DE102019209028A1

DE102019209028A1 - Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102019209028A1
Application number: DE102019209028.1A
Authority: DE
Inventors: Takuo Watanuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN110645110A; US20190390608A1; CN110645110B; JP2020002818A; JP6827974B2; US11002197B2

Abstract

Eine Steuervorrichtung (100) für einen Verbrennungsmotor (1) umfasst eine Einlassluftmenge in Steuereinheit (50) und eine variable-Ventil Steuereinheit (70). Die Einlassluftmenge-Steuereinheit (50) umfasst eine Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit (51), eine Motoreinlassluftmenge-Berechnungseinheit (52), eine Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit (53), eine Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit (54), eine Abgasflussrate-Berechnungseinheit (55) und eine Zylindereinlassluftmenge-Steuereinheit (56). Die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit (53) berechnet einen Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten basierend auf einem Druckverhältnis zwischen einem Einlasskrümmerdruck und einem Auslasskrümmerdruck, einer Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors und einem Operationszustand von zumindest einem Einlassventil und/oder einem Auslassventil.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche zum Berechnen einer Luftmenge, welche in einen Zylinder des Motors eingesaugt wird, mit hoher Präzision ausgebildet ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Beim Steuern eines Verbrennungsmotors, und zwar eines Motors, ist es wichtig eine „Zylindereinlassluftmenge“, welche zu einer Luftmenge gehört, welche in einen Zylinder von einem Einlassrohr eingesaugt wird, mit hoher Genauigkeit zu berechnen und eine Kraftstoffsteuerung und eine Zündsteuerung basierend auf der Zylindereinlassluftmenge auszuführen.
Bis heute ist eine Geschwindigkeitsdichte (S/D) Verfahren als ein Verfahren zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge bekannt.
In dem S/D Verfahren wird ein Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient Kv zum Verknüpfen einer in das Einlassrohr eingesaugten Luftmenge und der Zylindereinlassluftmenge miteinander basierend auf einem Druck in einem Einlasskrümmer und einer Drehgeschwindigkeit eines Motors berechnet. In dem S/D Verfahren wird dann die Zylindereinlassluftmenge basierend auf der in das Einlassrohr eingesaugten Luftmenge, dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv, einem Zylindervolumen V und einer Lufttemperatur T berechnet.
In den vergangenen Jahren wurde ein Motor im Allgemeinen mit einer Variabel-Ventil-Timing (WT) (Nockenwellensteuerung) Vorrichtung versehen, welche zum variablen Steuern von Öffnungs- und Schließzeiten eines Einlassventils und eines Auslassventil ausgebildet ist, und zwar eine Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung.
In dem mit der Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung versehenen Motor verändert sich eine Abgasmenge, welche von einem Abgaskanal zurück in den Zylinder geblasen wird, in Abhängigkeit einer Differenz in Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile, und es verändert sich ein wesentliches Kompressionsverhältnis. Daher, selbst in einem Zustand mit demselben Einlasskrümmerdruck und derselben Rotationsgeschwindigkeit, schwankt die Zylindereinlassluftmenge stark aufgrund der Differenz in den Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile.
Daher, wenn das es die Verfahren in dem mit der Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung versehenen Motor verwendet wird, verschlechtert sich die Berechnungsgenauigkeit der Zylindereinlassluftmenge, es sei denn ein Einfluss der Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile auf den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv wird berücksichtigt.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, wurde eine Technologie zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge des mit der Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung versehenen Motors vorgeschlagen (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Nummer 4335249 ).
In dem japanischen Patent mit der Nummer 4335249 wird eine Flussrate von in das Einlassrohr eingesaugt der Luft, und zwar eine „Motoreinlassluftflussrate“, durch einen an einem vorgelagerten Abschnitt eines Drosselventils des Einlassrohrs vorgesehenen Luftflusssensor gemessen. In diesem Verfahren wird ein Einlasssystem modelliert, basierend lediglich auf dem Gesetz der Massenerhaltung, und die Zylindereinlassluftmenge wird aus der Motoreinlassluftflussrate durch Berücksichtigen des Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv berechnet.
In dem japanischen Patent mit der Nummer 4335249 wird eine Vielzahl von Karten, in welchen jeweils der Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient Kv gespeichert ist, in Verbindung mit entsprechenden Operationszuständen eines Einlass-WT-Phasenwinkel und eines Auslass-WT-Phasenwinkel. Beispielsweise wird ein Operationsbereich des Einlass-WT-Phasenwinkel durch 6 repräsentative Punkte dargestellt und wird ein Operationsbereich des Auslass-WT-Phasenwinkel durch 6 repräsentative Punkte dargestellt, wodurch 6x6=36 Karten des Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv verwendet werden.
Bis heute ist ein Turbolader bekannt, bei welchem ein Kompressor (Turbolader oder Supercharger) zum Drehen einer Turbine mit dem Abgas an einem Einlasskanal des Motors zur Verbesserung einer Ausgabe des Motors angebracht ist. In dem Turbolader ist im Allgemeinen ein Abgasbypasskanal vor der Turbine angebracht.
In dem Turbolader ist ebenso ein Wastegate-Ventil in der Mitte des Abgasbypasskanals vorgesehen, um einen Teil des in den Abgasbypasskanal fließenden Abgases in den Abgasbypasskanal umzuleiten, und eine Einflussmenge des Abgases in die Turbine einzustellen, wodurch ein Ladedruck auf ein geeignetes Niveau gesteuert wird.
Insbesondere, wenn ein Öffnungsgrades Wastegate-Ventils an einer Öffnungsseite gesteuert wird, vermindert sich die Einflussmenge des Abgases in die Turbine und somit wird der Ladedruck verringert. Indessen, wenn der Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils auf eine Schließseite gesteuert wird, erhöht sich die Einflussmenge des Abgases in die Turbine und somit wird der Ladedruck erhöht das heißt, dass Steuern des Öffnungsgrades des Wastegate-Ventils auf die Öffnungsseite oder die Schließseite verringert oder erhöht den Druck in dem Abgaskanal vor der Turbine, und zwar einen Abgasdruck.
Allerdings wird in dem japanischen Patent mit der Nummer 4335249 ein Einfluss des Abgasdrucks auf den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv nicht berücksichtigt. In einem mit einem Turbolader versehenen Motor, bei welchem der Abgasdruck stark in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils schwankt, selbst bei demselben Einlasskrümmerdruck, derselben Rotationsgeschwindigkeit des Motors und denselben Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils und des Auslassventils, verschlechtert sich die Berechnungsgenauigkeit der Zylindereinlassluftmenge, es sei denn der Einfluss des Abgasdrucks auf den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv wird berücksichtigt.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, wird eine Technologie zum Berechnen des Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv durch Verwendung eines Parameters zur Korrektur des Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv, welcher den Abgasdruck umfasst, vorgeschlagen, wodurch die Zylindereinlassluftmenge mit hoher Genauigkeit berechnet wird (siehe beispielsweise japanisches Patent mit der Nummer 5379918 ) .
In dem japanischen Patent mit der Nummer 5379918 wird der Parameter für die Korrektur des Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv welche basierend auf dem Einlasskrümmerdruck und der Rotationsgeschwindigkeit des Motors berechnet ist, unter Berücksichtigung des Abgasdrucks berechnet. Dann wird in dem japanischen Patent mit der Nummer 5379918 dieser Parameter zur Korrektur verwendet, um den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv zu korrigieren, wodurch die Zylindereinlassluftmenge des mit dem Kompressor versehenen Motors mit hoher Genauigkeit berechnet wird.
Allerdings nimmt der Parameter für die Korrektur, welcher in dem japanischen Patent mit der Nummer 5379918 eine mit einem Kompressor (Turbolader) versehene Konfiguration und ein Einlass- und Auslass-WT-Modell an. Dies verhindert, dass in der in dem japanischen Patent mit der Nummer 5379918 vorgeschlagenen Technologie der Parameter für die Korrektur in einem Fall einer Konfiguration ohne Kompressor oder eine Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung berechnet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben genannte Problem zu lösen, und eine Aufgabe davon ist es eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen welche geeignet ist zum Berechnen einer Zylindereinlassluftmenge mit hoher Genauigkeit, ohne davon abhängig zu sein, ob ein Kompressor und eine Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung angebracht sind.
Um das oben genannte Problem zu lösen, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Motoreinlassluftmenge-Berechnungseinheit, ausgebildet zum Berechnen einer Motoreinlassluftmenge, welche eine in ein Einlassrohr des Verbrennungsmotors eingesaugte Luftmenge ist; eine Einlasskrümmerdruck-Messeinheit, ausgebildet zum Messen eines Einlasskrümmerdruck des Verbrennungsmotors; eine Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit, ausgebildet zum Berechnen eines Abgaskrümmerdrucks des Verbrennungsmotors; eine Rotationsgeschwindigkeit-Messeinheit, ausgebildet zum Messen einer Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors; eine Variabel-Ventil-Steuereinheit, ausgebildet zum variablen Steuern eines Operationszustand von zumindest einem Einlassventil und/oder einem Auslassventil des Verbrennungsmotors; eine Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit, ausgebildet zum Berechnen eines Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten zum Verknüpfen der Motoreinlassluftmenge und einer Zylindereinlassluftmenge, welches eine in einen Zylinder des Verbrennungsmotors eingesaugte Luftmenge ist, miteinander; und eine Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit, ausgebildet zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge, welches die in den Zylinder von dem Einlassrohr eingesaugte Luftmenge ist, basierend auf der Motoreinlassluftmenge und dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten, wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten basierend auf einem Druckverhältnis zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, der Rotationsgeschwindigkeit und dem Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil berechnet.
Mit der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient basierend auf dem Druckverhältnis zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, der Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors und dem Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil berechnet, und somit ist es möglich eine Zylindereinlassluftmenge mit hoher Genauigkeit zu berechnen, ohne davon abhängig zu sein, ob ein Kompressor (Turbolader oder Supercharger) und eine Einlass- und Auslass-WT-Vorrichtung angebracht sind.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm zum schematischen Darstellen einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer schematischen Konfiguration einer Motorsteuereinheit in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Berechnen einer Zylindereinlassluftmenge in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Konfigurationsdiagramm zum schematischen Darstellen einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer schematischen Konfiguration einer Motorsteuereinheit in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Berechnen einer Abgasflussrate in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Verarbeitung zum Berechnen eines Vorturbinendrucks in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nun wird eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Ausführungsformen dieser Offenbarung genau mit Bezug zu den beiliegenden Figuren beschrieben. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. In der nachstehenden Beschreibung werden ähnliche Komponenten mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Konfigurationsdiagramm zum schematischen Darstellen einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
In 1 ist ein Luftflusssensor 3, welcher zum Messen einer Luftflussrate von von einem Einlassrohr 2 eingesaugt der Luft, und zwar eine Motoreinlassluftflussrate Qar (g/s), ausgebildet ist, vor dem Einlassrohr 2 vorgesehen, welches ein Einlasssystem eines Motors 1 bildet. Zusätzlich ist ein Einlasslufttemperatursensor 4 in der Umgebung des Luftflusssensors 3 vorgesehen. In 1 sind der Luftflusssensor 3 und der Einlasslufttemperatursensor 4 integral ausgebildet.
Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 5, welches zum Einstellen der Motoreinlassluftflussrate Qar ausgebildet ist, ist nach dem Luftflusssensor 3 vorgesehen. Das Drosselventil 5 ist mit einem Drosselpositionssensor 6 versehen, welcher zum Messen eines Drosselöffnungsgrads ausgebildet ist.
Ein Drucksensor 9, welcher zum Messen eines Drucks Pim in einem Ausgleichsbehälter 7 und einem Einlasskrümmer 8 ausgebildet ist, ist nach dem Drosselventil 5 vorgesehen. In der nachstehenden Beschreibung wird der durch den Drucksensor 9 gemessene Druck Pim einfach als ein „Einlasskrümmerdruck Pim“ bezeichnet.
Anstatt einer Verwendung des Luftflusssensors 3 zum Messen der Motoreinlassluftflussrate Qar ist es möglich ein sogenanntes S/D Verfahren zum Abschätzen der Motoreinlassluftflussrate Qar basierend auf dem durch den Drucksensor 9 gemessenen Einlasskrümmerdruck Pim zu verwenden. In diesem Fall kann der Einlasslufttemperatursensor 4 innerhalb des Einlasskrümmers 8 vorgesehen sein.
Eine Einspritzeinheit 10, welche zum Einspritzen von Kraftstoff ausgebildet ist, ist in der Umgebung eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Einlasskrümmer 8 und dem Motor 1 vorgesehen. Eine Einlass-WT-Vorrichtung 11 und eine Auslass-WT-Vorrichtung 12, welche jeweils zum variablen Steuern von Ventilzeiten ausgebildet sind, sind an einem Einlassventil (nicht gezeigt) und einem Auslassventil (nicht gezeigt) des Motors 1 jeweils vorgesehen. Lediglich die Einlass-WT-Vorrichtung 11 oder die Auslass-WT-Vorrichtung 12 können vorgesehen sein oder keines davon kann vorgesehen sein.
Eine Zündspule 14 ist an einem Kopfabschnitt des Zylinders 13 des Motors 1 vorgesehen. Die Zündspule 14 betreibt eine Zündkerze (nicht gezeigt) in dem Zylinder 13.
Ein Abgaskrümmer 15 ist mit einem Luftflussverhältnissensor 16 und einem Katalysator (nicht gezeigt) versehen. Zusätzlich ist ein Atmosphärendrucksensor 17 in der Nähe eines Einlass des Einlassrohrs 2 vorgesehen.
Eine durch die oben beschriebenen verschiedenen Sensoren 3, 4, 6, 9, 16 und 17 gemessene Information wird in eine ECU 100 eingegeben, welche beispielsweise aus einem Mikrocomputer gebildet ist, als eine Information, welche einen Betriebszustand des Motors 1 angibt.
Die ECU 100 berechnet ein Drehmoment des Motors 1 basierend auf der durch die verschiedenen Sensoren 3, 4, 6, 9, 16 und 17 gemessenen Information. Um das berechnete Zieldrehmoment zu erzielen, steuert die ECU 100 einen Öffnungsgrad des Drosselventils 5 basierend auf einer Ziel Einlassluftmenge, einem Luftkraftstoffverhältnis AF und verschiedenen Zielsteuerwerten, beispielsweise einem Öffnungsgrad der Einlass-WT-Vorrichtung 11, einen Öffnungsgrad der Auslass-VVT-Vorrichtung 12, eine EGR-Rate und einen Zündzeitpunkt usw.
2 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer schematischen Konfiguration einer Motorsteuereinheit in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die durch die oben beschriebenen verschiedenen Sensoren 3, 4, 6, 9, 6 und 17 gemessene Information, wobei die Sensoren zum Messen des Betriebszustands des Motors 1 ausgebildet sind, und eine durch einen Kurbelwinkelsensor 18 gemessene Information werden in die ECU 100 eingegeben.
Die ECU 100 gibt weiter Anweisungswerte an die oben beschriebenen verschiedenen Stellmotoren 5, 10, 11 und 12 und andere solche Komponenten, welche zum Steuern des Motors 1 ausgebildet sind, aus.
Anstelle einer Verwendung des Atmosphärendrucksensor 17 zum Messen des Atmosphärendrucks ist es möglich andere Mittel zum abschätzen des Atmosphärendrucks zu verwenden. Der Atmosphärendrucksensor 17 kann ebenso in die ECU 100 eingebaut sein.
Die ECU 100 umfasst ebenso eine Einlassluftmenge-Steuereinheit 50, welche zum Steuern einer in den Zylinder 13 des Motors 1 von dem Einlassrohr 2 eingesaugte Luftmenge ausgebildet ist, und zwar der Zylindereinlassluftmenge. Die ECU 100 umfasst weiter eine variablen Ventil Steuereinheit 70, welche zum Steuern eines Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil des Motors 1 ausgebildet ist.
<Einlassluftmenge-Steuereinheit 50>
Die Einlassluftmenge-Steuereinheit 50 umfasst eine Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit 51, eine Motoreinlassluftmenge in Berechnungseinheit 52, eine Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53, eine Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54, eine Abgasflussrate-Berechnungseinheit 55 und eine Zylindereinlassluftmenge Steuereinheit 56.
(Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit 51)
Die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit 51 berechnet einen Druck Pex in dem Abgaskrümmer 15 basierend auf einer durch die Abgasflussrate-Berechnungseinheit 55 berechneten Abgasflussrate Qex.
Der Druck Pex in dem Abgaskrümmer 15 wird nachfolgend einfach als ein „Abgaskrümmerdruck Pex“ bezeichnet.
(Motoreinlassluftmenge in Berechnungseinheit 52)
Die Motoreinlassluftmenge-Berechnungseinheit 52 berechnet eine Motoreinlassluftmenge (g), welches eine in das Einlassrohr 2 eingesaugte Luftmenge ist, basierend auf der durch den Luftflusssensor 3 gemessenen Motoreinlassluftflussrate Qar (g/s).
(Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53)
Die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 52 berechnet einen Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv zum Verknüpfen der Motoreinlassluftmenge und der in den Zylinder 13 von dem Einlassrohr 2 eingesaugte Luftmenge miteinander.
(Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54)
Die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 berechnet die in den Zylinder 13 von dem Einlassrohr 2 eingesaugte Luftmenge, und zwar die Zylindereinlassluftmenge.
Insbesondere berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 die Zylindereinlassluftmenge aus der durch die Motoreinlassluftmenge-Berechnungseinheit 52 berechneten Motoreinlassluftmenge unter Berücksichtigung des durch die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53 berechneten Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv.
Insbesondere berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 die Zylindereinlassluftmenge basierend auf solchen theoretischen Annahmen, wie nachfolgend beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung soll zusammen auf die 1 Bezug genommen werden.
Zuerst wird Gleichung (1) aufgestellt, wenn das Massenerhaltungsgesetz auf eine frische Luft in einem Bereich angewendet wird, welche durch ein Volumen V s (cm³) des Einlassrohrs 2 angegeben ist, sich erstreckenden von einer nachgelagerten Seite des Drosselventils 5 zu einem Einlass des Zylinders 13 des Motors 1. $Qar (n) T (n) - Qcr (n) T (n) = {ρ a (n) - ρ a (n - 1)} Vs$
In Gleichung (1) stellt n einen Werte dar, welcher einen frei gewählten Tag des Motors 1 angibt, stellt Qar (n) (g/s) einen Durchschnittswert in dem Takt n der durch den Luftflusssensor 3 gemessenen Motoreinlassluftflussrate Qar dar, stellt Qcr (n) (g/s) einen Durchschnittswert in dem Takt n einer Zylinder Einlassluftflussrate Qcr dar, stellt T(n)(s) eine für den Takt n benötigte Zeit dar, beispielsweise eine für 180° Kurbelwinkel (CA) im Fall eines Vierzylindermotors benötigte Zeit, und pa(n) (g/cm³) stellt einen Durchschnittswert in dem Takt n einer Frischluftdichte in dem Einlassrohr 2 dar. Wenn ein Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient in dem Takt n der in den Zylinder 13 von dem Einlassrohr 12 eingesaugt in Luft durch Kv (n) dargestellt ist, wird eine Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T(n) (g) in dem Takt n durch Gleichung (2) unter Verwendung eines Taktvolumens Vc (cm³) des Zylinders 13 pro Zylinder wiedergegeben. $Qcr (n) T (n) = Kv (n) ρ a (n) Vc$
Wenn eine durch Einsetzen von Gleichung 2 in Gleichung 1 erhaltene Gleichung zum Entfernen der Frischluftdichte roh a (n) in dem Takt klein in nach der Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T(n) in dem Takt n aufgelöst wird, wird Gleichung (3) erhalten. $Qcr (n) T (n) = \frac{K v (n)}{K v (n - 1)} K f Q c r (n - 1) T (n - 1) + (1 - K f) Q c r (n) T (n)$
In Gleichung (3) stellt K f eine Filterkonstante dar und wird doch Gleichung (4) bestimmt. $Kf = \frac{V s}{{V s + K v (n) + V c}}$
Die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 berechnet die Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T(n) basierend auf der theoretischen Annahme, wie oben beschrieben.
(Abgasen Luftflussrate Berechnungseinheit 55)
Die Abgasen Luftflussrate Berechnungseinheit 55 berechnet die Abgasen Luftflussrate Qex basierend auf der durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 berechneten Zylindereinlassluftmenge und dem durch den Luftkraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 gemessenen Luftkraftstoffverhältnis AF.
(Zylindereinlassluftmenge Steuereinheit 56)
Die Zylindereinlassluftmenge Steuereinheit 56 berechnet das Zieldrehmoment des Motors 1 basierend auf einer Information, welche beispielsweise eine Rotationsgeschwindigkeit Ne des Motors 1 und eine durch einen Beschleunigeröffnungsgrad Sensor (nicht gezeigt) gemessenen Beschleunigeröffnungsgrad usw. umfasst.
Die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 56 stellt den Öffnungsgrad des Drosselventils 5 basierend auf dem berechneten Zieldrehmoment derart ein, dass eine Motoreinlassluftmenge Qar (n) T(n) gleich der Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) wird.
<Berechnung von Zylindereinlassluftmenge>
Als Nächstes wird eine Berechnung der Zylindereinlassluftmenge, welche durch die Einlassluftmenge-Steuereinheit 50 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, mit Bezug zu einem Flussdiagramm aus 3 beschrieben.
Die Prozesse des Flussdiagramms aus 3 werden als eine Unterbrechung der ECU 100 ausgeführt, mal wenn der Kurbelwinkel des Motors 1 gleich einem vorbestimmten Winkel wird.
Im Schritt S301 berechnet die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit 51 den Abgaskrümmerdruck Pex basierend auf der durch die Abgasflussrate-Berechnungseinheit 55 berechneten Abgasflussrate Qex zu einem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung.
Insbesondere verwendet die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit 51 erst eine Druckverhältnis Karte MAP1 zum Berechnen eines Atmosphärendruck-Druckverhältnisses Pr, welches zu der Abgasflussrate Qex gemäß Gleichung (5) gehört. $Pr = MAP1 (Qex)$
In Gleichung (5) stellt das Atmosphärendruck-Druckverhältnis Pr ein Druckverhältnis zwischen dem Abgaskrümmerdruck Pex und einem Atmosphärendruck P1 dar.
In der Druckverhältnis Karte MAP1 wird eine Beziehung zwischen der Abgasflussrate Qex und dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis Pr = Pex/P1 vorher gespeichert. Die Druckverhältnis Karte MAP1 kann vorab basierend auf durch den Motor 1 gemessenen experimentellen Daten erzeugt werden.
Eigenschaften der Druckverhältnis Karte MAP1 hängen von Abgaswiderständen beispielsweise eines Katalysators und eines Dämpfer, vorgesehen nach dem Abgaskrümmer 15, usw. ab.
Die Abgaskrümmer Berechnungseinheit 51 berechnet den Abgaskrümmerdruck Pex basierend auf dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis Pr = Pex/P1 und dem Atmosphärendruck AP1.
Insbesondere wird der Abgaskrümmerdruck Pex durch Multiplizieren des Atmosphärendruck-Druckverhältnis Pr = Pex/P1 mit dem Atmosphärendruck P1 gemäß Gleichung (6) berechnet. $Pex = Pr \times P1$
Wenn ein Turbolader nicht an dem Motor 1 angebracht ist, ist der Abgaskrümmerdruck Pex identisch zu einem Druck in dem Abgaskanal, und zwar einem Abgasdruck.
Im Schritt S302 berechnet die Motoreinlassluftmenge-Berechnungseinheit 52 die Motoreinlassluftmenge Qar (n) T (n) in dem aktuellen Takt n basierend auf der Motoreinlassluftflussrate Qar (n) in dem aktuellen Takt n), gemessen durch den Luftflusssensor 3, und speichert die berechnete Motoreinlassluftmenge Qar (n) T(n) in einem internen Speicher der ECU 100.
Wenn die Luftflusssensor 3 ein Massenflussmessgerät ist, sind die gemessenen Werte des Luftflusssensors 3 abgetastet und integriert beispielsweise alle 1,25 ms. Dann wird die Motoreinlassluftmenge Qar (n) T(n) in dem aktuellen Takt m basierend auf den integrierten Werten während einer Periode von einem Takt vorher, und zwar von der Unterbrechung in dem Takt n-1, bis zu der aktuellen Unterbrechung berechnet.
Indessen, wenn der Luftflusssensor 3 ein Volumenflussmessgerät ist, wird die Motoreinlassluftmenge Qar (n) T(n) in dem aktuellen Takt n durch Umwandeln eines Volumens in einem Masse basierend auf einer standardatmosphärischen Dichte, dem durch den Atmosphärendrucksensor 17 berechneten Atmosphärendruck P1 und einer durch den Einlasslufttemperatursensor 4 gemessenen Einlasslufttemperatur T o berechnet.
Im Schritt S303 berechnet die Raumeffizienzkorrektur Berechnungseinheit 53 ein Druckverhältnis Rpkv (= Pim/Pex) für einen Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten basierend auf dem Einlasskrümmerdruck Pim, gemessen durch den Drucksensor 9, und dem Abgaskrümmerdruck Pex, berechnet durch die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit 51.
Im Schritt S304 berechnet die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53 den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n) in dem aktuellen Takt n basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit Ne des Motors 1, gemessen durch den Kurbelwinkelsensor 18, dem Druckverhältnis Rpkv für den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten und dem aktuellsten Operationszustand des Einlassventils und des Auslassventils, erhalten durch die variable Ventil Steuereinheit 70, und speichert den berechneten Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n) in dem internen Speicher der ECU 100.
Insbesondere wird in einem Referenz Operationszustand des Einlassventils und des Abgasventils des Motors 1 Einbeziehung der Rotationsgeschwindigkeit Ne und des Druckverhältnis S Rpkv mit Bezug zu dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv experimentell vorab gemessen und wird in dem internen Speicher der ECU 100 als eine MAP2 gespeichert.
Zu einem Zeitpunkt der Unterbrechung führt die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53 ein Mapping gemäß Gleichung (7) unter Verwendung der Rotationsgeschwindigkeit Ne und des Druckverhältnis Rpkv in dem aktuellen Takt n aus. $Kv (n)' = MAP2 (Ne, Rpkv)$
Nachfolgend berechnet die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53 den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n) in dem aktuellen Takt n durch korrigieren des Werts von Kv (n)', erhalten durch das oben beschriebene Mapping, basierend auf einer Abweichung zwischen dem aktuellsten Operationszustand des Einlassventils und des Auslassventils und dem oben beschriebenen Referenz Operationszustand gemäß Gleichung (8). $Kv (n) = correction (Kv (n)')$
Im Schritt S305 berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 die Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) in dem aktuellen Takt n.
Insbesondere berechnet zuerst die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 die Filterkonstante Kf gemäß Gleichung (4) aus dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n) in dem aktuellen Takt n, dem Volumen V s des Einlassrohrs 2 und dem Taktvolumen Vc des Zylinders 13 pro Zylinder.
Nachfolgend berechnet die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 die Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) in dem aktuellen Takt n gemäß Gleichung (3) aus der berechneten Filterkonstante Kf, dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n) in dem aktuellen Takt n, der Motoreinlassluftmenge Qar (n) T (n) in dem aktuellen Takt n und dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n-1) und der Zylindereinlassluftmenge Qcr (n-1) T (n-1) in dem vorhergehenden Takt n-1, und speichert die berechnete Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) in dem internen Speicher der ECU 100.
Der Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient Kv (n-1) und die Zylindereinlassluftmenge Qcr (n-1) T(n-1) in dem vorhergehenden Takt n-1 wurden zu einem Zeitpunkt der vorhergehenden Unterbrechung im Schritt S304 und dem Schritt S305 jeweils berechnet und wurden in dem internen Speicher der ECU 100 gespeichert.
Zusätzlich berechnet im Schritt S306 die Abgasflussrate Berechnungseinheit 55 die Abgasflussrate Qex des Motors 1 basierend auf der im Schritt S304 berechneten Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) und dem durch den Luftkraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 gemessenen Luftkraftstoffverhältnis AF und speichert die berechnete Abgasflussrate Qex in dem internen Speicher der ECU 100.
Wie oben beschrieben, berechnet die Einlassluftmenge-Steuereinheit 50 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) aus dem Motoreinlassluftflussrate Qar (n), gemessen durch den Luftflusssensor 3, unter Berücksichtigung des Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv (n).
Der Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient Kv (n) wird basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit Ne des Motors 1, dem Druckverhältnis Rpkv für den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten und den aktuellsten Operationszustand des Einlassventils und des Auslassventils berechnet.
Daher, selbst falls ein Motor mit zumindest einer Einlass-VVT-Vorrichtung und/oder einer Auslass-WT-Vorrichtung versehen ist, kann die Zylindereinlassluftmenge Qcr (n) T (n) aus der Motoreinlassluftflussrate Qar (n) mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform speichert die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53 den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv' in dem Referenz Operationszustand des Einlassventils und des Auslassventils in Form einer Karte und berechnet den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv durch korrigieren des Werts von Kv', erhalten durch Mapping, basierend auf der Abweichung zwischen dem Referenz Operationszustand und dem aktuellsten Operationszustand des Einlassventils und des Auslassventils.
Anstelle des oben beschriebenen Verfahrens kann beispielsweise eine Vielzahl von Karten, in welche jeweils die Beziehung der Rotationsgeschwindigkeit Ne und des Druckverhältnisses Rpkv mit Bezug zu dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv gespeichert sind, in Verbindung mit den entsprechenden Operationszuständen des Einlassventils und des Auslassventils im Bezug auf deren Hubbeträge und deren Phasenwinkel verwendet werden.
In einem anderen Fall, als ein einfaches Verfahren, kann die Beziehung der Rotationsgeschwindigkeit Ne und des Druckverhältnis Rpkv mit Bezug zu dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv vorab in der Form einer Karte für jeden von lediglich zwei Zuständen des Einlassventils und des Auslassventils zu einer Betriebszeit davon und einer Nicht-Betriebszeit davon gespeichert werden.
In diesem Fall wird zu der Betriebszeit des Einlassventils und des Auslassventils der Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient Kv unter Verwendung der Karte für den Betrieb berechnet, während zu der Zeit der Nicht-Operation des Einlassventils und des Auslassventils der Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient Kv unter Verwendung der Karte für den Nicht-Betrieb berechnet wird.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm zum schematischen Darstellen der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 ist der Kurbelwinkelsensor 18, welcher zum Messen eines Rotationswinkels der Kurbelwelle ausgebildet ist, an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 1 angebracht.
Zusätzlich sind ein einen Einlasskanal bildendes Einlassrohr 202 und ein einen Auslasskanal bildendes Auslassrohr 219 mit einem Ansaugabschnitt (nicht gezeigt) und einem Auslass (nicht gezeigt) einer Brennkammer des Motors jeweils verbunden.
Auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform sind der Luftflusssensor 3 und der Einlasslufttemperatursensor 4 nach dem Einlassrohr 202 vorgesehen. In 4 sind der Luftflusssensor 3 und der Einlass Temperatursensor 4 integral ausgebildet. Zusätzlich ist der Atmosphärendrucksensor 17, welcher zum Messen des Atmosphärendrucks ausgebildet ist, in der Nähe eines Einlass ist es Einlassrohrs 202 vorgesehen.
Ein Abgasreinigungskatalysator 220 ist vor dem Abgasrohr 219 vorgesehen. Der Luftkraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 ist vor dem Abgasreinigungskatalysator 220 vorgesehen.
Zusätzlich ist ein Einlass- und Auslasssystem, welches aus dem Einlassrohr 202 und dem Auslasstor 219 gebildet ist, mit einem Kompressor 221 und einem Turbolader 222 versehen. Wie es bekannt ist, ist der Turbolader 222 einen Kompressor (Supportschalter), welcher eine Turbine 223 umfasst.
Die Turbine 223 ist vor dem Abgasrohr 219 vorgesehen. Die Turbine 223 wird durch das durch das Abgasrohr 219 fließende Abgasrohr Rotieren betrieben.
Der Kompressor 221 ist nach dem Einlassrohr 202 vorgesehen. Der Kompressor 221 wird zusammen mit einer Rotation der Turbine 223 Rotation betrieben, um eine Luft in dem Einlassrohr 202 zu komprimieren.
Ein Luftbypassventil 224 ist nach dem Kompressor 221 vorgesehen. Das Luftbypassventil 224 ist ausgebildet, um einen komprimierten Luftfluss in das Einlassrohr 202 umzuleiten, um zu verhindern, dass ein komprimierter Ladedruck zurückfließt, was die Turbine 223 beschädigen könnte, hauptsächlich wenn ein Beschleuniger ausgeschaltet ist.
Ein Zwischenkühler 225 ist nach dem Luftbypassventil 224 vorgesehen. Das Drosselventil 5, welches zum Einstellen der in den Motor 1 zu sendenden Luftmenge ausgebildet ist, ist nach dem Zwischenkühler 225 vorgesehen.
Das Drosselventil 5 ist mit dem Drosselpositionssensor 6 verbunden, welcher zum Messen des Drosselöffnungsgrad ausgebildet ist. Zusätzlich ist ein Drucksensor 226, welche zum Messen eines Luftdruck zwischen dem Zwischenkühler 225 und dem Drosselventil 5 ausgebildet ist, vor dem Drosselventil 5 vorgesehen.
Zusätzlich ist der Ausgleichsbehälter 7, welcher zum Verhindern eines Einlasspulsierens ausgebildet ist, nach dem Drosselventil 5 vorgesehen. Der Drucksensor 9, welche zum Messen eines Luftdrucks in dem Ausgleichsbehälter 7 ausgebildet ist, ist an dem Ausgleichsbehälter 7 vorgesehen.
Sowohl der Luftflusssensor 3 als auch der Drucksensor 9 können vorgesehen sein, allerdings kann lediglich der Drucksensor 9 vorgesehen sein. Allerdings, wenn nur der Drucksensor 9 vorgesehen ist, wie in 4 dargestellt, ist der Einlasslufttemperatursensor 4 getrennt von dem Ausgleichsbehälter 7 vorgesehen.
Die Einspritzeinheit 10, welche zum Einspritzen von Kraftstoff ausgebildet ist, ist nach dem Ausgleichsbehälter 7 vorgesehen. Die Einspritzeinheit 10 kann derart vorgesehen sein, um Kraftstoff direkt in den Zylinder 13 einzuspritzen. Zusätzlich ist die Zündspule 14 an einem oberen Abschnitt des Zylinders 13 vorgesehen.
Zusätzlich ist ein Wastegate-Ventil 227 vor der Turbine 223 vorgesehen. Das Wastegate-Ventil 227 leitet das Abgas in einen Abgasbypasskanal um, um zu verhindern, dass der Motor 1 beschädigt wird, selbst wenn sich der Ladedruck bei einer hohen Rotation mit einer hohen Last erhöht.
5 ist ein Blockdiagramm zum Darstellen einer schematischen Konfiguration einer Motorsteuereinheit in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die durch die verschiedenen Sensoren 3, 4, 6, 9, 16, 17, 18 und 226 gemessenen Informationen werden in die ECU 200 eingegeben.
Die ECU 200 gibt Weiteranweisungswerte an die verschiedenen Stellmotoren 5, 10, 11, 12 und 227 aus.
Die ECU 200 umfasst ebenso eine Turbolader-Steuereinheit 16, welche zum Steuern des Turboladers 222 über das Wastegate-Ventil 227 ausgebildet ist. Die ECU 200 umfasst weiter eine Abgasflussrate Berechnungseinheit 71, welche zum Berechnen der Abgasflussrate Qex des von dem Zylinder 13 des Motors 1 ausgeworfenen Abgases basierend auf der Zylinder Einlassluftflussrate Qcr und dem Luftkraftstoffverhältnisses AF des Motors 1 ausgebildet ist.
[Turbolader-Steuereinheit 60>
Die Turbolader-Steuereinheit 60 umfasst eine vor Drosseldruck Berechnungseinheit 61, eine Kompressorantriebskraft-Berechnungseinheit 62, eine vor-und nach-Turbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 63, eine Vorturbinendruck-Berechnungseinheit 64 und eine Wastegate-Ventil Steuereinheit 65.
(Vordrosseldruck-Berechnungseinheit 61)
Die Vordrosseldruck-Berechnungseinheit 61 berechnet einen Vordrosseldruck P2 basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit Ne des Motors 1, gemessen durch den Kurbelwinkelsensor 18, dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv, berechnet durch die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53, und einer Ladeeffizienz Ec. Der Vordrosseldruck P2 kann stattdessen von dem nach der Drossel vorgesehenen Drucksensor zweimal 26 gemessen werden.
(Kompressorantriebskraft-Berechnungseinheit 62)
Die Kompressorantriebskraft-Berechnungseinheit 62 berechnet eine Kompressorantriebskraft Pc basierend auf dem durch die Vordrosseldruck-Berechnungseinheit 61 berechneten Vordrosseldruck P2 und der durch den Luftflusssensor 3 gemessenen Motoreinlassluftflussrate Qar.
(Vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 63)
Die vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 63 berechnet einen vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4, welches ein Druckverhältnis zwischen Drücken bevor und nach der Turbine 223 ist. Die Kompressorantriebskraft Pc wird durch das vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 erzielt.
(Vorturbinendruck-Berechnungseinheit 64)
Die Vorturbinendruck-Berechnungseinheit 64 berechnet einen nach Turbinendruck P4 basierend auf der Abgasflussrate Qex, berechnet durch die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71, und berechnet dann einen nach Turbinendruck P3 basierend auf dem Vorturbinendruck P4 und dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4.
(Wastegate-Ventil Steuereinheit 65)
Die Wastegate-Ventil Steuereinheit 65 berechnet eine Zielkompressorantriebskraft unter Berücksichtigung des Zieldrehmoment des Motors 1 basierend auf einer Information, welche beispielsweise eine Rotationsgeschwindigkeit des Motors 1 und einen durch den Beschleunigeröffnungsgradsensor auf nicht gezeigt) gemessenen Beschleunigeröffnungsgrad usw. umfasst.
Die Wastegate-Ventil Steuereinheit 65 steuert die Duty eines Öffnungsgrads des Wastegate-Ventils 227 basierend auf der berechneten Zielkompressorantriebskraft und der berechneten Abgasflussrate Qex, sodass die Kompressorantriebskraft Pc gleich der Ziel Kompressorantriebskraft wird.
(Abgasflussrate-Berechnungseinheit 71)
Die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71 berechnet die Abgasflussrate Qex basierend auf der durch die Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit 54 berechneten Zylindereinlassluftmenge und dem durch den Luftkraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 gemessenen Luftkraftstoff Verhältnis AF.
<Berechnung von Abgasflussrate Qex>
Als Nächstes wird eine Berechnung der Abgasflussrate Qex mit Bezug zu einem Flussdiagramm aus 6 beschrieben, welche durch die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Die Prozesse des Flussdiagramms aus 6 werden als eine Unterbrechung der ECU 200 bei einer irregulären Zyklusperiode ausgeführt.
Im Schritt S601 und Schritt S602 erhält die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71 die durch den Luftflusssensor 3 gemessenen Motoreinlassluftflussrate Qar und das durch den Luftkraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 gemessene Luftkraftstoffverhältnis AF und speichert die Motoreinlassluftflussrate Qar (n) und das Luft Kraftstoffverhältnis AF in dem internen Speicher der ECU 200.
Im Schritt S603 berechnet die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71 die Abgasflussrate Qex basierend auf der Motoreinlassluftflussrate Qar.
Insbesondere berechnet die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71 die Zylinder Einlassluftflussrate Qcr basierend auf der Motoreinlassluftflussrate Qar und berechnet dann die Abgasflussrate Qex basierend auf der Zylinder Einlassluftflussrate Qcr und dem Luftkraftstoffverhältnis AF gemäß Gleichung (9). $Qex = \frac{Q c r}{Δ T} (1 + \frac{1}{A F})$
In Gleichung (9) kann die Motoreinlassluftflussrate Qar anstelle von Qcr/delta Zeichen T verwendet werden. Ebenso kann ein Zielwert des Luftkraftstoffverhältnisses AF, welches für eine Kraftstoffberechnung verwendet wird, als das Luft Kraftstoffverhältnis AF verwendet werden.
<Berechnung von Vorturbinendruck P3>
Als Nächstes wird eine Berechnung des Vorturbinendrucks P3 mit Bezug zu einem Flussdiagramm aus 7 beschrieben, welche durch die Turbolader-Steuereinheit 60 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Die Prozesse des Flussdiagramms aus 7 werden als eine Unterbrechung der ECU 200 ausgeführt, jedes Mal wenn der Kurbelwinkel des Motors 1 gleich einem vorbestimmten Winkel wird.
Im Schritt S701 berechnet die Vordrosseldruck-Berechnungseinheit 61 den Vordrosseldruck P2 basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit Ne gemessen durch den Kurbelwinkelsensor 18, dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten Kv, berechnet durch die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 53, und der Ladeeffizienz G c. Der Vordrosseldruck P2 kann stattdessen von den vor der Drossel vorgesehenen Drucksensor 226 gemessen werden.
Im Schritt S 207 berechnet die Kompressorantriebskraft-Berechnungseinheit 62 die Kompressorantriebskraft Pc basierend auf dem durch die Vordrosseldruck-Berechnungseinheit 61 berechneten Vordrosseldruck P2 und der durch den Luftflusssensor 3 gemessenen Motoreinlassluftflussrate Qar.
In diesem Fall werden bezüglich der Flüsse in dem Kompressor 221 und der Turbine 223 eine Turbinenausgabe Pt (W) der Turbine 223 und die Kompressorantriebskraft Pc (W) gemäß Gleichung (10) unter Berücksichtigung beispielsweise des Massenerhaltungsgesetzes berechnet, welches ein physikalisches Gesetz ist, welches sich auf einen Zustand von Luft, einer Poly top Änderung und einer adiabatischen Effizienz usw. bezieht. $\begin{array}{l} P_{t} = Q_{t} \cdot w_{t} \cdot η_{t} = Q_{t} \cdot c_{p} T_{3} \cdot η_{t} (1 - {(\frac{P_{4}}{P_{3}})}^{\frac{κ - 1}{k}}) = Q_{t} \cdot η_{t} \cdot \frac{κ}{κ - 1} R T_{3} (1 - {(\frac{P_{4}}{P_{3}})}^{\frac{κ - 1}{k}}) \\ P_{c} = \frac{Q_{c m p} \cdot w_{c}}{η_{c}} = Q_{c m p} \cdot \frac{c_{p} T_{1}}{η_{c}} ({(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{\frac{κ - 1}{k}} - 1) = Q_{c m p} \cdot \frac{1}{η_{c}} \cdot \frac{κ}{κ - 1} R T_{1} ({(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{\frac{κ - 1}{k}} - 1) (∵ c_{p} = \frac{κ}{κ - 1} R) \end{array}$
In Gleichung (10) stellt Cp eine spezifische Wärme bei einem konstanten Druck (kJ/(KG·K)) dar, stellt C eine absolute Temperatur [K] dar, stellt Wt eine Ausgabe (J) von der Turbine 223 pro Einheitsflussrate dar, stellt Wc eine Kompressorarbeit (J) dar, stellt κ ein Verhältnis einer spezifischen Wärme dar, stellt Q eine Massenflussrate (g/s) dar, stellt R eine Gaskonstante (kJ/(KG·K)) dar, stellt ηt eine adiabatischen Effizienz der Turbine 223 dar und stellt ηc eine adiabatischen Effizienz des Kompressors 221 da.
In einem stabilen Zustand ist Qcmp = Qar zwischen einer Flussrate Qcmp von durch einen Kompressor fließender Luft und der Motoreinlassluftflussrate Qar erfüllt. In einem solchen Fall kann die Kompressorantriebskraft Pc alternativ gemäß Gleichung (11) unter Verwendung der Motoreinlassluftflussrate Qar und dem Vordrosseldruck P klein 2 berechnet werden. $P_{c} = Q_{a} \cdot \frac{κ}{κ - 1} R T_{1} ({(\frac{p_{2}}{p_{1}})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1)$
Im Schritt S703 berechnet die vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 63 den bevor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4, welches ein Druckverhältnis zwischen drücken vor und nach der Turbine 223 ist.
Insbesondere weist die vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 63 eine Turbinendruckverhältnis-Karte (MAP3 auf, in welcher eine Beziehung zwischen der Turbinenausgabe P t und dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 vorher gespeichert ist. Zusätzlich gibt es eine starke Korrelation zwischen der Turbinenausgabe P t und dem vor und-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4.
Die vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis Rechnung einer 63 verwendet die Turbinendruckverhältnis-Karte MAP3 zum Berechnen des vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis des P3/P4, welches zu der Kompressorantriebskraft Pc gemäß Gleichung (12) gehört. $P 3 / P 4 = M A P 3 (P c)$
In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Turboladers 222, kann eine Korrelation zwischen dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und einem vor-und-nach-Kompressor Druckverhältnis P2/P1 stärker als eine Korrelation zwischen dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 und der Kompressorantriebskraft Pc sein.
In einem solchen Fall kann die vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 63 eine Turbinendruckverhältnis-Karte MAP3' verwenden, in welcher eine Beziehung zwischen dem vor-und-nach-Kompressordruckverhältnis P2/B 1 und dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 vorabgespeichert ist, um das vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 zu berechnen, welches zu dem vor-und-nach-Kompressordruckverhältnis P2/P1 gehört, gemäß Gleichung (13). $P3/P4 = M A P 3' (P 2 / P 1)$
Die Turbinendruckverhältnis-Karten MAP3 und MAP3' können basierend auf durch den Turbolader 222 alleine gemessenen experimentellen Daten in einem Zustand, bei welchem der Turbolader 222 nicht an dem Motor 1 angebracht ist, erzeugt werden.
Im Schritt S704 berechnet die hohe Turbinendruck Berechnungseinheit 64 den Vorturbinendruck P4 basierend auf der durch die Abgasflussrate Berechnungseinheit 71 berechneten Abgasflussrate Qex und berechnet dann den Vorturbinendruck P3 basierend auf dem nach Turbinendruck P4 und dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4.
Insbesondere weist die Vorturbinendruck-Berechnungseinheit 64 eine nach Turbinendruckverhältnis-Karte MA P4 auf, in welcher eine Beziehung zwischen der Abgasflussrate Qex und einem Atmosphärendruck-Druckverhältnis P4/P1, welches ein Druckverhältnis zwischen dem nach Turbinendruck P4 und dem Atmosphärendruck P1 ist, vorabgespeichert ist und berechnet das Atmosphärendruck Verhältnis P4/P1, welches zu der Abgasflussrate Qex gehört, gemäß Gleichung (14). $P 4 / P 1 = M A P 4 (Q e x)$
Die Nachturbinen-Druckverhältnis-Karte MAP4 kann basierend auf durch den Motor 1 in einem Zustand gemessenen experimentellen Daten, bei welchem der Turbolader 222 an dem Motor 1 angebracht ist, erzeugt werden.
Eigenschaften der Nachturbinen-Druckverhältnis-Karte MAP4 werden in Abhängigkeit von Abgaswiderständen von beispielsweise einem Katalysator und einem Dämpfer, vorgesehen nach dem Turbolader 222, bestimmt und sind daher Basiseigenschaften des Motors 1, welche nicht von Spezifikationen des Turboladers 222 abhängen. Daher können die Eigenschaften der Nachturbinen-Druckverhältnis-Karte MAP4 ebenso verwendet werden, wenn es keine Änderung in den Spezifikationen des Turboladers 222 gibt.
Folglich berechnet die Vorturbinendruck-Berechnungseinheit 64 den Nachturbinen Trier basierend auf dem Atmosphärendruck-Druckverhältnis P4/P1 und dem Atmosphärendruck P1 gemäß Gleichung (15). $P 4 = (P 4 / P 1) \times P 1$
Folglich berechnet die Vorturbinendruckverhältnis-Berechnungseinheit 64 den Vorturbinendruck P3 basierend auf dem nach Turbinendruck P4 und dem vor-und-nach-Turbinendruckverhältnis P3/P4 gemäß Gleichung (16). $P3 = (P 3 / P 4) \times P 4$
Der auf diese Weise berechnete Vorturbinendruck P3 ist ein Druck einer vorgelagerten Seite der Turbine 223 und ist gleich dem Abgaskrümmerdruck Pex. Das heißt, wenn der Turbolader 222 an dem Motor 1 angebracht ist, spielt die Vorturbinendruck-Berechnungseinheit 64 der Turbolader-Steuereinheit 60 eine Rolle als Mittel zum Berechnen des Abgaskrümmerdrucks Pex.
Wenn der Abgaskrümmerdruck Pex, falls der Turbolader 222 angebracht ist, einmal berechnet wurde, kann die Einlassluftmenge-Steuereinheit 50 ein Verhältnis zwischen dem Krümmerdruck Pim und dem Abgaskrümmerdruck Pex verwenden, um das Druckverhältnis Rpkv (= Pim/Pex 1) für den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten zu berechnen, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Siehe hierzu bitte Schritt S303 aus 3.
Wie oben beschrieben, kann die Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Abgaskrümmerdruck Pex berechnen, falls der Kompressor (Supportschalter) an dem Verbrennungsmotor angebracht ist. Entsprechend kann, selbst wenn der Kompressor an dem Verbrennungsmotor 1 angebracht ist, die Zylindereinlassluftmenge, welches eine in den Zylinder von dem Einlassrohr eingesaugte Luftmenge ist, mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
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 4335249 [0008, 0009, 0010, 0014]
JP 5379918 [0015, 0016, 0017]

Claims

Eine Steuervorrichtung (100) für einen Verbrennungsmotor (1), umfassend: eine Motoreinlassluftmenge-Berechnungseinheit (52), ausgebildet zum Berechnen einer Motoreinlassluftmenge, welches eine in ein Einlassrohr (2) des Verbrennungsmotors eingesaugte Luftmenge ist; eine Einlasskrümmerdruck-Messeinheit (9), ausgebildet zum Messen eines Einlasskrümmerdrucks des Verbrennungsmotors; eine Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit (51), ausgebildet zum Berechnen eines Abgaskrümmerdrucks des Verbrennungsmotors; eine Rotationsgeschwindigkeit-Messeinheit (18), ausgebildet zum Messen einer Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors; eine Variabel-Ventil-Steuereinheit (70), ausgebildet zum variablen Steuern eines Operationszustand von zumindest einem Einlassventil und/oder einem Auslassventil des Verbrennungsmotors; eine Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit (53), ausgebildet zum Berechnen eines Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten zum Verknüpfen der Motoreinlassluftmenge und einer Zylindereinlassluftmenge, welches eine in einen Zylinder (13) des Verbrennungsmotors eingesaugte Luftmenge ist, miteinander; und eine Zylindereinlassluftmenge-Berechnungseinheit (54), ausgebildet zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge, welches die in den Zylinder von dem Einlassrohr eingesaugte Luftmenge ist, basierend auf der Motoreinlassluftmenge und dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten, wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit den Volumeneffizienzkulturkoeffizienten basierend auf einem Druckverhältnis zwischen dem Einlasskrümmerdruck und dem Auslasskrümmerdruck, der Rotationsgeschwindigkeit und dem Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil berechnet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit eine Karte aufweist, in welcher eine Beziehung der Rotationsgeschwindigkeit und des Druckverhältnis mit Bezug zu dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten gespeichert ist, und wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit den Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten basierend auf der Karte berechnet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 2, wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit in Verbindung mit dem Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil eine Vielzahl von Karten aufweist, in welchen jeweils die Beziehung der Rotationsgeschwindigkeit und des Druckverhältnis mit Bezug zu dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten gespeichert sind.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 2, wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit eine Karte aufweist, in welcher eine Beziehung der Rotationsgeschwindigkeit und des Druckverhältnis in einem Referenz-Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil mit Bezug zu dem Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten gespeichert ist, und wobei die Volumeneffizienzkorrekturkoeffizient-Berechnungseinheit den in der Karte gespeicherten Volumeneffizienzkorrekturkoeffizienten basierend auf einer Abweichung zwischen dem Referenz-Operationszustand und einem aktuellsten Operationszustand von zumindest dem Einlassventil und/oder dem Auslassventil korrigiert.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit eine Karte aufweist, in welcher eine Beziehung zwischen einer Abgasflussrate und einem Atmosphärendruck-Druckverhältnis, welches ein Druckverhältnis zwischen dem Abgaskrümmerdruck und einem Atmosphärendruck ist, gespeichert ist, und wobei die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit den Abgaskrümmerdruck basierend auf der Karte berechnet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Kompressor (222) an dem Verbrennungsmotor angebracht ist und wobei die Abgaskrümmerdruck-Berechnungseinheit einen Vorturbinendruck, welches ein Druck an einer vorgelagerten Seite einer Turbine (223) des Kompressors ist, berechnet und den Vorturbinendruck als den Abgaskrümmerdruck einstellt.