DE112010005905B4

DE112010005905B4 - Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112010005905B4
Application number: DE112010005905.5T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yoshizaki; Shuntaro Okazaki; Masashi Shibayama; Kaoru Shokatsu; Hajime Kawakami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JPWO2012042610A1; US20130184971A1; US8515648B2; JP5115665B2; DE112010005905T8; DE112010005905T5; WO2012042610A1; CN102575600A; CN102575600B

Abstract

Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit: einer Anforderungs-Erfassungs-Einrichtung, die ein erforderliches Drehmoment und ein erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine erfasst; einer Erzeugungseinrichtung (28) für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welche ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Verringern einer Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erzeugt; einer Berechnungseinrichtung (14) für eine Ziel-Luftmenge, welche eine Ziel-Luftmenge zum Realisieren des erforderlichen Drehmoments unter dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, basierend auf Daten, bei denen eine Beziehung zwischen durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugtem Drehmoment und einer Luftmenge, welche in einen Zylinder geführt wird, durch Bezugnahme auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest eingestellt ist, berechnet; einer Luftmengen-Steuereinrichtung, welche ein Stellglied (4) für eine Luftmengen-Steuerung gemäß der Ziel-Luftmenge betätigt; und einer Kraftstoff-Einspritzmengen-Steuereinrichtung, welche ein Stellglied (8) zur Kraftstoff-Einspritzmengen-Steuerung gemäß dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis betätigt, wobei die Erzeugungseinrichtung (28) für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer Situation, bei der das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung fett gemacht wird, die Verringerung der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stoppt und das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis direkt als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und betrifft insbesondere eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, welche Drehmoment und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Steuervariablen anwendet.
Allgemeiner Stand der Technik
Als eines der Steuerverfahren von Verbrennungskraftmaschinen ist eine Drehmoment-Anforderungs-Steuerung bekannt, welche eine Stellgröße jedes Stellglieds mit Drehmoment als eine Steuervariable ermittelt. Die JP 2009-299667 A beschreibt ein Beispiel der Steuervorrichtung, welche die Drehmoment-Anforderungs-Steuerung durchführt. Die in der JP 2009-299667 A beschriebene Steuervorrichtung (nachfolgend als eine herkömmliche Steuervorrichtung bezeichnet) ist eine Steuervorrichtung, welche eine Drehmomentsteuerung durch Steuern einer Luftmenge durch eine Drosselklappe, Steuern eines Zündzeitpunkts durch eine Zündvorrichtung, und Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge durch ein Kraftstoff-Zuführsystem durchführt.
Im Übrigen steht zusätzlich zu der Luftmenge, welche in einen Zylinder gebracht wird, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eng mit dem Drehmoment, welches durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, in Beziehung. Entsprechend wird bei der herkömmlichen Steuervorrichtung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches aus den vorliegenden Betriebs-Zustandsinformationen gewonnen wird, in dem Prozess der Umwandlung des erforderlichen Drehmoments in einen Zielwert der Luftmenge genannt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steht in diesem Fall nicht für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor gemessen wird, sondern für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches in dem Zylinder, d. h., ein erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist nicht immer konstant und wird gelegentlich aus Sicht der Emissionsleistung positiv verändert. In solch einem Fall verändert sich, gemäß der herkömmlichen Steuervorrichtung, die Ziel-Luftmenge entsprechend der Veränderung des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und eine Drosselklappenöffnung wird ebenso entsprechend der Ziel-Luftmenge gesteuert. Die Bewegung der Drosselklappe wird zu diesem Zeitpunkt eine Bewegung, um die Drehmoment-Variation, welche die Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses begleitet, durch Erhöhen und Verringern der Luftmenge auszugleichen. Das heißt, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hin zu einem fetten Bereich verändert, bewegt sich die Drosselklappe zur Verschlussseite, um den Anstieg des Drehmoments aufgrund dessen, durch Verringern der Luftmenge auszugleichen. Umgekehrt bewegt sich die Drosselklappe zu einer Öffnungsseite, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hin zu einem mageren Bereich verändert, um die Drehmomentabnahme durch Erhöhen der Luftmenge auszugleichen.
Jedoch besteht eine Verzögerung im Ansprechen der Luftmenge auf die Bewegung der Drosselklappe, und die tatsächliche Luftmenge verändert sich bezüglich der Veränderung der Ziel-Luftmenge verspätet. Die Verzögerung wird mit einer höheren Veränderungsgeschwindigkeit der Ziel-Luftmenge deutlicher wahrnehmbar. Entsprechend ist es bei der herkömmlichen Steuervorrichtung unwahrscheinlich, dass die Veränderung der Luftmenge eine plötzliche Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufholt, wenn eine plötzliche Veränderung des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stattfindet. In diesem Fall tritt zwischen dem von der Verbrennungskraftmaschine erzeugten Drehmoment und dem erforderlichen Drehmoment eine Abweichung auf, und als Ergebnis kann nicht nur die Drehmomentsteuerung mit hoher Präzision nicht realisiert werden, sondern es kann ebenso eine Verschlechterung der Emissionsleistung aufgrund der ungewollten Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hervorgerufen werden.
Wie aus dem Vorstehenden bekannt ist, kann festgestellt werden, dass die herkömmliche Steuervorrichtung Raum für weitere Verbesserungen bezüglich der Präzision der Realisierung des erforderlichen Drehmoments, in der Situation, bei der sich das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändern kann, aufweist.
Aus der JP H11-343906 A ist eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, die ein Drehmomentveränderung verringert, die durch Umschalten auf einen verbrauchsarmen Fahrmodus (lean driving modus) verursacht wird.
Die US 2006/0 196 467 A1 lehrt eine gesteuerte Verbrennunskraftmaschine mit Selbstzündung, insbesondere die Stabilität der Lastübergänge in solchen Maschinen.
Liste der zitierten Schriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-299667
Patentliteratur 2: JP 2009-47102
Patentliteratur 3: JP 2005-140011
Patentliteratur 4: JP H11-343906 A
Patentliteratur 5: US 2006/0 196 467 A1

Kurzfassung der Erfindung
Als Lösung des vorgenannten Problems ist es denkbar, das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit verringerter Veränderungsgeschwindigkeit in der Berechnung der Ziel-Luftmenge zu verwenden. Als Einrichtung, welche die Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringert, kann ein Tiefpassfilter, wie ein Verzögerungsfilter erster Ordnung, ein gewichteter Durchschnitt, oder eine Prüf- bzw. Überwachungs-Bearbeitung für eine Veränderungsrate angeführt werden. Durch Verringern der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann eine Verzögerung der Veränderung der Luftmenge bezüglich der Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beseitigt werden. Alternativ kann, obwohl die Verzögerung der Veränderung der Luftmenge bezüglich der Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht vollständig beseitigt werden kann, die Verzögerung auf ein Ausmaß ausreichend reduziert werden, dass eine Drehmomentvariation nicht auftritt.
Jedoch ist es aus Sicht der Emissionsleistung nicht immer vorzuziehen, die Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wahllos ohne Ausnahme zu verringern. Insbesondere sollte die Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Situation, bei der das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einer Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung fett gemacht wird, aus den nachfolgenden Gründen nicht verringert werden.
In dem Abgasdurchlass einer Verbrennungskraftmaschine ist eine katalytische Vorrichtung zum Reinigen von Abgas vorgesehen. In der katalytischen Vorrichtung werden Edelmetallplatten aus Platin, Palladium und Rhodium als ein Katalysator getragen. Von diesen besitzt Rhodium die Funktion, NOx zu reduzieren und NOx unschädlich, wie Stickstoff, zu machen. Wenn eine Kraftstoff-Abschaltung ausgeführt wird, wird das Innere der katalytischen Vorrichtung einem mageren Gas ausgesetzt, wodurch Rhodium in einen oxidierten Zustand gebracht wird, und die Funktion des Reduzierens von NOx, welche Rhodium besitzt, wird deutlich verschlechtert. Entsprechend wird zu dem Zeitpunkt der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wünschenswerterweise angefettet, um das Rhodium in einem oxidierten Zustand schnell zu reduzieren, um dessen Funktion wiederherzustellen. Jedoch wird, falls die Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in solch einer Situation verringert wird, die Wiederherstellung der Funktion von Rhodium verzögert, und eine große Menge an NOx wird folglich von der katalytischen Vorrichtung entlassen, ohne gereinigt zu werden. Insbesondere wird eine Reduzierung der Emissionsleistung hervorgerufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Präzision der Realisierung eines erforderlichen Drehmoments zu erhöhen, während die Emissionsleistung durch positives Verändern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verbessert wird. Um solch eine Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wie folgt, vor.
Die durch die vorliegende Erfindung vorgesehene Steuervorrichtung erfasst bzw. erlangt das erforderliche Drehmoment einer Verbrennungskraftmaschine und erfasst ein erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und erzeugt durch Verringern einer Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches erfasst wird, ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Jedoch wird in einer Situation, bei der das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einer Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung fett gemacht wird, die Verringerung der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt, und das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird direkt als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgegeben. Die vorliegende Steuervorrichtung berechnet eine Ziel-Luftmenge zum Realisieren des erforderlichen Drehmoments unter dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Zur Berechnung der Ziel-Luftmenge können Daten verwendet werden, bei denen eine Beziehung von dem durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugten Drehmoment und einer Luftmenge, welche in einen Zylinder geführt wird, durch Bezugnahme auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest eingestellt ist. Die vorliegende Steuervorrichtung betätigt ein Stellglied für eine Luftmengen-Steuerung gemäß der Ziel-Luftmenge, und ein Stellglied zur Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerung gemäß dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Gemäß der Steuervorrichtung, welche wie vorstehend gestaltet ist, wird zur Berechnung der Ziel-Luftmenge das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dessen verringerter Veränderungsgeschwindigkeit verwendet, und dadurch kann eine Ansprechverzögerung der tatsächlichen Luftmenge bezüglich der Ziel-Luftmenge beseitigt oder ausreichend reduziert werden. Folglich kann, gemäß der vorliegenden Steuervorrichtung, eine Verzögerung der Veränderung der Luftmenge bezüglich der Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beseitigt oder ausreichend reduziert werden, und hohe Präzision der Drehmoment-Realisierung kann aufrechterhalten werden.
Dabei wird in der Situation, bei der das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung fett gemacht wird, das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis direkt zur Berechnung der Ziel-Luftmenge verwendet, und dadurch wird das Abgas, welches angefettet wird, zu der Abgasemissions-Steuervorrichtung geführt, und die Funktion von Rhodium kann zu einem frühen Zeitpunkt wiederhergestellt werden. Dadurch wird NOx daran gehindert, ohne gereinigt zu werden in die Luft entlassen zu werden, und die Emissionsleistung wird auf hohem Niveau aufrechterhalten. Infolgedessen, dass die Verringerung der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt wird, wird das durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugte Drehmoment vorübergehend höher als das erforderliche Drehmoment. Jedoch tritt die Drehmomentvariation zu einem bestimmten Grad grundsätzlich zu dem Zeitpunkt der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung auf, und dadurch ist, selbst wenn das Drehmoment zu dem Zeitpunkt der Rückkehr vorübergehend höher wird als das erforderliche Drehmoment, die Auswirkung, welche dies auf die Fahreigenschaften besitzt, sehr klein.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das die in der Steuervorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführte Bearbeitung zeigt.
3 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Inhalts einer Maschinensteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines Steuerergebnisses davon.
4 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Inhalts einer Maschinensteuerung als ein Vergleichsbeispiel und eines Steuerergebnisses davon.
Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu den Abbildungen beschrieben.
Eine Verbrennungskraftmaschine (nachfolgend eine Maschine), welche ein in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu steuernder Gegenstand ist, ist eine vierzylindrige Hubkolbenmaschine vom Funkenzündungstyp. In einem Abgasdurchlass der Maschine ist eine katalytische Vorrichtung mit Edelmetallen, wie Platin, Palladium und Rhodium, als ein Katalysator vorgesehen. Eine Steuervorrichtung steuert einen Betrieb der Maschine durch Betätigen von Stellgliedern, die in der Maschine enthalten sind. Die Stellglieder, welche durch die Steuervorrichtung betätigt werden können, enthalten eine Zündvorrichtung, eine Drosselklappe, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, eine AGR-Vorrichtung und dergleichen. Jedoch betätigt die Steuervorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform eine Drosselklappe, eine Zündvorrichtung und eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, und die Steuervorrichtung betätigt die drei Stellglieder, um den Betrieb der Maschine zu steuern.
Die Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform verwendet Drehmoment, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einen Wirkungsgrad als Steuervariablen der Maschine. Um genau zu sein, steht das hier erwähnte Drehmoment für ein angegebenes Drehmoment, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steht für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gasgemisches, welches zur Verbrennung vorgesehen ist. Der Wirkungsgrad in der vorliegenden Spezifikation steht für das Verhältnis des Drehmoments, welches tatsächlich ausgegeben wird, zu dem potenziellen Drehmoment, welches die Maschine ausgeben kann. Der Maximalwert des Wirkungsgrades ist 1, und zu diesem Zeitpunkt wird das potenzielle Drehmoment, welches die Maschine ausgeben kann, tatsächlich direkt ausgegeben. Wenn der Wirkungsgrad kleiner als 1 ist, ist das Drehmoment, welches tatsächlich ausgegeben wird, kleiner als das potenzielle Drehmoment, welches die Maschine ausgeben kann, und die Differenz davon wird hauptsächlich zu Wärme und wird von der Maschine ausgegeben.
Eine Steuervorrichtung 2, die in einem Blockdiagramm von 1 gezeigt ist, zeigt eine Konfiguration der Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Die Steuervorrichtung 2 kann in einen Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 10, einen Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 12, einen Ziel-Luftmengen-Berechnungsabschnitt 14, einen Drosselklappenöffnungs-Berechnungsabschnitt 16, einen Berechnungsabschnitt 18 für eine bestimmte bzw. kalkulierte Luftmenge, einen Berechnungsabschnitt 20 für ein bestimmtes bzw. kalkuliertes Drehmoment, einen Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad-Berechnungsabschnitt 22, einen Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 24, einen Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 26, einen Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einen Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 30 gemäß den Funktionen, welche diese Abschnitte aufweisen, aufgeteilt werden. Diese Elemente 10 bis 30 sind ein Ergebnis von speziellem Ausdrücken lediglich der Elemente in dem Diagramm, welche sich auf eine Drehmoment-Steuerung und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durch Betrieb der drei Stellglieder, d. h., der Drosselklappe 4, der Zündvorrichtung 6 und der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (INJ) 8 aus verschiedenen funktionellen Elementen, welche die Steuervorrichtung 2 aufweist, beziehen. Entsprechend bedeutet 1 nicht, dass die Steuervorrichtung 2 lediglich durch diese Elemente gebildet ist. Jedes der Elemente kann durch exklusive Hardware gestaltet sein, oder kann durch Software, mit der Hardware, die von allen Elementen gemeinsam genutzt wird, virtuell gestaltet sein. Nachfolgend wird die Konfiguration der Steuervorrichtung 2 mit besonderem Schwerpunkt auf den Funktionen der Elemente 10 bis 30 beschrieben.
Zunächst werden ein erforderliches Drehmoment, ein erforderlicher Wirkungsgrad und ein erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (erforderliches A/F) in die vorliegende Steuervorrichtung, als Erfordernisse für die Steuervariablen der Maschine, eingegeben. Diese Erfordernisse werden von einem Antriebsstrang-Manager, welcher auf einer höheren Ordnung als die vorliegende Steuervorrichtung angeordnet ist, zugeführt.
Das erforderliche Drehmoment wird gemäß den Betriebsbedingungen und dem Betriebs-Zustand der Maschine eingestellt, insbesondere basierend auf der Stellgröße eines durch einen Fahrer betätigten Gaspedals, und Signalen von den Steuersystemen des Fahrzeugs, wie VSC und TRC. Der erforderliche Wirkungsgrad wird auf einen Wert kleiner als 1 eingestellt, wenn die Temperatur des Abgases erhöht werden soll und wenn eine Drehmomentreserve geschaffen werden soll. Jedoch wird in der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass der erforderliche Wirkungsgrad auf 1 eingestellt wird, was den Maximalwert darstellt. Das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird für gewöhnlich stöchiometrisch eingestellt, wird jedoch verändert, wenn es aus Sicht der Emissionsleistung notwendig ist. Das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird insbesondere mit Stöchiometrie als einem Mittelpunkt periodisch verändert, um die Reinigungsleistung eines Katalysators zu erhöhen, und das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird durch eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung verändert. Ferner wird das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zeitpunkt der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung für eine vorbestimmte Zeitphase derart verändert, dass dieses fetter ist als das stöchiometrische Verhältnis, um das in dem Katalysator enthaltene Rhodium schnell zu reduzieren, um die Funktion davon wiederherzustellen.
Das erforderliche Drehmoment und der erforderliche Wirkungsgrad, welche durch die Steuervorrichtung 2 aufgenommen werden, werden in den Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 12 eingegeben. Der Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 12 berechnet ein Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment durch Teilen des erforderlichen Drehmoments durch den erforderlichen Wirkungsgrad. Wenn der erforderliche Wirkungsgrad kleiner als 1 ist, wird das Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment stärker erhöht als das erforderliche Drehmoment. Dies bedeutet, dass die Drosselklappe unter Umständen in der Lage sein soll, ein Drehmoment auszugeben, welches größer ist als das erforderliche Drehmoment. Jedoch wird in Hinblick auf den erforderlichen Wirkungsgrad das, was den Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 10 passiert, in den Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment-Berechnungsabschnitt 12 eingegeben. Der Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 10 beschränkt den Minimalwert des erforderlichen Wirkungsgrades, welcher zur Berechnung des Luftmengen-Steuerungs-Drehmoments verwendet wird, durch den Überwachungswert zum Sicherstellen einer einwandfreien Verbrennung. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erforderliche Wirkungsgrad 1 und dadurch wird das erforderliche Drehmoment direkt als das Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment berechnet.
Das Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment wird in den Ziel-Luftmengen-Berechnungsabschnitt 14 eingegeben. Der Ziel-Luftmengen-Berechnungsabschnitt 14 wandelt unter Verwendung eines Luftmengen-Kennfeldes ein Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment (TRQ) in eine Ziel-Luftmenge (KL) um. Die hier erwähnte Luftmenge steht für eine Luftmenge, welche in den Zylinder geführt wird (Ladungs-Wirkungsgrad, welcher das Ergebnis davon ist, die Luftmenge dimensionslos zu machen, oder ein Lastfaktor können stattdessen verwendet werden). Das Luftmengen-Kennfeld ist ein Kennfeld, in welchem Drehmoment und eine Luftmenge mit verschiedenen Maschinen-Zustandsgrößen, enthaltend eine Maschinendrehzahl und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, als Schlüsselwerte, miteinander in Beziehung stehen, unter der Annahme, dass der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt (des MBT und des Klopf-Zündzeitpunktes, welcher auch immer verzögerter ist) ist, als eine Grundvoraussetzung. Für die Auswertung des Luftmengen-Kennfeldes werden die tatsächlichen Werte und die Zielwerte der Maschinen-Zustandsgrößen verwendet. Bezüglich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches später beschrieben wird, zur Kennfeldauswertung verwendet. Entsprechend wird in dem Ziel-Luftmengen-Berechnungsabschnitt 14 die für die Realisierung des Luftmengen-Steuerungs-Drehmoments erforderliche Luftmenge unter dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches später beschrieben wird, als die Ziel-Luftmenge der Maschine berechnet.
Die Ziel-Luftmenge wird in den Drosselklappenöffnungs-Berechnungsabschnitt 16 eingegeben. Der Drosselklappenöffnungs-Berechnungsabschnitt 16 wandelt die Ziel-Luftmenge (KL) unter Verwendung eines inversen Modells eines Luftmodells in eine Drosselklappenöffnung (TA) um. Das Luftmodell ist ein physikalisches Modell, welches durch Modellieren der Ansprecheigenschaften der Luftmenge auf die Bewegung der Drosselklappe 4 erstellt wird, und dadurch kann unter Verwendung des inversen Modells des Luftmodells die Drosselklappenöffnung, welche zum Erreichen der Ziel-Luftmenge benötigt wird, umgekehrt berechnet werden.
Die Steuervorrichtung 2 führt eine Betätigung der Drosselklappe 4 gemäß der Drosselklappenöffnung, welche in dem Drosselklappenöffnungs-Berechnungsabschnitt 16 berechnet wird, durch. Wenn eine Verzögerungssteuerung durchgeführt wird, tritt eine Abweichung gemäß einer Verzögerungszeit zwischen der Drosselklappenöffnung (Ziel-Drosselklappenöffnung), welche in dem Drosselklappenöffnungs-Berechnungsabschnitt 16 berechnet wird, und der tatsächlichen Drosselklappenöffnung, welche durch Bewegung der Drosselklappe 4 realisiert wird, auf.
Die Steuervorrichtung 2 führt eine Berechnung einer bestimmten bzw. kalkulierten Luftmenge basierend auf der tatsächlichen Drosselklappenöffnung in dem Berechnungsabschnitt 18 für eine bestimmte bzw. kalkulierte Luftmenge, parallel zu der vorstehend beschriebenen Bearbeitung, aus. Der Berechnungsabschnitt 18 für eine bestimmte bzw. kalkulierte Luftmenge wandelt die Drosselklappenöffnung (TA) unter Verwendung eines Vorwärtsmodells des vorgenannten Luftmodells in die Luftmenge (KL) um. Die bestimmte bzw. kalkulierte Luftmenge ist eine Luftmenge, von der angenommen wird, dass diese durch Betätigung der Drosselklappe 4 durch die Steuervorrichtung 2 realisiert wird.
Die bestimmte bzw. kalkulierte Luftmenge wird durch den Berechnungsabschnitt 20 für ein bestimmtes bzw. kalkuliertes Drehmoment zur Berechnung des bestimmten bzw. kalkulierten Drehmoments verwendet. Das bestimmte Drehmoment ist in der vorliegenden Beschreibung ein bestimmter bzw. kalkulierter Wert des Drehmoments, welches ausgegeben werden kann, wenn unter der vorliegenden Drosselklappenöffnung der Zündzeitpunkt auf einen optimalen Zündzeitpunkt eingestellt ist, d. h., das Drehmoment, welches potenziell von der Maschine ausgegeben werden kann. Der Berechnungsabschnitt 20 für ein bestimmtes bzw. kalkuliertes Drehmoment wandelt die bestimmte Luftmenge unter Verwendung eines Drehmoment-Kennfeldes in das bestimmte Drehmoment um. Das Drehmoment-Kennfeld ist ein inverses Kennfeld des vorgenannten Luftmengen-Kennfeldes und ist ein Kennfeld, bei dem die Luftmenge und das Drehmoment mit verschiedenen Maschinen-Zustandsgrößen als die Schlüsselwerte, unter der Grundvoraussetzung, dass der Zündzeitpunkt ein optimaler Zündzeitpunkt ist, in Beziehung stehen. Bei der Auswertung des Drehmoment-Kennfeldes wird das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches später beschrieben wird, für die Kennfeldauswertung verwendet. Entsprechend wird in dem Berechnungsabschnitt 20 für ein bestimmtes bzw. kalkuliertes Drehmoment das Drehmoment berechnet, von dem angenommen wird, dass dieses durch die bestimmte Luftmenge unter dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches später beschrieben wird, realisiert wird.
Das bestimmte bzw. kalkulierte Drehmoment wird in den Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad-Berechnungsabschnitt 22, zusammen mit dem duplizierten Ziel-Drehmoment, eingegeben. Der Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad-Berechnungsabschnitt 22 berechnet das Verhältnis des Ziel-Drehmoments zu dem bestimmten bzw. kalkulierten Drehmoment als einen Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad. Der berechnete Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad wird nach dem Durchlaufen des Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitts 24 in den Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 26 eingegeben. Der Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 24 beschränkt den Minimalwert des Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrads durch den Überwachungswert, welcher eine Verbrennung sicherstellt.
Der Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 26 berechnet einen Zündzeitpunkt (SA) aus dem eingegebenen Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad (η_TRQ). Genauer gesagt wird der optimale Zündzeitpunkt basierend auf den Maschinen-Zustandsgrößen, wie der Maschinendrehzahl, dem erforderlichen Drehmoment und dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, berechnet, und ein Verzögerungsbetrag bezüglich des optimalen Zündzeitpunktes wird aus dem Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad, welcher eingegeben wird, berechnet. Infolgedessen wird dies, was durch Hinzufügen des Verzögerungsbetrags zu dem optimalen Zündzeitpunkt gewonnen wird, als ein endgültiger Zündzeitpunkt berechnet. Zur Berechnung des optimalen Zündzeitpunkts kann beispielsweise ein Kennfeld verwendet werden, bei dem der optimale Zündzeitpunkt und die verschiedenen Maschinen-Zustandsgrößen miteinander in Beziehung stehen. Zur Berechnung des Verzögerungsbetrags kann beispielsweise ein Kennfeld verwendet werden, bei dem der Verzögerungsbetrag und der Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad, und verschiedene Maschinen-Zustandsgrößen miteinander in Beziehung stehen. Wenn der Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad 1 ist, wird der Verzögerungsbetrag auf 0 eingestellt, und wenn der Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad kleiner als 1 ist, wird der Verzögerungsbetrag erhöht.
Die Steuervorrichtung 2 führt gemäß des in dem Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 26 berechneten Zündzeitpunkts eine Betätigung der Zündvorrichtung 6 durch.
Ferner führt die Steuervorrichtung 2 in dem Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Bearbeitung zum Erzeugen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine aus dem erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, parallel mit der vorstehend beschriebenen Bearbeitung, aus. Der Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis enthält einen Tiefpassfilter (beispielsweise einen Verzögerungsfilter erster Ordnung). Der Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gibt das Signal des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches in die Steuervorrichtung 2 eingegeben wird, durch den Tiefpassfilter, und gibt das Signal, welches den Tiefpassfilter durchläuft, als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus. Der Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt insbesondere durch Verringern der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch den Tiefpassfilter das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Jedoch wird in der Situation, bei der das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung (F/C) fett gemacht wird, die Verringerung der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht durchgeführt. In diesem Fall gibt der Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches nicht durch den Tiefpassfilter gegeben wird, als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus.
2 ist ein Diagramm, das die in dem Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführte Bearbeitung in einem Flussdiagramm ausdrückt. Gemäß dem Flussdiagramm wird in dem ersten Schritt S1 ermittelt, ob es sich um einen Zeitpunkt nach der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung handelt. „Nach Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung”, wie hier erwähnt, bedeutet die Phase, bei welcher die Kraftstoffeinspritzung wieder aufgenommen wird und das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett bleibt. Fall das Ermittelungsergebnis von Schritt S1 negativ ist, wird das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit der durch den Tiefpassfilter verringerten Veränderungsgeschwindigkeit als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgegeben (Schritt S2). Fall das Ermittelungsergebnis von Schritt S1 positiv ist, wird die Verringerung der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt und das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird direkt als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgegeben (Schritt S3).
Das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches in dem Erzeugungsabschnitt 28 für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird, läuft durch den Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 30, und wird danach zu dem Ziel-Luftmengen-Berechnungsabschnitt 14, dem Berechnungsabschnitt 20 für ein bestimmtes bzw. kalkuliertes Drehmoment, dem Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 26 und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 8 geführt. Der Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt 30 beschränkt den Maximalwert und den Minimalwert des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch den Überwachungswert zum Sicherstellen einer einwandfreien Verbrennung.
Die Steuervorrichtung 2 führt eine Betätigung der Krafteinspritzvorrichtung 8 gemäß dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch. Genauer gesagt berechnet die Steuervorrichtung 2 die Kraftstoffeinspritzmenge aus dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der bestimmten bzw. kalkulierten Luftmenge, und betätigt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 8 derart, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu realisieren.
3 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Maschinensteuerung zeigt, welche durch die Steuervorrichtung 2 in der vorliegenden Ausführungsform realisiert wird. 4 ist währenddessen ein Diagramm, das ein Ergebnis des Ausführens einer Maschinensteuerung, als ein Vergleichsbeispiel, zeigt. In dem Vergleichsbeispiel wird die Verringerungsbearbeitung der Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch den Tiefpassfilter stets ausgeführt. Nachfolgend wird der Effekt bei der Maschinensteuerung, welcher in der vorliegenden Ausführungsform gewonnen wird, durch Vergleichen mit dem Vergleichsbeispiel beschrieben.
Schaubilder auf entsprechenden Ebenen der 3 und 4 zeigen Veränderungen der Steuervariablen und Zustandsgrößen vor und nach der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung im Zeitverlauf. In dem Schaubild auf der jeweils obersten Ebene ist eine Veränderung des erforderlichen Drehmoments im Zeitverlauf durch die punktierte Linie gezeigt, und eine Veränderung des Drehmoments, welches durch die Maschine tatsächlich erzeugt wird, ist im Zeitverlauf durch die durchgezogene Linie gezeigt. In dem Schaubild auf der jeweils zweiten Ebene ist eine Veränderung der Ziel-Maschinendrehzahl im Zeitverlauf durch die gepunktete Linie gezeigt und eine Veränderung der tatsächlichen Maschinendrehzahl im Zeitverlauf ist durch die durchgezogene Linie gezeigt. In dem Schaubild auf der jeweils dritten Ebene ist eine Veränderung des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Zeitverlauf durch die punktierte Linie gezeigt, eine Veränderung des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Zeitverlauf ist durch die unterbrochene Linie gezeigt und eine Veränderung des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Zeitverlauf ist durch die durchgehende Linie gezeigt. In dem Schaubild auf der jeweils vierten Ebene ist eine Veränderung der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge, welche aus dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet wird, im Zeitverlauf durch die punktierte Linie gezeigt und eine Veränderung der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge im Zeitverlauf ist durch die durchgehende Linie gezeigt. In dem Schaubild auf der jeweils fünften Ebene ist eine Veränderung der Ziel-Luftmenge im Zeitverlauf durch die punktierte Linie gezeigt und eine Veränderung der tatsächlichen Luftmenge, die in den Zylinder gebracht wird, ist im Zeitverlauf durch die durchgehende Linie gezeigt. In dem Schaubild auf der jeweils sechsten Ebene ist eine Veränderung der Ziel-Drosselklappenöffnung im Zeitverlauf durch die punktierte Linie gezeigt und eine Veränderung der tatsächlichen Drosselklappenöffnung im Zeitverlauf ist durch die durchgehende Linie gezeigt. In dem Schaubild auf der jeweils untersten Ebene ist eine Veränderung der NOx-Konzentration in dem von der katalytischen Vorrichtung abgegebenen Abgas im Zeitverlauf durch die durchgehende Linie gezeigt.
Wie in dem Schaubild auf der dritten Ebene jeder der Abbildungen gezeigt ist, nimmt das erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zeitpunkt der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung die Gestalt eines Impulssignals an und wird hin zu einem fetten Bereich verändert. In dem in 4 gezeigten Vergleichsbeispiel wird das Impulssignal durch den Tiefpassfilter verarbeitet und dadurch wird das Signal des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches sich allmählich hin zu dem fetten Bereich verändert, erzeugt. Das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches sich allmählich verändert, wird zur Berechnung der Ziel-Luftmenge verwendet, wodurch sich, wie in dem Schaubild auf der fünften Ebene von 4 gezeigt ist, die Veränderung der Ziel-Luftmenge verlangsamt, und die Ansprechverzögerung der tatsächlichen Luftmenge bezüglich der Ziel-Luftmenge wird ausreichend reduziert. Folglich wird eine Verzögerung der Veränderung der Luftmenge bezüglich der Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ebenso ausreichend gesenkt und sowohl Drehmoment als auch Maschinendrehzahl können als Zielvorgabe gesteuert werden. Dabei steigt jedoch, wie in dem Schaubild auf der untersten Ebene von 4 gezeigt ist, die NOx-Konzentration in dem Abgas, welches von der katalytischen Vorrichtung abgegeben wird, vorübergehend an. Dies kommt daher, da das Gas, welches zu dem Zeitpunkt der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung ausreichend angefettet wird, nicht zu der katalytischen Vorrichtung geführt werden kann und eine Wiederherstellung der Funktion von Rhodium verzögert wird.
Im Gegensatz zu dem Vorstehenden wird in der in 3 gezeigten vorliegenden Ausführungsform das Impulssignal des erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses direkt als das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgegeben. Dadurch nimmt die Ziel-Luftmenge, welche aus dem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet wird, die Gestalt eines Impulssignals an und nimmt ab, und die Ansprechverzögerung der tatsächlichen Luftmenge bezüglich der Ziel-Luftmenge wird erkennbar. Folglich tritt eine Verzögerung der Veränderung der Luftmenge bezüglich der Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf und das von der Maschine erzeugte Drehmoment überschreitet vorübergehend das erforderliche Drehmoment direkt nach der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung. Ferner überschreitet die Maschinendrehzahl ebenso vorübergehend die Ziel-Maschinendrehzahl. Jedoch findet die Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung aufgrund der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer selbst statt und der Fahrer besitzt keine Wahrnehmung der Inkompatibilität des Drehmoments, das schrittweise durch die Betätigung des Gaspedals erhöht wird. Entsprechend ist, selbst wenn das Drehmoment zu dem Zeitpunkt der Rückkehr vorübergehend höher wird als das erforderliche Drehmoment, die Auswirkung, welche dies auf das Fahrverhalten besitzt, sehr gering. Dabei wird bezüglich der Emissionsleistung, welcher heutzutage die höchste Priorität aus verschiedenen Maschinen-Leistungen zugemessen wird, ein Anstieg der NOx-Konzentration direkt nach der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung verhindert, wie in dem Schaubild auf der untersten Ebene von 3 gezeigt ist. Dies kommt daher, da gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Gas, welches ausreichend angefettet wird, der katalytischen Vorrichtung zu dem Zeitpunkt der Rückkehr von der Kraftstoff-Abschaltung zugeführt wird, wodurch das Rhodium in dem oxidierten Zustand schnell reduziert wird und die Funktion davon wiederhergestellt werden kann.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorstehend beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und kann durch verschiedenartiges Modifizieren in dem Bereich ausgeführt werden, ohne von dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird in der vorstehenden Ausführungsform die Drosselklappe als das Stellglied für die Luftmengen-Steuerung verwendet, jedoch kann ein Einlassventil mit einem variablen Hub oder Arbeitswinkel verwendet werden.
Ferner wird in der vorstehenden Ausführungsform die Veränderungsgeschwindigkeit des erforderlichen Drehmoments durch den Tiefpassfilter verringert, jedoch kann eine sogenannte regulierende Verarbeitung verwendet werden. Als ein Beispiel der regulierenden Bearbeitung kann ein gewichteter Durchschnitt angeführt werden. Alternativ kann durch Anwenden einer Überwachungs-Bearbeitung auf die Veränderungsrate des erforderlichen Drehmoments die Veränderungsgeschwindigkeit verringert werden.
Ferner werden in der vorstehenden Ausführungsform ein Drehmoment, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein Wirkungsgrad als die Steuervariablen der Maschine verwendet, jedoch können lediglich Drehmoment und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis als die Steuervariablen der Maschine verwendet werden. Insbesondere kann der Wirkungsgrad stets auf 1 fest eingestellt sein. In solch einem Fall wird das Ziel-Drehmoment direkt als das Drehmoment für eine Luftmengen-Steuerung berechnet.
Bezugszeichenliste

2: Steuerung
4: Drosselklappe
6: Zündvorrichtung
8: Kraftstoffeinspritzvorrichtung
10: Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt
12: Luftmengen-Steuerungs-Drehmoment-Berechnungsabschnitt
14: Ziel-Luftmengen-Berechnungsabschnitt
16: Drosselklappenöffnungs-Berechnungsabschnitt
18: Berechnungsabschnitt für eine bestimmte bzw. kalkulierte Luftmenge
20: Berechnungsabschnitt für ein bestimmtes bzw. kalkuliertes Drehmoment
22: Zündzeitpunkt-Steuerungs-Wirkungsgrad-Berechnungsabschnitt
24: Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt
26: Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt
28: Erzeugungsabschnitt für ein Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
30: Verbrennungssicherung-Überwachungsabschnitt