DE102017125363B4 - Control device for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor einen Turbolader (20) und ein Abgasrezirkulationssystem (30) umfasst, der Turbolader eine Turbine (20b) mit einer variablen Düse (22) umfasst, das Abgasrezirkulationssystem (30) einen EGR-Kanal (32), welcher einen Abschnitt eines Auslasskanals stromaufwärts von der Turbine mit einem Ansaugkanal verbindet, umfasst und der EGR-Kanal (32) ein EGR-Ventil (36) hat, wobei die Steuerungsvorrichtung umfasst:Mittel zum Erfassen eines aktuellen Werts (Pds) eines stromabwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher ein Auslasskanalinnendruck an einer Auslassseite der Turbine ist;Mittel zum Erfassen eines aktuellen Werts (Pim) eines Ansaugkanaldrucks, welcher ein Druck innerhalb eines Raums des Ansaugkanals ist, welcher mit dem EGR-Kanal verbunden ist;Mittel zum Erfassen eines aktuellen Werts (Tus) einer stromaufwärtsseitigen Turbinentemperatur, welche eine Auslasskanalinnentemperatur an einer Einlassseite der Turbine ist;Mittel zum Erfassen eines aktuellen Werts (θegr) einer Öffnung des EGR-Ventils;Mittel zum Erfassen eines aktuellen Werts (θvn) eines Schließgrads der variablen Düse;Mittel zum Erfassen eines aktuellen Werts (Gadly) eines Frischluftbetrags, welcher eine Flussrate von Frischluft ist, welche in den Ansaugkanal gebracht wird;Mittel zum Berechnen eines aktuellen Werts (Gcyl) eines Gasbetrags innerhalb eines Zylinders basierend auf einem Druck und einer Temperatur von Gas, welches dem Zylinder zugeführt wird;Mittel zum Berechnen eines aktuellen Werts (Gf) einer Kraftstoffflussrate eines Kraftstoffeinspritzventils;Mittel zum Berechnen eines aktuellen Werts (Mtb) einer Turbinendurchflussrate, welche eine Flussrate des Gases ist, welches die Turbine durchströmt, basierend auf dem aktuellen Wert (Gadly) des Frischluftbetrags und dem aktuellen Wert (Gf) der Kraftstoffflussrate;Mittel zum Berechnen eines aktuellen Werts (Megr) einer EGR-Ventil-Durchflussrate basierend auf einer Differenz zwischen einer Gesamtsumme des aktuellen Werts (Gcyl) des Gasbetrags innerhalb des Zylinders und des aktuellen Werts (Gf) der Kraftstoffflussrate und dem aktuellen Wert (Mtb) der Turbinendurchflussrate;Mittel zum Speichern eines vorherigen Werts (Pus_0) des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher der Auslasskanalinnendruck auf der Einlassseite der Turbine ist;Mittel zum Vorspeichern eines Kennfelds einer wirksamen Turbinenöffnungsfläche, welches eine wirksame Turbinenöffnungsfläche der gesamten Turbine samt der variablen Düse mit der Turbinendurchflussrate und dem Schließgrad der variablen Düse assoziiert;Mittel zum Auslesen einer wirksamen Turbinenöffnungsfläche (µAtb) entsprechend dem aktuellen Wert (Mtb) der Turbinendurchflussrate und dem aktuellen Wert (θvn) des Schließgrads der variablen Düse aus dem Kennfeld der wirksamen Turbinenöffnungsfläche;Mittel zum Vorspeichern eines Kennfelds einer wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche, welches eine wirksame EGR-Ventil-Öffnungsfläche des gesamten Abgasrezirkulationssystems samt des EGR-Ventils mit der EGR-Ventil-Durchflussrate und der Öffnung des EGR-Ventils assoziiert;Mittel zum Auslesen einer wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche (µAegr) entsprechend dem aktuellen Wert (Megr) der EGR-Ventil-Durchflussrate und dem aktuellen Wert (θegr) der Öffnung des EGR-Ventils aus dem Kennfeld der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche;Mittel zum Vorspeichern eines ersten Koeffizientenkennfelds, wenn eine Funktion (Φ) eines Druckverhältnisses (π) zwischen einem stromabwärtsseitigen Druck und einem stromaufwärtsseitigen Druck der Düse, welche durch Gleichung 1 definiert wird, in eine Vielzahl von Segmenten des Druckverhältnisses (π) durch ein stückweise lineares Verfahren aufgeteilt wird und für jedes Segment des Druckverhältnisses (π) durch eine lineare Funktion, welche durch Gleichung 2 definiert wird, linear angenähert wird, wobei das erste Koeffizientenkennfeld Koeffizienten (a, b) der linearen Funktion, welche für jedes der Segmente des Druckverhältnisses (π) definiert wird, mit den Segmenten des Druckverhältnisses (π) assoziiert, wobeiΦ(π)=κκ−1∗(π2κ−πκ+1κ)ist und Gleichung 2Φ(π)=a∗π+bist;Mittel zum Auslesen von jedem der Koeffizienten (a, b) entsprechend dem Segment, welches für das Druckverhältnis (π) relevant ist, aus dem ersten Koeffizientenkennfeld, wenn ein Verhältnis zwischen dem aktuellen Wert (Pds) des stromabwärtsseitigen Turbinendrucks und dem vorherigen Wert (Pus_0) des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks als das Druckverhältnis (π) in Gleichung 2 verwendet wird;Mittel zum Vorspeichern eines zweiten Koeffizientenkennfelds, welches Koeffizienten (c, d) der linearen Funktion, welche für jedes der Segmente des Druckverhältnisses (π) definiert wird, mit den Segmenten des Druckverhältnisses (π), assoziiert, wenn die Funktion (Φ) des Druckverhältnisses (π) zwischen dem stromabwärtsseitigen Druck und dem stromaufwärtsseitigen Druck der Düse, welche durch Gleichung 1 definiert wird, in eine Vielzahl von Segmenten des Druckverhältnisses (π) durch ein stückweise lineares Verfahren aufgeteilt wird und für jedes Segment des Druckverhältnisses (π) durch eine lineare Funktion, welche durch Gleichung 3 definiert wird, linear angenähert wird, wobeiΦ(π)=c∗π+dist;Mittel zum Auslesen jedes der Koeffizienten (c, d) entsprechend dem Segment, welches für das Druckverhältnis (π) relevant ist, aus dem zweiten Koeffizientenkennfeld, wenn ein Verhältnis zwischen dem aktuellen Wert (Pim) des Ansaugkanaldrucks und dem vorherigen Wert (Pus_0) des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks als das Druckverhältnis (π) in Gleichung 3 verwendet wird;Mittel zum Berechnen des aktuellen Werts (Pus) des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks durch Gleichung 4 basierend auf dem aktuellen Wert (Pds) des stromabwärtsseitigen Turbinendrucks, dem aktuellen Wert (Pim) des Ansaugkanaldrucks, dem aktuellen Wert (Tus) der stromaufwärtsseitigen Turbinentemperatur, einer Gesamtsumme aus dem aktuellen Wert (Gcyl) des Gasbetrags innerhalb des Zylinders und dem aktuellen Wert (Gf) der Kraftstoffflussrate, der wirksamen Turbinenöffnungsfläche (µAtb), der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche (µAegr) und jedem der Koeffizienten (a, b, c, d), wobeiPus=(Gcyl+Gf)∗R∗Tus2−μAegr∗Pim∗c−μAtb∗Pds∗aμAegr∗d+μAtb∗bist; undMittel zum Steuern des Verbrennungsmotors basierend auf dem aktuellen Wert (Pus) des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks.Control device for an internal combustion engine, the internal combustion engine comprising a turbocharger (20) and an exhaust gas recirculation system (30), the turbocharger comprising a turbine (20b) with a variable nozzle (22), the exhaust gas recirculation system (30) having an EGR duct (32), which connects a portion of an exhaust passage upstream of the turbine to an intake passage, and the EGR passage (32) has an EGR valve (36), the control device comprising: means for sensing a current value (Pds) of a downstream turbine pressure, which is an exhaust port internal pressure at an exhaust side of the turbine; means for detecting a current value (Pim) of an intake passage pressure, which is a pressure within a space of the intake passage which is connected to the EGR passage; means for detecting a current value (Tus) an upstream-side turbine temperature which is an exhaust passage inside temperature at an inlet side of the turbine; center l for detecting a current value (θegr) of an opening of the EGR valve; means for detecting a current value (θvn) of a degree of closure of the variable nozzle; means for detecting a current value (Gadly) of a fresh air amount which is a flow rate of fresh air, which is brought into the intake passage; means for calculating a current value (Gcyl) of an amount of gas within a cylinder based on a pressure and a temperature of gas supplied to the cylinder; means for calculating a current value (Gf) of a fuel flow rate of a fuel injection valve ; Means for calculating a current value (Mtb) of a turbine flow rate, which is a flow rate of the gas flowing through the turbine, based on the current value (Gadly) of the fresh air amount and the current value (Gf) of the fuel flow rate; means for calculating a current one Value (Megr) of an EGR valve flow rate based on a difference between a Total sum of the current value (Gcyl) of the amount of gas within the cylinder and the current value (Gf) of the fuel flow rate and the current value (Mtb) of the turbine flow rate; means for storing a previous value (Pus_0) of the upstream turbine pressure, which is the internal exhaust port pressure on the inlet side of the turbine; means for pre-storing a map of an effective turbine opening area, which associates an effective turbine opening area of the entire turbine including the variable nozzle with the turbine flow rate and the degree of closure of the variable nozzle; means for reading out an effective turbine opening area (µAtb) according to the current value (Mtb ) the turbine flow rate and the current value (θvn) of the degree of closure of the variable nozzle from the map of the effective turbine opening area; means for pre-storing a map of an effective EGR valve opening area, which is an effective EGR valve opening area of the entire A. Gas recirculation system including the EGR valve associated with the EGR valve flow rate and the opening of the EGR valve; means for reading out an effective EGR valve opening area (µAegr) according to the current value (Megr) of the EGR valve flow rate and the current value (θegr) of the opening of the EGR valve from the map of the effective EGR valve opening area; means for pre-storing a first coefficient map if a function (Φ) of a pressure ratio (π) between a downstream pressure and an upstream pressure of the nozzle , which is defined by equation 1, is divided into a plurality of segments of the pressure ratio (π) by a piecewise linear method and is linearly approximated for each segment of the pressure ratio (π) by a linear function which is defined by equation 2, wherein the first coefficient map coefficients (a, b) of the linear function which for each of the segments of the pressure ratio (π), associated with the segments of the pressure ratio (π), where (π) = κκ − 1 ∗ (π2κ − πκ + 1κ) and equation 2Φ (π) = a ∗ π +; means of reading of each of the coefficients (a, b) corresponding to the segment which is relevant to the pressure ratio (π) from the first coefficient map, if a ratio between the current value (Pds) of the downstream turbine pressure and the previous value (Pus_0) of the upstream Turbine pressure is used as the pressure ratio (π) in equation 2; means for pre-storing a second coefficient map which combines coefficients (c, d) of the linear function defined for each of the segments of the pressure ratio (π) with the segments of the pressure ratio ( π), associated when the function (Φ) of the pressure ratio (π) between the downstream side pressure and the upstream side pressure of the nozzle, which is defined by equation 1, is divided into a plurality of segments of the Pressure ratio (π) is divided by a piece-wise linear method and for each segment of the pressure ratio (π) is linearly approximated by a linear function defined by Equation 3, where (π) = c ∗ π + dist; means for reading out each of the coefficients (c, d) corresponding to the segment relevant to the pressure ratio (π) from the second coefficient map when a ratio between the current value (Pim) of the intake manifold pressure and the previous value (Pus_0) of the upstream turbine pressure as the pressure ratio (π) is used in equation 3; means for calculating the current value (Pus) of the upstream turbine pressure by equation 4 based on the current value (Pds) of the downstream turbine pressure, the current value (Pim) of the intake manifold pressure, the current value (Tus) the upstream turbine temperature, a total of the current value (Gcyl) of the amount of gas within the cyli nders and the current value (Gf) of the fuel flow rate, the effective turbine opening area (µAtb), the effective EGR valve opening area (µAegr) and each of the coefficients (a, b, c, d), wherePus = (Gcyl + Gf) ∗ R ∗ Tus2 − μAegr ∗ Pim ∗ c − μAtb ∗ Pds ∗ aμAegr ∗ d + μAtb ∗ bist; andmeans for controlling the internal combustion engine based on the current value (Pus) of the turbine upstream pressure.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung, welche einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader und einem Abgasrückführungssystem (EGR-System) steuert, wobei der Turbolader eine Turbine mit einer variablen Düse aufweist.The present invention relates to a control device which controls an internal combustion engine having a turbocharger and an exhaust gas recirculation (EGR) system, the turbocharger having a turbine with a variable nozzle.
Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the prior art
In
Gemäß dem Verfahren, welches in der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Indem die Gleichung, welche auf dem Satz von Bernoulli basiert, verwendet wird, wie in der
Falls der stromaufwärtsseitige Turbinendruck durch eine Berechnung wie zuvor beschrieben erhalten werden kann, kann der Druck auf der stromaufwärtigen Seite des EGR-Ventils auch aus dem stromaufwärtsseitigen Turbinendruck berechnet werden. Daher kann die Notwendigkeit des Sensors zum Messen des Drucks auf der stromaufwärtigen Seite des EGR-Ventils beseitigt werden. In diesem Fall kann jedoch der EGR-Zirkulationsbetrag nicht basierend auf dem Druckverhältnis zwischen den Drücken vor und nach dem EGR-Ventil berechnet werden. Dementsprechend muss die Turbinendurchflussrate mittels eines Verfahrens berechnet werden, welches sich von dem in der
Ein offensichtliches Verfahren ist es, die Turbinendurchflussrate aus einem Frischluftbetrag, welcher mit einem Luftströmungssensor gemessen wird, zu berechnen. Die Turbinendurchflussrate hat eine Antwortverzögerung bezüglich des Frischluftbetrags, wobei die Antwortverzögerung der Zeit entspricht, welche das Gas braucht, um die Turbine nach einem Passieren des Luftströmungssensors zu erreichen. Falls eine verzögerte Verarbeitung unter Berücksichtigung der Antwortverzögerung auf den Frischluftbetrag angewandt wird, kann die Turbinendurchflussrate berechnet werden. Da jedoch Rauschen dazu neigt, auf Messwerte des Luftströmungssensors überlagert zu werden, ist es schwierig, den stromaufwärtsseitigen Turbinendruck basierend auf der Turbinendurchflussrate, welche aus dem mit dem Luftströmungssensor gemessenen Frischluftbetrag berechnet wird, genau zu berechnen.One obvious method is to calculate the turbine flow rate from an amount of fresh air measured with an air flow sensor. The turbine flow rate has a response delay relative to the amount of fresh air, the response delay corresponding to the time it takes for the gas to reach the turbine after passing through the air flow sensor. If delayed processing is applied to the fresh air amount in consideration of the response delay, the turbine flow rate can be calculated. However, since noise tends to be superimposed on readings from the air flow sensor, it is difficult to accurately calculate the turbine upstream pressure based on the turbine flow rate calculated from the amount of fresh air measured by the air flow sensor.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereit, welche fähig ist, den stromaufwärtsseitigen Turbinendruck, welcher ein Auslasskanalinnendruck an einer Einlassseite der Turbine ist, genau zu berechnen.The present invention provides a control device for an internal combustion engine capable of accurately calculating the turbine upstream pressure which is an exhaust passage internal pressure on an intake side of the turbine.
Die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, den Verbrennungsmotor, welcher einen Turbolader und ein EGR-System aufweist, zu steuern, wobei der Turbolader eine Turbine mit einer variablen Düse enthält, das EGR-System einen EGR-Kanal hat, welcher einen Abschnitt eines Auslasskanals stromaufwärts von der Turbine mit einem Ansaugkanal verbindet, und der EGR-Kanal ein EGR-Ventil hat. Die Steuerungsvorrichtung ist konfiguriert, folgende Verarbeitung durchzuführen.The control device for an internal combustion engine according to the present invention is configured to control the internal combustion engine including a turbocharger and an EGR system, the turbocharger including a turbine with a variable nozzle, the EGR system having an EGR passage which connects a portion of an exhaust passage upstream of the turbine to an intake passage, and the EGR passage has an EGR valve. The control device is configured to perform the following processing.
Die Steuerungsvorrichtung erfasst die folgenden Zustandsgrößen direkt oder indirekt mit Sensoren. Die Zustandsgrößen umfassen: einen aktuellen Wert Pds eines stromabwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher ein Auslasskanalinnendruck an einer Auslassseite der Turbine ist; einen aktuellen Wert Pim eines Ansaugkanaldrucks, welcher ein Druck innerhalb des Raums des EGR-Kanals ist, welcher mit dem Ansaugkanal verbunden ist; einen aktuellen Wert Tus einer stromaufwärtsseitigen Turbinentemperatur, welche eine Auslasskanalinnentemperatur an einer Einlassseite der Turbine ist; einen aktuellen Wert θegr einer Öffnung des EGR-Ventils; einen aktuellen Wert θvn eines Schließgrads der variablen Düse; und einen aktuellen Wert Gadly eines Frischluftbetrags, welcher eine Flussrate von Frischluft ist, welche in den Ansaugkanal gebracht wird.The control device detects the following state variables directly or indirectly with sensors. The state quantities include: a current value Pds of a downstream turbine pressure, which is an exhaust passage internal pressure on an exhaust side of the turbine; a current value Pim of an intake passage pressure, which is a pressure within the space of the EGR passage connected to the intake passage; a current value Tus of an upstream-side turbine temperature, which is an exhaust passage internal temperature on an intake side of the turbine; a current value θegr of an opening of the EGR valve; a current value θvn of a degree of closure of the variable nozzle; and a current value Gadly of a fresh air amount, which is a flow rate of fresh air brought into the intake passage.
Die Steuerungsvorrichtung erfasst die folgenden Zustandsgrößen durch Berechnung. Die Zustandsgrößen umfassen: einen aktuellen Wert Gcyl eines Gasbetrags innerhalb des Zylinders, welcher aus einem Druck und einer Temperatur eines dem Zylinder zugeführten Gases berechnet wird; einen aktuellen Wert Gf einer Kraftstoffflussrate eines Kraftstoffeinspritzventils; einen aktuellen Wert Mtb einer Turbinendurchflussrate, welche eine Flussrate des die Turbine durchströmenden Gases ist, welcher basierend auf dem aktuellen Wert Gadly des Frischluftbetrags und dem aktuellen Wert Gf der Kraftstoffflussrate berechnet wird; und einen aktuellen Wert Megr einer EGR-Ventil-Durchflussrate, welche basierend auf einer Differenz zwischen der Gesamtsumme des aktuellen Werts Gcyl des Gasbetrags innerhalb des Zylinders und des aktuellen Werts Gf der Kraftstoffflussrate und dem aktuellen Wert Mtb der Turbinendurchflussrate berechnet wird.The control device acquires the following state quantities by calculation. The state variables include: a current value Gcyl of an amount of gas within the cylinder, which is calculated from a pressure and a temperature of a gas supplied to the cylinder; a current value Gf of a fuel flow rate of a fuel injection valve; a current turbine flow rate value Mtb, which is a flow rate of the gas flowing through the turbine, which is calculated based on the current value Gadly of the fresh air amount and the current value Gf of the fuel flow rate; and a current value Megr of an EGR valve flow rate calculated based on a difference between the sum total of the current value Gcyl of the amount of gas within the cylinder and the current value Gf of the fuel flow rate and the current value Mtb of the turbine flow rate.
Die Steuerungsvorrichtung speichert temporär einen vorherigen Wert Pus_0 des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher der Auslasskanalinnendruck an der Einlassseite der Turbine ist.The control device temporarily stores a previous value Pus_0 of the upstream turbine pressure, which is the exhaust port internal pressure on the inlet side of the turbine.
Die Steuerungsvorrichtung speichert ein Kennfeld einer wirksamen Turbinenöffnungsfläche vor, welches eine wirksame Turbinenöffnungsfläche der Turbine, welche die variable Düse aufweist, welche als eine einzige Düse betrachtet wird, mit der Turbinendurchflussrate und dem Schließgrad der variablen Düse assoziiert. Die Steuerungsvorrichtung speichert ein Kennfeld einer wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche vor, welches eine wirksame EGR-Ventil-Öffnungsfläche des EGR-Ventils, welches als eine einzige Düse betrachtet wird, mit der EGR-Ventil-Durchflussrate und der Öffnung des EGR-Ventils assoziiert.The control device pre-stores an effective turbine opening area map which associates an effective turbine opening area of the turbine having the variable nozzle, which is regarded as a single nozzle, with the turbine flow rate and the degree of closure of the variable nozzle. The control device pre-stores an EGR valve effective opening area map which associates an EGR valve effective opening area of the EGR valve, which is regarded as a single nozzle, with the EGR valve flow rate and the opening of the EGR valve .
Die Steuerungsvorrichtung liest aus dem Kennfeld der wirksamen Turbinenöffnungsfläche eine wirksame Turbinenöffnungsfläche µAtb aus, welche dem aktuellen Wert Mtb der Turbinendurchflussrate und dem aktuellen Wert θvn des Schließgrads der variablen Düse entspricht. Die Steuerungsvorrichtung liest auch aus dem Kennfeld der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche eine wirksame EGR-Ventil-Öffnungsfläche µAegr aus, welche dem aktuellen Wert Megr der EGR-Ventil-Durchflussrate und dem aktuellen Wert θegr der Öffnung des EGR-Ventils entspricht.The control device reads out an effective turbine opening area μAtb from the map of the effective turbine opening area, which corresponds to the current value Mtb of the turbine flow rate and the current value θvn of the degree of closure of the variable nozzle. The control device also reads from the map of the effective EGR valve opening area an effective EGR valve opening area μAegr, which corresponds to the current value Megr of the EGR valve flow rate and the current value θegr of the opening of the EGR valve.
Wenn eine Funktion Φ eines Druckverhältnisses π zwischen dem stromabwärtsseitigen Druck und dem stromaufwärtsseitigen Druck der Düse, welche durch Gleichung 1 definiert wird, in eine Vielzahl von Segmenten des Druckverhältnisses π aufgeteilt wird und für jedes Segment des Druckverhältnisses π durch eine linear Funktion, welche durch Gleichung 2 definiert wird, linear angenähert wird, speichert die Steuerungsvorrichtung ein erstes Koeffizientenkennfeld vor, welches Koeffizienten a, b der linearen Funktion, welche für jedes der Segmente des Druckverhältnisses π definiert wird, mit den Segmenten des Druckverhältnisses π assoziiert.
Wenn die Funktion Φ des Druckverhältnisses π zwischen dem stromabwärtsseitigen Druck und dem stromaufwärtsseitigen Druck der Düse, welche durch Gleichung 1 definiert wird, in eine Vielzahl von Segmenten des Druckverhältnisses π durch ein stückweise lineares Verfahren aufgeteilt wird und für jedes Segment des Druckverhältnisses π durch eine lineare Funktion, welche durch Gleichung 3 definiert wird, linear angenähert wird, speichert die Steuerungsvorrichtung ein zweites Koeffizientenkennfeld vor, welches Koeffizienten c, d der linearen Funktion, welche für jedes der Segmente des Druckverhältnisses π definiert wird, mit den Segmenten des Druckverhältnisses π assoziiert.
Wenn ein Verhältnis zwischen dem aktuellen Wert Pds des stromabwärtsseitigen Turbinendrucks und dem vorherigen Wert Pus_0 des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks als das Druckverhältnis π in Gleichung 2 verwendet wird, liest die Steuerungsvorrichtung jeden der Koeffizienten a, b entsprechend dem für das Druckverhältnis π relevanten Segment aus dem ersten Koeffizientenkennfeld aus. Wenn ein Verhältnis zwischen dem aktuellen Wert Pim des Ansaugkanaldrucks und dem vorherigen Werts Pus_0 des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks als das Druckverhältnis π in Gleichung 3 verwendet wird, liest die Steuerungsvorrichtung jeden der Koeffizienten c, d entsprechend dem für das Druckverhältnis π relevanten Segment aus dem zweiten Koeffizientenkennfeld aus.If a ratio between the current value Pds of the downstream-side turbine pressure and the previous value Pus_0 of the upstream-side turbine pressure is used as the pressure ratio π in
Basierend auf dem aktuellen Wert Pds des stromabwärtsseitigen Turbinendrucks, dem aktuellen Wert Pim des Ansaugkanaldrucks, dem aktuellen Wert Tus der stromaufwärtsseitigen Turbinentemperatur, der Gesamtsumme des aktuellen Werts Gcyl des Gasbetrags innerhalb des Zylinders und des aktuellen Werts Gf der Kraftstoffflussrate, der wirksamen Turbinenöffnungsfläche µAtb, der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche µAegr und jedem der Koeffizienten a, b, c, d berechnet die Steuerungsvorrichtung einen aktuellen Wert Pus des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks durch Gleichung 4:
Die Steuerungsvorrichtung steuert den Verbrennungsmotor basierend auf dem aktuellen Wert Pus des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher basierend auf der obigen Logik berechnet wird.The control device controls the engine based on the current value Pus of the upstream-side turbine pressure calculated based on the above logic.
Gemäß der Steuerungsvorrichtung kann der stromaufwärtsseitige Turbinendruck durch ein Verwenden von Gleichung 4 genau berechnet werden. Daher kann der Verbrennungsmotor basierend auf dem genauen stromaufwärtsseitigen Turbinendruck gesteuert werden. Da die Turbinendurchflussrate, welche zur Berechnung der wirksamen Turbinenöffnungsfläche verwendet wird, basierend auf dem Frischluftbetrag berechnet wird, wird der Einfluss einer Streuung in den Messwerten des Frischluftbetrags, welche durch Rauschen verursacht wird, auf den Berechnungswert der wirksamen Turbinenöffnungsfläche angewandt. In ähnlicher Weise wird, da die EGR-Ventil-Durchflussrate, welche zur Berechnung der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche verwendet wird, auch mit einem Verwenden des Frischluftbetrags berechnet wird, der Einfluss einer Streuung in den Messwerten des Frischluftbetrags, welche durch Rauschen verursacht wird, auf den Berechnungswert der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche angewandt. Jedoch ist gemäß der Beziehung zwischen der wirksamen Turbinenöffnungsfläche und der Turbinendurchflussrate die Sensitivität der wirksamen Turbinenöffnungsfläche auf die Streuung in der Turbinendurchflussrate nicht hoch. In ähnlicher Weise ist gemäß der Beziehung zwischen der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche und der EGR-Ventil-Durchflussrate die Sensitivität der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche auf die Streuung in der EGR-Ventil-Durchflussrate auch nicht hoch. Daher hat die Streuung in den Messwerten des Frischluftbetrags aufgrund von Rauschen einen begrenzten Einfluss auf die Berechnungsergebnisse der wirksamen Turbinenöffnungsfläche und der wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche. Dementsprechend wird die Berechnungsgenauigkeit des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher die wirksame Turbinenöffnungsfläche und die wirksame EGR-Ventil-Öffnungsfläche als Parameter umfasst, in ausreichender Weise sichergestellt.According to the control device, the turbine upstream pressure can be calculated accurately by using
FigurenlisteFigure list
Merkmale, Vorteile und technische sowie gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
-
1 die schematische Konfiguration eines Verbrennungsmotors, an welchem eine Steuerungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird, veranschaulicht; -
2 die Beziehung zwischen dem Schließgrad einer variablen Düse, einer Turbinendurchflussrate und einer wirksamen Turbinenöffnungsfläche veranschaulicht; -
3 die Beziehung zwischen der Öffnung eines EGR-Ventils, einer EGR-Ventil-Durchflussrate und einer wirksamen EGR-Ventil-Öffnungsfläche veranschaulicht; -
4 eine Funktion Φ eines Druckverhältnisses π zwischen einem stromabwärtsseitigen Druck und einem stromaufwärtsseitigen Druck der Düse, welche in einer Gleichung des Satzes von Bernoulli enthalten ist, und eine lineare Funktion, welche die Funktion Φ annähert, veranschaulicht; -
5 eine Verteilung von Verifikationsdaten zum Verifizieren einer Abschätzgenauigkeit des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks durch Gleichung 4 veranschaulicht; -
6 einen Übereinstimmungsgrad eines abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks und eines tatsächlichen Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks durch Gleichung 4 veranschaulicht; -
7 ein Blockdiagramm ist, welches die Konfiguration zum Berechnen des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks, welche in der Steuerungsvorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist, veranschaulicht; -
8 ein Beispiel der Anwendungen des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks veranschaulicht; und -
9 ein Beispiel der Anwendungen des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks veranschaulicht.
-
1 Fig. 11 illustrates the schematic configuration of an internal combustion engine to which a control device of an embodiment of the present invention is applied; -
2 Fig. 10 illustrates the relationship between the degree of closure of a variable nozzle, a turbine flow rate and an effective turbine opening area; -
3 Fig. 11 illustrates the relationship among the opening of an EGR valve, an EGR valve flow rate and an effective EGR valve opening area; -
4th illustrates a function Φ of a pressure ratio π between a downstream side pressure and an upstream side pressure of the nozzle contained in an equation of Bernoulli's Theorem and a linear function approximating the function Φ; -
5 Fig. 4 illustrates a distribution of verification data for verifying an estimation accuracy of the upstream side turbine pressure byEquation 4; -
6th a degree of correspondence of an estimated value of the upstream-side turbine pressure and an actual value of the upstream-side turbine pressure is illustrated byEquation 4; -
7th Fig. 13 is a block diagram illustrating the configuration for calculating the turbine upstream pressure included in the control device of the embodiment of the present invention; -
8th Figure 11 illustrates an example of the applications of the estimated value of the turbine upstream pressure; and -
9 Fig. 11 illustrates an example of the applications of the estimated value of the turbine upstream pressure.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Konfiguration des VerbrennungsmotorsConfiguration of the internal combustion engine
Der Motorkörper
Der Verbrennungsmotor
Die Steuerungsvorrichtung
Die Steuerungsvorrichtung
Abschätzung eines stromaufwärtsseitigen TurbinendrucksEstimation of an upstream turbine pressure
Die Steuerungsvorrichtung
Strömungseigenschaftengleichung einer TurbineFlow property equation of a turbine
Wenn ein Fluid eine Düse durchströmt, für welche das Gesetz der Energieerhaltung angewandt wird, folgt die Beziehung zwischen der Zustandsgröße des Fluides vor einem Durchströmen der Düse und der Zustandsgröße des Fluides nach einem Durchströmen der Düse dem Satz von Bernoulli. Hier wird, falls angenommen wird, dass die Turbine
Da die Turbine
Die Parameter, welche die wirksame Turbinenöffnungsfläche bestimmen, sind der Schließgrad der variablen Düse
Strömungseigenschaftengleichung eines EGR-SystemsFlow property equation of an EGR system
Im Übrigen ist der Satz von Bernoulli auf das EGR-Ventil
Die Parameter, welche die wirksame EGR-Ventil-Öffnungsfläche bestimmen, sind die Öffnung des EGR-Ventils
Die Eigenschaften, welche in
Vereinfachung der Funktion ΦSimplification of the function Φ
Die Funktion Φ, welche in den Gleichungen 5 und 6 enthalten ist, ist eine komplizierte Funktion, in welcher das Druckverhältnis π zwischen dem stromabwärtsseitigen Druck und dem stromaufwärtsseitigen Druck der Düse als eine Variable wie in Gleichung 1 gezeigt verwendet wird. Jedoch kann die Funktion Φ vereinfacht werden, indem die Funktion in eine Vielzahl von Segmenten des Druckverhältnisses π durch das stückweise lineare Verfahren aufgeteilt wird und die Funktion für jedes Segment des Druckverhältnisses π durch eine lineare Funktion linear angenähert wird.
Die Funktion Φ, welche in Gleichung 5 enthalten ist, kann durch das stückweise lineare Verfahren wie in dem Fall von Gleichung 2 vereinfacht werden. Indem die vereinfachte Funktion Φ verwendet wird, können die Strömungseigenschaften der Turbine
Die Funktion Φ, welche in Gleichung 6 enthalten ist, kann durch das stückweise lineare Verfahren wie in dem Fall von Gleichung 3 vereinfacht werden. Indem die vereinfachte Funktion Φ verwendet wird, können die Strömungseigenschaften des EGR-Systems
Integration der StrömungseigenschaftengleichungenIntegration of the flow property equations
In Gleichung 7 kann Tus mit dem Temperatursensor
Jedoch neigt Rauschen dazu, auf die Messwerte des Luftströmungssensors
Dementsprechend wird das Verhältnis, welches in nachfolgend gezeigter Gleichung 9 gezeigt ist, beachtet. Die Summe der Turbinendurchflussrate Mtb und der EGR-Ventil-Durchflussrate Megr stimmt mit einer Gesamtflussrate des Abgases überein, welches von dem Motorkörper
Im Gegensatz zu dem Luftströmungssensor
Um die Abschätzgenauigkeit des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks durch Gleichung 4 zu verifizieren, wurden Verifikationsdaten mit Bezug auf verschiedene Kraftstoffeinspritzmengen und verschiedene Motordrehzahlen wie in
Der Einfluss des Rauschens des Luftströmungssensors
Konfiguration und Betrieb der SteuerungsvorrichtungConfiguration and operation of the control device
Wenn das Abschätzungsprogramm des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks ausgeführt wird, erfasst die Steuerungsvorrichtung
Wenn das Abschätzungsprogramm des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks ausgeführt wird, berechnet die Steuerungsvorrichtung
Außerdem speichert die Steuerungsvorrichtung
Das ROM der Steuerungsvorrichtung
Das ROM der Steuerungsvorrichtung
Das ROM der Steuerungsvorrichtung
Das ROM der Steuerungsvorrichtung
Die arithmetische Einheit
Verwenden des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen TurbinendrucksUsing the estimated value of the upstream turbine pressure
Der abgeschätzte Wert des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks, welcher durch Gleichung 4 berechnet wird, wird unterschiedlich verwendet. Unter den Verwendungen des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks werden nachfolgend typische Verwendungen dargestellt.The estimated value of the upstream turbine pressure calculated by
Eine erste Verwendung des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks ist eine Abschätzung einer EGR-Rate. Die Steuerungsvorrichtung
Eine zweite Verwendung des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks ist eine Unterdrückung von Drehmomentstufen, welche erzeugt werden, wenn der Verbrennungsmodus umgeschaltet wird. Wenn der Katalysator nicht aktiv ist, kann der Verbrennungsmodus von einem normalen Verbrennungsmodus auf einen reichen Verbrennungsmodus umgeschaltet werden, um die Abgastemperatur derart zu erhöhen, dass der Katalysator aktiviert wird. In dem reichen Verbrennungsmodus wird die Öffnung des Einlassdrosselventils
Eine dritte Verwendung des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks ist eine Erfassung des Risikos eines Rückflusses des EGR-Gases. Wenn der Ansaugkrümmerdruck höher als der stromaufwärtsseitige Turbinendruck ist, kann das EGR-Gas möglicherweise in den EGR-Kanal
Eine vierte Verwendung des abgeschätzten Werts des stromaufwärtsseitigen Turbinendrucks ist eine Erfassung des Risikos eines Hardwareversagens in dem Verbrennungsmotor
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