DE102018203227A1

DE102018203227A1 - Steuerung und Steuerverfahren für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018203227A1
Application number: DE102018203227.0A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2038-03-06
Also published as: CN109139207B; US20180372011A1; US10590871B2; CN109139207A; DE102018203227B4; JP2019007437A; JP6534425B2

Abstract

Um eine Steuerung und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die in der Lage sind, Abgastemperatur bei jeglichen Schätzpositionen des Abgasrohrs mit guter Genauigkeit abzuschätzen, indem ein Temperaturabfall von Abgas durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs berücksichtigt wird. Eine Steuerung 50 für einen Verbrennungsmotor ist mit einer Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52 versehen, die eine Auslassgastemperatur Tout berechnet, die eine Temperatur von Abgas an einem Auslass einer Verbrennungskammer ist, basierend auf der Antriebsbedingung; eine Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53, die einen Temperaturabsenkbetrag ΔTd des Abgases durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs ab dem Auslass der Verbrennungskammer bis zu einer Schätzposition berechnet; und eine Abgastemperaturschätzeinheit 54, die eine Abgastemperatur Tex an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperaturabsenkbetrags von ΔTd der Auslassgastemperatur Tout abschätzt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuerung und ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor zum Abschätzen einer Abgastemperatur des Verbrennungsmotors.
Um einen Verbrennungsmotor geeignet betreiben zu können, ist es wichtig, die Zustandsgröße, wie etwa Druck und Temperatur jedes Teils, die sich anhand der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors ändern, exakt zu überwachen. In den letzten Jahren wird eine Steuerung des Verbrennungsmotors auch unter Verwendung von einer Zustandsgröße des Abgassystems durchgeführt. Als eine Steuerung, welche die Zustandsgröße des Abgassystems verwendet, wird beispielsweise eine Anreicherungssteuerung durchgeführt, die das Luft-Kraftstoffgemisch fett macht, um die Abgastemperatur zu senken, wenn es eine Möglichkeit einer Beschädigung des Katalysators, eines Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensors und dergleichen gibt, die im Abgassystem vorgesehen sind, durch Anheben einer Abgastemperatur bei hoher Drehzahl und hohem Lastbetrieb. Obwohl die für diese Steuerung verwendete Abgastemperatur durch einen Abgastemperatursensor detektiert werden kann, gibt es auch ein Verfahren des Schätzens, um die Sensorkosten zu reduzieren. Beispielsweise durch Bezug nehmen auf Kennfelddaten, in denen eine Beziehung zwischen Drehzahl, Ladeeffizienz und Abgastemperatur vorab basierend auf experimentellen Daten und dergleichen eingestellt wird, wird ein Verfahren des Abschätzens der Abgastemperatur verwendet.
Als andere Beispiele, die die Abgastemperatur verwenden, wird beispielsweise in JP 5409832 B , obwohl ein Verfahren zum Berechnen einer Einlassluftmenge und einer internen EGR-Rate einer Verbrennungskammer unter Verwendung eines volumetrischen Effizienz-Entsprechungswerts offenbart wird, die Abgastemperatur zur Berechnung dieses volumetrischen Effizienz-Entsprechungswertes verwendet. Obwohl ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Superlader in JP 4963927 B offenbart wird, wird die Abgastemperatur zum Steuern eines Öffnungsgrades eines Wastegate verwendet, der benötigt wird, um eine Zielantriebskraft eines Kompressors zu erzielen. In diesen Dokumenten wird ein Schätzverfahren einer Abgastemperatur, die ähnliche Kennfelddaten wie oben erwähnt verwendet, verwendet. Neben diesen Dokumenten kann die Abgastemperatur zum Berechnen einer Flussrate eines externen EGR, basierend auf einem Öffnungsgrad eines EGR-Ventils verwendet werden.
Obwohl im oben erwähnten Beispiel die geschätzte Abgastemperatur verwendet wird; gibt es als ein Beispiel, das den Abgastemperatursensor verwendet, mit Verschärfen der Abgasregulierung, eine Steuerung, die den Emissionsbetrag von PM (Partikeln), die im Abgas des Verbrennungsmotors enthalten sind, reduziert. Spezifisch wird PM durch einen am Abgassystem angebrachten Partikelsammelfilter, wie etwa einem DPF (Diesel Particulate Filter) und GPF (Benzin-Partikel-Filter (Gasoline Particulate Filter) abgefangen. Jedoch, da es eine Grenze zur PM-Menge gibt, die der Partikelsammelfilter aufnehmen kann, wird ein Regenerationsprozess, der im Partikelsammelfilter akkumulierte PM verbrennt, richtig durchgeführt. Um diesen Regenerationsprozess richtig durchzuführen, wird die Abgastemperatur unter Verwendung des Abgastemperatursensors gesteuert.
ZUSAMMENFASSUNG
Wie oben beschrieben, obwohl es ein Schätzverfahren gibt, das Kennfelddaten verwendet, als ein Schätzverfahren von Abgastemperatur, wird die Abgastemperatur leicht durch den Zündzeitpunkt, EGR-Menge und dergleichen beeinflusst. Beispielsweise gibt es nur durch Kennfeldeinstellung, welche die Kennfeldachsen auf Drehzahl und Ladeeffizienz einstellt, ein Problem, dass es schwierig ist, mit ausreichender Genauigkeit abzuschätzen, ob Betriebsbedingungen, wie etwa Zündzeitpunkt und EGR-Menge sich ändern. Weil die Anzahl von Kennfeldern enorm wird und für das Abgleichen erforderliche Mannstunden auch enorm werden, falls alle Abgastemperaturen in dem Fall, bei dem Zündzeitpunkt und EGR-Mengenänderung als Kennfelder gespeichert sind, gibt es das Problem im Hinblick auf Schätzgenauigkeit und Abgleichs-Mannstunden bei der Abschätzung der Abgastemperatur unter Verwendung eines Kennfelds.
aLS in dem Fall von Abgastemperatur-Abschätzung unter Verwendung eines Kennfelds berücksichtigte andere Probleme bei der Anreicherungssteuerung, gibt es ein Problem, dass die Häufigkeit der Anreicherung hoch wird und die Kraftstoffeffizienz sich verschlechtert, um die Abgastemperatur sicher zu reduzieren, wenn ein Temperaturschätzfehler berücksichtigt wird. Da die Schätzgenauigkeit der internen EGR-Menge und der externen EGR-Menge durch Schätzfehler der Abgastemperatur niedrig wird, gibt es das Problem, dass eine Zündzeitpunktsteuerung, basierend auf der EGR-Menge, nicht richtig durchgeführt wird und die Kraftstoffeffizienz nicht ausreichend erhalten werden kann. Auch in dem Fall, bei dem die Steuerung des Wastegate-Öffnungsgrad zum Steuern eines Superladungsdrucks nicht korrekt durch Schätzfehler der Abgastemperatur durchgeführt wird, gibt es das Problem, dass die Fahrbarkeit beeinträchtigt ist, da das Beschleunigungsgefühl, welches der Fahrer benötigt, nicht erhalten wird. Diese Probleme können gelöst werden, falls die Schätzgenauigkeit der Abgastemperatur verbessert werden kann.
Als andere Schätzverfahren als die Verwendung von Kennfeldern ist beispielsweise in JP 5373952 B ein Verfahren offenbart. JP 5373952 B offenbart ein Verfahren des Abschätzens von Abgastemperatur, basierend auf einem Temperaturanstieg durch adiabatische Kompression und Temperaturanstieg durch Wärmemengenverlust im Abgas. Im Verfahren von JP 5379352 B , obwohl die Abgasverlustrate, welche die Abgastemperatur bei dem Verbrennungskammerauslass beeinträchtigt, berücksichtigt wird, wird ein Temperaturabfall durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs nach Abgabe aus der Verbrennungskammer nicht berücksichtigt. Daher, falls es versucht, die Abgastemperatur an jeglichen Schätzpositionen des Abgasrohrs, die vom vom Verbrennungskammerauslass entfernt sind, zu schätzen, gibt es ein Problem, dass ein Schätzfehler aufgrund von Wärmestrahlungsmenge des Abgasrohrs, die sich entsprechend der Schätzposition ändert, groß wird.
Im Verfahren von JP 5373952 B wird eine Abgasverlustrate, die ein Verhältnis von Wärmemengenverlust beim Abgas zur Verbrennungswärmemenge ist, unter Verwendung von Drehzahl und Kraftstofffluss als Parameter berechnet. Jedoch ist die Abgasverlustrate ein Verhältnis, welches durch Subtrahieren angegebener Arbeit berechnet wird, die als Arbeit durch Innenzylinderdruck entnommen werden kann, und Kühlverlust, welches eine Wärmemenge ist, die zur Wandoberfläche der Verbrennungskammer abgestrahlt wird, aus durch Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer erzeugter Verbrennungswärmemenge. In der Technologie von JP 5373952 B , da angegebene Arbeit und Kühlverlust nicht berücksichtigt werden, gibt es das Problem, dass die Berechnungs-Genauigkeit der Abgasverlustrate nicht gut ist.
Da es nicht einfach ist, die Abgastemperatur mit guter Genauigkeit zu schätzen, kann ein Abgastemperatursensor verwendet werden. Da jedoch der Abgastemperatursensor am Abgassystem angebracht wird, das eine hohe Temperatur erreicht, ist es notwendig, eine Abnormalitätsdiagnose durchzuführen. Um eine Abnormalitätsdiagnose durchzuführen, wird es erwogen, die geschätzte Abgastemperatur zu verwenden und für diesen Zweck ist es notwendig, schließlich die Abgastemperatur mit guter Genauigkeit zu schätzen.
Somit wird es gewünscht, eine Steuerung und ein Steuerverfahren bereitzustellen für einen Verbrennungsmotor, die in der Lage sind, die Abgastemperatur bei jeglichen Schätzvorrichtungen des Abgasrohrs mit guter Genauigkeit abzuschätzen, indem ein Temperaturabfall von Abgas durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs berücksichtigt wird.
Eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet:

eine Antriebsbedingungs-Detektionseinheit, die die Antriebsbedingung des Verbrennungsmotors detektiert;
eine Auslassgastemperatur-Recheneinheit, die eine Auslassgastemperatur berechnet, die eine Temperatur von Abgas bei einem Auslass einer Verbrennungskammer ist, basierend auf der Antriebsbedingung;
eine Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit, die einen Temperaturabsenkbetrag des Abgases durch Wärmestrahlung eines Abgasrohrs aus dem Auslass der Verbrennungskammer bis zu einer Schätzposition berechnet; und
eine Abgastemperatur-Schätzeinheit, die eine Abgastemperatur an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperaturabfallbetrags von der Auslassgastemperatur abschätzt.

Ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet:

einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt des Detektierens der Antriebsbedingung eines Verbrennungsmotors;
einen Auslassgastemperatur-Rechenschritt des Berechnens einer Auslassgastemperatur, die eine Temperatur von Abgas an einem Auslass einer Verbrennungskammer ist, basierend auf der Antriebsbedingung;
einen Wärmestrahlungs-Rechenschritt des Berechnens eines Temperaturabsenkbetrags des Abgases durch Wärmestrahlung eines Abgasrohrs aus dem Auslass der Verbrennungskammer zu einer Schätzposition; und
einen Abgastemperatur-Schätzschritt des Abschätzens einer Abgastemperatur an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperatursenkbetrags von der Auslassgastemperatur.

Gemäß der Steuerung und dem Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor hinsichtlich der vorliegenden Offenbarung, der die Abgastemperatur am Verbrennungskammerauslass und der Temperaturabsinkbetrag des Abgasrohrs, die sich im physikalischen Phänomen voneinander unterscheiden, getrennt berechnet werden, kann jede Rechengenauigkeit verbessert werden. Da der Temperaturabsenkbetrag des Abgases durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs aus dem Auslass der Verbrennungskammer zur Schätzposition berechnet wird, kann die Abgastemperatur bei jeglichen Schätzpositionen des Abgasrohrs mit guter Genauigkeit abgeschätzt werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Verbrennungsmotors und einer Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm einer Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine Figur, die schematisch ein einzelnes Fluss-Wärmetauschermodell eines Abgasrohrs gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ist eine Figur, die ein Konzept von Wärmebalance gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 ist ein detailliertes Blockdiagramm einer Auslassgastemperatur-Recheneinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung; und
7 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung durch eine Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Eine Steuerung 50 für einen Verbrennungsmotor 1 (nachfolgend einfach als die Steuerung 50 bezeichnet), gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Verbrennungsmotors 1 und 2 ist ein Blockdiagramm der Steuerung 50 gemäß Ausführungsform 1. Der Verbrennungsmotor 1 und die Steuerung 50 sind in einem Fahrzeug montiert; der Verbrennungsmotor 1 fungiert als Antriebskraftquelle für das Fahrzeug (Räder).
Konfiguration des Verbrennungsmotors 1
Wie in 1 gezeigt, ist der Verbrennungsmotor 1 mit einer Verbrennungskammer 25, in der eine Kraftstoff-Luftmischung verbrannt wird, versehen. Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Einlassrohr 23 zum Zuführen von Luft an die Verbrennungskammer 25 und einem Abgasrohr 17 zum Abgeben von Abgas aus der Verbrennungskammer 25 versehen. Die Verbrennungskammer 25 ist durch einen Zylinder und einen Kolben konfiguriert. Nachfolgend wird die Verbrennungskammer 25 auch als der Zylinder bezeichnet. Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Benzinmotor. Der Verbrennungsmotor 1 weist eine Drosselklappe 6 zum Öffnen und Schließen des Einlassrohrs 23 auf. Die Drosselklappe 6 ist eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe, die durch einen Elektromotor, der durch die Steuerung 50 gesteuert wird, öffnungs-/schließ-angetrieben wird. Die Drosselklappe 6 ist mit einem Drosselöffnungsgradsensor 7 versehen, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Drosselöffnungsgrad der Drosselklappe 6 erzeugt.
Im Einlassrohr 23 werden auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 6 ein Luftflusssensor 3, der ein elektrisches Signal entsprechend einer Einlassluftflussrate, die in das Einlassrohr 23 aufgenommen ist, ausgibt, und ein Einlasslufttemperatursensor 4, der ein elektrisches Signal entsprechend einer Temperatur von Einlassluft ausgibt, vorgesehen. Die Temperatur der durch den Einlasslufttemperatursensor 4 detektierten Einlassluft kann als gleich zu einer Außenlufttemperatur Ta angesehen werden.
Der Verbrennungsmotor 1 weist eine EGR-Passage 21, die Abgas aus dem Abgasrohr 17 zum Einlasskrümmer 12 rückführt, und ein EGR-Ventil 22, welches die EGR-Passage 21 öffnet und schließt, auf. Der Einlasskrümmer 12 ist ein Teil des Einlassrohrs 23 auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 6. Das EGR-Ventil 22 ist ein elektronisch gesteuertes EGR-Ventil, dessen Öffnungs- und Schließantrieb mit dem durch die Steuerung 50 gesteuerten Elektromotor ausgeführt wird. Das EGR-Ventil 22 ist mit einem EGR-Öffnungsgradsensor 27 versehen, der ein elektrisches Signal gemäß dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 22 ausgibt. „EGR“ ist ein Abkürzung für Abgasrückführung (Exhaust Gas Recirculation). EGR, welche das Abgas über das EGR-Ventil 22 rückführt, wird externes EGR genannt und EGR, welches als Abgas in der Verbrennungskammer durch Ventilüberlappung von Einlass- und Auslassventilen verbleibt, wird internes EGR genannt. Nachfolgend wird externes EGR einfach EGR genannt.
Im Einlasskrümmer 12 ist ein Krümmerdrucksensor 8, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Krümmerdruck ausgibt, der ein Gasdruck im Einlasskrümmer 12 ist, und ein Krümmertemperatursensor 9 vorgesehen, der ein elektrisches Signal entsprechend einer Krümmertemperatur Tin, was eine Temperatur von Gas im Einlasskrümmer 12 ist, ausgibt.
Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Injektor 13 versehen, der der Verbrennungskammer 25 Kraftstoff zuführt. Der Injektor 13 kann vorgesehen sein, Kraftstoff zu einem stromabwärtsseitigen Teil des Einlasskrümmers 12 zu injizieren. Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Atmosphärendrucksensor 2 versehen, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Atmosphärendruck ausgibt.
Eine Zündkerze zum Zünden einer Kraftstoff-Luftmischung und eine Zündspule 16 zum Zuführen von Zündenergie an die Zündkerze sind oben auf der Verbrennungskammer 25 vorgesehen. Oben auf der Verbrennungskammer 25 ist ein Einlassventil 14 zum Justieren einer Einlassluftmenge, die aus dem Einlassrohr 23 in die Verbrennungskammer 25 aufzunehmen ist, und ein Abgasventil 15 zum Justieren einer Abgasmenge, welche die Abgaskammer 25 zum Abgasrohr 17 zu verlassen hat, vorgesehen. Das Einlassventil 14 ist mit einem Einlass-Variabelventil-Timing-Mechanismus versehen, der das Öffnungs- und Schließ-Timing desselben variabel macht. Das Abgasventil 15 ist mit einem Abgas-Variabelventil-Timing-Mechanismus versehen, der das Öffnungs- und Schließ-Timing desselben variabel macht. Jeder der Variabelventil-Timing-Mechanismen 14, 15 weist einen elektrischen Aktuator auf. Auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 ist ein Kurbelwinkelsensor 20 zum Erzeugen eines elektrischen Signals gemäß dem Rotationswinkel desselben vorgesehen.
Im Abgasrohr 17 wird ein Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 18 vorgesehen, der ein elektrisches Signal entsprechend einem Luft-/Kraftstoffverhältnis AF erzeugt, welches das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im Abgas ist. Ein Katalysator 19 zum Reinigen von Abgas ist ebenfalls im Abgasrohr 17 vorgesehen.
Konfiguration von Steuerung 50
Als Nächstes wird die Steuerung 50 erläutert. Die Steuerung 50 ist die eine, deren Steuersubjekt der Verbrennungsmotor 1 ist. Wie im Blockdiagramm von 2 gezeigt, ist die Steuerung 50 mit Steuereinheiten einer Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51, einer Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52, einer Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53, einer Abgastemperaturschätzeinheit 54, einer Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 und dergleichen versehen. Die entsprechenden Steuereinheiten 51 bis 55 und dergleichen der Steuerung 50 werden durch in der Steuerung 50 enthaltene Verarbeitungsschaltungen realisiert. Spezifisch, wie in 3 gezeigt, beinhaltet die Steuerung 50 als eine Verarbeitungseinheit einen Rechenprozessor (Computer) 90, wie etwa eine CPU (Zentraleinheit), Speichervorrichtungen 91, die Daten mit dem Rechenprozessor 90 austauschen, eine Eingangsschaltung 92, die externe Signale an den Rechenprozessor 90 eingibt, eine Ausgangsschaltung 93, die Signale aus dem Rechenprozessor nach außerhalb ausgibt, und dergleichen.
Als der Rechenprozessor 90 können ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit), IC (Integrierte Schaltung), DSP (Digitalsignalprozessor), FPGA (Feld-programmierbares Gate-Array), verschiedene Arten von logischen Schaltungen, verschiedene Arten von Signalverarbeitungsschaltungen und dergleichen vorgesehen sein. Als der Rechenprozessor 90 kann eine Mehrzahl desselben Typs oder unterschiedlicher Typen vorgesehen sein, und jede Verarbeitung kann geteilt und ausgeführt werden. Ein Wahlfreizugriffsspeicher (RAM), der konfiguriert ist, in der Lage zu sein, Daten aus dem Rechenprozessor zu lesen und einzuschreiben, ein Nurlesespeicher (ROM), der konfiguriert ist, in der Lage zu sein, Daten aus dem Rechenprozessor 90 zu lesen, und dergleichen sind als die Speichervorrichtung 91 eingerüstet. Die Eingangsschaltung 92 ist mit verschiedenen Arten von Sensoren und Schaltern verbunden und ist mit einem A/D-Wandler und dergleichen zum Eingeben von Ausgangssignalen aus den Sensoren und den Schaltern an den Rechenprozessor 90 versehen. Die Ausgangsschaltung 93 ist mit elektrischen Lasten verbunden und ist mit einer Antriebsschaltung und dergleichen zum Ausgeben eines Steuersignals aus dem Rechenprozessor 90 versehen.
Dann lässt der Rechenprozessor 90 Software-Elemente (Programme), die in der Speichervorrichtung 91 wie etwa einem ROM, gespeichert sind, ablaufen und kollaboriert mit anderen Vorrichtungen in der Steuerung 50, wie etwa der Speichervorrichtung 91, der Eingangsschaltung 92 und der Ausgangsschaltung 93, so dass die entsprechenden Funktionen von den Steuerschaltungen 51 bis 55, die in der Steuerung 50 enthalten sind, realisiert werden. Einstelldatenelemente, wie etwa Charakteristikdaten und Konstanten, die in den Steuereinheiten 51 bis 55 zu nutzen sind, werden als Teil von Software-Elementen (Programmen) in der Speichervorrichtung 91, wie etwa einem ROM, gespeichert.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Eingangsschaltung 92 mit dem Atmosphärendrucksensor 2, dem Luftflusssensor 3, dem Einlasslufttemperatursensor 4, dem Drosselöffnungsgradsensor 7, dem Krümmerdrucksensor 8, dem Krümmertemperatursensor 9, dem Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 18, dem Kurbelwinkelsensor 20, einem Fahrpedalpositionssensor 26, dem EGR-Öffnungsgradsensor 27 und dergleichen verbunden. Die Ausgangsschaltung 93 ist mit der Drosselklappe 6 (Elektromotor), dem Injektor 13, dem Einlassvariabelventil-Timing-Mechanismus 14, dem Abgas-Variabelventil-Timing-Mechanismus 15, der Zündspule 16, dem EGR-Ventil 22 (dem elektrischen Aktuator) und dergleichen verbunden. Die Steuerung 50 ist mit verschiedenen Arten von nicht dargestellten Sensoren, Schaltern, Aktuatoren und dergleichen verbunden.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert die Antriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 detektiert verschiedene Arten von Antriebsbedingungen, basierend auf den Ausgangssignalen verschiedener Arten von Sensoren und dergleichen. Spezifisch detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 einen Atmosphärendruck, basierend auf dem Ausgangssignal des Atmosphärendrucksensors 2; detektiert eine Einlassluftflussrate, basierend auf dem Ausgangssignal des Luftflusssensors 3, detektiert eine Außenlufttemperatur Tr, basierend auf dem Ausgangssignal des Gleichstrommotors 4; detektiert einen Drosselöffnungsgrad, basierend auf dem Ausgangssignal des Drosselpositionssensors 7; detektiert einen Krümmerdruck, basierend auf dem Ausgangssignal des Krümmerdrucksensors 8; detektiert eine Krümmertemperatur Tin, welches eine Temperatur von Gas im Einlasskrümmer 12 ist, basierend auf dem Ausgangssignal des Krümmertemperatursensors 9 und dergleichen; detektiert ein Luft-/Kraftstoffverhältnis AF des Abgases, basierend auf dem Ausgangssignal des Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 18; detektiert einen Kurbelwinkel und eine Drehzahl Ne, basierend auf dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 20; detektiert einen Fahrpedalöffnungsgrad, basierend auf dem Ausgangssignal des Fahrpedalpositionssensors 26 und detektiert einen EGR-Öffnungsgrad, basierend auf dem Ausgangssignal des EGR-Öffnungsgradsensors 27.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 berechnet eine Einlassluftmenge Qc (g/Takt), welches eine Gasmenge ist, die in der Verbrennungskammer 25 fließt, und eine Ladungseffizienz Ec [%], basierend auf der Einlassluftflussrate, der Drehzahl Ne und dergleichen. Beispielsweise berechnet die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 als die Einlassluftmenge Qc [g/Takt] einen Wert, der durch Anwendung von Filterverarbeitung, die eine Verzögerung im Einlasskrümmer simuliert, auf einen Wert, der durch Multiplizieren einer Taktperiode entsprechend der Drehzahl Ne mit der Einlassluftflussrate [g/s] ermittelt wird, erhalten wird. Falls es ein 3-Zylinder-Motor ist, wird die Taktperiode eine Periode von 240° CA und falls es ein 4-Zylinder-Motor ist, wird die Taktperiode eine Periode von 180° CA. Alternativ kann die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 die Einlassluftmenge Qc [g/Takt] und die Ladeeffizienz Ec [%] basierend auf dem Krümmerdruck, der Drehzahl Ne und dergleichen berechnen.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 berechnet eine EGR-Menge Qce [g/Takt], die eine in der Verbrennungskammer 25 fließende Abgasrückführmenge ist, basierend auf dem EGR-Öffnungsgrad und dergleichen. Beispielsweise berechnet die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 eine EGR-Flussrate [g/s], die das EGR-Ventil 22 passiert, basierend auf dem EGR-Öffnungsgrad, dem Krümmerdruck und dergleichen; und berechnet als die EGR-Menge Qce [g/Takt] einen Wert, der durch Anwendung einer Filterverarbeitung auf einen Wert erhalten wird, der durch Multiplizieren der Taktperiode mit der EGR-Flussrate ermittelt wird. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 berechnet eine EGR-Reihe Regr [%], die ein Verhältnis der EGR-Menge Qce zur Einlassluftmenge Qc ist.
Basierend auf der Drehzahl Ne und der Einlassluftmenge Qc, der Ladeeffizienz Ec, der EGR-Rate Regr und dergleichen, berechnet die Steuerung 50 ein Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis, eine Kraftstoffeinspritzmenge Qf, ein Zünd-Timing SA und dergleichen und führt eine Antriebssteuerung des Injektors 13, der Zündspule 16 und dergleichen durch. Beispielsweise berechnet die Steuerung 50 ein Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis, basierend auf der Drehzahl Ne und der Ladeeffizienz Ec und berechnet einen Basiswert einer Kraftstoffeinspritzmenge durch Dividieren der Einlassluftmenge Qc durch das Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis. Dann berechnet die Steuerung 50 eine End-Kraftstoffeinspritzmenge Qf durch Korrigieren des Basiswerts der Kraftstoffeinspritzmenge im Falle der Durchführung von Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung unter Verwendung des Luft-/Kraftstoffverhältnissensors 18 und stellt den Basiswert der Kraftstoffeinspritzmenge als die End-Kraftstoffeinspritzmenge Qf direkt im Falle der Nichtdurchführung von Luft-/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung ein.
Die Steuerung 50 berechnet eine Ziel-Drosselöffnung, basierend auf dem Fahrpedalöffnungsgrad und dergleichen und führt eine Antriebssteuerung des Elektromotors der Drosselklappe 6 durch, so dass sich der Drosselöffnungsgrad der Ziel-Drosselöffnung annähert. Die Steuerung 50 berechnet einen Ziel-EGR-Öffnungsgrad des EGR-Ventils 22 basierend auf der Drehzahl Ne, der Ladeeffizienz Ec und dergleichen; und führt eine Antriebssteuerung des elektrischen Aktuators des EGR-Ventils 22 durch, so dass sich der EGR-Öffnungsgrad dem Ziel-EGR-Öffnungsgrad annähert. Die Steuerung 50 berechnet jedes Ziel-Öffnungs- und Schließ-Timing (Phase) des Einlassventils 14 und des Auslassventils 15, basierend auf der Drehzahl Ne, der Ladeeffizienz Ec und dergleichen; und führt Antriebssteuerung der elektrischen Aktuatoren der Einlass- und Auslass-Variabelventil-Timing-Mechanismen durch, so dass jedes Öffnungs- und Schließ-Timing des Einlassventils 14 und des Auslassventils 15 sich jedem Ziel-Öffnungs- und Schließ-Timing annähert.
Im Falle der Durchführung von Drehmoment-Basissteuerung steuert die Steuerung 50 den Drosselöffnungsgrad, das Zünd-Timing SA, den EGR-Öffnungsgrad und das Öffnungs- und Schließ-Timing des Einlassventils 14 und Auslassventils 15,um so ein verlangtes Abgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 1 zu realisieren, das basierend auf dem Fahrpedalöffnungsgrad und dergleichen berechnet wird, oder ein verlangtes Ausgabedrehmoment des Verbrennungsmotors 1, das aus einer externen Steuerung, wie etwa einer Getriebesteuerung, verlangt wird. Spezifisch berechnet die Steuerung 50 eine Ziel-Ladeeffizienz, die zum Realisieren der angegebenen thermischen Effizienz erforderlich ist, entsprechend dem verlangten Ausgabedrehmoment, basierend auf einer Beziehung zwischen der Ladeeffizienz Ec und der angegebenen thermischen Effizienz ηi, die durch Abgleich vorab eingestellt wird; berechnet eine Ziel-EGR-Rate, bei der Kraftstoffeffizienz und Abgas optimal werden, im Falle des Betreibens bei der Ziel-Ladeeffizienz; berechnet eine Ziel-Drosselöffnung zum Erzielen der Ziel-Ladeeffizienz und der Ziel-EGR-Rate, dem Ziel-EGR-Öffnungsgrad, dem Ziel-Öffnungs- und Schließ-Timing des Einlassventils 14 und dem Ziel-Öffnungs- und Schließ-Timing des Auslassventils 15; und führt eine Antriebssteuerung des Elektromotors der Drosselklappe 6, des elektrischen Aktuators des EGR-Ventils 22 und der elektrischen Aktuatoren der Einlass- und Auslass-Variabelventil-Timing-Mechanismen durch, basierend auf diesen Zielwerten.
Schätzberechnung der Abgastemperatur
Die Steuerung 50 ist konfiguriert, eine andere Abgastemperatur Tex als die oben erwähnte allgemeine Motorsteuerung abzuschätzen. Die abgeschätzte Abgastemperatur Tex wird zur Berechnung der EGR-Rate und dergleichen in der unten beschriebenen Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 verwendet.
<Rechenverfahren von Abgastemperatur unter Verwendung eines Einzelfluss-Wärmetauschermodells>
Zuerst wird ein Rechenverfahren einer Abgastemperatur unter Verwendung eines Einzelfluss-Wärmetauschermodells erläutert. Der Einzelfluss-Wärmeaustauscher wird im Detail in „university lecture heat transfer engineering“ (Maruzen Co., Ltd., S. 224 bis 226, 1983) beschrieben.
4 zeigt schematisch ein Einzelfluss-Wärmetauschermodell. Ein Abgastemperatursensor zum Verpassen ist an einer Schätzposition in der Figur angebracht und es werden experimentelle Daten gesammelt. Der Abgastemperatursensor zum Abgleichen wird nur an dem Verbrennungsmotor 1 für das Experiment angebracht und wird zum Abgleichen von verschiedenen Konstanten verwendet, die in der Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52, der Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53, der Abgastemperaturschätzeinheit 54 und dergleichen enthalten sind. In dem erzeugten Verbrennungsmotor 1 werden verschiedene Steuerungen unter Verwendung der durch die Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52, die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 und die Abgastemperaturschätzeinheit 54 abgeschätzten Abgastemperatur Tex durchgeführt.
Ein Verbrennungskammerauslass und ein Abgasrohreinlass entsprechen einem Grenzteil zwischen der Verbrennungskammer und dem Abgasdurchlass und entsprechen einer Position, wo das Auslassventil 15 angeordnet ist. Von dem Verbrennungskammer-Auslass zur Schätzposition (Anbringposition des Abgastemperatursensors zum Abgleichen) wird angenommen, dass es Zylinder-rohrförmig ist. Eine Innenoberflächen-Fläche des Abgasrohrs vom Verbrennungskammer-Auslass bis zur Schätzposition wird zu einer Gesamtwärme-Übertragungsfläche A0 [m²], in welcher Wärme zum Abgasrohr aus dem Abgas transferiert wird. Im Falle einer Mehrzahl von Zylindern kann ein Wert verwendet werden, der durch Dividieren der Gesamt-Innenoberflächenfläche A0 von den Verbrennungskammer-Auslässen aller Zylinder bis zur Schätzposition durch die Anzahl von Zylindern ermittelt wird. Die Abgasflussrate, welche durch das Abgasrohr fließt, wird auf Qex [g/s] eingestellt. Das Äußere des Abgasrohrs wird durch Außenluft (Luft nahe dem Abgasrohr) gekühlt und diese Außenlufttemperatur Ta [K] wird als Konstante angenommen.
Als Nächstes wird eine Auslassgastemperatur, die eine Temperatur des Abgases an dem Verbrennungskammer Auslass ist, auf Tout [K] eingestellt und wird eine Differenz zwischen dieser Auslassgastemperatur Tout und der Außenlufttemperatur Ta auf θ1 eingestellt. Eine Abgastemperatur an der Schätzposition wird auf Tex [K] eingestellt und eine Differenz zwischen der Abgastemperatur Tex und der Außenlufttemperatur Ta wird auf θ2 eingestellt. Die Abgastemperatur Tex ist eine Temperatur ohne Einfluss einer Antwortverzögerung des Abgastemperatursensors und wird zu einem Momentanwert der Abgastemperatur. Von den Gesamtwärme-Übertragungsflächen A0 wird die Fläche ab dem Verbrennungskammerauslass zu irgendwelchen Positionen auf A [m²] eingestellt; wird die Momentan-Abgastemperatur an irgendeiner Position auf T [K] eingestellt und wird eine Änderung der Abgastemperatur in einer kleinen Wärmeübertragungsfläche dA an jeglichen Positionen auf dT eingestellt. Falls eine Differenz zwischen der Momentan-Abgastemperatur T und der Außenlufttemperatur Ta auf θ eingestellt, wird wie dθ = dT. Die Wärmemenge dQ, die pro Einheitszeit bei dieser kleinen Wärmeübertragungsfläche dA ausgetauscht wird, wird als die nächste Gleichung ausgedrückt, die einen Wärmeübertragungs-Koeffizienten (Gesamtwärme-Übertragungs-Koeffizient) Kht verwendet [W/(m2·K)]. $\begin{matrix} dQ = Kht \cdot (T - Ta) \cdot dA = Kht \cdot θ \cdot dA & (∵ θ = T - Ta) \end{matrix}$
Ein Produkt der Abgasflussrate Qex [g/s] und einer spezifischen Wärme Cex [J/(g·k)] des Abgases wird ein Wasser-Äquivalent genannt. Da das Abgas dieses Wasser-Äquivalents Wärme von dQ [J] verliert, und die Temperatur nur dT fällt, kann es durch die nächste Gleichung ausgedrückt werden. $\begin{matrix} dQ = - Qex \cdot Cex \cdot dT = - Qex \cdot Cex \cdot d θ & (∵ d θ = dT) \end{matrix}$
dQ wird aus der Gleichung (1) und der Gleichung (2) entfernt und durch Umordnen und Integrieren wird die nächste Gleichung ermittelt. Hier ist „Const“ eine Integrationskonstante. $\begin{array}{l} - Qex \cdot Cex \cdot d θ = Kht \cdot θ \cdot dA \Rightarrow \frac{d θ}{θ} = - \frac{Kht}{Qex \cdot Cex} \cdot dA \\ ∴ ln θ = - \frac{Kht \cdot A}{Qex \cdot Cex} + Const \end{array}$
Da A = 0 und θ = θ1 am Verbrennungskammerauslass, und A = A0 und θ = θ2 an der Schätzposition, falls diese auf die Gleichung (3) angewendet werden und die Gleichung modifiziert wird, wird die nächste Gleichung ermittelt. $\begin{array}{l} ln θ 1 = Const, ln θ 2 = - \frac{Kht \cdot A0}{Qex \cdot Cex} + Const \\ \Rightarrow ln θ 2 - ln θ 1 = ln \frac{θ 2}{θ 1} = - \frac{Kht \cdot A0}{Qex \cdot Cex} \\ ∴ \frac{θ 2}{θ 1} = exp (- \frac{Kht \cdot A0}{Qex \cdot Cex}) \end{array}$
Die Wärmemenge Q [J], die durch die Außenluft in diesem Abgasrohr genommen wird, wird durch die nächste Gleichung ausgedrückt. $Q = Qex \cdot Cex \cdot (Tout - Tex) = Qex \cdot Cex \cdot (θ 1 −θ 2)$
Da ein Maximalwert Qmax der durch die Außenluft in diesem Abgasrohr aufgenommenen Wärmemenge ein Fall von θ2 = 0 (ein Fall, bei dem die Abgastemperatur Tex zur Außenlufttemperatur Ta gekühlt wird) ist, wird die nächste Gleichung erhalten. $Qmax = Qex \cdot Cex \cdot (Tout - Ta) = Qex \cdot Cex \cdot θ 1$
Eine Temperatureffizienz η des Abgasrohrs wird durch die nächste Gleichung aus der Gleichung (4), der Gleichung (5) und der Gleichung (6) ausgedrückt. $η = \frac{Q}{Qmax} = \frac{θ 1 - θ 2}{θ 1} = 1 - exp (- \frac{Kht \cdot A0}{Qex \cdot Cex})$
Unter der Annahme, dass der Wärmeübertragungs-Koeffizient Kht, die Gesamtwärme-Übertragungsfläche A0 ab dem Verbrennungskammerauslass bis zur Schätzposition und die spezifische Wärme Cex des Abgases Konstantwerte in der Gleichung (7) sind, ist zu sehen, dass die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs eine Funktion der Abgasflussrate Qex ist. Schließlich, falls die Temperatureffizienz η [%] des Abgasrohrs entsprechend der Abgasflussrate Qex der Außenlufttemperatur Ta und der Auslassgastemperatur Tout ermittelt werden, kann die Abgastemperatur Tex durch die nächste Gleichung abgeschätzt werden. $\begin{array}{l} η = \frac{θ 1 - θ 2}{θ 1} = \frac{Tout - Tex}{Tout - Ta} \\ ∴ Tex = Tout - η \cdot (Tout - Ta) \end{array}$
Der rechtsseitige zweite Ausdruck der zweiten Gleichung von Gleichung (8) drückt einen Temperaturabsenkbetrag ΔTd im Falle des Anwendens des Einzelfluss-Wärmetauschermodells auf das Abgassystem aus. Durch das Obige wurden das Verfahren des Berechnens der Abgastemperatur Tex aus der Auslassgastemperatur Tout, der Außenlufttemperatur Ta und der Temperatureffizienz η des Abgasrohrs gezeigt.
<Rechenverfahren der Auslassgastemperatur Tout>
Ein Rechenverfahren der zum Berechnen der Abgastemperatur Tex erforderlichen Auslassgastemperatur Tout wird unter Verwendung von Gleichung (8) erläutert. Die Wärmebalance zeigt, wie ein Verbrennungswärmebetrag h1_b, der durch Verbrennung des der Verbrennungskammer zugeführten Kraftstoffs erzeugt wird, verteilt wird; und das Konzept der Wärmebalance ist in 5 gezeigt. Von dem Verbrennungswärmebetrag h1_b wird ein Verhältnis der Wärmemenge, die als Arbeit durch einen Innenzylinderdruck der Verbrennungskammer herausgenommen werden kann, auf eine angegebene thermische Effizienz ηi [%] eingestellt wird, ein Verhältnis der Wärmemenge, die zur Wandoberfläche der Verbrennungskammer im ExpansionsTakt abgestrahlt wird, wird auf eine Kühlverlustrate ηc [%] eingestellt und der Rest wird auf eine Abgasverlustrate ηex [%] eingestellt, die ein Verhältnis einer Wärmemenge, die für einen Temperaturanstieg des Abgases verwendet wird, ist. Obwohl ein Pumpverlust und ein mechanischer Verlust als Arbeit herausgenommen wurden, werden sie als Arbeit angesehen, die anders verwendet wird als eine Wellenabgabe und die in der angegebenen thermischen Effizienz ηi zu inkludieren ist. Hier, falls angenommen wird, dass die angegebene thermische Effizienz ηi und die Kühlverlustrate ηc bekannt sind, kann die Abgasverlustrate ηex durch die nächste Gleichung ausgedrückt werden. $η ex = 100 - η i - η c$
Zu dieser Zeit, falls eine Krümmerlufttemperatur, die eine Temperatur eines in dem Einlasskrümmer 12 induzierten Gases ist, auf Tin [K] eingestellt wird, wird eine Verbrennungs-Wärmemenge, die durch diese Zeitverbrennung erzeugt wird, auf h1_b [J/Takt] eingestellt, wird eine Verbrennungskammergasmenge in dieser Zeitverbrennung auf Qall [g/Takt] eingestellt und wird eine spezifische Wärme des Verbrennungskammergases (Abgas) auf Cex [J/(g·K)] eingestellt, wird ein Basiswert Tout0 [K] der Auslassgastemperatur durch die nächste Gleichung berechnet. $Tout 0 = Tin + \frac{h1_b \cdot \frac{η ex}{100}}{Cex \cdot Qall}$
Hier ist der Grund für das Einstellen der durch die Gleichung (10) berechneten Auslassgastemperatur auf den Basiswert, dass es notwendig ist, einen Abfallbetrag der Auslassgastemperatur durch Anreicherung zu korrigieren, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist; obwohl die durch Gleichung (10) berechnete Auslassgastemperatur direkt verwendet werden kann, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis oder mager ist. Der Grund für den Temperaturabfall durch Anreicherung wird als eine Verdampfungswärme durch Verdampfung von Kraftstoff angesehen, und verbrauchte Energie, wenn unverbrannter Kraftstoff in Kohlenwasserstoff mit einem kleinen Molekulargewicht zerlegt wird. Schließlich, falls der Temperaturabsenkbetrag durch Anreicherung auf eine Anreicherungstemperatur-Sinkmenge ΔTrich eingestellt wird, wird die Auslassgastemperatur Tout durch die nächste Gleichung berechnet. Da die Auslassgastemperatur Tout durch das Obige berechnet werden kann, kann die Abgastemperatur Tex auch berechnet werden. $Tout = Tout 0 - Δ Trich$
<Auslassgastemperatur-Recheneinheit>
Die Steuerung 50, die basierend auf dem oben abgeleiteten Rechenverfahren entworfen ist, wird erläutert. Die Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52 berechnet die Auslassgastemperatur Tout, welches die Temperatur des Abgases am Auslass der Verbrennungskammer ist, basierend auf der Antriebsbedingung. Wie durch ein detailliertes Blockdiagramm der Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52 in 6 gezeigt, ist die Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52 mit einer Verbrennungskammer-Gasmengen-Recheneinheit 52a, einer Verbrennungswärmemengen-Recheneinheit 52b, einer Kühlverlustraten-Recheneinheit 52c, einer Angabe-Thermikeffizienz-Recheneinheit 52d, einer Wärmebalance-Temperatur-Recheneinheit 52e und einer Luft-/Kraftstoffverhältnis-Temperaturkorrektureinheit 52f versehen.
Die Verbrennungskammer-Gasmengen-Recheneinheit 52a berechnet die Verbrennungskammer-Gasmenge Qall, welches die in die Verbrennungskammer fließende Gasmenge ist. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in der nächsten Gleichung gezeigt, berechnet die Verbrennungskammer-Gasmengen-Recheneinheit 52a als die Verbrennungskammer-Gasmenge Qall [g/Takt] einen Wert, der durch Summieren der Einlassluftmenge Qc, welches die in die Verbrennungskammer fließende Luftmenge ist [g/Takt], der EGR-Menge Qc, welches die Abgasrückführmenge ist, die in die Verbrennungskammer fließt [g/Takt] und die der Verbrennungskammer zugeführten Kraftstoffeinspritzmenge [g/Takt] ermittelt wird. Die Einlassluftmenge Qc und die EGR-Menge Qce werden durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51, wie oben erwähnt, berechnet. $Qall = Qc + Qce + Qf$
Wie in der nächsten Gleichung gezeigt, berechnet die Verbrennungskammer-Gasmengen-Recheneinheit 52a einen Wert, der durch Dividieren der Verbrennungskammer-Gasmenge Qall durch die Taktperiode ΔTsgt ermittelt wird, als die Abgasflussrate Qex [g/s], die im Abgastakt abgegeben wird. Falls es ein 3-Zylinder-Motor ist, wird die Taktperiode ΔTsgt eine Periode von 240gradCA und falls es ein Vier-Zylinder-Motor ist, wird die Taktperiode ΔTsgt eine Periode von 180gradCA. Hier drückt (n) einen aktuellen Takt aus und drückt (n-3) einen Takt drei Takte vor dem aktuellen Takt aus. Qex(n) drückt die aus dem Zylinder, welcher im Abgastakt aktuell ist, abgegebene Abgasflussrate aus und Qall(n-3) drückt die Verbrennungskammer-Gasmenge aus, die fließt, wenn der Zylinder, der im Abgastakt aktuell ist, im Einlasstakt drei Takte davor war. $Qex (n) = \frac{Qall (n - 3)}{Δ Tsgt (n)}$
Die Verbrennungswärmemengen-Recheneinheit 52b berechnet die Verbrennungswärmemenge h1_b, welche durch Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer erzeugt wird. Die Verbrennungswärmemengen-Recheneinheit 52b berechnet eine verbrannte Kraftstoffmenge Qfb [g/Takt], die tatsächlich von der Kraftstoffeinspritzmenge Qf verbrannte, basierend auf der Kraftstoffeinspritzmenge Qf [g/Takt] und dem Luft-/Kraftstoffverhältnis AF. Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis oder mager ist, kann angenommen werden, dass die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge Qf verbrennt; aber wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF fett ist, verbrennt die Kraftstoffmenge für das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis, aber die Kraftstoffmenge für fett jenseits des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses verbrennt nicht. Entsprechend, wie in der nächsten Gleichung gezeigt, stellt die Verbrennungswärmemengen-Recheneinheit 52b die Kraftstoffeinspritzmenge Qf direkt auf die verbrannte Kraftstoffmenge Qfb ein, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis oder mager ist; und berechnet einen Wert, der durch Multiplizieren eines Wertes, der durch Dividieren des Luft-/Kraftstoffverhältnisses AF durch das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis AF0 ermittelt wird, mit der Kraftstoffeinspritzmenge Qf als die verbrannte Kraftstoffmenge Qfb ermittelt wird, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist. Als das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF kann das für die Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge Qf verwendete Ziel-Luft-/Kraftstoffverhältnis verwendet werden oder kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF des durch den Luft-/Kraftstoffverhältnissensor 18 detektierten Abgases verwendet werden. $\begin{array}{l} 1) & \begin{array}{l} Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF das theoretiche Luft- \\ /Kraftstoffverhältnis oder mager ist \\ Qfb = Qf \end{array} \\ 2) & \begin{array}{l} Wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist \\ Qfb = Qf \cdot \frac{AF}{AF 0} \end{array} \end{array}$
Dann berechnet die Verbrennungswärmemengen-Recheneinheit 52b einen Wert, der durch Multiplizieren eines Einheitskalorienwertes mit der verbrannten Kraftstoffmenge Qfb [g/Takt] ermittelt wird, als die Verbrennungs-Wärmemenge h1_b [J/Takt]. Der Einheitskalorienwert von Kraftstoff wird auf etwa 44000 [J/g] eingestellt. Die Verdampfungs-Wärmemenge von Kraftstoff kann vom Einheitskalorienwert subtrahiert werden oder kann ignoriert werden, da die Verdampfungs-Wärmemenge von Benzin etwa 272 [J/g] ist.
Die Kühlverlustraten-Recheneinheit 52c berechnet die Kühlverlustrate ηc, welche ein Verhältnis der an die Wandoberfläche der Verbrennungskammer abgestrahlten Wärmemenge, von der durch die Verbrennungswärmemenge h1_b, die durch Verbrennung erzeugt ist, ist. Aus dem experimentellen Ergebnis, welches der Erfinder der vorliegenden Anmeldung ausführte, wurde herausgefunden, dass es eine starke Korrelation zwischen der Abgasflussrate Qex und der Kühlverlustrate ηc gibt, die durch Rückwärtskalkulation berechnet wird, ohne von der Betriebsbedingung abzuhängen. Entsprechend berechnet die Kühlverlustraten-Recheneinheit 52c die Kühlverlustrate ηc, basierend auf der Abgasflussrate Qex im Abgasrohr. Spezifisch, durch Bezugnahme auf Verlustfaktor-Charakteristikdaten, in welchen eine Beziehung zwischen der Abgasflussrate Qex und der Kühlverlustrate ηc vorab eingestellt wird, berechnet die Kühlverlustraten-Recheneinheit 52c die Kühlverlustrate ηc(n) entsprechend der aktuellen Abgasflussrate Qex(n). In den Verlustfaktor-Charakteristikdaten wird eine Charakteristik, dass die Kühlverlustrate ηc abnimmt, wenn die Abgasflussrate Qex ansteigt, vorab eingestellt, basierend auf experimentellen Daten. Für alle Charakteristikdaten wird ein Datenkennfeld, eine Datentabelle, ein Polynom, eine Gleichung oder dergleichen verwendet und jene Einstelldaten werden in der Speichervorrichtung 91 gespeichert.
Die Angabe-Thermikeffizienz-Recheneinheit 52d berechnet die angegebene thermische Effizienz ηi, die ein Verhältnis der Wärmemenge, die als Arbeit aus der Verbrennungskammer entnommen werden kann, durch den Innenzylinderdruck der Verbrennungswärmemenge h1_b ist. Durch Bezug nehmen auf angegebene thermische Effizienz-Charakteristikdaten, in welchen eine Beziehung zwischen der Betriebsbedingung, wie etwa der Drehzahl Ne, der Ladeeffizienz Ec, die EGR-Rate Regr und dem Zünd-Timing SA und der angegeben thermischen Effizienz ηi vorab eingestellt wird, berechnet die Angabe-Thermikeffizienz-Recheneinheit 52d die angegebene thermische Effizienz ηi entsprechend der aktuellen Betriebsbedingung. Hier werden für die aktuelle Ladeeffizienz Ec und die aktuelle EGR-Rate Regr Werte, wenn der Zylinder, der im Abgastakt aktuell ist, im Einlasstakt vor drei Takten war, verwendet.
Für die angegebenen thermischen Effizienz-Charakteristikdaten werden solche, die für die Berechnung des Ausgabedrehmoments in der Drehmomentbasissteuerung verwendet werden, verwendet und werden basierend auf experimentellen Daten vorab eingestellt. Da die Messung der angegebenen thermischen Effizienz ηi enorm wird, falls alle Betriebspunkte gemessen werden, werden Messpunkte unter Verwendung von Verfahren wie etwa MBC (modell-basierte Kalibrierung) und DoE (experimentelles Design, Design of Experiments) unterdrückt, werden Daten von Messpunkten durch angemessenen Ausdruck verbunden und werden Annäherungsdaten entsprechend allen Betriebspunkten erzeugt. Ein weiter vereinfachter Annäherungsausdruck wird für die angegebenen thermischen Effizienz-Charakteristikdaten verwendet. Falls die Drehmomentbasis-Steuerung nicht durchgeführt wird, können die angegebenen thermischen Effizienz-Charakteristikdaten auf solche eingestellt werden, in welchen eine Beziehung zwischen der Drehzahl Ne, der Ladeeffizienz Ec und der angegebenen thermischen Effizienz ηi eingestellt wird. Für die angegebene thermische Effizienz ηi wird ein Wert, der durch Einstellen der Wärmemenge berechnet wird, die durch Verbrennung erzeugt wird, auf einen Nenner, und Einstellen der Wärmemenge entsprechend dem angegebenen mittleren Effektivdruck auf einen Zähler, verwendet.
Die Wärmebalance-Temperatur-Recheneinheit 52e berechnet die Auslassgastemperatur Tout, basierend auf der Verbrennungskammer-Gasmenge Qall [g/Takt, dem Verbrennungswärmebetrag h1_b [J/Takt], der Kühlverlustrate ηc und der angegebenen thermischen Effizienz ηi. Spezifisch, wie oben unter Verwendung von Gleichung (9) und Gleichung (10) erwähnt, basierend auf dem Konzept der Wärmebalance, wie in der nächsten Gleichung gezeigt, berechnet die Wärmebalance-Temperatur-Recheneinheit 52e einen Wert, der ermittelt wird durch Subtrahieren der angegebenen thermischen Effizienz ηi [%] und der Kühlverlustrate ηc [%] von 100 [%], als Abgasverlustrate ηex [%], die ein Verhältnis der für den Temperaturanstieg des Abgases verwendeten Wärmemenge von der Verbrennungswärmemenge ist. Dann berechnet die Wärmebalance-Temperatur-Recheneinheit 52e eine Temperaturanstiegs-Wärmemenge [J/Takt], welche für den Temperaturanstieg des Abgases verwendet wird, durch Multiplizieren der Abgasverlustrate ηex [%] mit der Verbrennungswärmemenge h1_b [J/Takt]; berechnet einen Temperaturanstiegsbetrag [K] durch Dividieren des Temperatur-Wärmemengen-Anstiegsbetrags [J/Takt] durch das Wasser-Äquivalent [J/(Takt · g)], welche durch Multiplizieren der Verbrennungskammer-Gasmenge Qall [g/Takt] mit der spezifischen Wärme Cex des Abgases ermittelt wird [J/(g·K)]; und berechnet einen Basiswert Tout0 [K] der Auslassgastemperatur durch Addieren des Temperaturanstiegsbetrags [K] zur Krümmertemperatur Tin [K]. $\begin{array}{l} η ex = 100 - η i - η c \\ Tout 0 = Tin + \frac{h1_b \cdot \frac{η ex}{100}}{Cex \cdot Qall} \end{array}$
Ein Wert von etwa 1,1 [J/(g·K)] wird auf eine spezifische Wärme Cex des Abgases eingestellt. Da die spezifische Wärme Cex des Abgases sich anhand des Luft-/Kraftstoffverhältnisses strikt ändert, kann sie entsprechend dem Luft-/Kraftstoffverhältnis AF geändert werden, beispielsweise durch Korrektur unter Verwendung der spezifischen Wärme von Luft und Kraftstoff, aber ein gleicher Festwert kann zur Vereinfachung verwendet werden. Als Krümmertemperatur Tin, kann die in dem Krümmertemperatursensor 9 detektierte Gastemperatur des Krümmers 12 direkt verwendet werden; aber als die Krümmertemperatur Tin kann eine Temperatur verwendet werden, die ermittelt wird durch Addieren eines vorbestimmten Werts zur Gastemperatur im Einlasskrümmer 12, um sich so der in die Verbrennungskammer fließenden Gastemperatur anzunähern. Alternativ kann als die Krümmertemperatur Tin eine Temperatur, die durch Korrigieren der Gastemperatur im Einlasskrümmer 12 anhand einer internen EGR-Rate, welche basierend auf den Öffnungs- und Schließ-Timing der Einlass- und Auslassventile berechnet wird, ermittelt ist, verwendet werden. Als die Krümmertemperatur Tin kann eine Gastemperatur verwendet werden, die basierend auf der Außenlufttemperatur Ta abgeschätzt wird.
Die Luft-/Kraftstoffverhältnis-Temperaturkorrektureinheit 52f senkt die Auslassgastemperatur Tout anhand eines Anreichungsbetrags ΔAFr, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF fetter als das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis ist. Aus dem experimentellen Ergebnis, welches der Erfinder der vorliegenden Anmeldung ausführte, ohne von der Betriebsbedingung abhängig zu sein, falls der Anreichungsbetrags ΔAFr um Eins steigt, sinkt die Auslassgastemperatur Tout um 35 bis 40 °C. Durch Bezugnahme auf Temperatursink-Charakteristikdaten, in welchen eine Beziehung zwischen der Anreichungsmenge ΔAFr (= AFO - AF) und einem Anreichungstemperaturbetrag ΔTrich vorläufig eingestellt ist, berechnet die Luft-/Kraftstoffverhältnis-Temperaturkorrektureinheit 52f den Anreichungstemperatur-Sinkbetrag ΔTrich entsprechend dem aktuellen Anreichungsbetrags ΔAFr. In den Temperatursink-Charakteristikdaten wird eine Charakteristik, dass der Anreichungstemperatur-Sinkbetrag ΔTrich eines Positivwertes ansteigt, wenn der Anreichungsbetrags ΔAFr ansteigt, vorab basierend auf experimentellen Daten eingestellt.
Wie in der nächsten Gleichung gezeigt, stellt die Luft-/Kraftstoffverhältnis-Temperaturkorrektureinheit 52f den Basiswert Tout0 der Auslassgastemperatur auf die Auslassgastemperatur Tout direkt ein, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF das theoretische Luft-/Kraftstoffverhältnis AF oder mager ist; und berechnet einen Wert, der ermittelt wird durch Subtrahieren des Anreichungstemperatur-Sinkbetrags ΔTrich eines Positivwerts vom Basiswert Tout0 der Auslassgastemperatur, als der Auslassgastemperatur Tout, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis AF fett ist. $\begin{array}{l} 1) & \begin{array}{l} Wenn Kraftstoff-Luftverhältnis theoretiches Luft-/Kraftstoffverhältnis AF \\ oder mager ist \\ Tout = Tout 0 \end{array} \\ 29 & \begin{array}{l} Wenn Luft-/Kraftstoffverhältnis AF fett ist \\ Tout = Tout 0 - Δ Trich \end{array} \end{array}$
<Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53>
Die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 berechnet einen Temperaturabsenkbetrag ΔTd des Abgases durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs ab dem Auslass der Verbrennungskammer bis zur Schätzposition. Wie oben beschrieben, wird aus Gleichung (7), die durch Modellieren des Abgasrohrs in dem Einzelfluss-Wärmetauscher abgeleitet wird, herausgefunden, dass die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs eine Funktion der Abgasflussrate Qex ist; und aus der Gleichung (8) wird herausgefunden, dass der Temperaturabsenkbetrag ΔTd basierend auf der Temperatureffizienz η des Abgasrohrs berechnet werden kann. Basierend auf der Abgasflussrate Qex im Abgasrohr, berechnet die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs als Einzelfluss-Wärmetauscher, welche das Abgas im Abgasrohr auf ein Wärmefluid einstellt und eine Luft außerhalb des Abgasrohrs auf ein Wärmeaufnahmefluid einstellt; und berechnet den Temperaturabsenkbetrag ΔTd, basierend auf der Temperatureffizienz η des Abgasrohrs.
Durch Verwenden in der nächsten Gleichung ähnlich zur Gleichung (7) berechnet die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs, basierend auf der Abgasflussrate Qex. $\begin{array}{l} η = 1 - exp (- \frac{K η}{Qex}) \\ K η = \frac{Kht \cdot A0}{Cex} \end{array}$
Kη ist eine Arithmetikkonstante. Die Arithmetikkonstante Kη kann eingestellt werden durch Multiplizieren der Gesamt-Wärmeübertragungsfläche A0 ab dem Verbrennungskammerauslass bis zur Schätzposition, mit dem Wärmeübertragungskoeffizienten Kht des Abgasrohrs und Dividieren der spezifischen Wärme Cex des Abgases. Obwohl der Wärmeübertragungskoeffizient Kht des Abgasrohrs ein passender Wert ist, wird er beispielsweise ein Wert von etwa 10 bis 15 [W/(m²·K)]. Die Gesamt-Wärmeübertragungsfläche A0 kann aus der Struktur des Abgasrohrs berechnet werden. Für die spezifische Wärme Cex des Abgases wird der oben erwähnte Wert verwendet. Die Arithmetikkonstante Kη kann auf einen Festwert eingestellt werden, kann aber anhand der spezifischen Wärme Cex des Abgases verändert werden, die anhand des Luft-/Kraftstoffverhältnisses AF geändert wird. Die Arithmetikkonstante Kη kann durch Experiment auf einen passenden Wert eingestellt werden.
Alternativ, durch Bezugnahme auf Temperatureffizienz-Charakteristikdaten, in welchen eine Beziehung zwischen der Abgasflussrate Qex und der Temperatureffizienz η des Abgasrohrs vorab eingestellt wird, berechnet die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs entsprechend der aktuellen Abgasflussrate Qex. Obwohl die Temperatureffizienz-Charakteristikdaten die Charakteristik der Gleichung (17) ausdrücken, kann sie durch Experiment abgestimmt werden. Beispielsweise basierend auf Messwerten der Auslassgastemperatur Tout unter Verwendung des Abgastemperatursensors zum Abgleich, gemessenen Werten der Abgastemperatur Tex0 der Schätzposition unter Verwendung des Abgastemperatursensors zum Abgleich, und gemessenen Werten der Außenlufttemperatur Ta, die an einer Mehrzahl von Betriebspunkten der Abgasflussraten Qex gemessen wurden, wird die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs unter Verwendung der ersten Gleichung von Gleichung (8) berechnet. Dann werden die Temperatureffizienz-Charakteristikdaten durch Annähern der experimentellen Daten der Abgasflussrate Qex und der Temperatureffizienz η des Abgasrohrs bei einer Mehrzahl von Betriebspunkte eingestellt. Die Arithmetikkonstante Kη kann durch ein ähnliches Verfahren eingestellt werden.
Wie in der nächsten Gleichung ähnlich der zweiten Gleichung der Gleichung (8) gezeigt, berechnet die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 einen Wert, der ermittelt wird durch Multiplizieren der Temperatureffizienz η des Abgasrohrs mit einem Wert, der durch Subtrahieren der Außenlufttemperatur Ta von der Auslassgastemperatur Tout ermittelt wird, berechnet durch die Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52, als den Temperaturabsenkbetrag ΔTd des Abgases. $Δ Td = η \cdot (Tout - Ta)$
<Abgastemperaturschätzeinheit 54>
Wie in der nächsten Gleichung gezeigt, schätzt die Abgastemperaturschätzeinheit 54 die Abgastemperatur Tex an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperaturabsenkbetrags ΔTd von der Auslassgastemperatur Tout ab. $Tex = Tout - Δ Td$
Die Schätzposition wird auf eine Position der Abgastemperatur eingestellt, welche für die unten beschriebene Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 erforderlich ist. Beispielsweise wird die Schätzposition auf eine Position auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 19, eine Verbindungsposition zwischen dem Abgasrohr 17 und dem EGR-Flusspfad 21, eine Position auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine im Fall, bei dem ein Superlader im Abgasrohr vorgesehen ist, und eine Position an einem Abgassensor in dem Fall, bei dem der Abgassensor im Abgasrohr vorgesehen ist, eingestellt. In Übereinstimmung mit der Schätzposition wird die für die Berechnung der Temperatureffizienz η oder die Temperatureffizienz-Charakteristikdaten erforderliche Arithmetikkonstante Kη eingestellt.
Die Abgastemperaturschätzeinheit 54 kann die Abgastemperaturen bei einer Mehrzahl von Schätzpositionen abschätzen. In diesem Fall berechnet die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 die Temperatureffizienz η jeder Schätzposition durch Umschalten des Einstellwerts der Arithmetikkonstante Kη oder der Temperatureffizienz-Charakteristikdaten entsprechend jeder Schätzposition und berechnet den Temperaturabsenkbetrag ΔTd jeder Schätzposition. Dann schätzt die Abgastemperaturschätzeinheit 54 die Abgastemperatur Tex an jeder Schätzposition unter Verwendung des Temperaturabsenkbetrags ΔTd jeder Schätzposition ab. Auf diese Weise können die Abgastemperaturen bei der Mehrzahl von Schätzpositionen leicht abgeschätzt werden, nur durch Umschalten der Arithmetikkonstante Kη oder der Temperatureffizienz-Charakteristikdaten anhand jeder Schätzposition.
Wie später beschrieben, falls der Abgastemperatursensor im Abgasrohr vorgesehen ist und er Abnormalitätsdiagnose des Abgastemperatursensors durchführt, werden die durch den Abgastemperatursensor detektierte Abgastemperatur und die geschätzte Abgastemperatur Tex verglichen. Jedoch tritt eine Antwortverzögerung durch die Wärmekapazität des Sensors und dergleichen in der durch den Abgastemperatursensor detektierten Abgastemperatur auf. Oder eine Antwortverzögerung durch die Wärmekapazität des Abgasrohrs tritt in der Abgastemperatur auf. Dann berechnet die Abgastemperaturschätzeinheit 54 eine Abgastemperatur Texft nach Antwortverzögerungs-Verarbeitung durch Durchführen von Antwortverzögerungs-Verarbeitung an der Abgastemperatur Tex. Beispielsweise berechnet die Abgastemperaturschätzeinheit 54 die Abgastemperatur Texft nach Antwortverzögerungs-Verarbeitung durch Durchführen von einer Verzögerungs-Filterverarbeitung erster Objektdaten, die in der nächsten Gleichung gezeigt ist. Hier wird eine Fehlerkomponente Kf durch eine Zeitkonstante τ von Sensor und einen Rechenzyklus Δt eingestellt. (n) drückt einen Wert in dem aktuellen Rechenzyklus aus und (n-1) drückt einen Wert im unmittelbar vorherigen Rechenzyklus aus. $\begin{array}{l} Texft (n) = Kf \cdot Texft (n - 1) + (1-Kf) \cdot Tex (n) \\ Kf = exp (- \frac{Δ t}{τ}) \end{array}$
<Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55>
Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 führt eine oder mehr von Abgastemperatursteuerung, Ventilfluss-Charakteristik-Berechnung, Abgastemperatursensor-Abnormalitätsdiagnose und Turbinenabgabe-Berechnung aus, welche die geschätzte Abgastemperatur Tex verwenden.
Die Abgastemperatur-Steuerung ist eine Verarbeitung, welche die Abgastemperatur unter Verwendung der geschätzten Abgastemperatur Tex steuert. Die Abgastemperaturschätzeinheit 54 stellt eine Position zum Steuern der Abgastemperatur auf die Schätzposition ein und schätzt die Abgastemperatur ab. Wenn beispielsweise eine Anreichungssteuerung zum Senken der Abgastemperatur durchgeführt wird, ändert die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 den Anreichungsbetrag der Kraftstoffeinspritzung so, dass die geschätzte Abgastemperatur Tex sich einer Zieltemperatur nähert. Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 ändert das Zünd-Timing SA oder ändert die Kraftstoffeinspritzmenge im Auslasstakt, so dass die geschätzte Abgastemperatur Tex sich der Zieltemperatur nähert.
Die Ventilfluss-Charakteristik-Berechnung ist eine Verarbeitung, welche eine Fluss-Charakteristik eines Ventils berechnet, in welchem das Abgas fließt, unter Verwendung der geschätzten Abgastemperatur Tex. Die Abgastemperaturschätzeinheit 54 stellt eine Position auf der stromaufwärtigen Seite des Ventils auf die Schätzposition ein und schätzt die Abgastemperatur ab. Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 berechnet eine Schallgeschwindigkeit und eine Dichte des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Ventils als die Fluss-Charakteristik des Ventils, basierend auf der geschätzten Abgastemperatur Tex. Das Ventil, in welchem das Abgas fließt, wird auf das EGR-Ventil 22, ein Wastegate-Ventil, welches die Turbine des Superladers umgeht, und dergleichen eingestellt. Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 berechnet die EGR-Flussrate unter Verwendung der Fluss-Charakteristik des EGR-Ventils 22 und berechnet die EGR-Menge Qce und die EGR-Rate Regr. Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 berechnet eine Umgehungsflussrate, die das Wastegate-Ventil passiert, unter Verwendung der Fluss-Charakteristik des Wastegate-Ventils, berechnet eine Turbinenpassier-Flussrate durch Subtrahieren der Umgehungsflussrate von der Abgasflussrate und berechnet eine Turbinenabgabe unter Verwendung der Turbinenpassier-Flussrate, weil die Turbinenpassier-Flussrate proportional zur Turbinenabgabe ist. Die Turbinenabgabe wird zur Steuerung des Superladungsdrucks verwendet.
Die Abgastemperatursensor-Abnormalitätsdiagnose ist eine Verarbeitung, die eine Abnormalitätsdiagnose des im Abgasrohr vorgesehenen Abgastemperatursensors durchführt, unter Verwendung der geschätzten Abgastemperatur Tex. Der Abgastemperatursensor ist vorgesehen, die Abgastemperatur, die in eine Reinigungsvorrichtung des Abgases fließt, zu verwalten, wie etwa einen Katalysator und einen Partikelsammelfilter. Die Abgastemperaturschätzeinheit 54 stellt eine Position des Abgastemperatursensors auf die Schätzposition ein und schätzt die Abgastemperatur ab. Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 vergleicht die abgeschätzte Abgastemperatur Texft nach Antwortverzögerungs-Verarbeitung mit der durch den Abgastemperatursensor detektierten Abgastemperatur und bestimmt das Auftreten einer Abnormalität im Abgastemperatursensor, wenn eine Differenz zwischen beiden groß ist.
Die Turbinenabgabe-Berechnung ist eine Berechnung, welche die Turbinenabgabe des Superladers berechnet, der im Abgasrohr vorgesehen ist, unter Verwendung der abgeschätzten Abgastemperatur Tex. Die Abgastemperaturschätzeinheit 54 stellt eine Position auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine auf die Schätzposition ein und schätzt die Abgastemperatur ab. Die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 berechnet die Turbinenabgabe unter Verwendung der abgeschätzten Abgastemperatur Tex, weil die Abgastemperatur, die in die Turbine fließt, proportional zur Turbinenabgabe ist.
Flussdiagramm
Die Prozedur (das Steuerverfahren des Verbrennungsmotors 1) der schematischen Verarbeitung der Steuerung 50 hinsichtlich der vorliegenden Ausführungsform wird basierend auf dem in 5 gezeigten Flussdiagramm erläutert. Die im Flussdiagramm in 7 repräsentierte Verarbeitung wird rekurrent in jedem vorbestimmten Betriebszyklus ausgeführt, durch den Rechenprozessor 90, der in einer Speichervorrichtung 91 gespeicherte Software (ein Programm) ausführt.
Im Schritt S01, wie oben erwähnt, führt die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 51 eine Antriebsbedingungs-Detektionsverarbeitung (Antriebsbedingungs-Detektionsschritt) durch, der verschiedene Arten von Antriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1 detektiert.
Im Schritt S02, wie oben erwähnt, führt die Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52 die Auslassgastemperatur-Rechenverarbeitung (Auslassgastemperatur-Rechenschritt), welche die Auslassgastemperatur Tout berechnet, welche die Temperatur des Abgases am Auslass der Verbrennungskammer ist, durch, basierend auf der Antriebsbedingung. In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, berechnet die Auslassgastemperatur-Recheneinheit 52 die Verbrennungskammer-Gasmenge Qall, welches die Gasmenge ist, die in die Verbrennungskammer fließt; berechnet den Verbrennungswärmebetrag h1_b, der durch Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer erzeugt wird; berechnet die Kühlverlustrate ηc, die ein Verhältnis der an die Wandoberfläche der Verbrennungskammer abgestrahlten Wärmemenge von der Verbrennungswärmemenge h1_b, die durch Verbrennung erzeugt wird, ist; berechnet die angegebene thermische Effizienz ηi, die ein Verhältnis der Wärmemenge ist, die als Arbeit durch den Innenzylinderdruck der Verbrennungskammer entnommen werden kann, von der Verbrennungswärmemenge h1_b und berechnet die Auslassgastemperatur Tout, basierend auf der Verbrennungskammer-Gasmenge Qall, der Verbrennungswärmemenge h1_b, der Kühlverlustrate ηc und der angegebenen thermischen Effizienz ηi.
Im Schritt S03, wie oben erwähnt, führt die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 eine Wärmestrahlungsmengen-Rechenverarbeitung (Wärmestrahlungsmengen-Rechenschritt) durch, die den Temperaturabsenkbetrag ΔTd des Abgases durch Wärmestrahlung des Abgasrohrs ab dem Auslass der Verbrennungskammer bis zur Schätzposition berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs als einzelnen Flusswärmetauscher, basierend auf der Abgasflussrate Qex im Abgasrohr, und berechnet den Temperaturabsenkbetrag ΔTd, basierend auf der Temperatureffizienz η. Die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit 53 berechnet die Temperatureffizienz η des Abgasrohrs, basierend auf der Abgasflussrate Qex unter Verwendung der Gleichung (17).
Im Schritt S04, wie oben erwähnt, führt die Abgastemperaturschätzeinheit 54 eine Abgastemperatur-Abschätzungsverarbeitung (Abgastemperatur-Schätzschritt) durch, der die Abgastemperatur Tex an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperaturabsenkbetrags ΔTd von der Auslassgastemperatur Tout abschätzt.
Im Schritt S05, wie oben erwähnt, führt die Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit 55 eine Abgastemperaturnutz-Steuerverarbeitung (Abgastemperaturnutz-Steuerschritt) durch, der ein oder mehrere von Abgastemperatursteuerung, Ventilfluss-Charakteristik-Berechnung, Abgastemperatursensor-Abnormalitätsdiagnose und Turbinenabgabeberechnung durchführt, welche die abgeschätzte Abgastemperatur Tex verwendet.
<Andere Ausführungsformen>
Zuletzt werden andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erläutert. Jede der Konfigurationen von Ausführungsformen, die unten zu erläutern sind, ist nicht darauf beschränkt, getrennt genutzt zu werden, sondern kann in Kombination mit den Konfigurationen von anderen Ausführungsformen genutzt werden, solange wie keine Diskrepanz auftritt.
(1) In der oben erwähnten Ausführungsform 1 ist der Fall erläutert worden, bei dem der Verbrennungsmotor 1 ein Benzinmotor ist. Jedoch sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Das heißt, dass der Verbrennungsmotor 1 verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren sein kann, wie etwa ein Dieselmotor und ein Motor, der HCCI-Verbrennung (Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion) durchführt.
(3) Wie beispielhaft in der oben erwähnten Ausführungsform 1 erklärt, kann der Verbrennungsmotor 1 mit dem Superlader versehen sein. Der Superlader ist versehen mit einer Turbine, die im Abgasrohr vorgesehen ist, einem auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe im Einlassrohr vorgesehenen Kompressor, der integral mit der Turbine rotiert, und einem Wastegate-Ventil, das in einem Turbinennebenflusspfad, der die Turbine umgeht, vorgesehen ist. Der Verbrennungsmotor 1 kann mit einem Partikelsammeifilter versehen sein, zusätzlich zum Katalysator, und kann mit dem Abgastemperatursensor auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators und dem Partikelsammelfilter versehen sein.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Offenbarung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Offenbarung abzuweichen, und es versteht sich, dass diese nicht auf die hier dargestellten illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5409832 B [0003]
JP 4963927 B [0003]
JP 5373952 B [0007, 0008]
JP 5379352 B [0007]

Claims

Steuerung (50) für einen Verbrennungsmotor (1), umfassend: eine Antriebsbedingungs-Detektionseinheit (51), die die Antriebsbedingung des Verbrennungsmotors (1) detektiert; eine Auslassgastemperatur-Recheneinheit (52), die eine Auslassgastemperatur (Tout) berechnet, die eine Temperatur von Abgas bei einem Auslass einer Verbrennungskammer ist, basierend auf der Antriebsbedingung; eine Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit (53), die einen Temperaturabsenkbetrag (ΔTd) des Abgases durch Wärmestrahlung eines Abgasrohrs aus dem Auslass der Verbrennungskammer bis zu einer Schätzposition berechnet; und eine Abgastemperatur-Schätzeinheit (54), die eine Abgastemperatur (Tex) an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperaturabfallbetrags (ΔTd) von der Auslassgastemperatur abschätzt.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit (53), basierend auf einer Abgasflussrate (Qex) im Abgasrohr, eine Temperatureffizienz (η) des Abgasrohrs als einem einzelnen Fluss-Wärmetauscher berechnet, der das Abgas im Abgasrohr auf ein Heizfluid einstellt und eine Luft außerhalb des Abgasrohrs auf ein Wärmeaufnahmefluid einstellt; und den Temperaturabsenkbetrag (ΔTd) basierend auf der Temperatureffizienz (η) berechnet.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit (53) die Temperatureffizienz (η) des Abgasrohrs auf η einstellt, die Abgasflussrate (Qex) im Abgasrohr auf Qex einstellt, eine Arithmetikkonstante auf Kη einstellt und die Temperatureffizienz (η) durch eine Rechengleichung von „η = 1 - exp (- Kη / Qex)“ berechnet; und den Temperaturabsenkbetrag (ΔTd) basierend auf der Temperatureffizienz (η) berechnet.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit (53) unter Bezugnahme auf Temperatureffizienz-Charakteristikdaten, in welchen eine Beziehung zwischen einer Abgasflussrate (Qex) im Abgasrohr und einer Temperatureffizienz (η) des Abgasrohrs vorab eingestellt ist, die Temperatureffizienz (η) entsprechend der aktuellen Abgasflussrate (Qex) berechnet; und den Temperaturabsenkbetrag (ΔTd) basierend auf der Temperatureffizienz (η) berechnet.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Wärmestrahlungsmengen-Recheneinheit (53) einen Wert berechnet, der durch Multiplizieren der Temperatureffizienz (η) mit einem Wert ermittelt wird, der durch Subtrahieren einer Außenlufttemperatur (Ta) von der Auslassgastemperatur (Tout) ermittelt wird, als den Temperaturabsenkbetrag (ΔTd).
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auslassgastemperatur-Recheneinheit (52) eine Verbrnnungskammergasmenge (Qall), die eine in die Verbrennungskammer fließende Gasmenge ist, berechnet; eine Verbrennungswärmemenge (h1_b) berechnet, die in der Verbrennungskammer durch Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird; eine Kühlverlustrate (ηc) berechnet, die ein Verhältnis einer an eine Wandoberfläche der Verbrennungskammer abgestrahlte Wärmemenge zu der Verbrennungswärmemenge (h1_b) ist; eine angegebene thermische Effizienz (η1) berechnet, die ein Verhältnis einer Wärmemenge ist, die als Arbeit durch einen Innenzylinderdruck der Verbrennungskammer, aus der Verbrennungswärmemenge (h1_b) entnommen wird; und die Auslassgastemperatur (Tout) basierend auf der Verbrennungskammer-Gasmenge (Qall), der Verbrennungs-Wärmemenge (hl_b), der Kühlverlustrate (ηc) und der angegebenen thermischen Effizienz (ηi) berechnet.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Auslassgastemperatur-Recheneinheit (52) die Kühlverlustrate (ηc) basierend auf einer Abgasflussrate (Qex) im Abgasrohr berechnet.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 6, wobei gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Auslassgastemperatur-Recheneinheit (52) die Auslassgastemperatur (Tout) anhand eines Anreichungsbetrags senkt, wenn ein Luft-/Kraftstoffverhältnis fetter als ein theoretisches Luft-/Kraftstoffverhältnis ist.
Steuerung (50) für den Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend: eine Abgastemperatur-Nutzsteuereinheit (55), die ein oder mehrere durchführt von einer Abgastemperatursteuerung, welche die Abgastemperatur unter Verwendung der abgeschätzten Abgastemperatur (Tex) steuert; eine Ventilfluss-Charakteristik-Berechnung, die eine Fluss-Charakteristik eines Ventils, in welchem Abgas fließt, unter Verwendung der abgeschätzten Abgastemperatur (Tex) berechnet; eine Abgastemperatursensor-Abnormalitätsdiagnose, die eine Abnormalitätsdiagnose eines in dem Abgasrohr vorgesehenen Abgastemperatursensors unter Verwendung der abgeschätzten Abgastemperatur (Tex) durchführt; und eine Turbinenabgabe-Berechnung, die eine Turbinenabgabe eines Superladers berechnet, der im Abgasrohr vorgesehen ist, unter Verwendung der geschätzten Abgastemperatur (Tex).
Steuerungsverfahren für den Verbrennungsmotor (1), umfassend: einen Antriebsbedingungs-Detektionsschritt des Detektierens einer Antriebsbedingung eines Verbrennungsmotors (1); einen Auslassgastemperatur-Rechenschritt des Berechnens einer Auslassgastemperatur (Tout), die eine Temperatur von Abgas an einem Auslass einer Verbrennungskammer ist, basierend auf der Antriebsbedingung; einen Wärmestrahlungsmengen-Berechnungsschritt des Berechnens eines Temperaturabsenkbetrags (ΔTd) des Abgases durch Wärmestrahlung aus einem Abgasrohr ab einem Auslass der Verbrennungskammer bis zu einer Schätzposition; und einen Abgastemperatur-Schätzschritt des Abschätzens einer Abgastemperatur (Tex) an der Schätzposition durch Subtrahieren des Temperaturabsenkbetrags (ΔTd) von der Auslassgastemperatur (Tout).