DE112013007133B9

DE112013007133B9 - Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor mit Turbolader

Info

Publication number: DE112013007133B9
Application number: DE112013007133.9T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Saito; Noriyasu Adachi; Satoru Tanaka; Satoshi Yoshizaki; Ryutaro Moriguchi; Yosuke Matsumoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: US9903285B2; DE112013007133B4; KR20160013203A; CN105308294A; KR101779281B1; US20160123246A1; JPWO2014196004A1; JP6075450B2; WO2014196004A1; CN105308294B; DE112013007133T5

Abstract

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, die ein erstes Stellglied (2, 8; 2, 8, 10), das eine in einen Zylinder gesaugte Luftmenge ändert, ein zweites Stellglied (4), das Kraftstoff in einen Zylinder liefert, und ein drittes Stellglied (6), das eine Luft-Kraftstoff-Mischung in einem Zylinder entzündet, aufweist und die so gestaltet ist, dass sie in der Lage ist, auszuwählen zwischen einem Betrieb, in dem eine erste Luftzahl als Soll-Luftzahl übernommen wird, und einem Betrieb, in dem eine zweite Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die erste Luftzahl, als Soll-Luftzahl übernommen wird, wobei die Steuervorrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Empfangen einer Drehmomentforderung (101), um ein gefordertes Drehmoment zu empfangen;
eine Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Luftmenge (162; 182), um eine Soll-Luftmenge zum Erreichen des geforderten Drehmoments auf Basis einer virtuellen Luftzahl, die ein Parameter ist, der eine Effizienz der Umwandlung einer Luftmenge in ein Drehmoment angibt, und zum Berechnen der Soll-Luftmenge verwendet wird, aus dem geforderten Drehmoment rückzuberechnen;
eine Einrichtung zum Ändern einer virtuellen Luftzahl (404), um ansprechend auf die Erfüllung einer Bedingung zum Umschalten des Betriebsmodus von einem Betrieb gemäß der ersten Luftzahl in einen Betrieb gemäß der zweiten Luftzahl die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl zu ändern;
eine Einrichtung zum Umschalten der Soll-Luftzahl (406, 408), um nach einer Änderung der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf eine dritte Luftzahl umzuschalten, die eine Luftzahl zwischen der ersten Luftzahl und der zweiten Luftzahl ist, und um die Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umzuschalten.
eine Einrichtung zum Steuern eines ersten Stellglieds (164, 166, 178; 166, 178, 184, 186), um einen Betätigungsumfang des ersten Stellglieds (2, 8; 2, 8, 10) auf Basis der Soll-Luftmenge zu bestimmen und das erste Stellglied (2, 8; 2, 8, 10) gemäß dem Betätigungsumfang zu betätigen;
eine Einrichtung zum Steuern eines zweiten Stellglieds (174, 176), um eine Kraftstoffzufuhrmenge auf Basis der Soll-Luftzahl zu bestimmen und das zweite Stellglied (4) gemäß der Kraftstoffzufuhrmenge zu betätigen; und
eine Einrichtung zum Steuern eines dritten Stellglieds (168, 170, 172), um einen Zündzeitpunkt zum Erreichen des geforderten Drehmoments auf Basis des geforderten Drehmoments und eines Drehmoments, das auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds (2, 8; 2, 8, 10) und der Soll-Luftzahl geschätzt wird, zu bestimmen und um das dritte Stellglied (6) gemäß dem Zündzeitpunkt zu betätigen;
wobei die Einrichtung zum Umschalten der Soll-Luftzahl (406, 408) dafür ausgelegt ist:
die Soll-Luftzahl in einem Zeitraum von einer Zeit, zu der die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl geändert wird, bis zu einer Zeit, zu der der Zündzeitpunkt bei einer Verzögerungsgrenze ankommt, bei der ersten Luftzahl zu halten;
die Soll-Luftzahl ansprechend darauf, dass der Zündzeitpunkt bei der Verzögerungsgrenze ankommt, auf die dritte Luftzahl umzuschalten; und
nach dem Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl die Soll-Luftzahl ansprechend darauf, dass ein Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und einer Luftmenge, die auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds bestimmt wird, auf oder unter einen Schwellenwert sinkt, von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umzuschalten.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die eine integrierte Steuerung einer Luftmenge, einer Kraftstoffzufuhrmenge und eines Zündzeitpunkts eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader durchführt, der so gestaltet ist, dass er eine Luft-Kraftstoff-Gemischzusammensetzung bzw. eine Luftzahl, die für den Betrieb verwendet wird, zwischen mindestens zwei Soll-Luftzahlen umschalten kann.
Allgemeiner Stand der Technik
In der JP 11-22609 A wird eine Technik (im Folgenden als „Stand der Technik“ bezeichnet“) offenbart, die eine Steuerung zum Umschalten eines Verbrennungssystems in einem Verbrennungsmotor betrifft, bei dem das Verbrennungssystem des Verbrennungsmotors von geschichteter Verbrennung auf homogene Verbrennung oder von homogener Verbrennung auf geschichtete Verbrennung umgeschaltet werden kann. Da eine Luft/Kraftstoff-Gemischzusammensetzung während einer geschichteten Verbrennung magerer ist als eine Luft/Kraftstoff-Gemischzusammensetzung während einer homogenen Verbrennung, geht das Umschalten der Luftzahl mit dem Umschalten des Verbrennungssystems einher. Bekannte Verfahren zum Umschalten einer Luftzahl beinhalten ein Verfahren, das die Luftzahl allmählich ändert, so dass kein Unterschied eines Drehmomentpegels entsteht. Jedoch besteht gemäß dem genannten bekannten Verfahren trotz einer Verringerung eines Unterschieds im Drehmomentpegel das Problem, dass das gewünschte Drehmoment nicht erhalten werden kann, und weil eine Luftzahl verwendet wird, die ursprünglich nicht angestrebt worden ist, besteht eine Verschlechterung bei den Emissionen. Der oben genannte Stand der Technik wurde als Lösung für diese Probleme vorgeschlagen.
Gemäß dem oben genannten Stand der Technik wird zu einer Zeit, wo von homogener Verbrennung auf geschichtete Verbrennung umgeschaltet wird, nur die Soll-Luftmenge in einem Schritt umgeschaltet, bevor das Soll-Äquivalenzverhältnis in einem Schritt umgeschaltet wird. Genauer wird nur die Soll-Luftmenge in einem Schritt erhöht, um die Luftmenge vorab zu erhöhen, und ein Soll-Äquivalenzverhältnis wird zu einer Zeit, zu der die tatsächliche Luftmenge die Soll-Luftmenge erreicht, in einem Schritt verkleinert. Das heißt, während eines Zeitraums, in dem die Luftmenge mit einer Verzögerung in Bezug auf die Soll-Luftmenge erhöht wird, wird das Soll-Äquivalenzverhältnis bei dem Verhältnis gehalten, das vor dem Umschalten des Verbrennungssystems verwendet wird. Wenn die Kraftstoffmenge auf Basis des Soll-Äquivalenzverhältnisses festgelegt wird, bevor das Verbrennungssystem umgeschaltet wird, beinhaltet die Kraftstoffmenge jedoch einen Überschuss in Bezug auf eine Menge, die nötig ist, um das Drehmoment bei einem konstanten Wert zu halten. Daher wird im oben genannten Stand der Technik eine Erhöhung des Drehmoments vor dem Umschalten des Verbrennungssystems durch Ausgleichen des Überschusses der Kraftstoffmenge mit der Verzögerung des Zündzeitpunkts vermieden.
Jedoch geht mit einer Verzögerung des Zündzeitpunkts die Möglichkeit einer Fehlzündung einher. Eine Fehlzündung führt zu einer Verschlechterung des Fahrverhaltens und einer Verschlechterung der Abgaswerte. Obwohl eine Fehlzündung durch Einstellen von Beschränkungen für die Verzögerung des Zündzeitpunkts verhindert werden kann, kann eine Drehmomenterhöhung, die durch einen Kraftstoffüberschuss bewirkt wird, nicht vermieden werden, wenn einfach die Verzögerung des Zündzeitpunkts beschränkt wird. Ferner bewirkt in einem Fall, wo der Verbrennungsmotor, der ein Steuerungsobjekt ist, ein Verbrennungsmotor mit einem Turbolader ist, die Verzögerung des Zündzeitpunkts eine Erhöhung der Abgasenergie, erhöht die Turbinendrehzahl und bewirkt einen raschen Anstieg der Ansaugluftmenge. Infolgedessen braucht es in einem Fall, wo einfach eine Verzögerung des Zündzeitpunkts beschränkt wird, aufgrund des Einflusses eines Turbolochs Zeit, bis die Luftmenge die Soll-Luftmenge erreicht, und daher besteht die Besorgnis, dass es nicht möglich ist, die Luftzahl schnell umzuschalten.
Aus der nachveröffentlichten DE 11 2013 007 079 T5 ist eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Umschaltvorgang des Verbrennungsmotors zwischen einem Betriebsmodus mit einer ersten Luftzahl und einem mageren Betriebsmodus mit einer zweiten Luftzahl bekannt. Der Umschaltvorgang wird durch eine Einrichtung zum Umschalten einer Soll-Luftzahl unter Verwendung einer virtuellen Luftzahl gesteuert, wobei die virtuelle Luftzahl ansprechend auf das Sinken einer Drehmomentforderung von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird.
Zudem offenbart die nachveröffentlichte DE 11 2013 007 108 T5 eine Steuervorrichtung eines Verbrennungsmotors zur Steuerung eines Umschaltvorgangs des Verbrennungsmotors zwischen einem Betriebsmodus mit einer ersten Luftzahl und einem mageren Betriebsmodus mit einer zweiten Luftzahl.
Auch aus der DE 698 28 847 T2 sowie der DE 101 07 160 A1 ist die Umschaltung des Betriebsmodus eines Verbrennungsmotors zwischen einer homogenen und einer geschichteten Verbrennung bzw. zwischen einer stöchiometrischen und einer mageren Verbrennung unter Einbeziehung einer virtuellen Luftzahl bekannt.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben beschriebenen Problems gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verbrennungsmotor, der so gestaltet ist, dass er eine Luftzahl, die einem Betrieb zugrunde liegt, zwischen mindestens zwei Soll-Luftzahlen umschalten kann, um in einem Fall, wo eine Bedingung zum Umschalten der Luftzahl erfüllt ist, die Luftzahl mit vorteilhafter Ansprechbarkeit umzuschalten, ohne Schwankungen des Drehmoments zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung kann auf die Gestaltung einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader angewendet werden. Im Folgenden wird ein Überblick über eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben. Aus dem Inhalt der nachstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung wird sich jedoch ergeben, dass die vorliegende Erfindung auf Abläufe eines Verfahrens zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader und auch auf einen Algorithmus oder ein Programm angewendet werden kann, der bzw. das durch eine Steuervorrichtung ausgeführt wird.
Eine Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist drei Arten von Stellgliedern auf. Ein Steuerungsobjekt der Steuervorrichtung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, der so gestaltet ist, dass er in der Lage ist zu wählen zwischen einem Betrieb, in dem eine erste Luftzahl als Soll-Luftzahl übernommen wird, und einem Betrieb, in dem eine zweite Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als Soll-Luftzahl, übernommen wird. Die drei Arten von Stellgliedern sind ein erstes Stellglied, das eine Luftmenge ändert, ein zweites Stellglied, das Kraftstoff in einen Zylinder liefert und ein drittes Stellglied, das ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder entzündet. Das erste Stellglied beinhaltet zum Beispiel eine Drossel und eine variable Ventilsteuervorrichtung, die eine Steuerzeit eines Ansaugventils variiert. In einem Fall, wo der Turbolader mit einem Laderkennwerte variierenden Stellglied ausgestattet ist, das seine Laderkennwerte variiert, genauer mit einer variablen Düse oder einem Wastegateventil oder dergleichen, können solche Komponenten auch als im ersten Stellglied liegend kategorisiert werden. Das zweite Stellglied ist konkret ein Injektor, der Kraftstoff einspritzt. Zum Beispiel werden ein Rohrinjektor, der Kraftstoff in ein Ansaugrohr spritzt, und ein Zylinderinjektor, der Kraftstoff direkt in einen Zylinder spritzt, als zweites Stellglied kategorisiert. Das dritte Stellglied ist konkret eine Einspritzvorrichtung. Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung führt eine integrierte Steuerung einer Luftmenge, einer Kraftstoffzufuhrmenge und eines Zündzeitpunkts eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader mittels koordinierter Betätigungen dieser drei Arten von Stellgliedern durch.
Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Computer ausgeführt sein. Genauer kann die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem Computer bestehen, der ausgestattet ist mit einem Speicher, in dem ein Programm gespeichert ist, das eine Verarbeitung zur Verwirklichung verschiedener Funktionen beschreibt, und mit einem Prozessor, der das Programm aus dem Speicher ausliest und das Programm ausführt. Funktionen, mit denen die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, beinhalten als Funktionen zur Bestimmung einer Soll-Luftmenge und einer Soll-Luftzahl, die in koordinierten Betätigungen der oben beschriebenen drei Arten von Stellgliedern verwendet werden sollen, eine Funktion zum Empfangen eines geforderten Drehmoments, eine Funktion zum Umschalten einer Soll-Luftzahl, eine Funktion zum Berechnen einer Soll-Luftmenge und eine Funktion zum Ändern einer virtuellen Luftzahl.
Gemäß der Funktion zum Empfangen eines geforderten Drehmoments wird eine Drehmomentforderung in Bezug auf den Verbrennungsmotor empfangen. Das geforderte Drehmoment wird auf Basis eines Signals berechnet, das auf den Öffnungsgrad eines Gaspedals anspricht, welches vom Fahrer betätigt wird. In einem Fall, wo der Fahrer eine Verlangsamungsforderung in Bezug auf den Verbrennungsmotor ausgibt, wird ein gefordertes Drehmoments ermittelt, das gemäß der Geschwindigkeit sinkt, mit welcher der Fahrer das Gaspedal freigibt. In einem Fall, wo der Fahrer eine Beschleunigungsforderung in Bezug auf den Verbrennungsmotor ausgibt, wird ein gefordertes Drehmoments ermittelt, die gemäß der Geschwindigkeit steigt, mit welcher der Fahrer das Gaspedal niederdrückt.
Gemäß der Funktion zum Berechnen der Soll-Luftmenge wird eine Soll-Luftmenge, mit der das geforderte Drehmoment erreicht werden kann, aus dem geforderten Drehmoment rückwärts berechnet. Ein Parameter, der eine Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in ein Drehmoment angibt, wird zum Berechnen der Soll-Luftmenge verwendet. Je magerer die Luft-Kraftstoff-Gemischzusammensetzung in Bezug auf die theoretische Luftzahl wird, desto stärker wird das Drehmoment verkleinert, das mit der gleichen Luftmenge erzeugt wird. Daher entspricht ein Parameter, welcher der Luftzahl entspricht, dem Parameter, der die Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in ein Drehmoment angibt. Eine virtuelle Luftzahl ist der Parameter, welcher der Luftzahl entspricht, und ist ein Parameter, der verwendet werden kann, um die Soll-Luftmenge zu berechnen. Ein Wert der virtuellen Luftzahl ist variabel und wird durch die Funktion zum Ändern der virtuellen Luftzahl geändert. Gemäß der Funktion zur Änderung der virtuellen Luftzahl wird ansprechend auf die Erfüllung einer Bedingung zum Umschalten des Betriebsmodus von einem Betrieb gemäß der ersten Luftzahl auf einen Betrieb gemäß der zweiten Luftzahl die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Falls der Wert des geforderten Drehmoments gleich ist, wird die Soll-Luftmenge umso kleiner, je fetter das Gemisch ist, das von der virtuellen Luftzahl angegeben wird, während die Soll-Luftmenge umso größer wird, je magerer das Gemisch ist, das von der virtuellen Luftzahl angegeben wird.
Gemäß der Funktion zum Umschalten der Soll-Luftzahl wird nach dem Umschalten der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf eine dritte Luftzahl umgeschaltet, die eine mittlere Luftzahl zwischen der ersten Luftzahl und der zweiten Luftzahl ist, und wird danach von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Das heißt, die Soll-Luftzahl wird nicht direkt von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet, sondern wird vielmehr vorübergehend auf eine dritte, mittlere Luftzahl umgeschaltet und wird danach von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Man beachte, dass der hierin verwendete Begriff „mittlere Luftzahl“ eine Luftzahl bezeichnet, die ein mageres Gemisch beinhaltet als die erste Luftzahl und ein fetteres Gemisch beinhaltet ist als die zweite Luftzahl, und nicht auf einen Mittelwert zwischen der ersten Luftzahl und der zweiten Luftzahl begrenzt ist.
Genauer wird das Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem der Zündzeitpunkt eine Verzögerungsgrenze erreicht. Somit wird nach einer Änderung der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl gehalten, bis der Zündzeitpunkt die Verzögerungsgrenze erreicht. Nach der Änderung der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl in die dritte Luftzahl wird die Soll-Luftzahl anschließend ansprechend darauf, dass ein Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und einer Luftmenge, die auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds vorausberechnet bzw. geschätzt wird, auf oder unter einen Schwellenwert sinkt, von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet.
Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unterzieht die drei Arten von Stellgliedern koordinierten Betätigungen auf Basis der Soll-Luftmenge und der Soll-Luftzahl, die anhand der oben beschriebenen Verarbeitung bestimmt werden. Funktionen, mit denen die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, beinhalten eine Funktion zum Steuern eines ersten Stellglieds, eine Funktion zum Steuern eines zweiten Stellglieds und eine Funktion zum Steuern eines dritten Stellglieds als Funktionen zur Durchführung koordinierter Betätigungen auf Basis der Soll-Luftmenge und der Soll-Luftzahl.
Gemäß der Funktion zum Steuern des ersten Stellglieds wird ein Betätigungsumfang des ersten Stellglieds auf Basis der Soll-Luftmenge bestimmt. Dann wird eine Betätigung der ersten Stellglieder gemäß dem festgestellten Betätigungsumfang durchgeführt. Die tatsächliche Luftmenge ändert sich, um der Soll-Luftmenge gemäß der Betätigung der ersten Stellglieder zu folgen.
Gemäß der Funktion zum Steuern des zweiten Stellglieds wird eine Kraftstoffzufuhrmenge auf Basis der Soll-Luftzahl bestimmt. Dann wird eine Betätigung des zweiten Stellglieds gemäß der so bestimmten Kraftstoffzufuhrmenge durchgeführt.
Gemäß der Funktion zum Steuern des dritten Stellglieds wird ein Zündzeitpunkt, mit dem das geforderte Drehmoment erreicht werden soll, auf Basis eines Drehmoments, das auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds und der Soll-Luftzahl vorausberechnet bzw. geschätzt wird, und des geforderten Drehmoments bestimmt. Dann wird eine Betätigung des dritten Stellglieds gemäß dem so bestimmten Zündzeitpunkt durchgeführt. Die tatsächliche Luftmenge wird auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds vorausberechnet bzw. geschätzt, und das Drehmoment wird auf Basis der geschätzten Luftmenge und der Soll-Luftzahl vorausberechnet bzw. geschätzt. Die Betätigung des dritten Stellglieds wird so durchgeführt, dass ein Überschuss des geschätzten Drehmoments in Bezug auf das geforderte Drehmoment mittels des Zündzeitpunkts korrigiert wird.
Gemäß den oben beschriebenen Funktionen wird zwar die virtuelle Luftzahl, die verwendet wird, um die Soll-Luftmenge zu berechnen, von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl geändert, aber die Soll-Luftzahl wird bei der ersten Luftzahl gehalten. Infolgedessen liegt das Drehmoment, das mit der Soll-Luftmenge und der Soll-Luftzahl erreicht werden kann, über dem geforderten Drehmoment, und eine Verzögerung des Zündzeitpunkts wird durchführt, um den Drehmomentüberschuss auszugleichen. Ferner wird die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl gehalten, bis der Zündzeitpunkt die Verzögerungsgrenze erreicht. Das heißt, die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verzögert den Zündzeitpunkt bis zur Verzögerungsgrenze. Auf diese Weise steigt die Energie des Abgases und ein Ladungseffekt, der vom Turbolader produziert wird, wird größer, und es ist möglich, die Luftmenge rasch auf die Soll-Luftmenge zu erhöhen. Dadurch, dass die Soll-Luftzahl nicht direkt auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird und stattdessen die Soll-Luftzahl vorübergehend auf die dritte Luftzahl umgeschaltet wird, die eine mittlere Luftzahl ist, die ein fetteres Gemisch beinhaltet als die zweite Luftzahl, kann ferner das Auftreten eines in Bezug auf das geforderte Drehmoment zu niedrigen Drehmoments vermieden werden. Obwohl die Umschaltung der Soll-Luftzahl auf die zweite Luftzahl zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem ein Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der geschätzten Luftmenge auf oder unter einen Schwellenwert gesunken ist, wird danach der Zeitraum bis zur Angleichung der geschätzten Luftmenge an die Soll-Luftmenge durch eine Verbesserung des Ladungseffekts, die durch Verzögern des Zündzeitpunkts bis zur Verzögerungsgrenze erreicht wird, verkürzt. Infolgedessen wird der Zeitraum ab einem Zeitpunkt, zu dem die virtuelle Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Soll-Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, ebenfalls verkürzt. Das heißt, gemäß der Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann in einem Fall, wo eine Bedingung erfüllt ist für die Umschaltung von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die erste Luftzahl, die Luftzahl mit vorteilhafter Ansprechbarkeit umgeschaltet werden, ohne Schwankungen des Drehmoments zu erzeugen.
Man beachte, dass in einer Nicht-Laderegion, in welcher der Turbolader nicht effektiv arbeitet, keine Notwendigkeit besteht, den Zündzeitpunkt bis zur Verzögerungsgrenze zu verzögern, wenn die Luftzahl umgeschaltet wird. In diesem Fall ist es unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchswerte bevorzugt, die Soll-Luftzahl so schnell wie möglich auf die dritte Luftzahl umzuschalten. Genauer wartet die Steuervorrichtung nach einer Änderung der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl, bis eine Luftmenge, die auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds geschätzt wird, eine Luftmenge erreicht, mit der das geforderte Drehmoment mit der dritten Luftzahl erreicht werden kann. Wenn der Soll-Ansaugrohrdruck zu dem Zeitpunkt, zu dem die geschätzte Luftmenge die genannte Luftmenge erreicht, in der Laderregion angekommen ist, wie oben beschrieben ist, wird, nachdem gewartet worden ist, dass der Zündzeitpunkt die Verzögerungsgrenze erreicht, die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet. Falls ein Soll-Ansaugrohrdruck, der auf Basis der Soll-Luftmenge berechnet wird, nicht in der Laderegion angekommen ist, wird die Soll-Luftzahl jedoch sofort von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet, auch wenn der relevante Zeitpunkt vor einem Zeitpunkt liegt, zu dem der Zündzeitpunkt die Verzögerungsgrenze erreicht. Somit kann die Luftzahl mit vorteilhafter Ansprechbarkeit umgeschaltet werden, ohne die Kraftstoffverbrauchswerte in der Nicht-Laderegion zu verschlechtern.
Figurenliste

1 ist ein Blockschema, das die Logik einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Blockschema, das die Logik zum Umschalten eines Betriebsmodus der Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Ablaufschema, das die Logik zum Umschalten einer Soll-Luftzahl der Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Zeitschema, das ein Bild der Ergebnisse einer Steuerung zeigt, die in einer Nicht-Laderegion von der Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
5 ist ein Zeitschema, das ein Bild der Ergebnisse einer Steuerung zeigt, die in einer Laderegion von der Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
6 ist ein Zeitschema, das ein Bild von Ergebnissen einer Steuerung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
7 ist ein Blockschema, das die Logik einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
[Ausführungsform 1]
Im Folgenden wird eine Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein Verbrennungsmotor (im Folgenden als „Motor“ bezeichnet), bei dem es sich um ein Steuerungsobjekt in der vorliegenden Ausführungsform handelt, ist ein fremdgezündeter Viertakt-Kolbenmotor und ist ein Turbomotor, in dem ein Turbolader installiert ist. Ferner ist der Motor ein sogenannter „Magermotor“, der so gestaltet ist, dass er in der Lage ist, einen Motorbetriebsmodus auszuwählen aus einem stöchiometrischen Modus (einem ersten Betriebsmodus), in dem ein Betrieb gemäß einer theoretischen Luftzahl durchgeführt wird, und einem Magermodus (einem zweiten Betriebsmodus), in dem ein Betrieb gemäß einer Luftzahl durchgeführt wird, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die theoretische Luftzahl.
Eine ECU (elektrische Steuereinheit), die in dem Fahrzeug eingebaut ist, steuert den Betrieb des Motors durch Betätigen verschiedener Arten von Stellgliedern, die in dem Motor vorgesehen sind. Die von der ECU betätigten Stellglieder beinhalten eine Drossel und eine variable Ventilsteuervorrichtung (im Folgenden als „VVT“ bezeichnet) als erstes Stellglied, das eine Luftmenge ändert, einen Injektor als zweites Stellglied, das Kraftstoff in einen Zylinder liefert, und eine Zündvorrichtung als drittes Stellglied, das ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Zylinder zündet. Die VVT ist in Bezug auf ein Ansaugventil vorgesehen. Der Injektor ist in einem Ansaugrohr vorgesehen. Die ECU betätigt diese Stellglieder, um den Betrieb des Motors zu steuern. Die Steuerung des Motors durch die ECU beinhaltet das Umschalten des Betriebsmodus vom stöchiometrischen Modus auf den Magermodus oder vom Magermodus auf den stöchiometrischen Modus.
In 1 ist die Logik der ECU gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Blockschema dargestellt. Die ECU beinhaltet eine Motorsteuereinrichtung 100 und einen Antriebsstrang-Manager 200. Die Motorsteuereinrichtung 100 ist eine Steuervorrichtung, die den Motor direkt steuert, und entspricht der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Antriebsstrang-Manager 200 ist eine Steuervorrichtung, die eine integrierte Steuerung des gesamten Antriebssystems durchführt, das den Motor, ein elektronisch gesteuertes automatisches Getriebe und auch Fahrzeugsteuervorrichtungen wie eine VSC und eine TRC beinhaltet. Die Motorsteuereinrichtung 100 ist so gestaltet, dass sie einen Betrieb des Motors auf Basis von Signalen steuert, die vom Antriebsstrang-Manager 200 aus empfangen werden. Die Motorsteuereinrichtung 100 und der Antriebsstrang-Manager 200 sind jeweils durch Software verwirklicht. Genauer werden die jeweiligen Funktionen der Motorsteuereinrichtung 100 und des Antriebsstrang-Managers 200 in der ECU durch Lesen von Programmen, die in einem Speicher gespeichert sind, und Ausführen der Programme unter Verwendung eines Prozessors verwirklicht. Man beachte, dass in einem Fall, wo die ECU mit einem mehrkernigen Prozessor ausgestattet ist, die Motorsteuereinrichtung 100 und der Antriebsstrang-Manager 200 jeweils verschiedenen Kernen oder Kerngruppen zugeordnet sein können.
In dem Block, der den Antriebsstrang-Manager 200 in 1 zeigt, sind von verschiedenen Funktionen, mit denen der Antriebsstrang-Manager 200 ausgestattet ist, einige der Funktionen, welche die Steuerung des Motors betreffen, durch Blöcke dargestellt. Jedem dieser Blöcke ist eine arithmetische Einheit zugeordnet. Ein Programm, das den einzelnen Blöcken entspricht, wird in der ECU erstellt, und die Funktionen der jeweiligen arithmetischen Einheiten werden in der ECU durch Ausführen der Programme unter Verwendung eines Prozessors verwirklicht. Man beachte, dass in einem Fall, wo die ECU mit einem mehrkernigen Prozessor ausgestattet ist, die arithmetischen Einheiten, die den Antriebsstrang-Manager 200 bilden, verteilt und einer Mehrzahl von Kernen zugeordnet sein können.
Eine arithmetische Einheit 202 berechnet ein gefordertes erstes Drehmoment und sendet den berechneten Wert an die Motorsteuereinrichtung 100. In der Zeichnung wird das geforderte erste Drehmoment als „TQ1r“ beschrieben. Das erste Drehmoment ist ein Drehmoment einer Art, die keine hohen Anforderungen an die Ansprechbarkeit des Motors stellt und bei der es ausreicht, wenn sie in der nahen Zukunft verwirklicht wird, und die nicht sofort verwirklicht werden muss. Das geforderte erste Drehmoment ist ein geforderter Wert des ersten Drehmoments, das der Antriebsstrang-Manager 200 vom Motor fordert, und entspricht dem geforderten Drehmoment in der vorliegenden Erfindung. Ein Signal, das dem Zustand des Öffnungsgrads des Gaspedals entspricht und das von einem nicht dargestellten Beschleunigerpositionssensor ausgegeben wird, wird in die arithmetische Einheit 202 eingegeben. Das geforderte erste Drehmoment wird auf Basis des genannten Signals berechnet. Man beachte, dass das geforderte erste Drehmoment ein Wellendrehmoment ist.
Eine arithmetische Einheit 204 berechnet ein gefordertes zweites Drehmoment und sendet den berechneten Wert an die Motorsteuereinrichtung 100. In der Zeichnung wird das geforderte zweite Drehmoment als „TQ2r“ beschrieben. Das zweite Drehmoment ist ein Drehmoment einer Art, deren Dringlichkeit oder Priorität höher ist als die des ersten Drehmoments und die hohe Anforderungen an die Ansprechbarkeit des Motor stellt. Das heißt, das zweite Drehmoment ist von einer Art, die umgehend verwirklicht werden muss. Der hierin verwendete Begriff „Ansprechbarkeit“ bezeichnet die Ansprechbarkeit, wenn das Drehmoment im Zeitverlauf gesenkt wird. Das geforderte zweite Drehmoment ist ein geforderter Wert des zweiten Drehmoments, das der Antriebsstrang-Manager 200 vom Motor fordert. Das geforderte zweite Drehmoment, das von der arithmetischen Einheit 204 berechnet wird, beinhaltet verschiedene Arten von Drehmomenten, die vom Fahrzeugsteuersystem gefordert werden, beispielsweise ein Drehmoment, das für eine Getriebesteuerung des elektronisch gesteuerten automatischen Getriebes gefordert wird, ein Drehmoment, das für eine Traktionssteuerung gefordert wird, und ein Drehmoment, das für eine Steuerung zur Verhinderung eines seitlichen Schlupfes bzw. Schwimmens gefordert wird. Während das erste Drehmoment ein Drehmoment ist, das der Motor stetig über einen längeren Zeitraum erzeugen muss, ist das zweite Drehmoment ein Drehmoment, das der Motor sofort oder während eines kurzen Zeitraums erzeugen muss. Daher gibt die arithmetische Einheit 204 einen gültigen Wert, welcher der Größe eines Drehmoments entspricht, das wunschgemäß verwirklicht werden soll, nur in einem Fall aus, wo tatsächlich ein Ereignis eingetreten ist, das ein solches Drehmoment erfordert, und gibt während eines Zeitraums, in dem ein solches Ereignis nicht stattfindet, einen ungültigen Wert aus. Der ungültige Wert wird auf einen Wert gesetzt, der größer ist als das maximale Wellendrehmoment, das vom Motor ausgegeben werden kann.
Eine arithmetische Einheit 206 berechnet eine Getriebeübersetzung des automatischen Getriebes und sendet ein Signal, das die Getriebeübersetzung angibt, an eine nicht dargestellte Getriebesteuerung. Die Getriebesteuerung wird als eine Funktion der ECU verwirklicht, ähnlich wie beim Antriebsstrang-Manager 200 und bei der Motorsteuereinrichtung 100. Ein Flag-Signal von der Motorsteuereinrichtung 100 wird in die arithmetische Einheit 206 eingegeben. In den Zeichnungen wird das Flag-Signal als „FLG“ beschrieben. Das Flag-Signal ist ein Signal, das anzeigt, dass der Zustand einer ist, in dem gerade ein Umschalten des Betriebsmodus durchgeführt wird. Während eines Zeitraums, in dem das Flag-Signal „ein“ ist, fixiert die arithmetische Einheit 206 die Getriebeübersetzung des automatischen Getriebes. Das heißt, während eines Zeitraums, in dem gerade ein Umschalten des Betriebsmodus durchgeführt wird, wird eine Änderung der Getriebeübersetzung durch das automatische Getriebe nicht zugelassen, so dass der Betriebszustand des Motors sich nicht nennenswert ändert.
Ansprechend darauf, dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, sendet eine arithmetische Einheit 208 ein Stoppsignal an die Motorsteuereinrichtung 100, das die Motorsteuereinrichtung 100 anweist, das Umschalten des Betriebsmodus zu unterbrechen. In den Zeichnungen wird das Stoppsignal als „Stop“ beschrieben. Die vorgegebene Bedingung besteht darin, dass eine Forderung nach einer erheblichen Änderung des Betriebszustands des Motors vom Antriebsstrang-Manager 200 ausgegeben wird. Zum Beispiel wird das Stoppsignal von der arithmetischen Einheit 208 in einem Fall, wo die Getriebeübersetzung des automatischen Getriebes geändert wird, oder in einem Fall, wo eine konkrete Forderung in Bezug auf den Zündzeitpunkt oder eine Kraftstoffeinspritzmenge an den Motor ausgegeben wird, für den Zweck des Aufwärmens eines Katalysators ausgegeben.
Nun wird die Gestaltung der Motorsteuereinrichtung 100 beschrieben. Schnittstellen 101, 102, 103 und 104 sind zwischen der Motorsteuereinrichtung 100 und dem Antriebsstrang-Manager 200 angeordnet. Die Schnittstelle 101 entspricht der Einrichtung zum Empfangen des geforderten Drehmoments in der vorliegenden Erfindung. Das geforderte Drehmoments wird an der Schnittstelle 101 an die Motorsteuereinrichtung 100 übermittelt. Das Stoppsignal wird an der Schnittstelle 102 an die Motorsteuereinrichtung 100 übermittelt. Das Flag-Signal wird an der Schnittstelle 103 an die Motorsteuereinrichtung 100 übermittelt. Das geforderte zweite Drehmoment wird an der Schnittstelle 104 an die Motorsteuereinrichtung 100 übermittelt.
In dem Block, der die Motorsteuereinrichtung 100 in 1 darstellt, sind von den verschiedenen Funktionen, mit denen die Motorsteuereinrichtung 100 ausgestattet ist, Funktionen, die koordinierte Betätigungen der drei Arten von Stellgliedern betreffen, das heißt, einer Drossel 2 und einer VVT 8 als erste Stellglieder, eines Injektors 4 als zweites Stellglied und einer Zündvorrichtung 6 als drittes Stellglied, mit Blöcken dargestellt. Jedem dieser Blöcke ist eine arithmetische Einheit zugeordnet. Ein Programm, das den einzelnen Blöcken entspricht, wird in der ECU erstellt, und die Funktionen der jeweiligen arithmetischen Einheiten werden in der ECU durch Ausführen der Programme unter Verwendung eines Prozessors verwirklicht. Man beachte, dass in einem Fall, wo die ECU mit einem mehrkernigen Prozessor ausgestattet ist, die arithmetischen Einheiten, welche die Motorsteuereinrichtung 100 bilden, verteilt und einer Mehrzahl von Kernen zugeordnet sein können.
Die Gestaltung der Motorsteuereinrichtung 100 ist breit auf drei große arithmetische Einheiten 120, 140 und 160 verteilt. Die große arithmetische Einheit 120 berechnet Werte verschiedener Steuerparameter in Bezug auf den Motor. In den Steuerparametern sind Sollwerte verschiedener Steuergrößen in Bezug auf den Motor enthalten. Außerdem sind ein Wert, der auf Basis eines vom Antriebsstrang-Manager 200 gesendeten geforderten Wertes berechnet wird, und ein Wert, der innerhalb der großen arithmetischen Einheit 120 auf Basis von Informationen in Bezug auf den Betriebszustand des Motors berechnet wird, in den Sollwerten enthalten. Man beachte, dass ein geforderter Wert ein Wert einer Steuergröße ist, der einseitig vom Antriebsstrang-Manager 200 gefordert wird, ohne den Zustand des Motors zu berücksichtigen, aber ein Sollwert ein Wert eines Steuergröße ist, der auf Basis eines zu verwirklichenden Bereichs eingestellt wird, der abhängig vom Zustand des Motors festgelegt wird. Die große arithmetische Einheit 120 besteht konkreter aus vier arithmetischen Einheiten 122, 124, 126 und 128.
Die arithmetische Einheit 122 berechnet als Steuerparameter für den Motor eine Soll-Luftzahl, eine virtuelle Luftzahl, eine Soll-Effizienz beim Umschalten und ein zweites Soll-Drehmoment beim Umschalten. In der Zeichnung wird die Soll-Luftzahl als „AFt“ beschrieben, die virtuelle Luftzahl wird als „AFh“ beschrieben, die Soll-Effizienz beim Umschalten wird als „ηtc“ beschrieben, und das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten wird als „TQ2c“ beschrieben. Die Soll-Luftzahl ist ein Sollwert für die Luftzahl, die vom Motor verwirklicht werden soll, und wird zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge verwendet. Dagegen ist die virtuelle Luftzahl ein Parameter, der eine Effizienz der Umwandlung einer Luftmenge in ein Drehmoment angibt, und wird zum Berechnen einer Soll-Luftmenge verwendet. Die Soll-Effizienz beim Umschalten ist ein Sollwert der zündzeitpunktabhängigen Effizienz zum Umschalten des Betriebsmodus und wird zum Berechnen der Soll-Luftmenge verwendet. Der Begriff „zündzeitpunktabhängige Effizienz“ bezeichnet das Verhältnis des Drehmoments, das tatsächlich ausgegeben wird, zu dem Drehmoment, das ausgegeben werden kann, wenn der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt ist. Wenn der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt ist, ist die zündzeitpunktabhängige Effizienz 1, das heißt ein maximaler Wert. Man beachte, dass der Begriff „optimaler Zündzeitpunkt“ im Grunde die MBT (eine kleinstmögliche Verfrühung für das beste Drehmoment) bezeichnet, und wenn ein Klopfverfolgungs-Zündzeitpunkt eingestellt wird, bezeichnet der Begriff „optimaler Zündzeitpunkt“ den Zündzeitpunkt, der von der MBT und dem Klopfverfolgungs-Zündzeitpunkt weiter auf der Verzögerungsseite liegt. Das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten ist ein Sollwert für das zweite Drehmoment zum Umschalten des Betriebsmodus und wird verwendet, um die Berechnung der zündzeitpunktabhängigen Effizienz umzuschalten, wenn der Betriebsmodus umgeschaltet wird. Das Umschalten des Betriebsmodus wird ausgeführt durch Kombinieren der Werte dieser Steuerparameter, die mit der arithmetischen Einheit 122 berechnet werden. Die Beziehung zwischen dem Inhalt der Verarbeitung, die durch die arithmetische Einheit 122 durchgeführt wird, und dem Umschalten des Betriebsmodus wird weiter unten ausführlich beschrieben.
Zusätzlich zum ersten geforderten Drehmoment, zum zweiten geforderten Drehmoment und zum Stoppsignal, die vom Antriebsstrang-Manager 200 empfangen werden, werden auch verschiedene Arten von Informationen in Bezug auf den Betriebszustand des Motors, beispielsweise die Motordrehzahl, in die arithmetische Einheit 122 eingegeben. Unter diesen verschiedenen Arten von Informationen wird das geforderte erste Drehmoment als Information zur Bestimmung des Zeitpunkts zum Umschalten des Betriebsmodus verwendet. Das geforderte zweite Drehmoment und das Stoppsignal werden verwendet als Information zum Bestimmen, ob ein Umschalten des Betriebsmodus zugelassen oder nicht zugelassen ist. Wenn das Stoppsignal eingegeben wird und wenn das geforderte zweite Drehmoment eines gültigen Werts eingegeben wird, führt die arithmetische Einheit 122 die Verarbeitung in Bezug auf das Umschalten des Betriebsmodus nicht aus. Ferner sendet die arithmetische Einheit 122 während des Umschaltens des Betriebsmodus, das heißt während der Durchführung der Rechenverarbeitung zum Umschalten des Betriebsmodus, das oben genannte Flag-Signal an den Antriebsstrang-Manager 200.
Die arithmetische Einheit 124 berechnet als Steuerparameter für den Motor ein Drehmoment, das unter Drehmomenten, die nötig sind, um den aktuellen Betriebszustand des Motors aufrechtzuerhalten oder um einen geplanten vorgegebenen Betriebszustand zu verwirklichen, als erstes Drehmoment klassifiziert wird. In diesem Fall wird ein Drehmoment, das von der arithmetischen Einheit 124 berechnet wird, als „anderes erstes Drehmoment“ bezeichnet. In der Zeichnung wird das andere erste Drehmoment als „TQ1etc“ beschrieben. In den Arten des anderen ersten Drehmoments ist ein Drehmoment enthalten, das unter Drehmomenten, die nötig sind, um eine vorgegebene Leerlaufgeschwindigkeit in einem Fall aufrechtzuerhalten, in dem der Motor in einem Leerlaufzustand ist, in einem Bereich von Variationen liegt, die lediglich durch eine Steuerung der Luftmenge erreichbar sind. Die arithmetische Einheit 124 gibt einen gültigen Wert nur in einem Fall aus, wo ein solches Drehmoment tatsächlich nötig ist, und berechnet einen ungültigen Wert während eines Zeitraums, in dem ein solches Drehmoment nicht nötig ist. Der ungültige Wert wird auf einen Wert gesetzt, der größer ist als das maximale angegebene Drehmoment, das vom Motor ausgegeben werden kann.
Die arithmetische Einheit 126 berechnet als Steuerparameter für den Motor ein Drehmoment, das unter Drehmomenten, die nötig sind, um den aktuellen Betriebszustand des Motors aufrechtzuerhalten oder um einen geplanten vorgegebenen Betriebszustand zu verwirklichen, als das zweite Drehmoment klassifiziert wird. In diesem Fall wird ein Drehmoment, das von der arithmetischen Einheit 126 berechnet wird, als „anderes zweites Drehmoment“ bezeichnet. In der Zeichnung wird das andere zweite Drehmoment als „TQ2etc“ beschrieben. Ein Drehmoment unter Drehmomenten, die nötig sind, um eine vorgegebene Leerlaufgeschwindigkeit in einem Fall aufrechtzuerhalten, in dem der Motor in einem Leerlaufzustand ist, für das es notwendig ist, eine Steuerung des Zündzeitpunkts durchzuführen, um das relevante Drehmoment zu erreichen, ist in den Arten des anderen zweiten Drehmoments enthalten. Die arithmetische Einheit 126 gibt einen gültigen Wert nur in einem Fall aus, wo ein solches Drehmoment tatsächlich nötig ist, und berechnet einen ungültigen Wert während eines Zeitraums, in dem ein solches Drehmoment nicht nötig ist. Der ungültige Wert wird auf einen Wert gesetzt, der größer ist als das maximale angegebene Drehmoment, das vom Motor ausgegeben werden kann.
Die arithmetische Einheit 128 berechnet als Steuerparameter für den Motor eine zündzeitpunktabhängige Effizienz, die nötig ist, um den aktuellen Betriebszustand des Motors aufrechtzuerhalten oder um einen geplanten vorgegebenen Betriebszustand zu verwirklichen, als zweiten Steuerparameter für den Motor. In diesem Fall wird eine zündzeitpunktabhängige Effizienz, die von der arithmetischen Einheit 128 berechnet wird, als „andere Effizienz“ bezeichnet. In der Zeichnung wird die andere Effizienz als „ηetc“ beschrieben. Eine zündzeitpunktabhängige Effizienz, die nötig ist, um einen Abgasreinigungskatalysator beim Starten des Motors aufzuwärmen, ist in den Arten der anderen Effizienz enthalten. Je mehr die zündzeitpunktabhängige Effizienz verringert wird, desto weniger Energie wird von der Energie, die durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, in ein Drehmoment umgewandelt werden, und somit wird eine Menge an Energie, die entsprechend umso größer ist, je weniger Energie in ein Drehmoment umgewandelt wird, zusammen mit dem Abgas in die Abgasleitung abgegeben und verwendet, um den Abgasreinigungskatalysator aufzuwärmen. Man beachte, dass während eines Zeitraums, in dem es nicht nötig ist, eine solche Effizienz zu verwirklichen, der Effizienzwert, der von der arithmetischen Einheit 128 ausgegeben wird, auf einem Wert 1, das heißt dem maximalen Wert gehalten wird.
Das geforderte erste Drehmoment, das andere erste Drehmoment, die Soll-Luftzahl, die virtuelle Luftzahl, die Soll-Effizienz beim Umschalten die andere Effizienz, das geforderte zweite Drehmoment, das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten und das andere zweite Drehmoment werden von der großen arithmetischen Einheit 120 ausgegeben, die gestaltet ist wie oben beschrieben. Diese Steuerparameter werden in die große arithmetische Einheit 140 eingegeben. Man beachte, dass das erste geforderte Drehmoment und das zweite geforderte Drehmoment, die vom Antriebsstrang-Manager 200 empfangen werden, Wellendrehmomente betreffen, dass aber in der großen arithmetischen Einheit 120 eine Korrektur dieser Drehmomente in angegebene Drehmomente durchgeführt wird. Die Korrektur eines geforderten Drehmoments in ein angezeigtes Drehmoment wird durch Addieren oder Subtrahieren eines Reibmoments, eines Hilfsantriebsmoments und eines Pumpverlusts zum oder vom geforderten Drehmoment durchgeführt. Man beachte, dass Drehmomente wie das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten die innerhalb der großen arithmetischen Einheit 120 berechnet werden, jeweils als angezeigte Drehmomente berechnet werden.
Nun wird die große arithmetische Einheit 140 beschrieben. Wie oben beschrieben, werden verschiedene Motorsteuerparameter von der großen arithmetischen Einheit 120 an die große arithmetische Einheit 140 gesendet. Von diesen sind das geforderte erste Drehmoment und das andere erste Drehmoment Forderungen in Bezug auf Steuergrößen, die zur gleichen Kategorie gehören, und diese können nicht gleichzeitig verwirklicht werden. Ebenso sind das geforderte zweite Drehmoment, das andere zweite Drehmoment und das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten Forderungen in Bezug auf Steuergrößen, die zur gleichen Kategorie gehören, und diese können nicht gleichzeitig verwirklicht werden. Ebenso sind die Soll-Effizienz beim Umschalten und die andere Effizienz Forderungen in Bezug auf Steuergrößen, die zur gleichen Kategorie gehören, und diese können nicht gleichzeitig verwirklicht werden. Infolgedessen ist eine Verarbeitung nötig, die einen Mediationsprozess für jede Steuergrößenkategorie durchführt. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Mediation“ einen Rechenprozess, mit dem ein einzelner numerischer Wert aus einer Mehrzahl von numerischen Werten erhalten wird, beispielsweise das Auswählen eines Höchstwerts, das Auswählen eines Mindestwerts, das Bilden eines Durchschnitts oder das Übereinanderlegen, und es kann auch eine Gestaltung übernommen werden, wo der Mediationsprozess eine Mehrzahl von Arten von Rechenprozessen auf geeignete Weise kombiniert wie oben angegeben. Die große arithmetische Einheit 140 beinhaltet drei arithmetische Einheiten 142, 144 und 146, um diese Art von Mediation für jede Steuermengenkategorie auszuführen.
Die arithmetische Einheit 142 ist so gestaltet, dass sie einen Mediationsprozess in Bezug auf das erste Drehmoment durchführt. Das geforderte erste Drehmoment und das andere erste Drehmoment werden in die arithmetische Einheit 142 eingegeben. Die arithmetische Einheit 142 führt einen Mediationsprozess an diesen Werten durch und gibt ein Drehmoment, das als Mediationsergebnis erhalten wird, als abschließend bestimmtes erstes Soll-Drehmoment aus. In 1 wird das erste Soll-Drehmoment, das abschließend bestimmt wird, als „TQ1r“ beschrieben. Eine Mindestwertauswahl wird als Mediationsverfahren in der arithmetischen Einheit 142 verwendet. Somit wird in einem Fall, wo kein gültiger Wert aus der arithmetischen Einheit 124 ausgegeben wird, das geforderte erste Drehmoment, das vom Antriebsstrang-Manager 200 erhalten wird, als erstes Soll-Drehmoment berechnet.
Die arithmetische Einheit 144 ist so gestaltet, dass sie einen Mediationsprozess in Bezug auf die zündzeitpunktabhängige Effizienz durchführt. Die Soll-Effizienz beim Umschalten und die andere Effizienz werden in die arithmetische Einheit 144 eingegeben. Die arithmetische Einheit 144 führt einen Mediationsprozess an diesen Werten durch und gibt eine Effizienz, die als Mediationsergebnis erhalten wird, als abschließend bestimmte Soll-Effizienz aus. In 1 wird die Soll-Effizienz, die schließlich bestimmt wird, als „ηt“ beschrieben. Eine Mindestwertauswahl wird als Mediationsverfahren in der arithmetischen Einheit 144 verwendet. Unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchsleistung ist es bevorzugt, wenn die zündzeitpunktabhängige Effizienz 1, das heißt der höchste Wert ist. Solange kein spezielles Ereignis eintritt, werden die Soll-Effizienz beim Umschalten die von der arithmetischen Einheit 122 berechnet wird, und die andere Effizienz, die von der arithmetischen Einheit 128 berechnet wird, somit jeweils beim Wert 1, das heißt dem höchsten Wert, gehalten. Somit ist der Wert der Soll-Effizienz, der von der arithmetischen Einheit 144 ausgegeben wird, grundsätzlich 1, und ein Wert, der kleiner ist als 1, wird nur in einem Fall ausgewählt, wo ein Ereignis irgendeiner Art stattgefunden hat.
Die arithmetische Einheit 146 ist so gestaltet, dass sie einen Mediationsprozess in Bezug auf das zweite Drehmoment durchführt. Das geforderte zweite Drehmoment, das andere zweite Drehmoment und das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten werden in die arithmetische Einheit 146 eingegeben. Die arithmetische Einheit 146 führt einen Mediationsprozess an diesen Werten durch und gibt ein Drehmoment, das als Mediationsergebnis erhalten wird, als abschließend bestimmtes zweites Soll-Drehmoment aus. In 1 wird das zweite Drehmoment, das schließlich bestimmt wird, als „TQ2t“ beschrieben. Eine Mindestwertauswahl wird als Mediationsverfahren in der arithmetischen Einheit 146 verwendet. Das zweite Drehmoment, einschließlich des zweiten Drehmoments, bei dem umgeschaltet werden soll, ist grundsätzlich ein ungültiger Wert und wird nur in einem Fall, wo ein konkretes Ereignis stattgefunden hat, auf einen gültigen Wert umgeschaltet, der die Größe des Drehmoments zeigt, das er verwirklichen soll. Somit ist auch das zweite Soll-Drehmoment, das von der arithmetischen Einheit 146 ausgegeben wird, grundsätzlich ein ungültiger Wert, und ein gültiger Wert wird nur in einem Fall ausgewählt, wo ein Ereignis irgendeiner Art stattgefunden hat.
Das erste Soll-Drehmoment, die Soll-Effizienz, die virtuelle Luftzahl, die Soll-Luftzahl und das zweite Soll-Drehmoment werden von der großen arithmetischen Einheit 140 ausgegeben, die gestaltet ist wie oben beschrieben. Diese Steuerparameter werden in die große arithmetische Einheit 160 eingegeben.
Die große arithmetische Einheit 160 entspricht einem inversen Modell des Motors und besteht aus einer Mehrzahl von Modellen, die von einem Kennfeld oder einer Funktion dargestellt werden. Betätigungsumfänge der jeweiligen Stellglieder 2, 4, 6 und 8 für koordinierte Betätigungen werden von der großen arithmetischen Einheit 160 berechnet. Von den Steuerparametern, die von der großen arithmetischen Einheit 140 eingegeben werden, werden das erste Soll-Drehmoment und das zweite Soll-Drehmoment jeweils als Sollwerte des Drehmoments in Bezug auf den Motor behandelt. Jedoch hat das zweite Soll-Drehmoment Vorrang vor dem ersten Soll-Drehmoment. In der großen arithmetischen Einheit 160 wird eine Berechnung von Betätigungsumfängen der jeweiligen Stellglieder 2, 4, 6 und 8 so durchgeführt, dass das zweite Soll-Drehmoment in einem Fall erreicht wird, wo das zweite Soll-Drehmoment ein gültiger Wert ist, oder dass das erste Soll-Drehmoment in einem Fall erreicht wird, wo das zweite Soll-Drehmoment ein ungültiger Wert ist. Eine Berechnung der Betätigungsumfänge wird so durchgeführt, dass gleichzeitig mit dem Soll-Drehmoment auch die Soll-Luftzahl und die Soll-Effizienz erreicht werden. Das heißt, gemäß der Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung werden das Drehmoment, die Effizienz und die Luftzahl als Steuergrößen des Motors verwendet, und eine Luftmengensteuerung, eine Zündzeitpunktsteuerung und eine Kraftstoffeinspritzmengensteuerung werden auf Basis der Sollwerte dieser drei Arten von Stellgliedern durchgeführt.
Die große arithmetische Einheit 160 beinhaltet eine Mehrzahl von arithmetischen Einheiten 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 und 178. Von diesen arithmetischen Einheiten betreffen die arithmetischen Einheiten 162, 164, 166 und 178 eine Luftmengensteuerung, betreffen die arithmetische Einheiten 168, 170 und 172 die Zündzeitpunktsteuerung und betreffen die arithmetischen Einheiten 174 und 176 eine Kraftstoffeinspritzmengensteuerung. Im Folgenden werden die Funktionen der jeweiligen arithmetischen Einheiten der Reihe nach ausführlich beschrieben, beginnend mit den arithmetischen Einheiten, welche die Luftmengensteuerung betreffen.
Das erste Soll-Drehmoment, die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl werden in die arithmetische Einheit 162 eingegeben. Die arithmetische Einheit 162 entspricht einer Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Luftmenge der vorliegenden Erfindung und verwendet die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl, um eine Soll-Luftmenge, mit der das erste Soll-Drehmoment erhalten wird, aus dem ersten Soll-Drehmoment rückwärts zu berechnen. Bei dieser Berechnung werden die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl als Parameter verwendet, die eine Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in ein Drehmoment bereitstellen. Man beachte, dass in der vorliegenden Erfindung der Begriff „Luftmenge“ die Menge an Luft bezeichnet, die in die Zylinder gesaugt wird, und eine Ladungseffizienz oder ein Lastfaktor, die dimensionslose Äquivalente der Luftmenge sind, der Luftmenge in der vorliegenden Erfindung gleichbedeutend ist.
Die arithmetische Einheit 162 berechnet zuerst ein Soll-Drehmoment für eine Luftmengensteuerung durch Teilen des ersten Soll-Drehmoments durch die Soll-Effizienz. Falls die Soll-Effizienz kleiner ist als 1, wird das Soll-Drehmoment für eine Luftmengensteuerung größer als das erste Soll-Drehmoment. Das bedeutet, dass eine Forderung in Bezug auf die Luftmengensteuerung durch die Stellglieder 2 und 8 darin besteht, dass die potentielle Möglichkeit besteht, ein Drehmoment auszugeben, das größer ist als das erste Soll-Drehmoment. Wenn andererseits die Soll-Effizienz 1 ist, wird das erste Soll-Drehmoment wie es ist als Soll-Drehmoment für die Luftmengensteuerung eingestellt.
Dann wandelt die arithmetische Einheit 162 das Soll-Drehmoment für eine Luftmengensteuerung unter Verwendung eines Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfelds in eine Soll-Luftmenge um. Das Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfeld wird unter der Annahme erstellt, dass der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt ist, und ist ein Kennfeld, in dem das Drehmoment und die Luftmengensteuerung unter Verwendung verschiedener Motorzustandsgrößen, beispielsweise der Motordrehzahl und der Luftzahl, als Schlüssel assoziiert sind. Dieses Kennfeld wird auf Basis von Daten erzeugt, die durch Tests des Motors erhalten werden. Tatsächliche Werte oder Sollwerte der Motorzustandsgrößen werden verwendet, um das Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfeld zu durchsuchen. Was die Luftzahl betrifft, so wird die virtuelle Luftzahl verwendet, um das Kennfeld zu durchsuchen. Somit wird bei der arithmetischen Einheit 162 die Luftmenge, die nötig ist, um das Soll-Drehmoment für eine Luftmengensteuerung mit der virtuellen Luftzahl zu verwirklichen, als Soll-Luftmenge berechnet. In der Zeichnung wird die Soll-Luftmenge als „KLt“ beschrieben.
Die arithmetische Einheit 164 berechnet einen Soll-Ansaugrohrdruck, bei dem es sich um einen Sollwert des Ansaugrohrdrucks handelt, rückwärts aus der Soll-Luftmenge. Ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen einer Luftmenge, die durch das Ansaugventil in die Zylinder gesaugt wird, und dem Ansaugrohrdruck beschreibt, wird verwendet, um den Soll-Ansaugrohrdruck zu berechnen. Die Beziehung zwischen der Luftmenge und dem Ansaugrohrdruck ändert sich abhängig von der Ventilsteuerzeit. Wenn der Soll-Ansaugrohrdruck berechnet wird, wird daher ein Parameterwert des genannten Kennfelds auf Basis der aktuellen Ventilsteuerzeit bestimmt. Der Soll-Ansaugrohrdruck wird in der Zeichnung als „Pmt“ beschrieben.
Die arithmetische Einheit 166 berechnet einen Soll-Drosselöffnungsgrad, das heißt einen Sollwert des Drosselöffnungsgrads, auf Basis des Soll-Ansaugrohrdrucks. Ein inverses Modell des Luftmodells wird verwendet, um den Soll-Drosselöffnungsgrad zu berechnen. Das Luftmodell ist ein physikalisches Modell, das als Ergebnis der Modellierung des Ansprechverhaltens des Ansaugrohrdrucks in Bezug auf die Betätigung der Drossel 2 erhalten wird. Daher kann der Soll-Drosselöffnungsgrad, der nötig ist, um den Soll-Ansaugrohrdruck zu erreichen, aus dem Soll-Ansaugrohrdruck unter Verwendung von dessen inversem Modell rückwärts berechnet werden. Der Soll-Drosselöffnungsgrad wird in der Zeichnung als „TA“ beschrieben. Der Soll-Drosselöffnungsgrad, der durch die arithmetische Einheit 166 berechnet wird, wird in ein Signal zum Ansteuern der Drossei 2 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 111 der ECU an die Drossel 2 gesendet. Die arithmetischen Einheiten 164 und 166 entsprechen der Einrichtung zum Steuern des ersten Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die arithmetische Einheit 178 berechnet eine Soll-Ventilsteuerzeit, das heißt einen Sollwert der Ventilsteuerzeit, auf Basis der Soll-Luftmenge. Ein Kennfeld, in dem die Luftmenge und die Ventilsteuerzeit unter Verwendung der Motordrehzahl als Argument assoziiert sind, wird verwendet, um die Soll-Ventilsteuerzeit zu berechnen. Die Soll-Ventilsteuerzeit ist der optimale Verlagerungswinkel der VVT 8, um die Soll-Luftmenge auf Basis der aktuellen Motordrehzahl zu erreichen, und ihr konkreter Wert wird durch Adaption für jede Luftmenge und jede Motordrehzahl erhalten. Jedoch wird bei einer Beschleunigung, wo die Soll-Luftmenge mit hoher Geschwindigkeit in einem großen Umfang zunimmt, eine Korrektur der Soll-Ventilsteuerzeit zur in Bezug auf eine Ventilsteuerzeit, die auf Basis des Kennfelds bestimmt wird, verfrühten Seite durchgeführt, so dass die tatsächliche Luftmenge mit der maximalen Geschwindigkeit erhöht wird, um zu bewirken, dass die tatsächliche Luftmenge der Soll-Luftmenge folgt. Die Soll-Ventilsteuerzeit wird in der Zeichnung als „VT“ beschrieben. Die Soll-Ventilsteuerzeit, die durch die arithmetische Einheit 178 berechnet wird, wird in ein Signal zum Ansteuern des VVT 8 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 112 der ECU an die VVT 8 gesendet. Die arithmetische Einheit 178 entspricht auch der Einrichtung zum Steuern des ersten Stellglieds in der vorliegenden Erfindung.
Nun werden die Funktionen der arithmetischen Einheiten in Bezug auf die Zündzeitpunktsteuerung beschrieben. Die arithmetische Einheit 168 berechnet ein geschätztes Drehmoment auf Basis des tatsächlichen Drosselöffnungsgrads und der Ventilsteuerzeit, die durch die oben beschriebene Luftmengensteuerung verwirklicht wird. Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff „geschätztes Drehmoment“ bezeichnet ein Drehmoment, das in einem Fall ausgegeben werden kann, wo der Zündzeitpunkt beim aktuellen Drosselöffnungsgrad und bei der aktuellen Ventilsteuerzeit und Soll-Luftzahl auf den optimalen Zündzeitpunkt eingestellt wird. Die arithmetische Einheit 168 berechnet zuerst eine geschätzte Luftmenge auf Basis eines gemessenen Wertes des Drosselöffnungsgrads und eines gemessenen Wertes der Ventilsteuerzeit unter Verwendung eines Vorwärtsmodells des oben genannten Luftmodells. Die geschätzte Luftmenge ist ein vorausberechneter Wert einer Luftmenge, die vom aktuellen Drosselöffnungsgrad und der aktuellen Ventilsteuerzeit tatsächlich verwirklicht wird. Dann wandelt die arithmetische Einheit 168 die geschätzte Luftmenge unter Verwendung des Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfelds in ein geschätztes Drehmoment um. Die Soll-Luftzahl wird als Suchbegriff verwendet, wenn das Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfeld durchsucht wird. Das geschätzte Drehmoment wird in der Zeichnung als „TQe“ beschrieben.
Das zweite Soll-Drehmoment und das geschätzte Drehmoment werden in die arithmetische Einheit 170 eingegeben. Die arithmetische Einheit 170 berechnet eine zündzeitbefehlsabhängige Effizienz, die ein Befehlswert für die zündzeitpunktabhängige Effizienz ist, auf Basis des zweiten Soll-Drehmoments und des geschätzten Drehmoments. Die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz wird als Verhältnis des zweiten Soll-Drehmoments zum geschätzten Drehmoment ausgedrückt. Jedoch wird für die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz eine Obergrenze definiert, und der Wert der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz wird in einem Fall, wo das Verhältnis des zweiten Soll-Drehmoments zum geschätzten Drehmoment 1 überschreitet, auf 1 eingestellt. Die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz wird in der Zeichnung als „ηi“ beschrieben.
Die arithmetische Einheit 172 berechnet den Zündzeitpunkt auf Basis der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz. Genauer berechnet die arithmetische Einheit 172 den optimalen Zündzeitpunkt auf Basis von Motorzustandsgrößen wie Motordrehzahl, gefordertem Drehmoment und Luftzahl und berechnet einen Verzögerungsbetrag in Bezug auf den optimalen Zündzeitpunkt auf Basis der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz. Wenn die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz 1 ist, wird der Verzögerungsbetrag null eingestellt, und der Verzögerungsbetrag wird zunehmend erhöht, wenn die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz kleiner wird als 1. Die arithmetische Einheit 172 berechnet dann das Ergebnis, das durch Addieren des Verzögerungsbetrags zum optimalen Zündzeitpunkt erhalten wird, als endgültigen Zündzeitpunkt. Jedoch ist der endgültige Zündzeitpunkt durch einen Verzögerungsgrenzwächter beschränkt. Der Begriff „Verzögerungsgrenze“ bezeichnet den am weitesten verzögerten Zündzeitpunkt, an dem sichergestellt ist, dass keine Fehlzündung stattfindet, und der Verzögerungsgrenzwächter bewacht den endgültigen Zündzeitpunkt, so dass der Zündzeitpunkt nicht über die Verzögerungsgrenze hinaus verzögert wird. Ein Kennfeld, in dem der optimale Zündzeitpunkt und verschiedene Motorzustandsgrößen assoziiert sind, kann verwendet werden, um den optimalen Zündzeitpunkt zu berechnen. Ein Kennfeld, in dem der Verzögerungsbetrag, die zündzeitpunktabhängige Effizienz und verschiedene Motorzustandsgrößen assoziiert sind, kann verwendet werden, um den Verzögerungsbetrag zu berechnen. Die Soll-Luftzahl wird als Suchbegriff verwendet, um diese Kennfelder zu durchsuchen. Der Zündzeitpunkt wird in der Zeichnung als „SA“ beschrieben. Der Zündzeitpunkt, der durch die arithmetische Einheit 172 berechnet wird, wird in ein Signal zum Ansteuern der Zündvorrichtung 6 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 113 der ECU an die Zündvorrichtung 6 gesendet. Die arithmetischen Einheiten 168, 170 und 172 entsprechen der Einrichtung zum Steuern des dritten Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nun werden Funktionen der arithmetischen Einheiten in Bezug auf eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge beschrieben. Die arithmetische Einheit 174 berechnet im Voraus eine Luftmenge auf Basis eines gemessenen Wertes des Drosselöffnungsgrads und eines gemessenen Wertes der Ventilsteuerzeit unter Verwendung eines Vorwärtsmodells des oben beschriebenen Luftmodells. Die von der arithmetischen Einheit 174 geschätzte Luftmenge ist vorzugsweise eine Luftmenge, die voraussagegemäß zu einem Zeitpunkt vorliegt, zu dem sich das Ansaugventil schließt. Eine Luftmenge, die in der Zukunft vorliegen wird, kann beispielsweise auf Basis des Soll-Drosselöffnungsgrads vorausgesagt werden durch Einstellen einer Verzögerungszeitspanne ab der Berechnung des Soll-Drosselöffnungsgrads bis zur Ausgabe. Die geschätzte Luftmenge wird in der Zeichnung als „KLe“ beschrieben.
Die arithmetische Einheit 176 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge, das heißt eine Kraftstoffzufuhrmenge, die nötig ist, um die Soll-Luftzahl zu erreichen, auf Basis der Soll-Luftzahl und der geschätzten Luftmenge. Die Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge wird ausgeführt, wenn der Zeitpunkt zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge in Bezug auf die einzelnen Zylinder kommt. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird in der Zeichnung als „TAU“ beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzmenge, die durch die arithmetische Einheit 176 berechnet wird, wird in ein Signal zum Ansteuern des Injektors 4 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 114 der ECU an den Injektor 4 gesendet. Die arithmetischen Einheiten 174 und 176 entsprechen der Einrichtung zum Steuern des zweiten Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das obige war ein Überblick über die Logik der ECU gemäß der vorliegenden Ausführung. Nun wird die arithmetische Einheit 122, die ein Hauptabschnitt der ECU gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, ausführlich beschrieben.
Die Logik der arithmetischen Einheit 122 wird anhand eines Blockschemas in 2 dargestellt. Innerhalb des Blocks, der die arithmetische Einheit 122 in 2 zeigt, sind von den verschiedenen Funktionen, mit denen die arithmetische Einheit 122 ausgestattet ist, Funktionen, welche die Umschaltung des Betriebsmodus betreffen, durch Blöcke dargestellt. Jedem dieser Blöcke ist eine arithmetische Einheit zugeordnet. Ein Programm, das den einzelnen Blöcken entspricht, wird in der ECU erstellt, und die Funktionen der jeweiligen arithmetischen Einheiten werden in der ECU durch Ausführen der Programme unter Verwendung eines Prozessors verwirklicht. Man beachte, dass in einem Fall, wo die ECU mit einem mehrkernigen Prozessor ausgestattet ist, arithmetische Einheiten 402, 404, 406, 408 und 410, welche die arithmetische Einheit 122 bilden, verteilt und einer Mehrzahl von Kernen zugeordnet sein können.
Zuerst wird die arithmetische Einheit 402 beschrieben. Die arithmetische Einheit 402 berechnet einen Bezugswert für das Drehmoment. Der Bezugswert ist ein Drehmoment, das als Grenze zwischen einem Magermodus und einem stöchiometrischen Modus dient, und der optimale Wert wird für jede Motordrehzahl unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchsleistung, der Abgasleistung und des Fahrverhaltens adaptiert. Die arithmetische Einheit 402 nimmt Bezug auf ein vorab erstelltes Kennfeld, um einen Bezugswert zu berechnen, der für die Motordrehzahl geeignet ist. Der Bezugswert wird in der Zeichnung als „Ref“ beschrieben.
Nun wird die arithmetische Einheit 404 beschrieben. Das geforderte erste Drehmoment wird in die arithmetische Einheit 404 eingegeben. Außerdem wird der Bezugswert, der durch die arithmetische Einheit 402 berechnet wird, für die arithmetische Einheit 404 eingestellt. Die arithmetische Einheit 404 ändert den Wert der virtuellen Luftzahl, der verwendet wird, um die Soll-Luftmenge zu berechnen, auf Basis der Beziehung zwischen dem eingegebenen geforderten ersten Drehmoment und dem Bezugswert. Genauer schaltet die arithmetische Einheit 404 die virtuelle Luftzahl von einer ersten Luftzahl auf eine zweite Luftzahl oder von der zweiten Luftzahl auf die erste Luftzahl um. Die erste Luftzahl ist die theoretische Luftzahl (zum Beispiel 14,5). Die erste Luftzahl wird in der Zeichnung als „AF1“ beschrieben. Die zweite Luftzahl beinhaltet ein magereres Gemisch als die erste Luftzahl und ist auf einen bestimmten festen Wert (zum Beispiel 22,0) eingestellt. Die zweite Luftzahl wird in der Zeichnung als „AF2“ beschrieben. Die arithmetische Einheit 404 entspricht einer Einrichtung zum Ändern der virtuellen Luftzahl in der vorliegenden Erfindung. Während eines Zeitraums, in dem das geforderte erste Drehmoment größer ist als der Bezugswert, stellt die arithmetische Einheit 404 die virtuelle Luftzahl ansprechend darauf, dass das geforderte erste Drehmoment höher ist als der Bezugswert, auf die erste Luftzahl ein. Falls das geforderte erste Drehmoment gemäß einer Verlangsamungsforderung des Fahrers sinkt und in Folge davon unter den Bezugswert sinkt, schaltet die arithmetische Einheit 404 ansprechend darauf, dass das geforderte erste Drehmoment auf einen Wert sinkt, der unter oder bei dem Bezugswert liegt, die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl um.
Nun wird die arithmetische Einheit 406 beschrieben. Das geforderte erste Drehmoment wird in die arithmetische Einheit 406 eingegeben. Die arithmetische Einheit 406 wandelt das geforderte erste Drehmoment unter Verwendung des Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfelds in eine Luftmenge um. Eine dritte Luftzahl, die eine Luftzahl ist, die zwischen der ersten Luftzahl und der zweiten Luftzahl liegt, das heißt, eine Luftzahl, die ein magereres Gemisch als die erste Luftzahl und ein fetteres Gemisch als die zweite Luftzahl beinhaltet, wird verwendet, um das Drehmoment-Luftmenge-Umwandlungskennfeld zu durchsuchen. Die dritte Luftzahl wird in der Zeichnung als „AF3“ beschrieben. Somit wird eine Luftmenge, die nötig ist, um das geforderte erste Drehmoment mit der dritten Luftzahl zu verwirklichen, von der arithmetischen Einheit 406 berechnet. Im Folgenden wird die Luftmenge, die von der arithmetischen Einheit 406 berechnet wird, als „mittlere Luftmenge“ bezeichnet und wird in der Zeichnung als „KLi“ beschrieben.
Nun wird die arithmetische Einheit 408 beschrieben. Zusammen mit der arithmetischen Einheit 406 bildet die arithmetische Einheit 408 eine Einrichtung zum Umschalten der Soll-Luftzahl der vorliegenden Erfindung. Die erste Luftzahl, die im stöchiometrischen Modus verwendet wird, und die zweite Luftzahl, die im Magermodus verwendet wird, werden vorab als Voreinstellungswerte der Soll-Luftzahl in der arithmetischen Einheit 408 eingestellt. Außerdem wird die dritte Luftzahl, die eine mittlere Luftzahl ist, zuvor darin eingestellt. Ein konkreter Wert der dritten Luftzahl wird durch eine Adaptation auf Basis der Beziehung mit der Verzögerungsgrenze des Zündzeitpunkts und der Beziehung mit den Abgaswerten bestimmt. Die virtuelle Luftzahl, die von der arithmetischen Einheit 404 bestimmt wird, die mittlere Luftmenge, die von der arithmetischen Einheit 406 berechnet wird, ein Wert der Soll-Luftmenge, der in einem vorangehenden Schritt von der arithmetischen Einheit 162 berechnet worden ist, ein Wert für die geschätzte Luftmenge, die in einem vorangehenden Schritt von der arithmetischen Einheit 174 berechnet worden ist, ein Wert für den Soll-Ansaugrohrdruck, der in einem vorangehenden Schritt von der arithmetischen Einheit 164 berechnet worden ist, und ein Wert für die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz, der in einem vorangehenden Schritt von der arithmetischen Einheit 170 berechnet worden ist, werden in die arithmetische Einheit 408 eingegeben.
Sobald erfasst worden ist, dass die virtuelle Luftzahl, die von der arithmetischen Einheit 404 eingegeben wird, von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet worden ist, führt die arithmetische Einheit 408 einen Vergleich zwischen der mittlere Luftmenge und der geschätzten Luftmenge für jeden Steuerschritt durch, und führt außerdem eine Bestimmung dahingehend, ob die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz bis auf die Verzögerungsgrenzeneffizienz abgenommen hat, für jeden Steuerschritt durch. Die Verzögerungsgrenzeneffizienz ist eine zündzeitpunktabhängige Effizienz, die der Verzögerungsgrenze für den Zündzeitpunkt entspricht. Unmittelbar nachdem die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet worden ist, wird die geschätzte Luftmenge ein kleinerer Wert als die mittlere Luftmenge. Da das geschätzte Drehmoment ein größerer Wert ist als das geforderte erste Drehmoment, wird die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz ferner ein Wert, der kleiner ist als 1, und die Verzögerung des Zündzeitpunkts wird durchgeführt. Wenn die geschätzte Luftmenge zu gegebener Zeit bei der mittleren Luftmenge ankommt, bestimmt die arithmetische Einheit 408, ob oder ob nicht der Soll-Ansaugrohrdruck zu dem Zeitpunkt bei oder über einem unteren Grenzwert für die Laderegion liegt. Falls der Soll-Ansaugrohrdruck kleiner ist als der untere Grenzwert, das heißt, wenn der Motor in der Nicht-Laderegion betrieben wird, schaltet die arithmetische Einheit 408 die Soll-Luftzahl zu diesem Zeitpunkt rasch auf die dritte Luftzahl um.
Wenn dagegen der Soll-Ansaugrohrdruck zu dem Zeitpunkt, zu dem die geschätzte Luftmenge die mittlere Luftmenge erreicht, bei oder über dem unteren Grenzwert liegt, das heißt, wenn der Motor in der Laderegion betrieben wird, hält die arithmetische Einheit 408 die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl, bis die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz die Verzögerungsgrenzeneffizienz erreicht. Sobald die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz die Verzögerungsgrenzeneffizienz zu gegebener Zeit erreicht hat, schaltet die arithmetische Einheit 408 die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl um. Im Vergleich zur dritten Luftzahl kann die erste Luftzahl, welche die Luftzahl mit dem fetteren Gemisch ist, dem Abgas einen größere Energiemenge mitteilen. Ferner kann dem Abgas umso mehr Energie mitgeteilt werden, je mehr der Zündzeitpunkt verzögert wird. Anders ausgedrückt wird in einer Laderegion der Zündzeitpunkt bis auf die Grenze verzögert, während die erste Luftzahl beibehalten wird, und somit wird die Energie des Abgases erhöht, um dadurch den Ladungseffekt des Turboladers zu erhöhen.
Nach Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl berechnet die arithmetische Einheit 408 einen Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der geschätzten Luftmenge für jeden Steuerschritt. Wenn die geschätzte Luftmenge der Soll-Luftmenge ausreichend nahe kommt, genauer, wenn der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der geschätzten Luftmenge auf oder unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt, schaltet die arithmetische Einheit 408 anschließend die Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl um. Das heißt, nach dem Umschalten der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl wird die Soll-Luftzahl vorübergehend von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet, die eine mittlere Luftzahl ist, und wird auf dem Umweg über die dritte Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Der Betriebsmodus wird somit durch ein solches Umschalten der Soll-Luftzahl vom stöchiometrischen Modus auf den Magermodus umgeschaltet.
Die oben beschriebene Reihe von Verarbeitungsschritten, die von der arithmetischen Einheit 408 ausgeführt werden, kann durch ein in 3 dargestelltes Ablaufschema dargestellt werden. Die Vorgehensweisen, mit denen die arithmetische Einheit 408 die Soll-Luftzahl umschaltet, werden erneut gemäß diesem Ablaufschema beschrieben. Man beachte, dass die Reihe von Verfahrensschritten, die in diesem Ablaufschema dargestellt sind, für jeden Steuerschritt durchgeführt wird.
In Schritt S 1 des Ablaufschemas bestimmt die arithmetische Einheit 408, ob oder ob nicht das Umschalten der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl abgeschlossen worden ist. Falls die virtuelle Luftzahl noch immer die erste Luftzahl ist, überspringt die arithmetische Einheit 408 die übrige Verarbeitung und kehrt wieder zu Schritt S 1 zurück. Falls die virtuelle Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet worden ist, geht die arithmetische Einheit 408 zu Schritt S2 vorwärts.
In Schritt S2 bestimmt die arithmetische Einheit 408, ob oder ob nicht die geschätzte Luftmenge bei der mittlere Luftmenge angekommen ist. Wenn die geschätzte Luftmenge nicht bei der mittlere Luftmenge angekommen ist, geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S6 weiter. In Schritt S6 wird eine Verarbeitung durchgeführt, um die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl zu halten. Nach Schritt S6 geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S7 weiter. In Schritt S7 bestimmt die arithmetische Einheit 408, ob oder ob nicht die geschätzte Luftmenge bei der Soll-Luftmenge angekommen ist. Da die geschätzte Luftmenge in diesem Stadium noch nicht bei der Soll-Luftmenge angekommen ist, überspringt die arithmetische Einheit 408 die übrige Verarbeitung und kehrt wieder zu Schritt S 1 zurück. Wenn in Schritt S2 dagegen bestimmt wird, dass die geschätzte Luftmenge bei der mittlere Luftmenge angekommen ist, geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S3 weiter.
In Schritt S3 bestimmt die arithmetische Einheit 408, ob oder ob nicht der Soll-Ansaugrohrdruck auf oder über den unteren Grenzwert der Laderegion gestiegen ist. Das heißt, die arithmetische Einheit 408 bestimmt, ob oder ob nicht der Motor in die Laderegion eingetreten ist. Wenn der Soll-Ansaugrohrdruck den unteren Grenzwert der Laderegion nicht erreicht hat, geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S5 weiter. In Schritt S5 wird das Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl durchgeführt. Nach Schritt S5 geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S7 weiter.
Wenn in Schritt S3 dagegen bestimmt wird, dass der Soll-Ansaugrohrdruck auf oder über den unteren Grenzwert der Laderegion gestiegen ist, geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S4 weiter. In Schritt S4 bestimmt die arithmetische Einheit 408, ob oder ob nicht die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz die Verzögerungsgrenzeneffizienz erreicht hat. Wenn die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz die Verzögerungsgrenzeneffizienz nicht erreicht hat, geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S6 weiter, in dem die Soll-Luftzahl so wie sie ist als erste Luftzahl beibehalten wird. Sobald die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz die Verzögerungsgrenzeneffizienz zu gegebener Zeit erreicht hat, geht die arithmetische Einheit 408 zu Schritt S5 weiter, in dem die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet wird. Nach Schritt S5 geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S7 weiter.
Die arithmetische Einheit 408 hält die Soll-Luftzahl auf der dritten Luftzahl, bis das in Schritt S7 erhaltene Ergebnis affirmativ ist. Wenn die geschätzte Luftmenge die Soll-Luftmenge zu gegebener Zeit erreicht, geht die Verarbeitung der arithmetischen Einheit 408 zu Schritt S8 weiter. In Schritt S8 schaltet die arithmetische Einheit 408 die Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl um. Somit wird das Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl abgeschlossen.
Wiederum mit Bezug auf 2 wird schließlich die arithmetische Einheit 410 beschrieben. Die arithmetische Einheit 410 berechnet das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten. Wie oben beschrieben, wird das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten zusammen mit dem geforderten zweiten Drehmoment und dem anderen zweiten Drehmoment in die arithmetische Einheit 146 eingegeben, und der kleinste Wert von diesen Werten wird von der arithmetischen Einheit 146 ausgewählt. Das geforderte zweite Drehmoment und das andere zweite Drehmoment sind normalerweise ungültige Werte und werden nur in einem Fall, wo ein spezielles Ereignis stattgefunden hat, auf gültige Werte umgeschaltet. Das gleiche gilt auch in Bezug das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten, und die arithmetische Einheit 410 stellt den Ausgangswert des zweiten Soll-Drehmoments beim Umschalten normalerweise auf einen ungültigen Wert ein.
Das geforderte erste Drehmoment, die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl werden in die arithmetische Einheit 410 eingegeben. Gemäß der Logik der arithmetischen Einheiten 404 und 408 stimmen die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl überein, bevor eine Verarbeitung zum Umschalten des Betriebsmodus beginnt, und sie stimmen auch überein, nachdem die Umschaltverarbeitung abgeschlossen worden ist. Während der Verarbeitung zum Umschalten des Betriebsmodus weichen die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl jedoch voneinander ab. Die arithmetische Einheit 410 berechnet das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten, das einen gültigen Wert aufweist, nur während eines Zeitraums, in die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl voneinander abweichen. In diesem Fall wird das geforderte erste Drehmoment als der gültige Wert des zweiten Drehmoments beim Umschalten verwendet. Das heißt, während eines Zeitraums, in dem die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl voneinander abweichen, wird das geforderte erste Drehmoment von der arithmetischen Einheit 410 als zweites Soll-Drehmoment beim Umschalten ausgegeben.
Das obige ist eine ausführlichen Beschreibung der Logik der arithmetischen Einheit 122, das heißt der Logik zum Umschalten des Betriebsmodus, die in der vorliegenden Ausführungsform übernommen wird. Nun werden Steuerungsergebnisse in einem Fall, wo eine Motorsteuerung gemäß der oben beschriebenen Logik ausgeführt wird, anhand der Zeichnungen beschrieben.
4 und 5 sind Zeitschemata, die ein Bild von Ergebnissen einer Steuerung zeigen, die von der ECU gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Dagegen ist 6 ist ein Zeitschema, das ein Bild von Ergebnissen einer Steuerung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. Die in 4 dargestellten Steuerungsergebnisse sind Steuerungsergebnisse in einem Fall, wo ein Umschalten des Betriebsmodus in der Nicht-Laderegion durchgeführt worden ist. Die in 5 dargestellten Steuerungsergebnisse sind Steuerungsergebnisse in einem Fall, wo ein Umschalten des Betriebsmodus in der Laderegion durchgeführt worden ist. Das Vergleichsbeispiel zeigt Steuerungsergebnisse in einem Fall, wo ein Umschalten des Betriebsmodus in der Laderegion gemäß der gleichen Logik (Logik zum Umschalten der Soll-Luftzahl) wie für die Nicht-Laderegion durchgeführt worden ist.
In 4, 5 und 6 zeigt eine Grafik auf der ersten (oberen) Höhe jeweils Änderung des Drehmoments im Zeitverlauf. Wie oben beschrieben, bezeichnet das Bezugszeichen „TQ1r“ das geforderte erste Drehmoment, bezeichnet das Bezugszeichen „TQ2c“ das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten und bezeichnet das Bezugszeichen „TQe“ das geschätzte Drehmoment. Man beachte, dass in diesem Fall das geforderte erste Drehmoment das endgültige erste Soll-Drehmoment ist und das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten das endgültige zweite Soll-Drehmoment ist. Ferner wird zusätzlich zu diesen Drehmomenten das tatsächliche Drehmoment von einer gestrichelten Linie in dem Diagramm dargestellt. Jedoch wird das tatsächliche Drehmoment während der tatsächlichen Motorsteuerung nicht gemessen. Die Linie für das tatsächliche Drehmoment, die in dem Diagramm gezeigt ist, ist eine imaginäre Linie, die durch Testergebnisse belegt wird.
Eine Grafik auf der zweiten Höhe von oben in 4, 5 und 6 zeigt Änderungen der Luftmenge im Zeitverlauf. Wie oben beschrieben bezeichnet das Bezugszeichen „KLt“ die Soll-Luftmenge, bezeichnet das Bezugszeichen „KLe“ die geschätzte Luftmenge und bezeichnet das Bezugszeichen „KLi“ die mittlere Luftmenge.
Zusätzlich zu diesen Luftmengen wird auch die tatsächliche Luftmenge von einer gestrichelten Linie in der Grafik dargestellt. Jedoch wird die tatsächliche Luftmenge während der tatsächlichen Motorsteuerung nicht gemessen. Die Linie für die tatsächliche Luftmenge, die in dem Diagramm gezeigt ist, ist ein Bild, das durch Testergebnisse belegt wird.
Eine Grafik auf der dritten Höhe von oben in 4, 5 und 6 zeigt Änderungen der Soll-Effizienz beim Umschalten im Zeitverlauf. Wie oben beschrieben bezeichnet das Bezugszeichen „ηtc“ die Soll-Effizienz beim Umschalten. Man beachte, dass in diesem Fall die Soll-Effizienz beim Umschalten die endgültige Soll-Effizienz ist.
Eine Grafik auf der vierten Höhe von oben in 4, 5 und 6 zeigt Änderungen der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz im Zeitverlauf. Wie oben beschrieben, bezeichnet das Bezugszeichen „ηi“ die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz. Ferner wird in der Grafik von 5 die Verzögerungsgrenzeneffizienz, die der Verzögerungsgrenze des Zündzeitpunkts entspricht, von einer Zweipunkt-Strich-Linie dargestellt.
Eine Grafik auf der fünften Höhe von oben in 4, 5 und 6 zeigt Änderungen des Zündzeitpunkts im Zeitverlauf. Wie oben beschrieben, bezeichnet das Bezugszeichen „SA“ den Zündzeitpunkt. Die Verzögerungsgrenze für den Zündzeitpunkt wird in der Grafik von einer Zweipunkt-Strich-Linie dargestellt.
Eine Grafik auf der sechsten Höhe von oben in 4, 5 und 6 zeigt Änderungen der Luftzahl im Zeitverlauf. Wie oben beschrieben, bezeichnet das Bezugszeichen „AFt“ die Soll-Luftzahl und das Bezugszeichen „AFh“ bezeichnet die virtuelle Luftzahl. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen „AF1“ die erste Luftzahl, bezeichnet das Bezugszeichen „AF2“ die zweite Luftzahl und bezeichnet das Bezugszeichen „AF3“ die dritte Luftzahl. Eine Grafik auf der siebten Höhe von oben in 4, 5 und 6 zeigt Änderungen der tatsächlichen Luftzahl im Zeitverlauf.
Zuerst werden Ergebnisse einer Steuerung gemäß der Umschaltlogik in Bezug auf die Soll-Luftzahl in der Nicht-Laderegion, die in der zweiten Ausführungsform übernommen wird, auf Basis von 4 beschrieben. Bei einer Verlangsamung werden die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl beide auf der ersten Luftzahl gehalten, bei der es sich um die theoretische Luftzahl handelt, bis das geforderte erste Drehmoment auf die Höhe des Bezugswerts sinkt, der durch „Ref“ dargestellt ist. Somit werden die Soll-Luftmenge, die auf Basis des geforderten ersten Drehmoments berechnet wird, und die virtuelle Luftzahl ansprechend auf eine Abnahme des geforderten ersten Drehmoments kleiner. Während dieses Zeitraums wird das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten ansprechend darauf, dass die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl übereinstimmen, auf einen ungültigen Wert eingestellt. Da die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz 1 wird, wird der Zündzeitpunkt beim optimalen Zündzeitpunkt gehalten, wenn das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten ein ungültiger Wert ist. Man beachte, dass sich der Zündzeitpunkt in dem Diagramm gemäß einer Abnahme des geforderten ersten Drehmoments ändert, dies aber eine Änderung ist, die der Änderung des optimalen Zündzeitpunkts in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder der Luftmenge entspricht.
Wenn das geforderte erste Drehmoment niedriger wird als der Bezugswert, wird nur die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Das heißt, obwohl die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl, das heißt der theoretischen Luftzahl gehalten wird, wird die virtuelle Luftzahl in einem Schritt auf ein magereres Gemisch gebracht. Ein Betrieb gemäß der zweiten Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet, benötigt eine größere Luftmenge als die Luftmenge, die für einen Betrieb gemäß der ersten Luftzahl nötig ist, bei der es sich um die theoretische Luftzahl handelt. Wenn die virtuelle Luftzahl, die zum Berechnen der Soll-Luftmenge verwendet wird, in einem Schritt auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, wird auch die Soll-Luftmenge zum Zeitpunkt einer solchen Umschaltung in einem Schritt größer. Da eine Ansprechverzögerung vorliegt, bis das Stellglied arbeitet und die Luftmenge sich ändert, werden die tatsächliche Luftmenge und die geschätzte Luftmenge, das heißt, deren geschätzter Wert, nicht in einem Schritt größer und werden mit einer Verzögerung in Bezug auf die Soll-Luftmenge größer. Die tatsächliche Luftmenge und die geschätzte Luftmenge kommen zu gegebener Zeit bei der mittlere Luftmenge an. Falls der Soll-Ansaugrohrdruck zu diesem Zeitpunkt den unteren Grenzwert der Laderegion nicht erreicht hat, wird die Soll-Luftzahl rasch von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet. Die tatsächliche Luftmenge und die geschätzte Luftmenge steigen weiter an und nähern sich allmählich der Soll-Luftmenge an, und zu gegebener Zeit sinkt der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der geschätzten Luftmenge unter oder auf den Schwellenwert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet.
Während eines Zeitraums ab dann, wenn das geforderte erste Drehmoment niedriger wird als der Bezugswert und eine Abweichung zwischen der Soll-Luftzahl und der virtuellen Luftzahl entsteht, bis dann, wenn die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl wieder übereinstimmen, wird das zweite Soll-Drehmoment beim Umschalten auf den gleichen Wert eingestellt wie das geforderte erste Drehmoment, das ein gültiger Wert ist. Dagegen wird während eines Zeitraums, in dem die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl gehalten wird, das geschätzte Drehmoment, das auf Basis der geschätzten Luftmenge und der Soll-Luftzahl berechnet wird, im Vergleich zu dem geforderten ersten Drehmoment einhergehend mit einer Vergrößerung der geschätzten Luftmenge, die durch Umschalten der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl bewirkt wird, allmählich größer. Sobald die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die erste Luftzahl, umgeschaltet worden ist, sinkt das geschätzte Drehmoment in einem Schritt. Da ein Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem die geschätzte Luftmenge eine Luftmenge erreicht, mit der das geforderte erste Drehmoment mit der dritten Luftzahl erreicht werden kann, stimmt das geschätzte Drehmoment unmittelbar nach dem Umschalten der Soll-Luftzahl mit dem geforderten ersten Drehmoment überein. Im Folgenden steigt einhergehend mit einer weiteren Zunahme der geschätzten Luftmenge in Richtung auf die Soll-Luftmenge das geschätzte Drehmoment erneut im Vergleich mit dem geforderten ersten Drehmoment. Die geschätzte Luftmenge nähert sich zu gegebener Zeit der Soll-Luftmenge an, und sobald die Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet worden ist, sinkt das geschätzte Drehmoment in einem Schritt, so dass es mit dem geforderten ersten Drehmoment übereinstimmt.
Während eines Zeitraums ab dann, wenn die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl voneinander abweichen, bis zu dann, wenn die Soll-Luftzahl und die virtuelle Luftzahl wieder übereinstimmen, wird als Folge davon, dass sich das geschätzte Drehmoment wie oben beschrieben in Bezug auf das geforderte erste Drehmoment ändert, die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz, das heißt das Verhältnis des zweiten Soll-Drehmoment beim Umschaltens zum geschätzten Drehmoment, ein Wert kleiner 1. Genauer sinkt während eines Zeitraums ab einer Zeit, zu der die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, bis zu einer Zeit, wo die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet wird, die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz monoton. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet wird, kehrt die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz wieder zu 1 zurück. Danach sinkt während eines Zeitraums bis zum Umschalten der Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz erneut monoton und kehrt zu einem Zeitpunkt, zu dem die Soll-Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, zu 1 zurück.
Der Zündzeitpunkt hängt von der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz ab. Je kleiner der Wert der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz ist, desto größer wird der Verzögerungsumfang des Zündzeitpunkts in Bezug auf den optimalen Zündzeitpunkt. Während eines Zeitraums ab der Zeit, zu der die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, bis zum Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl wird der Zündzeitpunkt ansprechend auf eine Verringerung der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz monoton verzögert. Ansprechend darauf, dass die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz zu einem Zeitpunkt, zu dem die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet wird, zu 1 zurückkehrt, wird der Zündzeitpunkt erneut auf den optimalen Zündzeitpunkt zurückgeführt. Ferner wird während eines Zeitraums bis zum Umschalten der Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl der Zündzeitpunkt ansprechend auf eine Senkung der zündzeitbefehlsabhängigen Effizienz erneut monoton verzögert. Der Zündzeitpunkt wird erneut auf den optimalen Zündzeitpunkt zurückgeführt, wenn die Soll-Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird.
Nun werden Ergebnisse einer Steuerung gemäß der Umschaltlogik in Bezug auf die Soll-Luftzahl in der Laderegion, die in der zweiten Ausführungsform übernommen wird, auf Basis von 5 beschrieben. Bei der Verlangsamung unterscheiden sich die Operationen bis dahin, wo das geforderte erste Drehmoment auf den Pegel des Bezugswerts sinkt, der mit „Ref“ bezeichnet ist, nicht von den Steuerungsergebnissen in der Nicht-Laderegion, die in 4 dargestellt sind. Wenn das geforderte erste Drehmoment niedriger wird als der Bezugswert, wird nur die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Dagegen wird die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl gehalten. Die geschätzte Luftmenge wird als Folge davon, dass die virtuelle Luftzahl, die verwendet wird, um die Soll-Luftmenge zu berechnen, ein magereres Gemisch beinhaltet, größer und kommt zu gegebener Zeit bei der mittleren Luftmenge an. Falls der Soll-Ansaugrohrdruck zu diesem Zeitpunkt auf oder über den unteren Grenzwert für die Laderegion gestiegen ist, wird die Soll-Luftzahl wie sie ist bei der ersten Luftzahl gehalten und nicht auf die dritte Luftzahl umgeschaltet.
Als Folge davon, dass die Soll-Luftzahl, auch nachdem die geschätzte Luftmenge bei der mittlere Luftmenge angekommen ist, weiter bei der ersten Luftzahl gehalten wird, nimmt die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz, das heißt das Verhältnis des geforderten ersten Drehmoments zum geschätzten Drehmoment weiter ab und kommt zu gegebener Zeit bei der Verzögerungsgrenzeneffizienz an. Die Verzögerungsgrenzeneffizienz entspricht der Verzögerungsgrenze des Zündzeitpunkts, und zu diesem Zeitpunkt ist der Zündzeitpunkt bis auf die Verzögerungsgrenze verzögert. Ansprechend darauf, dass die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz bis auf die Verzögerungsgrenzeneffizienz verringert wird, das heißt ansprechend darauf, dass der Zündzeitpunkt die Verzögerungsgrenze erreicht, wird die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet.
Sobald die Soll-Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet worden ist, sinkt das geschätzte Drehmoment in einem Schritt. Da die geschätzte Luftmenge zu diesem Zeitpunkt jedoch größer ist als die mittlere Luftmenge, das heißt eine Luftmenge, mit der das geforderte erste Drehmoment mit der dritten Luftzahl erreicht werden kann, wird das geschätzte Drehmoment unmittelbar nach dem Umschalten der Soll-Luftzahl größer als das geforderte erste Drehmoment. Obwohl die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz, das heißt das Verhältnis des geforderten ersten Drehmoments zum geschätzten Drehmoment, einhergehend mit dem Umschalten der Soll-Luftzahl in einem Schritt größer wird, kehrt die zündzeitbefehlsabhängige Effizienz somit nicht zu einem Wert 1 zurück, und der Zündzeitpunkt wird nicht bis auf den optimalen Zündzeitpunkt verfrüht. Da die geschätzte Luftmenge weiter in Richtung auf die Soll-Luftmenge sinkt, steigt das geschätzte Drehmoment danach im Vergleich zum geforderten ersten Drehmoment weiter, und einhergehend damit wird der Zündzeitpunkt erneut monoton verzögert. Wenn der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der geschätzten Luftmenge zu gegebener Zeit unter oder auf den Schwellenwert sinkt, wird die Soll-Luftzahl zu diesem Zeitpunkt von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet. Als Folge davon, dass die Soll-Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, sinkt das geschätzte Drehmoment in einem Schritt und stimmt mit dem geforderten ersten Drehmoment überein, und der Zündzeitpunkt wird auf den optimalen Zündzeitpunkt zurückgeführt. So wird das Umschalten des Betriebsmodus abgeschlossen.
Vorteilhafte Wirkungen, die durch Übernehmen einer anderen Logik zum Umschalten der Soll-Luftzahl in Bezug auf die Nicht-Laderegion und die Laderegion wie oben beschrieben erhalten werden, werden durch Gegenüberstellen der oben beschriebenen Steuerungsergebnisse mit dem Vergleichsbeispiel, das in 6 dargestellt ist, offensichtlich werden.
Gemäß dem Vergleichsbeispiel wird die Umschaltlogik für die Soll-Luftzahl in der Nicht-Laderegion wie sie ist zum Umschalten des Betriebsmodus in der Laderegion verwendet. Infolgedessen wird zu einer Zeit, wo die geschätzte Luftmenge bei der mittleren Luftmenge ankommt, auch dann, wenn der Soll-Ansaugrohrdruck bei oder über dem unteren Grenzwert der Laderegion liegt, die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet. Wenn die gleiche Luftmenge verwendet wird, wird die Energie, die dem Abgas mitgeteilt wird, zunehmend weniger, wenn die Gemischzusammensetzung magerer wird. Infolgedessen wird die Energie, die dem Abgas mitgeteilt wird, weniger, wenn die Soll-Luftzahl auf die dritte Luftzahl umgeschaltet wird. Außerdem sinkt die Energie, die dem Abgas mitgeteilt wird, in Folge davon, dass der Zündzeitpunkt einhergehend mit dem Umschalten der Soll-Luftzahl auf die dritte Luftzahl weiter verfrüht wird, weiter. Der Grund dafür ist, dass die Energie, die dem Abgas mitgeteilt wird, sinkt, während der Zündzeitpunkt verfrüht wird, wenn die gleiche Luftmenge und gleiche Luftzahl verwendet werden. Infolgedessen steigt gemäß dem Vergleichsbeispiel aufgrund einer Abnahme der Energie des Abgases die Turbinendrehzahl des Turboladers nicht, und es wird kein gegebener Ladungseffekt erzielt, und infolgedessen dauert es, bis die Luftmenge die Soll-Luftmenge erreicht. Infolgedessen dauert es lange, bis die Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, nachdem eine Bedingung zum Umschalten des Betriebsmodus erfüllt worden ist.
Im Gegensatz dazu wird gemäß der Logik, die in der vorliegenden Ausführungsform übernommen wird, in einem Fall, wo der Soll-Ansaugrohrdruck bei oder über dem unteren Grenzwert der Laderegion liegt, die Soll-Luftzahl auch dann bei der ersten Luftzahl gehalten, wenn die geschätzte Luftmenge die mittlere Luftmenge erreicht hat, und außerdem wird der Zündzeitpunkt verzögert, bis die Verzögerungsgrenze erreicht wird. Dadurch, dass auf diese Weise der Zündzeitpunkt im maximalen Umfang verzögert wird, ohne die Gemischzusammensetzung abzumagern, kann dem Abgas eine große Menge an Energie mitgeteilt werden und die Turbinendrehzahl des Turboladers kann erhöht werden. Auf diese Weise wird der Ladungseffekt des Turboladers verstärkt und die Luftmenge wird rasch auf die Soll-Luftmenge erhöht, und daher ist es möglich, die Zeit zu verkürzen, bis die Luftzahl auf die zweite Luftzahl umgeschaltet wird, nachdem eine Bedingung zum Umschalten des Betriebsmodus erfüllt worden ist. Gemäß der Logik, die in der vorliegenden Ausführungsform übernommen wird, kann somit auch in einer Laderegion, in welcher der Betrieb der Einwirkung eines Turbolochs unterliegt, die Luftzahl mit vorteilhafter Ansprechbarkeit von der ersten Luftzahl, das heißt der theoretischen Luftzahl, auf die zweite Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die theoretische Luftzahl, umgeschaltet werden, während eine glatte Abnahme des Drehmoments erreicht wird, die mit einer Verlangsamungsforderung des Fahrers konsistent ist.
Man beachte, dass unter dem Gesichtspunkt der Ansprechbarkeit beim Umschalten des Betriebsmodus kein Problem auftaucht, wenn die Umschaltlogik für die Soll-Luftzahl in der Laderegion in der Nicht-Laderegion verwendet wird. Auch in der Nicht-Laderegion kann eine Gestaltung übernommen werden, um die Soll-Luftzahl bei der ersten Luftzahl zu halten, bis der Zündzeitpunkt die Verzögerungsgrenze erreicht, und die Soll-Luftzahl kann auf die dritte Luftzahl umgeschaltet werden, sobald der Zündzeitpunkt bei der Verzögerungsgrenze ankommt. Da die Kraftstoffverbrauchswerte schlechter werden, wenn der Zeitraum, in dem der Zündzeitpunkt verzögert wird, länger wird oder der Verzögerungsumfang größer wird, ist es jedoch unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchswerte vorzuziehen, die Soll-Luftzahl zu einem Zeitpunkt auf die dritte Luftzahl umzuschalten, zu dem die geschätzte Luftmenge bei der mittleren Luftmenge ankommt, wie bei der Logik, die in der vorliegenden Ausführungsform übernommen wird.
[Ausführungsform 2]
Nun wird Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Ein Motor, der als Steuerungsobjekt gemäß der vorliegenden Erfindung genommen wird, ist ein Magermotor mit einem Turbolader, ähnlich wie in Ausführungsform 1. Stellglieder, die von der ECU betätigt werden, welche die Betätigungen des Motors gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert, beinhalten zusätzlich zu einer Drossel, einer VVT, einer Zündvorrichtung und einem Injektor ein Wastegateventil (im Folgenden als „WGV“ bezeichnet), das in einem Turbolader vorgesehen ist. Das WGV ist ein Ladungseigenschaften variierendes Stellglied, das eine Ladungseigenschaft des Turboladers variiert. Da die Ladungseigenschaft des Turboladers bewirkt, dass sich eine Luftmenge ändert, gehört das WGV zu den ersten Stellgliedern enthalten, die eine Änderung der Luftmenge bewirken, ähnlich wie bei die Drossel und die VVT.
In 7 ist die Logik der ECU gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand eines Blockschemas dargestellt. Die ECU beinhaltet eine Motorsteuereinrichtung 100 und einen Antriebsstrang-Manager 200. In dem Block, der den Antriebsstrang-Manager 200 darstellt, sind verschiedene Funktionen, mit denen der Antriebsstrang-Manager 200 ausgestattet ist, durch Blöcke dargestellt. Von diesen sind Blöcke, die Funktionen darstellen, die denen der ECU gemäß der Ausführungsform 1 gleich sind, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Ferner sind in dem Block, der die Motorsteuereinrichtung 100 zeigt, von verschiedenen Funktionen, mit denen die Motorsteuereinrichtung 100 ausgestattet ist, Funktionen, welche die koordinierten Betätigungen der Stellglieder betreffen, durch Blöcke dargestellt. Von diesen sind Blöcke, die Funktionen darstellen, die denen der ECU gemäß der Ausführungsform 1 gleich sind, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die folgende Beschreibung zielt auf Unterschiede in Bezug auf die Ausführungsform 1 ab, das heißt auf Blöcke, die Funktionen darstellen, die für die Betätigung des WGV spezifisch sind.
Der Antriebsstrang-Manager 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zu den arithmetischen Einheiten 202, 204, 206 und 208, die er mit der Ausführungsform 1 gemein hat, mit einer arithmetischen Einheit 210 ausgestattet. Die arithmetische Einheit 210 berechnet ein drittes gefordertes Drehmoment und sendet den berechneten Wert an die Motorsteuereinrichtung 100. In der Zeichnung wird das geforderte erste Drehmoment als „TQ3r“ beschrieben. Ähnlich wie das erste Drehmoment ist das dritte Drehmoment ein Drehmoment, das der Motor stetig über eine längere Zeit erzeugten muss. Eine Beziehung zwischen dem dritten Drehmoment und dem ersten Drehmoment ist analog zu der Beziehung zwischen dem ersten Drehmoment und dem zweiten Drehmoment. Das heißt, von der Seite des ersten Drehmoments aus betrachtet ist das erste Drehmoment ein Drehmoment einer Art, in Bezug auf die eine Dringlichkeit oder Priorität höher ist als die des dritten Drehmoments und für das eine gute Ansprechbarkeit des Motor nötig ist. Das heißt, das erste Drehmoment ist von einer Art, die zu einem früheren Zeitpunkt verwirklicht werden muss als das dritte Drehmoment. Das geforderte dritte Drehmoment ist ein geforderter Wert des dritten Drehmoments, das der Antriebsstrang-Manager 200 in Bezug auf den Motor fordert. Wenn die drei Arten von geforderten Drehmomenten, die vom Antriebsstrang-Manager 200 berechnet werden, geordnet nach größerer Dringlichkeit oder höherer Priorität aufgelistet werden, das heißt geordnet nach höherer Ansprechbarkeit, die vom Motor gefordert wird, ist ihre Reihenfolge: gefordertes zweites Drehmoment, gefordertes erstes Drehmoment, gefordertes drittes Drehmoment. Die arithmetische Einheit 210 berechnet das geforderte dritte Drehmoment auf Basis eines Signals, das dem Zustand des Öffnungsgrads des Gaspedals entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das geforderte dritte Drehmoment zusammen mit dem geforderten ersten Drehmoment einem geforderten Drehmoment in der vorliegenden Erfindung. Ein Drehmoment, das dadurch erhalten wird, dass eine Impulskomponente, die ein Drehmoment vorübergehend senkt, aus dem geforderten ersten Drehmoment entfernt wird, kann auch als das geforderte dritte Drehmoment übernommen werden.
Die Motorsteuereinrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht aus drei großen arithmetischen Einheiten 120, 140 und 160, ähnlich wie die Ausführungsform 1. Die große arithmetische Einheit 120 ist zusätzlich zu den arithmetischen Einheiten 122, 124, 126 und 128, die sie mit der Ausführungsform 1 gemein hat, mit einer arithmetischen Einheit 130 ausgestattet. Die arithmetische Einheit 130 berechnet als Steuerparameter für den Motor ein Drehmoment, das unter Drehmomenten, die nötig sind, um den aktuellen Betriebszustand des Motors aufrechtzuerhalten oder um einen geplanten vorgegebenen Betriebszustand zu verwirklichen, als drittes Drehmoment klassifiziert wird. In diesem Fall wird ein Drehmoment, das von der arithmetischen Einheit 130 berechnet wird, als „anderes drittes Drehmoment“ bezeichnet. In der Zeichnung wird das andere dritte Drehmoment als „TQ3etc“ beschrieben. Die arithmetische Einheit 130 gibt einen gültigen Wert nur in einem Fall aus, wo ein solches Drehmoment tatsächlich nötig ist, und berechnet einen ungültigen Wert während eines Zeitraums, in dem ein solches Drehmoment nicht nötig ist. Der ungültige Wert wird auf einen Wert gesetzt, der größer ist als das maximale angegebene Drehmoment, das vom Motor ausgegeben werden kann.
Die große arithmetische Einheit 140 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zu den arithmetischen Einheiten 142, 144 und 146, die sie mit der Ausführungsform 1 gemein hat, mit einer arithmetischen Einheit 148 ausgestattet. Die arithmetische Einheit 148 ist so gestaltet, dass sie einen Mediationsprozess in Bezug auf das dritte Drehmoment durchführt. Das geforderte dritte Drehmoment und das andere dritte Drehmoment werden in die arithmetische Einheit 148 eingegeben. Die arithmetische Einheit 148 führt einen Mediationsprozess an diesen Werten durch und gibt ein Drehmoment, das als Mediationsergebnis erhalten wird, als abschließend bestimmtes drittes Soll-Drehmoment aus. In der Zeichnung wird das dritte Soll-Drehmoment, das schließlich bestimmt wird, als „TQ3t“ beschrieben. Eine Mindestwertauswahl wird als Mediationsverfahren in der arithmetischen Einheit 148 verwendet. Somit wird in einem Fall, wo kein gültiger Wert aus der arithmetischen Einheit 130 ausgegeben wird, das geforderte dritte Drehmoment, das vom Antriebsstrang-Manager 200 erhalten wird, als drittes Soll-Drehmoment berechnet.
Die große arithmetische Einheit 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform behandelt sowohl das erste Soll-Drehmoment als auch das zweite Soll-Drehmoment und das dritte Soll-Drehmoment, die von der großen arithmetischen Einheit 140 eingegeben werden, als Drehmoment-Sollwerte in Bezug auf den Motor. Daher ist die große arithmetische Einheit 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einer arithmetischen Einheit 182 anstelle der arithmetischen Einheit 162 gemäß Ausführungsform 1 ausgestattet und ist mit einer arithmetischen Einheit 184 anstelle der arithmetischen Einheit 164 gemäß Ausführungsform 1 ausgestattet.
Das erste Soll-Drehmoment und das dritte Soll-Drehmoment werden in die arithmetische Einheit 182 eingegeben. Ferner werden die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl dort eingegeben. Die arithmetische Einheit 182 entspricht einer Einrichtung zum Berechnen der Soll-Luftmenge in der vorliegenden Erfindung. Anhand eines Verfahrens, das sie mit der arithmetischen Einheit 162 gemäß Ausführungsform 1 gemeinsam hat, verwendet die arithmetische Einheit 182 die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl, um aus dem ersten Soll-Drehmoment eine Soll-Luftmenge (im Folgenden als „erste Soll-Luftmenge“ bezeichnet) zu berechnen, mit der das erste Soll-Drehmoment erreicht werden kann. Die erste Soll-Luftmenge wird in der Zeichnung als „KL1t“ beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die erste Soll-Luftmenge von der arithmetischen Einheit 178 verwendet, um die Soll-Ventilsteuerzeit zu berechnen.
Gleichzeitig mit einer Berechnung der ersten Soll-Luftmenge verwendet die arithmetische Einheit 182 die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl, um aus dem dritten Soll-Drehmoment eine Soll-Luftmenge (im Folgenden als „dritte Soll-Luftmenge“ bezeichnet) zu berechnen, mit der das dritte Soll-Drehmoment erreicht werden kann. Die dritte Soll-Luftmenge wird in der Zeichnung als „KL3t“ beschrieben. Auch bei der Berechnung der dritten Soll-Luftmenge werden die Soll-Effizienz und die virtuelle Luftzahl als Parameter verwendet, die eine Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in ein Drehmoment angeben. Wenn der Wert der virtuellen Luftzahl bei der Berechnung der ersten Soll-Luftmenge auf die gleiche Weise geändert wird wie in Ausführungsform 1, wird auch der Wert der virtuellen Luftzahl ähnlich wie bei der Berechnung der dritten Soll-Luftmenge geändert.
Die arithmetische Einheit 184 berechnet den Soll-Ansaugrohrdruck rückwärts aus der ersten Soll-Luftmenge anhand eines Verfahrens, das dem gleich ist, das von der arithmetischen Einheit 164 gemäß Ausführungsform 1 verwendet wird. Der Soll-Ansaugrohrdruck wird in der Zeichnung als „Pmt“ beschrieben. Der Soll-Ansaugrohrdruck wird von der arithmetischen Einheit 166 verwendet, um den Soll-Drosselöffnungsgrad zu berechnen.
Ferner rückberechnet die arithmetische Einheit 184 gleichzeitig mit der Berechnung des Soll-Ansaugrohrdrucks einen Soll-Ladungsdruck aus der dritten Soll-Luftmenge. Der Soll-Ladungsdruck wird in der Zeichnung als „Pct“ beschrieben. Beim Berechnen des Soll-Ladungsdrucks wird zuerst unter Verwendung eines Verfahrens, das dem gleich ist, das verwendet wird, um den Soll-Ansaugrohrdruck zu berechnen, die dritte Soll-Luftmenge in einen Ansaugrohrdruck umgewandelt. Dann wird ein Reservedruck zum Ansaugrohrdruck addiert, der durch Umwandeln der dritten Soll-Luftmenge erhalten wird, und der Summenwert davon wird als der Soll-Ladungsdruck errechnet. Der Reservedruck ist eine minimale Spanne zwischen dem Ladungsdruck und dem Ansaugrohrdruck. Man beachte, dass der Reservedruck ein fester Wert sein kann, beispielsweise kann der Reservedruck auch ansprechend auf eine Änderung des Ansaugdrucks geändert werden.
Die große arithmetische Einheit 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet ferner eine arithmetische Einheit 186. Die arithmetische Einheit 186 berechnet einen Wastegateventil-Sollöffnungsgrad, bei dem es sich um einen Sollwert des Öffnungsgrads des Wastegateventils handelt, auf Basis des Soll-Ladungsdrucks. Der Wastegateventil-Sollöffnungsgrad wird in der Zeichnung als „WGV“ beschrieben. Ein Kennfeld oder Modell, in dem der Ladungsdruck und der Wastegateventilöffnungsgrad miteinander assoziiert sind, wird verwendet, um den Wastegateventil-Sollöffnungsgrad zu berechnen. Der Wastegateventil-Sollöffnungsgrad, der durch die arithmetische Einheit 186 berechnet wird, wird in ein Signal zum Ansteuern der WGV 10 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 115 der ECU an das WGV 10 gesendet. Die arithmetische Einheit 186 entspricht der Einrichtung zum Steuern des ersten Stellglieds in der vorliegenden Erfindung. Man beachte, dass anstelle des Wastegateventil-Öffnungsgrads auch ein Tastverhältnis einer Magnetspule, die das WGV 10 ansteuert, als Betätigungsumfang des WGV 10 genommen werden kann.
[Andere]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen innerhalb eines Bereichs vorgenommen werden, der nicht vom Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht. Zum Beispiel können die im Folgenden beschriebenen Modifikationen übernommen werden.
Die Luftzahl (virtuelle Luftzahl), die verwendet wird, um die Soll-Luftmenge in Ausführungsform 1 zu berechnen, kann durch ein Äquivalenzverhältnis ersetzt werden. Das Äquivalenzverhältnis ist auch ein Parameter, der eine Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in ein Drehmoment liefert, und entspricht einem Parameter, welcher der Luftzahl entspricht. Ebenso kann ein Luftüberschussfaktor als Parameter verwendet werden, der eine Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in ein Drehmoment liefert.
Eine in Bezug auf einen Hubbetrag variable Vorrichtung, die einen Hubbetrag des Ansaugventils variabel macht, kann auch als erstes Stellglied verwendet werden, das die Menge der Luft, die in die Zylinder gesaugt wird, ändert. Der in Bezug auf einen Hubbetrag variable Vorrichtung kann unabhängig anstelle der Drossel verwendet werden oder kann in Kombination mit einem anderen ersten Stellglied wie der Drossel oder der VVT verwendet werden. Die VVT kann auch weggelassen werden.
Eine variable Düse kann auch als Ladungseigenschaften variierendes Stellglied verwendet werden, das eine Ladungseigenschaft des Turboladers ändert. Falls der Turbolader von einem Elektromotor unterstützt wird, kann der Elektromotor ferner auch als Ladungseigenschaften variierendes Stellglied verwendet werden.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Injektor als ein zweites Stellglied nicht auf einen Rohrinjektor beschränkt. Ein Zylinderinjektor, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt, kann ebenfalls verwendet werden, und sowohl ein Rohrinjektor als auch ein Zylinderinjektor können in Kombination verwendet werden.
Die erste Luftzahl ist nicht auf die theoretische Luftzahl beschränkt. Die erste Luftzahl kann auch auf eine Luftzahl eingestellt werden, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die theoretische Luftzahl, und eine Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die erste Luftzahl kann als die zweite Luftzahl eingestellt werden.
Liste der Bezugszeichen

2: Drossel
4: Injektor
6: Zündvorrichtung
8: In Bezug auf eine Ventilsteuerzeit variable Vorrichtung
10: Wastegateventil
100: Motorsteuereinrichtung
101: Schnittstelle als Einrichtung zum Empfangen eines geforderten Drehmoments
200: Antriebsstrang-Manager
162, 182: Arithmetische Einheit als Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Luftmenge
164, 166, 178: Arithmetische Einheit als Einrichtung zum Steuern eines ersten
174, 176: Stellglieds Arithmetische Einheit als Einrichtung zum Steuern eines zweiten Stellglieds
168, 170, 172: Arithmetische Einheit als Einrichtung zum Steuern eines dritten Stellglieds
404: Arithmetische Einheit als Einrichtung zum Ändern eines Parameterwerts
406, 408: Arithmetische Einheit als Einrichtung zum Umschalten einer Soll-Luftzahl

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, die ein erstes Stellglied (2, 8; 2, 8, 10), das eine in einen Zylinder gesaugte Luftmenge ändert, ein zweites Stellglied (4), das Kraftstoff in einen Zylinder liefert, und ein drittes Stellglied (6), das eine Luft-Kraftstoff-Mischung in einem Zylinder entzündet, aufweist und die so gestaltet ist, dass sie in der Lage ist, auszuwählen zwischen einem Betrieb, in dem eine erste Luftzahl als Soll-Luftzahl übernommen wird, und einem Betrieb, in dem eine zweite Luftzahl, die ein magereres Gemisch beinhaltet als die erste Luftzahl, als Soll-Luftzahl übernommen wird, wobei die Steuervorrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Empfangen einer Drehmomentforderung (101), um ein gefordertes Drehmoment zu empfangen; eine Einrichtung zum Berechnen einer Soll-Luftmenge (162; 182), um eine Soll-Luftmenge zum Erreichen des geforderten Drehmoments auf Basis einer virtuellen Luftzahl, die ein Parameter ist, der eine Effizienz der Umwandlung einer Luftmenge in ein Drehmoment angibt, und zum Berechnen der Soll-Luftmenge verwendet wird, aus dem geforderten Drehmoment rückzuberechnen; eine Einrichtung zum Ändern einer virtuellen Luftzahl (404), um ansprechend auf die Erfüllung einer Bedingung zum Umschalten des Betriebsmodus von einem Betrieb gemäß der ersten Luftzahl in einen Betrieb gemäß der zweiten Luftzahl die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl zu ändern; eine Einrichtung zum Umschalten der Soll-Luftzahl (406, 408), um nach einer Änderung der virtuellen Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl die Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf eine dritte Luftzahl umzuschalten, die eine Luftzahl zwischen der ersten Luftzahl und der zweiten Luftzahl ist, und um die Soll-Luftzahl von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umzuschalten. eine Einrichtung zum Steuern eines ersten Stellglieds (164, 166, 178; 166, 178, 184, 186), um einen Betätigungsumfang des ersten Stellglieds (2, 8; 2, 8, 10) auf Basis der Soll-Luftmenge zu bestimmen und das erste Stellglied (2, 8; 2, 8, 10) gemäß dem Betätigungsumfang zu betätigen; eine Einrichtung zum Steuern eines zweiten Stellglieds (174, 176), um eine Kraftstoffzufuhrmenge auf Basis der Soll-Luftzahl zu bestimmen und das zweite Stellglied (4) gemäß der Kraftstoffzufuhrmenge zu betätigen; und eine Einrichtung zum Steuern eines dritten Stellglieds (168, 170, 172), um einen Zündzeitpunkt zum Erreichen des geforderten Drehmoments auf Basis des geforderten Drehmoments und eines Drehmoments, das auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds (2, 8; 2, 8, 10) und der Soll-Luftzahl geschätzt wird, zu bestimmen und um das dritte Stellglied (6) gemäß dem Zündzeitpunkt zu betätigen; wobei die Einrichtung zum Umschalten der Soll-Luftzahl (406, 408) dafür ausgelegt ist: die Soll-Luftzahl in einem Zeitraum von einer Zeit, zu der die virtuelle Luftzahl von der ersten Luftzahl in die zweite Luftzahl geändert wird, bis zu einer Zeit, zu der der Zündzeitpunkt bei einer Verzögerungsgrenze ankommt, bei der ersten Luftzahl zu halten; die Soll-Luftzahl ansprechend darauf, dass der Zündzeitpunkt bei der Verzögerungsgrenze ankommt, auf die dritte Luftzahl umzuschalten; und nach dem Umschalten der Soll-Luftzahl von der ersten Luftzahl auf die dritte Luftzahl die Soll-Luftzahl ansprechend darauf, dass ein Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und einer Luftmenge, die auf Basis des Betätigungsumfangs des ersten Stellglieds bestimmt wird, auf oder unter einen Schwellenwert sinkt, von der dritten Luftzahl auf die zweite Luftzahl umzuschalten.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader nach Anspruch 1, wobei: das erste Stellglied eine Drossel (2) beinhaltet; und die Einrichtung zum Steuern des ersten Stellglieds (164, 166; 184, 166) einen Soll-Drosselöffnungsgrad auf Basis eines Soll-Ansaugrohrdrucks, der auf Basis der Soll-Luftmenge berechnet wird, bestimmt und die Drossel (2) gemäß dem Soll-Drosselöffnungsgrad betätigt.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das erste Stellglied eine variable Ventilsteuervorrichtung (8) beinhaltet, die eine Ventilsteuerzeit eines Ansaugventils variiert, und die Einrichtung zum Steuern des ersten Stellglieds (178) eine Soll-Ventilsteuerzeit auf Basis der Soll-Luftmenge bestimmt und die variable Ventilsteuervorrichtung (8) gemäß der Soll-Ventilsteuerzeit betätigt.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das erste Stellglied ein Ladungseigenschaften variierendes Stellglied (10) beinhaltet, das eine Ladungseigenschaft des Turboladers variiert; und die Einrichtung zum Steuern des ersten Stellglieds (184, 186) einen Betätigungsumfang des Ladungseigenschaften variierenden Stellglieds (10) auf Basis eines Soll-Ladungsdrucks, der auf Basis der Soll-Luftmenge berechnet wird, bestimmt und das Ladungseigenschaften variierende Stellglied (10) gemäß dem Betätigungsumfang betätigt.