgt.

(a1) Aus der Veränderungsgeschwindigkeit des Drosselklappenöffnungsgrads wird der Drosselklappenöffnungsgrad „TA“, der um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, vorhergesagt.
(a2) Aus dem Drosselklappenöffnungsgrad „TA“ wird der Ansaugkrümmerdruck „P_m “, der um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des Drosselklappenmodells M5 und des Ansaugkrümmermodells M6 vorhergesagt.
(a3) Aus dem Ansaugkrümmerdruck „P_m “ wird die Einlassventilströmungsrate „m_c“, die um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des Einlassventilmodells M7 vorhergesagt.
(a4) Aus der Einlassventilströmungsrate „m_c “ wird die Turbodrehzahl „N_tb “, die um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des Turbodrehzahlmodells M2 vorhergesagt.
(a5) Aus der Turbodrehzahl „N_tb “ werden die Kompressorströmungsrate „m_cmp “ und die Kompressorstromabwärtstemperatur „T_cmp “, welche um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegen, unter Verwendung des Kompressormodells M3 berechnet.
(a6) Aus der Kompressorströmungsrate „m_cmp “ und der Kompressorstromabwärtstemperatur „T_cmp “ werden der Aufladedruck „P_cmp “ und die Ladekühlerauslasstemperatur „T_ic “, welche um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegen, unter Verwendung des Ladekühlermodells M4 berechnet.

Eine Reihe von Berechnungen des Vorstehenden werden durch Verarbeiten eines Mals durchgeführt, und die Einlassventilströmungsrate „m_c “, die um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, wird bei der Verarbeitung jedes Mals berechnet. Anschließend wird aus der Einlassventilströmungsrate „m_c “ die Ladeeffizienz aller Gase berechnet, und die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase wird aus einer Differenz zwischen dem Wert dieses Mals und einem Wert der Ladeeffizienz aller Gase eines vorherigen Mals berechnet. Der Aufladedruck „P_cmp “ und die Ladekühlerauslassöffnungstemperatur „T_ic “, welche am Ende in (a6) berechnet werden, werden als Eingaben für das Drosselklappenmodell M5 bei der Verarbeitung eines nächsten Mals verwendet.
Als Nächstes ist eine Gliederung einer Berechnung zum Vorhersagen der Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases wie folgt.

(b1) Aus der Veränderungsgeschwindigkeit des Drosselklappenöffhungsgrads wird der Drosselklappenöffnungsgrad „TA“, der um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, vorhergesagt.
(b2) Aus dem Drosselklappenöffnungsgrad „TA“ wird der Ansaugkrümmerdruck „P_m “, der um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des Drosselklappenmodells M5 und des Ansaugkrümmermodells M6 vorhergesagt.
(b3) Aus dem Ausaugkrümmerdruck „P_m “ wird die Einlassventilströmungsrate „m_c“, die um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des Einlassventilmodells M7 vorhergesagt.
(b4) Aus der Einlassventilströmungsrate „m_c “ wird die Turbodrehzahl „N_tb “, die um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des Turbodrehzahlmodells M2 vorhergesagt.
(b5) Aus der Turbodrehzahl „N_tb “ werden die Kompressorströmungsrate „m_cmp“ und die Kompressorstromabwärtstemperatur „T_cmp “, welche um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegen, unter Verwendung des Kompressormodells M3 berechnet.
(b6) Aus der Kompressorströmungsrate „m_cmp “ wird die Strömungsrate „m_ga “ von Frischluft, welche um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, berechnet.
(b7) Aus der Strömungsrate „m_ga “ von Frischluft wird die Strömungsrate „m_egr “ des AGR-Gases, welche um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, unter Verwendung des AGR-Ventilmodells M10 und der AGR-Diffusionsmodelle M11, M12 und M13 berechnet.

Eine Reihe von Berechnungen im Vorstehenden werden durch Verarbeiten eines Mals durchgeführt, und die Strömungsrate „m_egr “ des AGR-Gases, die um den Zeitraum Δt in der Zukunft liegt, wird bei der Verarbeitung jedes Mals berechnet. Anschließend wird aus der Strömungsrate „m_egr “ des AGR-Gases die Ladeeffizienz des AGR-Gases berechnet, und aus einer Differenz zwischen einem Wert dieses Mals und einem Wert der Ladeeffizienz des AGR-Gases eines vorherigen Mals wird die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases berechnet.
Die Rechenoperationseinheit 115 der Steuerungsvorrichtung 100 vergleicht die auf diese Weise berechnete Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase und die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases bei jedem Mal. Wenn, wie oben beschrieben, die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases größer wird als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase, wird die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz von Frischluft negativ, und daher kann vorhergesagt werden, dass eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz von Frischluft auftritt.
Ein anderes Konfigurationsbeispiel des Vorhersagemodells
10 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel für eine Konfiguration eines Vorhersagemodells zur Verwendung beim Vorhersagen der Veränderungsgeschwindigkeit der Ladeeffizienz von Frischluft veranschaulicht. Das Vorhersagemodell ist ein stärker vereinfachtes Modell als das in 9 veranschaulichte Vorhersagemodell und wird durch drei Elementmodelle gebildet, das heißt, ein Auflademodell M21, ein Einlassmodell M22 und ein AGR-Modell M23. Von den Informationsflüssen zwischen den Elementmodellen beschreibt 10 lediglich Hauptinformationsflüsse. Mithin sind die Informationsflüsse zwischen den Elementmodellen nicht auf das in 10 veranschaulichte Beispiel beschränkt. Nachstehend werden Inhalte dreier Elementmodelle beschrieben, die von dem Vorhersagemodell umfasst sind.
Das Auflademodell M21 ist ein Modell, bei dem eine Relation zwischen der Einlassventilströmungsrate, dem Atmosphärendruck und der Kompressorströmungsrate modelliert wird, und entspricht demjenigen, das durch Integrieren des Turbodrehzahlmodells M2 und des Kompressormodells M3 in dem in 9 veranschaulichten Vorhersagemodell erhalten wird. Die Kompressorströmungsrate kann durch eine Funktion ausgedrückt werden, welche die Einlassventilströmungsrate und den Atmosphärendruck als Variablen aufweist. In dem Auflademodell M21 werden die in dem später beschriebenen Einlassmodell M22 berechnete Einlassventilströmungsrate „m_c “ und der Atmosphärendruck „P_a “ eingegeben, und die Kompressorströmungsrate „m_cmp “ wird unter Verwendung der vorgenannten Funktion berechnet. Ein Festwert kann als der Atmosphärendruck verwendet werden. In dem Fall kann die Kompressorströmungsrate durch eine Funktion ausgedrückt werden, die nur die Einlassventilströmungsrate als eine Variable aufweist.
Das Einlassmodell M22 ist ein Modell, bei dem eine Relation zwischen der Kompressorströmungsrate, dem Drosselklappenöffnungsgrad und der Einlassventilströmungsrate modelliert wird, und entspricht demjenigen, das durch Integrieren des Ladekühlermodells M4, des Drosselklappenmodells M5, des Ansaugkrümmermodells M6 und des Einlassventilmodells M7 in dem in 9 veranschaulichten Vorhersagemodell erhalten wird. Die Einlassventilströmungsrate kann durch eine Funktion ausgedrückt werden, welche die Kompressorströmungsrate und den Drosselklappenöffnungsgrad als Variablen aufweist. In dem Einlassmodell M22 werden die in dem Auflademodell M21 berechnete Kompressorströmungsrate „m_cmp “ und der Drosselklappenöffnungsgrad „TA“ im Fall der Nichtvornahme einer Korrektur der Zielladeeffizienz, was separat vorhergesagt wird, eingegeben, und die Einlassventilströmungsrate „m_c “ wird unter Verwendung der vorgenannten Funktion berechnet. Anschließend wird die Einlassventilströmungsrate „m_c “ unter Verwendung der Maschinendrehzahl in die Strömungsrate pro Zyklus umgewandelt, und ein Verhältnis zu einer Masse von Luft, die dem Hubvolumen entspricht, wird berechnet, wodurch die Ladeeffizienz aller Gase berechnet werden kann.
Das AGR-Modell M23 ist ein Modell, bei dem eine Relation zwischen der Kompressorströmungsrate, dem AGR-Ventilöffnungsgrad und der AGR-Rate modelliert wird, und entspricht demjenigen, das durch Integrieren des AGR-Ventilmodells M10, der AGR-Diffusionsmodelle M11, M12 und M13 in dem in 9 veranschaulichten Vorhersagemodell erhalten wird. Die AGR-Rate kann durch eine Funktion ausgedrückt werden, welche die Kompressorströmungsrate und den AGR-Ventilöffnungsgrad als Variablen aufweist. In dem AGR-Modell M23 werden die im Auflademodell M21 berechnete Kompressorströmungsrate „m_cmp “ und der separat vorhergesagte AGR-Ventilöffnungsgrad „th_egr “ eingegeben, und die AGR-Rate „R_egr “ wird unter Verwendung der vorgenannten Funktion berechnet.
Durch Multiplizieren der im Einlassmodell M22 berechneten Einlassventilströmungsrate „m_c “ mit der im AGR-Modell M23 berechneten AGR-Rate „R_egr “ wird die Strömungsrate „m_egr “ des durch das Einlassventil hindurchtretenden AGR-Gases berechnet. Anschließend wird die Strömungsrate „m_egr “ des AGR-Gases unter Verwendung der Maschinendrehzahl, des Verhältnisses zu einer Masse von Luft, welche dem Hubvolumen entspricht, in die Strömungsrate pro Zyklus umgewandelt, wodurch die Ladeeffizienz des AGR-Gases berechnet wird.
Falls im Fall der Nichtvornahme einer Korrektur der Zielladeeffizienz die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz aller Gase und die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases jeweils auf Grundlage des Drosselklappenöffhungsgrads vorhergesagt werden können, kann das vereinfachte Vorhersagemodell wie in 10 veranschaulicht verwendet werden.
Andere Ausführungsformen
Als die zweite Rechenoperation, durch welche die Zunahmegeschwindigkeit des Drosselklappenöffhungsgrads stärker begrenzt wird als durch die erste Rechenoperation, kann eine Beschränkung des Veränderungsbetrags pro Steuerungszeitraum des Drosselklappenzielöffnungsgrads mit einem Schutzwert gewählt werden. Der Schutzwert kann in diesem Fall ein Festwert sein oder kann eine Funktion sein, welche eine Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate als eine Variable aufweist.

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kompressor (22), der in einem Einlassdurchgang (4) angeordnet ist, einer Drosselklappe (16), die stromabwärts des Kompressors (22) in dem Einlassdurchgang (4) angeordnet ist, und einem in einem AGR-Durchgang (32) angeordneten AGR-Ventil (34), das einen Auslassdurchgang (6) und eine Stromaufwärtsseite des Kompressors (22) im Einlassdurchgang (4) verbindet, welche zum Betätigen der Drosselklappe (16) zum Erhöhen einer Ladeeffizienz eines Zylinderinnengases und zum Betätigen des AGR-Ventils (34) zum Erhöhen einer AGR-Rate des Zylinderinnengases in einem Beschleunigungsbetrieb konfiguriert ist, wobei die Steuerungsvorrichtung umfasst: eine Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung (101, 102, 103, 104, 105) zum Bestimmen einer Zielladeeffizienz, wobei die Zielladeeffizienzbestimmungseinrichtung (101, 102, 103, 104, 105) konfiguriert ist, um die Zielladeeffizienz in Übereinstimmung mit einem Betrag einer von der Verbrennungskraftmaschine angeforderten Beschleunigung zu erhöhen; eine Drosselklappenzielöffhungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) zum Berechnen eines Drosselklappenzielöffnungsgrads auf Grundlage der Zielladeeffizienz, wobei die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) konfiguriert ist, um zu wählen, den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand einer ersten Rechenoperation zu berechnen und den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand einer zweiten Rechenoperation zu berechnen, durch welche eine Zunahmegeschwindigkeit eines Drosselklappenöffnungsgrads stärker begrenzt wird als durch die erste Rechenoperation; und eine Vorhersageeinrichtung (115) zum Vorhersagen unter Verwendung eines Vorhersagemodells, das dynamische Kenndaten der Verbrennungskraftmaschine ausdrückt, ob durch einen Einfluss der AGR-Rate des Zylinderinnengases, die später zunimmt als eine Zunahme der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases, eine vorübergehende Reduzierung einer Ladeeffizienz von Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt, wenn im Fall eines Umschaltens in den Beschleunigungsbetrieb die erste Rechenoperation auf eine Berechnung des Drosselklappenzielöffnungsgrads auf Grundlage der zunehmenden Zielladeeffizienz angewendet wird, wobei die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) konfiguriert ist, um zu wählen, den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand der ersten Rechenoperation zu berechnen, wenn die Vorhersageeinrichtung (115) nicht vorhersagt, dass die vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt, und um zu wählen, den Drosselklappenzielöffnungsgrad anhand der zweiten Rechenoperation zu berechnen, wenn die Vorhersageeinrichtung (115) vorhersagt, dass eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Vorhersageeinrichtung (115) konfiguriert ist, um eine Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases und eine Zunahmegeschwindigkeit einer Ladeffizienz eines AGR-Gases in dem Zylinderinnengas, welche erhalten werden, wenn die Drosselklappe unter Verwendung des anhand der ersten Rechenoperation berechneten Drosselklappenzielöffnungsgrads betätigt wird, unter Verwendung des Vorhersagemodells vorherzusagen, und um zu bestimmen, dass eine vorübergehende Reduzierung der Ladeeffizienz der Frischluft in dem Zylinderinnengas auftritt, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des AGR-Gases in dem Zylinderinnengas höher ist als die Zunahmegeschwindigkeit der Ladeeffizienz des Zylinderinnengases.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drosselklappenzielöffnungsgrad-Rechenoperationseinrichtung (106, 107, 108, 113, 114) konfiguriert ist, um in der ersten Rechenoperation einen Drosselklappenöffnungsgrad zum Erreichen der Zielladeeffizienz als den Drosselklappenzielöffnungsgrad zu berechnen, und um in der zweiten Rechenoperation eine AGR-Zielrate zu erlangen, eine geschätzte AGR-Rate aller durch ein Einlassventil hindurchtretenden Gase zu berechnen, die Zielladeeffizienz durch Subtrahieren einer Ladeeffizienz, welche einer Differenz zwischen der AGR-Zielrate und der geschätzten AGR-Rate entspricht, von der Zielladeeffizienz zu korrigieren und einen Drosselklappenöffnungsgrad zum Erreichen der korrigierten Zielladeeffizienz als den Drosselklappenzielöffnungsgrad zu berechnen.