DE112011104826T5

DE112011104826T5 - Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader

Info

Publication number: DE112011104826T5
Application number: DE112011104826T
Authority: DE
Inventors: Kiyonori TAKAHASHI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2031-02-03
Also published as: JPWO2012105010A1; US8762029B2; CN103339360A; US20130304355A1; DE112011104826B4; JP5382240B2; CN103339360B; WO2012105010A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Pendeln bzw. Nachlaufen einer Drosselklappe in einem Bereich, in welchem ein stromaufwärtiger Druck der Drosselklappe und ein stromabwärtiger Druck der Drosselklappe bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader im Wesentlichen gleich werden, zu vermeiden. Zu diesem Zweck verarbeitet eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader gemäß der vorliegenden Erfindung ein Signal einer Drosselklappenöffnung, die unter Verwendung einer Drosselklappenformel berechnet wird, wenn ein Verhältnis des stromaufwärtigen Drucks der Drosselklappe und des stromabwärtigen Drucks der Drosselklappe einen Wert nahe 1 hat, und steuert einen Betrieb der Drosselklappe mit der Drosselklappenöffnung, deren Änderungsgeschwindigkeit verringert wurde, als Solldrosselklappenöffnung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader darstellt, und berechnet eine Solldrosselklappenöffnung zum Realisieren einer Sollansaugluftmenge durch eine Berechnung unter Verwendung eines physikalischen Modells, das ein Verhalten von Luft darstellt, die in einer Ansaugleitung strömt.
Stand der Technik
Allgemein gesprochen kann die Ansaugluftmenge in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugleitungsdruck geregelt werden. Ein Ansaugleitungsdruck wird durch eine Strömungsrate bzw. Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die durch die Drosselklappe strömt, bestimmt. Eine Drosselklappen-Durchflussströmungsrate wird durch einen Differentialdruck eines stromaufwärtigen Drucks und eines stromabwärtigen Drucks der Drosselklappe und eine Öffnung (d. h. einen Öffnungsbereich) der Drosselklappe bestimmt. Das physikalische Modell, das durch eine solche Beziehung erhalten wird, ist die wie nachfolgend beschriebene Formel (1). Die Formel (1) ist eine Drosselungsformel bzw. Drosselklappenformel, die eine Beziehung einer Drosselklappen-Durchflussströmungsrate m_t, einer Drosselklappenöffnung TA, eines stromaufwärtigen Drucks der Drosselklappe P_ac und eines stromabwärtigen Drucks der Drosselklappe P_m zeigt. Bei dem K in der Formel (1) handelt es sich um einen Koeffizienten, einschließlich eines Strömungsratenkoeffizienten, B ist ein Öffnungsbereich zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Drosselklappenöffnung TA ist, und ϕ ist eine Funktion (Ausdruck des Druckverhältnisses) eines Druckverhältnisses P_m/P_ac.
[Formel 1]
Durch Modifizieren der vorstehend beschriebene Drosselklappenformel kann eine nachfolgend beschriebene Formel (2) erhalten werden. Gemäß dieser Formel (2) kann die Drosselklappenöffnung TA, die ein Ziel ist, aus der Drosselklappen-Durchflussströmungsrate m_t und dem Druckverhältnis P_m/P_ac berechnet werden. Das Verfahren, das die Solldrosselklappenöffnung durch eine derartige Berechnung unter Verwendung eines physikalischen Modells berechnet, ist allgemein bekannt und beispielsweise in der JP 2007-205194 beschrieben.
[Formel 2]
Das Berechnungsverfahren für die Solldrosselklappenöffnung unter Verwendung der Formel (2) kann auch bei Verbrennungskraftmaschinen mit Super- bzw. Turbolader verwendet werden. In diesem Fall wird das Druckverhältnis P_m/P_ac, das einer der Parameter ist, durch den stromaufwärtigen Druck der Drosselklappe (= stromaufwärtiger Drosselklappendruck) P_ac, der durch die Drehzahl des Kompressors bestimmt wird, d. h. einen Ladedruck, beeinflusst. Als Verfahren zum Einstellen des Ladedrucks sind verschiedene Verfahren bekannt, und wenn dem Kraftstoffverbrauch die höchste Priorität zugemessen wird, wird die Drosselklappe derart geöffnet, dass diese so weit wie möglich nahe dem voll geöffneten Zustand ist, und der Ladedruck und der stromabwärtige Druck der Drosselklappe (= stromabwärtiger Drosselklappendruck), d. h. der Ansaugleitungsdruck, werden vorzugsweise so eingestellt, dass sie zueinander im Wesentlichen gleich sind.
In der Situation jedoch, in welcher die Differenz zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck der Drosselklappe gering ist, verursacht die Drosselklappe manchmal ein Nachlaufen bzw. Pendeln (hunting), wenn sich der Aufladezustand durch den Turbolader ändert. Dies liegt darin, dass eine Beziehung, wie sie in 4 dargestellt ist, zwischen dem Ausdruck des Druckverhältnisses ϕ und dem Druckverhältnis P_m/P_ac aus Formel (2) eingestellt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ändert sich in dem Bereich, in welchem der Differentialdruck zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck der Drosselklappe gering ist, d. h. ein Bereich, in welchem der Wert des Druckverhältnisses P_m/P_ac nahe 1 ist, der Wert des Ausdrucks des Druckverhältnisses ϕ scharf bzw. steil bezüglich einer sehr geringen Änderung des Druckverhältnisses P_m/P_ac. Als Ergebnis ändert sich der berechnete Wert der Drosselklappenöffnung oszillierend, und ein Pendeln der Drosselklappe tritt auf. Ein derartiges Pendeln der Drosselklappe kann auftreten, wenn die Drosselklappe nicht bis Nahe an den vollständigen Öffnungszustand geöffnet ist. Dies liegt darin begründet, dass, da die Änderung des Ladedrucks verzögert erfolgt, der stromaufwärtige Druck und der stromabwärtige Druck manchmal vorübergehend gleich werden.
Liste von Druckschriften
Patentschrifttum

Patentschrift 1: JP 2007-205194 A
Patentschrift 2: JP 2006-274993 A
Patentschrift 3: JP 2005-188355 A

Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Pendeln der Drosselklappe in einem Bereich, in welchem der stromaufwärtige Drosselklappendruck und der stromabwärtige Drosselklappendruck bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader im Wesentlichen gleich zueinander werden, zu verhindern. Um diese Aufgabe zu lösen schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader mit den nachfolgenden Merkmalen.
Eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet eine Drosselklappen-Durchflussströmungsrate, die notwendig ist, um eine Sollansaugluftmenge zu realisieren, und berechnet, unter Verwendung einer Drosselklappenformel, eine Drosselklappenöffnung, die notwendig ist, um die Drosselklappen-Durchflussströmungsrate zu realisieren. Für die Berechnung werden jeweils ein stromaufwärtiger Druck der Drosselklappe, der einen Druck der Luft in der Ansaugleitung von einem Kompressor zur Drosselklappe darstellt, und ein stromabwärtiger Druck der Drosselklappe, der einen Druck der Luft in der Ansaugleitung von der Drosselklappe zu einem Einlassventil darstellt, ermittelt bzw. bestimmt. Die Steuervorrichtung führt eine Berechnung der Drosselklappenöffnung, unter Verwendung der Drosselklappenformel mit einem Verhältnis des jeweils bestimmten stromaufwärtigen Drucks der Drosselklappe und des stromabwärtigen Drucks der Drosselklappe als Parameter, aus.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bestimmt basierend auf der unter Verwendung der Drosselklappenformel berechneten Drosselklappenöffnung eine Solldrosselklappenöffnung und steuert die Betätigung bzw. den Betrieb der Drosselklappe entsprechend der Solldrosselklappenöffnung. Wenn alle vorgegebenen Verringerungsbedingungen erfüllt sind, verarbeitet die Steuervorrichtung ein Signal der Drosselklappenöffnung, das unter Verwendung der Drosselklappenformel berechnet wurde, verringert deren Änderungsgeschwindigkeit und bestimmt die Drosselklappenöffnung, deren Änderungsgeschwindigkeit verringert wurde, als Solldrosselklappenöffnung. Die Verringerungsbedingungen umfassen, dass ein Wert des Druckverhältnisses des jeweils bestimmten stromaufwärtigen Drucks der Drosselklappe und des stromabwärtigen Drucks der Drosselklappe nahe 1 ist, genauer gesagt, dass die Größe einer Abweichung eines Wertes des Druckverhältnisses bezüglich „1” nicht größer ist, als ein vorgegebener Wert. Das bedeutet, die Steuervorrichtung unterdrückt beabsichtigt eine Änderung der Drosselklappenöffnung in einem Bereich, in welchem ein Wert des Ausdrucks des Druckverhältnisses der Drosselklappenformel sich bezüglich einer sehr geringen Änderung des Druckverhältnisses scharf ändert. Hierdurch wird das Nachlaufen bzw. Pendeln (hunting) der Drosselklappe in einem Bereich, in welchem der stromaufwärtige Druck der Drosselklappe und der stromabwärtige Druck der Drosselklappe im Wesentlichen gleich zueinander werden, verhindert. Wenn dagegen die Verringerungsbedingungen nicht erfüllt sind, wird die Drosselklappenöffnung, die unter Verwendung der Drosselklappenformel berechnet wurde, direkt als Solldrosselklappenöffnung bestimmt. Genauer gesagt wird, in einem Bereich, in dem kaum ein Pendeln der Drosselklappe auftritt, die beabsichtigte Unterdrückung der Änderung der Drosselklappenöffnung nicht ausgeführt. Hierdurch kann, durch eine geeignete Steuerung der Drosselklappenöffnung, die Realisierungsgenauigkeit der Sollansaugluftmenge hoch gehalten werden.
Die vorstehend genannten Verringerungsbedingungen können weiter umfassen, dass ein Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge pro vorgegebener Zeit nicht mehr ist, als ein vorgegebener Wert. Genauer gesagt kann, selbst wenn der Wert des vorstehend genannten Druckverhältnisses nahe 1 ist, wenn sich die Sollansaugluftmenge scharf verändert, die Drosselklappenöffnung, die unter Verwendung der Drosselklappenformel berechnet wurde, direkt als Solldrosselklappenöffnung bestimmt werden. Wenn sich die Sollansaugluftmenge scharf ändert, ändert sich auch die Solldrosselklappenöffnung, entsprechend dieser Änderung, scharf in eine Richtung. Somit tritt in diesem Fall, selbst wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung nicht verringert wird, kaum ein Pendeln der Drosselklappe auf. Ferner wird die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung nicht verringert, wodurch die Sollansaugluftmenge, die sich scharf bzw. deutlich verändert, mit ausgezeichneter Präzision realisiert werden kann.
Als ein Mittel zur Verringerung der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung kann ein Tiefpassfilter verwendet werden. Durch Verarbeiten eines Signals, das unter Verwendung der Drosselklappenformel berechnet wurde, mit einem Tiefpassfilter kann die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung verringert werden. Ferner kann, durch Regeln der Zeitkonstante des Tiefpassfilters der Grad der Verringerung der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung geändert werden. Wenn die Kompatibilität der Vermeidung des Pendelns der Drosselklappe und der Realisierungsgenauigkeit der Sollansaugluftmenge angestrebt wird, wird die Zeitkonstante des Tiefpassfilters kleiner eingestellt, je größer der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge pro vorgegebener Zeit ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Funktionsschaubild eines Modells zur Berechnung der Drosselklappenöffnung, das bei einer Steuervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt;
2 zeigt eine Darstellung zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zeitkonstante eines Tiefpassfilters bei dem Modell zur Berechnung der Drosselklappenöffnung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Darstellung zum Erläutern eines Effektes durch die Steuervorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 zeigt eine Darstellung einer Beziehung, die zwischen einem Ausdruck des Druckverhältnisses ϕ und einem Druckverhältnis P_m/P_ac der Drosselklappenformel eingestellt wird.
Beschreibung der Ausführungsform
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf die Zeichnung beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung findet Anwendung bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader. Eine Verbrennungskraftmaschine, auf welche die Steuervorrichtung angewandt wird, ist ein Viertaktmotor, der ein Moment durch Regeln einer Ansaugluftmenge mit einer Drosselklappe steuern kann. Ein Turbolader, der in der Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist, ist ein Turbolader, der einen Kompressor, der in einer Ansaugleitung angeordnet ist, durch Rotation einer Turbine, die in einer Abgasleitung angeordnet ist, antreibt.
Die Steuervorrichtung wird als eine Funktion einer ECU realisiert, die in der Verbrennungskraftmaschine enthalten ist. Genauer gesagt wird, durch eine CPU, ein in einem Speicher hinterlegtes Programm ausgeführt, weshalb die ECU als Steuervorrichtung fungiert. Wenn die ECU als Steuervorrichtung fungiert, berechnet die ECU eine Solldrosselklappenöffnung zum Realisieren bzw. Erreichen einer Sollansaugluftmenge unter Verwendung eines programmierten Berechnungsmodells und steuert den Betrieb der Drosselklappe entsprechend der Solldrosselklappenöffnung.
1 ist ein Funktionsschaubild, das ein Modell zur Berechnung der Drosselklappenöffnung zeigt, das bei der vorliegenden Ausführungsform zur Anwendung kommt. Das Modell zur Berechnung der Drosselklappenöffnung hat ein inverses Modell eines Einlassventils M1, ein inverses Modell einer Ansaugleitung M2, ein inverses Modell einer Drosselklappe M3 und ein Modell eines Ansaugsystems M4 als Untermodelle. Das Modell zur Berechnung der Drosselklappenöffnung hat ferner einen Tiefpassfilter LPF und einen Schalter SW. Nachfolgend wird der Inhalt eines jeden Elements, das in dem Modell zur Berechnung der Drosselklappenöffnung der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, beschrieben. Von einem jeden Element sind die Inhalte der Untermodelle M1, M2, M3 und M4 bekannt, so dass hier nur deren Grundzüge dargestellt werden.
Das inverse Modell des Einlassventils M1 ist ein auf einem Experiment basierendes Modell, in welchem eine Beziehung einer Ansaugluftmenge und eines Ansaugleitungsdrucks erforscht wurde. Durch eine empirische Regel, die durch das Experiment erhalten wird, wird die Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge und dem Ansaugleitungsdruck durch eine gerade Linie im inversen Model des Einlassventils M1 angenähert. Durch Einsetzen einer Sollansaugluftmenge KLT in das inverse Model des Einlassventils M1 wird ein Ansaugleitungsdruck P_mtT zur Realisierung berechnet.
Das inverse Modell der Ansaugleitung M2 ist ein physikalisches Modell, das basierend auf dem Erhaltungssatz der Luft in der Ansaugleitung konstruiert wurde, genauer gesagt dem Energieerhaltungssatz und dem Strömungsratenerhaltungssatz. In dem inversen Modell der Ansaugleitung M2 wird die Beziehung der Strömungsrate der Luft, die durch die Drosselklappe strömt, und dem Ansaugleitungsdruck durch eine mathematische Formel ausgedrückt. Durch Einsetzten eines Differentialdrucks ΔP_mT zwischen dem Ansaugleitungsdruck P_mtT, der als Ziel dient, und einem vorliegenden, geschätzten bzw. ermittelten Ansaugleitungsdruck P_mA in das inverse Modell der Ansaugleitung M2 wird eine Drosselklappenströmungsrate m_tT zur Realisierung berechnet.
Das inverse Modell der Drosselklappe M3 ist ein Berechnungsmodell, das eine Beziehung der Drosselklappen-Durchflussströmungsrate und der Drosselklappenöffnung durch eine mathematische Formel ausdrückt. Genauer gesagt wird die vorstehend angeführte Formel (2), d. h. die Drosselklappenformel bzw. Drosselungsformel als inverses Modell der Drosselklappe M3 verwendet. Das Druckverhältnis P_m/P_ac, das ein Parameter der Formel (2) ist, ist das Verhältnis des Ladedrucks P_ac, der einen Druck stromaufwärts der Drossel darstellt, und eines Ansaugleitungsdrucks P_m, der einen Druck stromabwärts der Drossel darstellt. Der Ladedruck P_ac und der Ansaugleitungsdruck P_m, die zur Berechnung des Druckverhältnisses P_m/P_ac verwendet werden, können gerade gemessene Wert oder mittels Modellen berechnete Werte sein. Im inversen Modell der Drosselklappe M3 wird die Drosselklappen-Durchflussströmungsrate m_tT, die ein Ziel ist, eingesetzt, und es wird der Wert des Druckverhältnisses P_m/P_ac, der ein Parameter ist, eingesetzt, wodurch eine Drosselklappenöffnung TA zum Realisieren der Drosselklappen-Durchflussströmungsrate m_tT berechnet wird.
Das Modell des Ansaugsystems M4 ist ein Berechnungsmodell, das durch Integrieren entsprechender Vorwärtsmodelle des vorstehend genannten inversen Modells der Ansaugleitung M2 und des inversen Modells der Drosselklappe M3 erhalten wird. Durch Einsetzen einer Drosselklappenöffnung TAT, die ein Zielwert bzw. Ziel ist, in das Modell des Ansaugsystems M4 wird ein Schätzwert des Ansaugleitungsdrucks P_mA, der durch die Solldrosselklappenöffnung TAT realisiert wird, berechnet. Der geschätzte Ansaugleitungsdruck P_mA, der mit dem Modell des Ansaugsystems M4 berechnet wird, wird zur Berechnung des Differentialdrucks ΔP_mT aus dem Ansaugleitungsdruck P_mtT verwendet, der mit dem inversen Modell des Einlassventils M1 berechnet wird.
Der Tiefpassfilter LPF und der Schalter SW werden dazu verwendet, um die Solldrosselklappenöffnung TAT zu bestimmen. Ein Signal der Drosselklappenöffnung TA, das von dem inversen Modell der Drosselklappe M3 ausgegeben wird, wird in zwei Signale verdoppelt, und eines der Signale der Drosselklappenöffnung TA wird durch den Tiefpassfilter LPF geschickt und danach in den Schalter SW eingegeben. Das andere Signal der Drosselklappenöffnung TA wird direkt in den Schalter SW eingegeben. Der Tiefpassfilter LPF ist beispielsweise ein Verzögerungsfilter erster Ordnung und dient zum Verringern der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA. Der Schalter SW wählt eines der eingegebenen Signale der Drosselklappenöffnung TA, d. h. die Drosselklappenöffnung TA, deren Änderungsgeschwindigkeit verringert wurde, oder die original Drosselklappenöffnung TA. Dann wird die Drosselklappenöffnung TA, die durch den Schalter SW gewählt wurde, als endgültige Solldrosselklappenöffnung TAT bestimmt.
Der Schalter SW ist derart ausgebildet, um die Signale basierend auf dem vorstehend genannten Druckverhältnis P_m/P_ac zu schalten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, je nachdem, ob die Größe der Abweichung des Wertes der Druckverhältnisses P_m/P_ac bezüglich „1” nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist (z. B. 0,05), bestimmt, ob der augenblickliche Bereich der Bereich ist, in welchem sich der Wert des Ausdrucks des Druckverhältnisses ϕ der Formel (2) deutlich bezüglich einer sehr geringen Veränderung des Druckverhältnisses P_m/P_ac verändert. Wenn die Größe der Abweichung des Wertes der Druckverhältnisses P_m/P_ac bezüglich „1” nicht mehr als der vorgegebene Wert ist, wählt der Schalter SW die Drosselklappenöffnung TA, die vom Tiefpassfilter LPF verarbeitet wurde, und bestimmt diese als endgültige Solldrosselklappenöffnung TAT. Wenn dagegen die Größe der Abweichung des Wertes der Druckverhältnisses P_m/P_ac bezüglich „1” den vorgegebenen Wert übersteigt, wählt der Schalter SW die ursprüngliche bzw. original Drosselklappenöffnung TA, die vom inversen Modell der Drosselklappe M3 ausgegeben wurde, und bestimmt diese als endgültige Solldrosselklappenöffnung TAT.
Der Tiefpassfilter LPF ist derart ausgestaltet, dass eine Zeitkonstante desselben verändert werden kann. 2 zeigt ein Schaubild zum Erläutern eines Verfahrens zum Bestimmen der Zeitkonstante des Tiefpassfilters LPF. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Zeitkonstante gemäß einem Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit (z. B. einem Zeitschritt bzw. -takt der Steuervorrichtung) geändert. Genauer gesagt wird, je größer der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit wird, die Zeitkonstante des Tiefpassfilters LPF um so kleiner eingestellt. Die Änderungsgeschwindigkeit des Signals der Drosselklappenöffnung TA wird durch den Tiefpassfilter LPF verringert, und der Grad der Verringerung wird durch den Wert der Zeitkonstante bestimmt. Wenn die Zeitkonstante des Tiefpassfilters LPF groß ist, wird die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA deutlich verringert. Wenn dagegen die Zeitkonstante des Tiefpassfilters LPF gering ist, wird die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA nur in geringem Ausmaß verringert. Obgleich dies nicht in 2 dargestellt ist, ist der Wert der Zeitkonstante in dem Bereich, in welchem der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit einen gewissen Grenzwert übersteigt, auf Null festgesetzt. Genauer gesagt wird, wenn sich die Sollansaugluftmenge KLT deutlich bis zu einem gewissen Grad verändert, die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA nicht verringert.
Gemäß der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann das Steuerergebnis, das durch den Graph in 3 dargestellt ist, erzielt werden. In dem obersten Teil bzw. Graph des Schaubildes aus 3 sind entsprechende Änderungen der Sollansaugluftmenge KLT und der tatsächlichen Ansaugluftmenge KLA über die Zeit dargestellt. In dem darunter liegenden zweiten Graph ist die Änderung des Ladedrucks P_ac, der einen Druck stromaufwärts der Drosselklappe darstellt, über die Zeit gezeigt. In dem sich darunter befindlichen dritten Graph sind entsprechende Änderungen des Sollansaugleitungsdrucks P_mtT und des geschätzten Ansaugleitungsdrucks P_mA über die Zeit dargestellt. In dem untersten Graph sind die entsprechenden Änderungen der Drosselklappenöffnung TA, die mit dem inversen Modell der Drosselklappe M3 berechnet wird, und der endgültigen Solldrosselklappenöffnung TAT über die Zeit dargestellt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist fängt, wenn die Drossel geöffnet wird und der Ladedruck P_ac ansteigt, der Wert der Drosselklappenöffnung TA, der mit dem inversen Modell der Drosselklappe M3 berechnet wird, an zu schwingen bzw. oszillieren. Dies liegt darin begründet, dass der Wert des Ausdrucks des Druckverhältnisses ϕ aus Formel (2) sich aufgrund des Einflusses eines Sensorrauschens oder dergleichen scharf bzw. deutlich hinsichtlich einer sehr kleinen Änderung des Druckverhältnisses P_m/P_ac verändert. Mit der Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform jedoch wird der Schalter SW in einem solchen Bereich geschalten, um die Drosselklappenöffnung TA, deren Änderungsgeschwindigkeit durch den Tiefpassfilter LPF verringert wurde, als Solldrosselklappenöffnung TAT zu verwenden. Hierdurch kann die Änderung der Drosselklappenöffnung bewusst unterdrückt werden, und das Auftreten eines Pendelns oder Schwingens wird verhindert.
In dem Bereich, in welchem der Wert des Ausdrucks des Druckverhältnisses ϕ hinsichtlich einer sehr kleinen Änderung des Druckverhältnisses P_m/P_ac nicht groß ist, wird die original Drosselklappenöffnung TA, die nicht durch den Tiefpassfilter LPF verarbeitet wurde, direkt als Solldrosselklappenöffnung TAT verwendet. Genauer gesagt wird, in dem Bereich, in dem das Pendeln bzw. Nachlaufen der Drosselklappe kaum auftritt, die beabsichtigte bzw. bewusste Unterdrückung der Änderung der Drosselklappenöffnung nicht ausgeführt. Daher kann die Sollansaugluftmenge KLT mit ausgezeichneter Genauigkeit mit einer geeigneten Steuerung der Drosselklappenöffnung realisiert bzw. erzielt werden.
Überdies wird, bei der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Zeitkonstante des Tiefpassfilters LPF umso kleiner eingestellt, je größer der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit ist. Hierdurch wird, selbst wenn der Wert des Druckverhältnisses P_m/P_ac nahe 1 ist, wenn die Sollansaugluftmenge KLT sich scharf bzw. deutlich (sharply) verändert, der Grad der Verringerung der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA gering. Wenn sich die Sollansaugluftmenge KLT scharf ändert, ändert sich auch die Drosselklappenöffnung TA scharf in eine Richtung entsprechend dieser Änderung. Dementsprechend tritt kaum ein Pendeln der Drosselklappe auf, selbst wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA nicht verringert wird. Dadurch, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA nicht verringert wird, kann die Sollansaugluftmenge KLT, die sich scharf ändert, mit exzellenter Präzision realisiert werden. Genauer gesagt wird die Zeitkonstante des Tiefpassfilters LPF entsprechend dem Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit bestimmt, wodurch die Kompatibilität der Verhinderung des Pendelns der Drosselklappe und der Genauigkeit der Realisierung der Sollansaugluftmenge KLT realisiert werden.
Vorstehend wurde die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleichwohl ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und kann verschiedentlich in diesem Bereich ohne Abweichung vom Kern der Erfindung modifiziert werden. Beispielsweise wird bei der vorstehenden Ausführungsform der Tiefpassfilter als Mittel zum Verringern der Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA verwendet, wobei jedoch auch eine so genannte Moderationsverarbeitung verwendet werden kann. Als ein Beispiel dieser Moderationsverarbeitung kann der gewichtete Mittelwert genannt werden.
Zudem kann die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselklappenöffnung TA durch Multiplizieren des Änderungsbetrages der Drosselklappenöffnung TA, der in dem inversen Modell der Drosselklappe M3 berechnet wird, mit einer konstanten Verstärkung verringert werden. Die Größe bzw. das Ausmaß der Verstärkung in diesem Fall wird vorzugsweise entsprechend dem Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit verändert. Genauer gesagt wird, je größer der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit ist, der Wert der Verstärkung um so näher an 1 gebracht. In dem Bereich, in welchem der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge KLT pro Zeiteinheit einen gewissen Grenzwert übersteigt, kann der Wert der Verstärkung zudem auf 1 festgelegt werden.
Zudem kann die Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader, bei welcher die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, eine Verbrennungskraftmaschine mit einem mechanischen Turbolader sein, der vermittels der Antriebskraft, die von der Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine abgegriffen wird, einen Kompressor antreibt, der in der Ansaugleitung angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

M1

inverses Modell eines Einlassventils

M2

inverses Modell einer Ansaugleitung

M3

inverses Modell einer Drosselklappe

M4

Model eines Ansaugsystems

SW

Schalter

LPF

Tiefpassfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-205194 [0003]
JP 2007-205194 A [0006]
JP 2006-274993 A [0006]
JP 2005-188355 A [0006]

Claims

Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader, die aufweist: eine Ansaugleitung, die von Außen angesaugte Luft in einen Zylinder einbringt, einen Kompressor, der in der Ansaugleitung angeordnet ist, eine Drosselklappe, die in der Ansaugleitung stromabwärts vom Kompressor angeordnet ist, und ein Einlassventil, das in einem Verbindungsabschnitt der Ansaugleitung und des Zylinders angeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung aufweist: ein Berechnungsmittel für eine Drosselklappen-Durchflussströmungsrate, das eine Drosselklappen-Durchflussströmungsrate berechnet, die notwendig ist, um eine Sollansaugluftmenge zu realisieren; ein Bestimmungsmittel für einen stromaufwärtigen Druck der Drosselklappe, das einen stromaufwärtigen Druck der Drosselklappe bestimmt, der einen Druck der Luft in der Ansaugleitung vom Kompressor zur Drosselklappe darstellt; ein Bestimmungsmittel für einen stromabwärtigen Druck der Drosselklappe, das einen stromabwärtigen Druck der Drosselklappe bestimmt, der einen Druck der Luft in der Ansaugleitung von der Drosselklappe zum Einlassventil darstellt; ein Berechnungsmittel für eine Drosselklappenöffnung, das, unter Verwendung einer Drosselklappenformel mit einem Verhältnis des stromaufwärtigen Drucks der Drosselklappe und des stromabwärtigen Drucks der Drosselklappe als Parameter, eine Drosselklappenöffnung berechnet, die notwendig ist, um die Drosselklappen-Durchflussströmungsrate zu realisieren; ein Verringerungsmittel für eine Änderungsgeschwindigkeit, das ein Signal der Drosselklappenöffnung verarbeitet, die durch das Berechnungsmittel für eine Drosselklappenöffnung berechnet wurde, und die Änderungsgeschwindigkeit derselben verringert; ein Bestimmungsmittel für eine Solldrosselklappenöffnung, das die Drosselklappenöffnung, deren Änderungsgeschwindigkeit durch das Verringerungsmittel für die Änderungsgeschwindigkeit verringert wurde, als Solldrosselklappenöffnung bestimmt, wenn alle vorgegebenen Verringerungsbedingungen erfüllt sind, und das die Drosselklappenöffnung, die durch das Berechnungsmittel für eine Drosselklappenöffnung berechnet wurde, als Solldrosselklappenöffnung bestimmt, wenn die Verringerungsbedingungen nicht erfüllt sind; und ein Steuermittel für die Drosselklappe, das eine Betätigung der Drosselklappe gemäß der Solldrosselklappenöffnung steuert, wobei die Verringerungsbedingungen umfassen, dass die Größe einer Abweichung eines Wertes des Druckverhältnisses bezüglich 1 nicht größer ist, als ein vorgegebener Wert.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Verringerungsbedingungen weiter umfassen, dass ein Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge pro vorgegebener Zeit nicht mehr ist, als ein vorgegebener Wert.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Turbolader nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Verringerungsmittel für die Änderungsgeschwindigkeit ein Signal der Drosselklappenöffnung verarbeitet, das durch das Berechnungsmittel für eine Drosselklappenöffnung mittels eines Tiefpassfilters berechnet wurde, und eine Zeitkonstante des Tiefpassfilters kleiner einstellt, je größer der Änderungsbetrag der Sollansaugluftmenge pro vorgegebener Zeit ist.