DE112013007151T5 - Steuervorrichtung für Maschine mit interner Verbrennung - Google Patents

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Abstract

Eine Soll-Luftmenge zum Erzielen eines verlangten Drehmoments wird aus dem verlangten Drehmoment unter Verwendung eines virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet. Das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird von einem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in ein zweites Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Antwort auf die Erfüllung einer Bedingung zum Umschalten eines Betriebszustands aus einen Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert. Nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert ist, wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet. Nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert ist, wird eine Soll-Ventilzeitgebung aus einer ersten Ventilzeitgebung in eine zweite Ventilzeitgebung umgeschaltet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung, die eine integrierte Steuerung einer Luftmenge, einer Kraftstoffzufuhrmenge und eines Zündzeitpunkts einer Maschine mit interner Verbrennung durchführt, die dazu aufgebaut ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das für den Betrieb verwendet wird, zwischen mindestens zwei Luft-Kraftstoff-Verhältnissen umzuschalten.
  • Stand der Technik
  • Das japanische Patent mit der Offenlegungsnummer 11-22609 offenbart eine Technologie (die nachstehend als „Stand der Technik” bezeichnet wird), die sich auf eine Umschaltsteuerung eines Verbrennungsverfahrens in einer Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine bezieht, die das Verbrennungsverfahren der Brennkraftmaschine aus einer Schichtladungsverbrennung in eine homogene Verbrennung oder aus einer homogenen Verbrennung in eine Schichtladungsverbrennung umschalten kann. Weil das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Schichtladungsverbrennung magerer als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der homogenen Verbrennung ist, wird das Umschalten des Verbrennungsverfahrens vom Umschalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses begleitet. Als das Verfahren zum Umschalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist ein Verfahren bekannt, das allmählich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so ändert, dass kein Unterschied in der Höhe des Drehmoments auftritt. Mit diesem bekannten Verfahren kann jedoch ein gewünschtes Drehmoment nicht erhalten werden, obwohl der Unterschied im Drehmomentpegel verringert wird, und es tritt das Problem auf, dass eine Verschlechterung der Emission verursacht wird, weil das nicht ursprünglich beabsichtigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird. Der vorstehend erläuterte Stand der Technik wird als die Lösung dieses Problems vorgeschlagen.
  • Nach dem vorstehend erläuterten Stand der Technik wird zur Zeit des Umschaltens aus der homogenen Verbrennung in die Schichtladungsverbrennung nur ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stufenweise umgeschaltet, bevor ein Soll-Äquivalenzverhältnis stufenweise umgeschaltet wird. Genauer gesagt wird zunächst eine Luftmenge durch stufenweises Erhöhen nur der Soll-Luftmenge erhöht, und das Soll-Äquivalenzverhältnis wird stufenweise zu einem Zeitpunkt verringert, zu dem die tatsächliche Luftmenge die Soll-Luftmenge erreicht. Das bedeutet, dass in einem Zeitabschnitt, in dem die Luftmenge später als die Soll-Luftmenge erhöht wird, das Soll-Äquivalenzverhältnis vor dem Umschalten des Verbrennungsverfahrens beibehalten wird. Wenn jedoch eine Kraftstoffmenge auf der Grundlage des Soll-Äquivalenzverhältnisses vor dem Umschalten des Verbrennungsverfahrens bestimmt wird, wird die Kraftstoffmenge sehr viel größer als eine Menge, die nötig ist, um ein Drehmoment konstant zu halten. Daher wird der Überschuss der Kraftstoffmenge in dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik durch Verzögern eines Zündzeitpunkts korrigiert, wodurch eine Vermeidung der Erhöhung des Drehmoments zu einer Zeit vor dem Umschalten des Verbrennungsverfahrens durchgeführt wird.
  • Nebenbei bemerkt wird ein Umschalten einer Soll-Ventilzeitgebung von einer zum theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis passenden Ventilzeitgebung zu einer zum mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis passenden Ventilzeitgebung durchgeführt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer Maschine mit interner Verbrennung, die mit einem variablen Ventilzeitgebungsmechanismus ausgestattet ist, der eine Ventilzeitgebung eines Ansaugventils ändert, aus einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird. Dadurch wird die Soll-Ventilzeitgebung so umgeschaltet, dass eine Ventilüberlappgröße als Antwort auf das Umschalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis abnimmt.
  • Hier wird wie in dem vorstehend erläuterten Stand der Technik ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis während eines Schaltvorgangs durch den variablen Ventilzeitgebungsmechanismus realisiert, wenn die Soll-Ventilzeitgebung in einem Fall der Durchführung einer Steuerung des Umschaltens der Soll-Luftmenge zu einem Zeitpunkt des Umschaltens des Sollkraftstoffverhältnisses vor dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, und daher ergibt sich gleichzeitig eine Möglichkeit einer Fehlzündung aufgrund einer Verschlechterung der Verbrennung. Daher kann der Zeitpunkt zum Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung auch so angesehen werden, dass er passend zu einem Zeitpunkt des Umschaltens der Soll-Luftmenge eingestellt wird. Wenn das Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung zu dem Zeitpunkt des Umschaltens der Soll-Luftmenge durchgeführt wird, wird die Ventilüberlappgröße vor dem Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringert. In diesem Fall ergibt sich gleichzeitig eine Möglichkeit, dass eine Erhöhung der Luftmenge langsam wird, und ein Übergangszeitabschnitt wird verlängert, bis die tatsächliche Luftmenge nach dem Umschalten der Soll-Luftmenge auf die Soll-Luftmenge steigt. Weil in dem Übergangszeitabschnitt das tatsächliche Drehmoment größer als ein verlangtes Drehmoment wird, wird das verlangte Drehmoment durch eine Verzögerungssteuerung eines Zündzeitpunkts realisiert und der Drehmomentpegelunterschied wird eliminiert. Wenn der Übergangszeitabschnitt, bis die Soll-Luftmenge realisiert wird, aufgrund des Einflusses der Verringerung in der vorstehend beschriebenen Ventilüberlappgröße verlängert wird, werden eine Verschlechterung der Verbrennung und eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz befürchtet. Zudem wird eine Erhöhung der Temperatur der Abgassystemkomponenten zu einem Problem, wenn die Verzögerungssteuerung des Zündzeitpunkts für einen längeren Zeitabschnitt während der Verringerung des Übergangszeitabschnitts andauert. Die Erhöhung der Temperatur der Abgassystemkomponenten kann verhindert werden, indem eine Beschränkung der Zeitabschnitte mit Verzögerung des Zündzeitpunkts vorgesehen ist, aber eine Erhöhung des Drehmoments aufgrund einer zu großen Kraftstoffmenge kann nicht vermieden werden.
  • Druckschriftenliste
  • Patentliteratur
    • Patentschrift 1: Japanisches Patent mit Offenlegungsnummer 11-22609
  • Kurze Erläuterung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Licht der vorstehend erläuterten Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer internen Verbrennung ohne Verursachen einer Drehmomentänderung umzuschalten, die dazu fähig ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Verwendung im Betrieb zwischen mindestens zwei Luft-Kraftstoff-Verhältnissen umzuschalten.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf dem Aufbau einer Steuervorrichtung für eine Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine angewendet werden. Nachstehend wird eine allgemeine Skizze einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie aus den Inhalten der nachstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung deutlich wird, kann die vorliegende Erfindung für die Abläufe eines Steuerverfahrens für eine Maschine mit interner Verbrennung angewendet werden und kann auch auf einen Algorithmus eines Programms angewendet werden, das mit einer Steuervorrichtung durchgeführt wird.
  • Eine Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung nimmt als Steuerobjekt eine Brennkraftmaschine an, die drei Arten von Stellgliedern aufweist und dazu aufgebaut ist, dazu fähig zu sein, einen Betrieb mit einem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einen Betrieb mit einem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszuwählen, das magerer als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Die drei Arten von Stellgliedern beziehen sich auf ein erstes Stellglied, das eine Luftmenge ändert, ein zweites Stellglied, das Kraftstoff in einen Zylinder einführt und ein drittes Stellglied, das ein Mischgas im Zylinder zündet. Das erste Stellglied umfasst eine Drossel und einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus, der eine Ventilzeitgebung eines Ansaugventils ändert, und wenn die Brennkraftmaschine eine Turboladermaschine ist, umfasst das erste Stellglied weiterhin variable Stellglieder für die Eigenschaften des Turboladers, die eine Turboladereigenschaft eines Turboladers ändern, noch genauer eine variable Düse und ein Wastegate-Ventil. Das zweite Stellglied ist noch genauer eine Einspritzung, die Kraftstoff einspritzt, und umfasst eine Kanaleinspritzung, die Kraftstoff in einen Ansauganschluss einspritzt, und eine Zylindereinspritzung, die Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt. Das dritte Stellglied ist noch genauer eine Zündvorrichtung. Die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung führt eine integrierte Steuerung einer Luftmenge, einer Kraftstoffzuführmenge und eines Zündzeitpunkts der Bennkraftmaschine durch einen koordinierten Betrieb dieser drei Arten von Stellgliedern durch.
  • Die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann als ein Computer realisiert sein. Genauer gesagt kann die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung durch einen Computer gebildet sein, der mit einem Speicher ausgestattet ist, in dem ein Programm gespeichert ist, das eine Verarbeitung zur Realisierung verschiedener Funktionen beschreibt, und mit einem Prozessor, der das Programm aus dem Speicher liest und das Programm ausführt. Funktionen, mit denen die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, umfassen als Funktionen zur Bestimmung einer Soll-Luftmenge und eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die in koordinierten Vorgängen der drei Arten von Stellgliedern wie vorstehend beschrieben zu verwenden sind, eine Aufnahmefunktion für ein verlangtes Drehmoment, eine Umschaltfunktion für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Berechnungsfunktion für die Soll-Luftmenge und eine Funktion zum Ändern eines virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
  • Nach der Funktion zur Aufnahme des verlangten Drehmoments wird ein von der Maschine mit interner Verbrennung verlangtes Drehmoment aufgenommen. Das verlangte Drehmoment wird auf der Grundlage eines Signals berechnet, das von der Stellung eines vom Fahrer bedienten Gaspedals abhängt. In einem Fall, in dem der Fahrer eine Verzögerungsanforderung an die Maschine mit interner Verbrennung abgibt, wird ein verlangtes Drehmoment erhalten, das passend zu der Geschwindigkeit abnimmt, mit der der Fahrer das Gaspedal löst. In einem Fall, in dem der Fahrer eine Beschleunigungsanforderung an die Brennkraftmaschine abgibt, wird ein verlangtes Drehmoment erhalten, das sich passend zu der Geschwindigkeit erhöht, mit der der Fahrer das Gaspedal niederdrückt.
  • Nach der Funktion zur Berechnung der Soll-Luftmenge wird eine Soll-Luftmenge zum Erzielen des verlangten Drehmoments aus dem verlangten Drehmoment berechnet. Bei der Berechnung der Soll-Luftmenge wird ein Parameter verwendet, der eine Umwandlungseffizienz der Luftmenge in Drehmoment bereitstellt. Weil das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird das Drehmoment kleiner, das mit derselben Luftmenge erzeugt wird, und daher entspricht der Parameter passend zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Parameter, der die Effizienz der Umwandlung der Luftmenge in Drehmoment bereitstellt. Das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist ein Parameter passend zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ist einer der Parameter, die bei der Berechnung der Soll-Luftmenge verwendet werden. Ein Wert des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist variabel und wird durch die Funktion zur Änderung des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geändert. Nach der Funktion zur Änderung des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Antwort auf eine Bedingung zum Umschalten des Betriebszustands aus dem Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert. Wenn der Wert des verlangten Drehmoments gleich ist, wird die Soll-Luftmenge kleiner, wenn das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist, und die Soll-Luftmenge wird größer, wenn das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer ist.
  • Nach der Funktion zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet, das magerer als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird. Ein spezifischer Zeitpunkt zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist vorzugsweise ein Zeitpunkt, zu dem ein Unterschied zwischen der Luftmenge (der abgeschätzten Luftmenge), die aus einer Betriebsgröße des ersten Stellglieds abgeschätzt wird, und der Soll-Luftmenge gleich groß wie oder kleiner als ein Schwellenwert wird. Zudem kann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem Zeitpunkt vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet werden, zu dem ein festgelegter Zeitabschnitt verstrichen ist, nachdem sich ein Wert eines Parameters ändert.
  • Die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung unterzieht die drei Arten von Stellgliedern koordinierten Vorgängen auf der Grundlage der Soll-Luftmenge und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die durch die vorstehend beschriebene Verarbeitung bestimmt werden. Funktionen, mit denen die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, umfassen eine Steuerfunktion für das erste Stellglied, eine Steuerfunktion für das zweite Stellglied und eine Steuerfunktion für das dritte Stellglied als Funktionen zum Durchführen koordinierter Vorgänge auf der Grundlage der Soll-Luftmenge und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
  • Nach der Steuerfunktion bzw. Regelungsfunktion für das erste Stellglied wird eine Betriebsgröße des ersten Stellglieds auf der Grundlage der Soll-Luftmenge bestimmt. Zudem wird ein Betrieb des ersten Stellglieds passend zur bestimmten Betriebsgröße durchgeführt. Die tatsächliche Luftmenge ändert sich so, dass sie der Soll-Luftmenge passend zum Betrieb des ersten Stellglieds folgt.
  • Nach der Steuerfunktion bzw. Regelungsfunktion für das zweite Stellglied wird eine Kraftstoffzuführmenge auf der Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses festgelegt. Der Betrieb des zweiten Stellglieds wird dann gemäß der festgelegten Kraftstoffzuführmenge durchgeführt.
  • Nach der Steuerfunktion bzw. Regelungsfunktion für das dritte Stellglied wird ein Zündzeitpunkt zum Erzielen des verlangten Drehmoments auf der Grundlage eines Drehmoments bestimmt, das auf der Grundlage des Betriebszustands des ersten Stellglieds und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des verlangten Drehmoments abgeschätzt wird. Der Betrieb des dritten Stellglieds wird dann passend zum bestimmten Zündzeitpunkt durchgeführt. Die tatsächliche Luftmenge kann auf der Grundlage der Betriebsgröße bzw. Stellgröße des ersten Stellglieds abgeschätzt werden, und das Drehmoment kann auf der Grundlage der abgeschätzten Luftmenge und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abgeschätzt werden. Der Betrieb des dritten Stellglieds wird durch Korrektur einer zu großen Stärke des abgeschätzten Drehmoments gegenüber dem verlangten Drehmoment mittels des Zündzeitpunkts durchgeführt.
  • Man bemerke, dass die Steuerfunktion bzw. Regelungsfunktion für das erste Stellglied eine Funktion zur Berechnung einer ersten Ventilzeitsteuerung, eine Funktion zur Berechnung einer zweiten Ventilzeitsteuerung und eine Funktion zum Umschalten einer Soll-Ventilzeitsteuerung als die Funktionen zum Bestimmen der Betätigungsgröße des variablen Ventilzeitgebungsmechanismus umfasst, der das erste Stellglied ist.
  • Nach der Funktion zur Berechnung der ersten Ventilzeitgebung wird eine erste Ventilzeitgebung, die eine Soll-Ventilzeitgebung passend zum ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, auf der Grundlage der Soll-Luftmenge berechnet.
  • Nach der zweiten Funktion zur Berechnung der Ventilzeitgebung wird auf der Grundlage der Soll-Luftmenge eine zweite Ventilzeitgebung berechnet, die eine Soll-Ventilzeitgebung ist, die zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis passt, das magerer als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Nach der Funktion zum Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung wird die Soll-Ventilzeitgebung von der ersten Ventilzeitgebung zur zweiten Ventilzeitgebung umgeschaltet, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis wechselt.
  • Ein spezifischer Zeitpunkt zum Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung von der ersten Ventilzeitgebung in die zweite Ventilzeitgebung ist bevorzugt ein Zeitpunkt, zu dem ein erster Zeitabschnitt zur Vorhersage einer Ankunft, der ein Vorhersagewert eines Zeitabschnitts ist, bis die Luftmenge, die aus der Betätigungsgröße des ersten Stellglieds abgeschätzt wird, auf der Soll-Luftmenge ankommt, mit einem zweiten Zeitabschnitt zur Vorhersage der Ankunft zusammenfällt, der ein Vorhersagewert eines Zeitabschnitts ist, der nötig ist, um einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus aus einer Position der ersten Ventilzeitgebung in eine Position der zweiten Ventilzeitgebung zu betätigen.
  • Nach der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die vorstehend beschriebenen Funktionen vorgesehen, wodurch der Betriebszustand der Maschine mit interner Verbrennung aus dem Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet werden kann, das magerer als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ohne eine Drehmomentveränderung zu verursachen.
  • Kurze Erläuterung der Figuren
  • 1 ist ein Blockschaubild, das eine Logik einer Steuervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 2 ist ein Blockschaubild, das eine Logik des Umschaltens eines Betriebsmodus der Steuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 3 ist ein Blockschaubild, das eine Logik des Umschaltens einer Soll-Ventilzeitgebung der Steuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Unterschied zwischen einer ersten Ventilzeitgebung und einer zweiten Ventilzeitgebung und einem vorhergesagten Zeitabschnitt für das Auftreten einer mageren Ventileinstellung beschreibt.
  • 5 ist ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Unterschied zwischen einer Soll-Luftmenge und einer abgeschätzten Luftmenge und einem vorhergesagten Zeitabschnitt für die Ankunft einer Soll-Luftmenge beschreibt.
  • 6 ist ein Zeitschaubild, das ein Bild eines Steuerergebnisses durch die Steuervorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 7 ist ein Zeitschaubild, das ein Bild eines Steuerergebnisses nach einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
  • 8 ist ein Blockschaubild, das eine Logik einer Steuervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 9 ist ein Zeitschaubild, das ein Bild eines Steuerergebnisses durch die Steuervorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Erläuterung von Ausführungsformen
  • [Erste Ausführungsform]
  • Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
  • Eine Maschine mit interner Verbrennung (die nachstehend als „Maschine” bezeichnet wird), die in der vorliegenden Ausführungsform ein Steuer- bzw. Regelobjekt ist, ist eine Kolbenmaschine mit Funkenzündung und Viertakthub. Zudem ist die Maschine eine sogenannte „Magermixmaschine”, die so aufgebaut ist, dass sie dazu fähig ist, zwischen einem stöchiometrischen Modus (ersten Betriebsmodus), der einen Betrieb passend zu einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführt, und einem mageren Modus (zweiten Betriebsmodus) als Betriebsmodi der Maschine umzuschalten, der einen Betrieb passend zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführt, das magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Eine ECU (elektrische Steuereinheit, Electrical Control Unit), die in dem Fahrzeug montiert ist, steuert bzw. regelt den Betrieb der Maschine durch Betätigen verschiedener Arten von Stellgliedern, die in der Maschine vorgesehen sind. Die von der ECU betätigten Stellglieder umfassen eine Drossel und einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus (der nachstehend als „VVT” bezeichnet wird) als ein erstes Stellglied, das eine Luftmenge ändert, eine Einspritzung als ein zweites Stellglied, das Kraftstoff in einen Zylinder zuführt, und eine Zündvorrichtung als ein drittes Stellglied, das eine Luft-Kraftstoff-Mischung in einem Zylinder zündet. Der VVT ist für ein Einlassventil vorgesehen. Die Einspritzung ist in einem Ansauganschluss vorgesehen. Die ECU betätigt diese Stellglieder, um den Betrieb der Maschine zu steuern. Die Steuerung der Maschine durch die ECU umfasst das Umschalten der Betriebsmodi aus einem stöchiometrischen Modus in einen Magermodus oder aus dem Magermodus in den stöchiometrischen Modus.
  • In 1 wird die Logik der ECU nach der vorliegenden Ausführungsform in einem Blockschaubild veranschaulicht. Die ECU umfasst eine Maschinensteuerung 100 und einen Antriebsstrangmanager 200. Die Maschinensteuerung 100 ist eine Steuervorrichtung, die die Maschine direkt steuert und entspricht der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Der Antriebsstrangmanager 200 ist eine Steuervorrichtung, die eine integrierte Steuerung des gesamten Antriebssystems durchführt, das die Maschine, ein elektronisch gesteuertes Automatikgetriebe und auch Fahrzeugsteuervorrichtungen wie eine VSC und TRC bzw. eine Stabilitätsregelung und Traktionskontrolle umfasst. Die Maschinensteuerung 100 ist dazu aufgebaut, den Betrieb der Maschine auf der Grundlage von Signalen zu steuern, die vom Antriebsstrangmanager 200 empfangen werden. Die Maschinensteuerung 100 und der Antriebsstrangmanager 200 sind jeweils durch Software realisiert. Genauer gesagt werden die jeweiligen Funktionen der Maschinensteuerung 100 und des Antriebsstrangmanagers 200 in der ECU durch Lesen von in einem Speicher gespeicherten Programmen und durch Ausführung der Programme unter Verwendung eines Prozessors realisiert. Man bemerke, dass in einem Fall, in dem die ECU mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet ist, die Maschinensteuerung 100 und der Antriebsstrangmanager 200 jeweils unterschiedlichen Kernen oder Kerngruppen zugeordnet sein können.
  • In dem Block, der in 1 den Antriebsstrangmanager 200 zeigt, sind manche der Funktionen aus verschiedenen Funktionen, mit denen der Antriebsstrangmanager 200 ausgestattet ist, die sich auf die Steuerung bzw. Regelung der Maschine beziehen, durch Blöcke wiedergegeben. Eine Arithmetikeinheit ist jedem dieser Blöcke zugeordnet. Ein Programm entsprechend jedem Block ist in der ECU vorgesehen und die Funktionen der jeweiligen Arithmetikeinheiten werden in der ECU durch Ausführen der Programme unter Verwendung eines Prozessors realisiert. Man bemerke, dass in dem Fall, in dem die ECU mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet ist, die Arithmetikeinheiten, die den Antriebsstrangmanager 200 bilden, verteilt und einer Vielzahl von Kernen zugeordnet sein können.
  • Eine Arithmetikeinheit 202 berechnet ein verlangtes erstes Drehmoment und sendet den berechneten Wert an die Maschinensteuerung 100. In den Figuren wird das verlangte erste Drehmoment als „TQ1r” beschrieben. Das erste Drehmoment ist ein Drehmoment einer Art, für welche das von der Maschine verlangte Ansprechverhalten nicht ausgeprägt ist, und bei dem es ausreichend ist, dass es in der nahen Zukunft realisiert wird und nicht sofort realisiert werden muss. Das verlangte erste Drehmoment ist ein verlangter Wert des ersten Drehmoments, das der Antriebsstrangmanager 200 von der Maschine verlangt und entspricht dem verlangten Drehmoment der vorliegenden Erfindung. Ein Signal, das als Antwort auf den Zustand des Grads der Stellung des Gaspedals von einem nicht gezeigten Gaspedalpositionssensor abgegeben wird, wird der Arithmetikeinheit 202 eingelesen. Das verlangte erste Drehmoment wird auf der Grundlage des vorstehend erläuterten Signals berechnet. Man bemerke, dass das verlangte erste Drehmoment ein Wellendrehmoment ist.
  • Eine Arithmetikeinheit 204 berechnet ein verlangtes zweites Drehmoment und schickt den berechneten Wert an die Maschinensteuerung 100. In den Figuren wird das verlangte zweite Drehmoment als „TQ2r” bezeichnet. Das zweite Drehmoment ist ein Drehmoment einer Art, für welche die Notwendigkeit oder Priorität höher als beim ersten Drehmoment ist, und für das ein schnelles Ansprechverhalten der Maschine verlangt wird. Das bedeutet, dass das zweite Drehmoment von einer Art ist, die sofort zu realisieren ist. Der Terminus „Ansprechverhalten”, der hier verwendet wird, bezieht sich auf das Ansprechverhalten, wenn das Drehmoment vorübergehend verringert wird. Das verlangte zweite Drehmoment ist ein verlangter Wert des zweiten Drehmoments, das der Antriebsstrangmanager 200 mit Bezug auf die Maschine verlangt. Das verlangte zweite Drehmoment, das von der Arithmetikeinheit 204 berechnet wird, umfasst verschiedene Arten von Drehmomenten, die vom Fahrzeugsteuersystem verlangt werden, wie ein Drehmoment, das für die Getriebesteuerung des elektronisch gesteuerten Automatikgetriebes verlangt wird, ein Drehmoment, das für die Traktionssteuerung verlangt wird, und ein Drehmoment, das für eine Regelung zum Verhindern des seitlichen Rutschens verlangt wird. Während das erste Drehmoment ein Drehmoment ist, das die Maschine stabil oder über einen verlängerten Zeitabschnitt erzeugen muss, ist das zweite Drehmoment ein Drehmoment, von dem verlangt wird, dass es die Maschine plötzlich oder während eines kurzen Zeitabschnitts erzeugt. Daher gibt die Arithmetikeinheit 204 einen validen Wert aus, der zu der Größe des Drehmoments passt, von dem gewünscht wird, dass es nur in einem Fall realisiert wird, in dem tatsächlich ein Vorkommnis aufgetreten ist, bei dem ein derartiges Drehmoment benötigt wird, und gibt einen ungültigen Wert während eines Zeitabschnitts aus, in dem ein solcher Fall nicht auftritt. Der ungültige Wert wird auf einen Wert eingestellt, der größer als das maximale Wellenmoment ist, das die Maschine abgeben kann.
  • Eine Arithmetikeinheit 206 berechnet ein Getriebeübersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes und sendet ein Signal, das das Getriebeübersetzungsverhältnis anzeigt, an eine nicht gezeigte Getriebesteuerung bzw. -regelung. Die Getriebesteuerung wird ähnlich wie der Antriebsstrangmanager 200 und die Maschinensteuerung 100 als eine Funktion der ECU realisiert. Ein Flag-Signal von der Maschinensteuerung 100 wird der Arithmetikeinheit 206 eingelesen. In den Figuren wird das Flag-Signal bzw. Merkersignal als „FLG” beschrieben. Das Flag-Signal ist ein Signal, das anzeigt, dass der Zustand einer ist, in dem das Umschalten des Betriebsmodus durchgeführt wird. Während eines Zeitabschnitts, in dem das Flag-Signal ein ist, legt die Arithmetikeinheit 206 das Getriebeübersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes fest. Das bedeutet, dass eine Änderung des Getriebeübersetzungsverhältnisses durch das Automatikgetriebe verboten wird, so dass sich der Betriebszustand der Maschine nicht in einem großen Maß ändert, während das Umschalten des Betriebsmodus durchgeführt wird.
  • Als Antwort auf die Erfüllung einer vorab festgelegten Bedingung sendet eine Arithmetikeinheit 208 ein Stoppsignal an die Maschinensteuerung 100, das die Maschinensteuerung 100 anweist, das Umschalten des Betriebsmodus zu stoppen. In den Figuren wird das Stoppsignal als „Stop” beschrieben. Die vorab festgelegte Bedingung ist, dass vom Antriebsstrangmanager 200 eine Forderung ausgegeben wird, den Betriebszustand der Maschine in einem großen Ausmaß zu ändern. Beispielsweise wird das Stoppsignal von der Arithmetikeinheit 208 in einem Fall ausgegeben, in dem das Getriebeübersetzungsverhältnis des Automatikgetriebes geändert wird, und in einem Fall, in dem spezielle Anforderungen bezüglich des Zündzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge an die Maschine abgegeben werden, um den Katalysator aufzuwärmen.
  • Als Nächstes wird der Aufbau der Maschinensteuerung 100 beschrieben. Die Schnittstellen 101, 102, 103 und 104 sind zwischen der Maschinensteuerung 100 und dem Antriebsstrangmanager 200 angeordnet. Die Schnittstelle 101 entspricht der Einrichtung zur Aufnahme des verlangten Drehmoments in der vorliegenden Erfindung. Das verlangte erste Drehmoment wird der Maschinensteuerung 100 an der Schnittstelle 101 übergeben. Das Stoppsignal wird der Maschinensteuerung 100 an der Schnittstelle 102 übergeben. Das Flag-Signal wird der Maschinensteuerung 100 an der Schnittstelle 103 übergeben. Das verlangte zweite Drehmoment wird der Maschinensteuerung 100 an der Schnittstelle 104 übergeben.
  • In dem Block, der die Maschinensteuerung 100 in 1 veranschaulicht, werden unter den verschiedenen Funktionen, mit denen die Maschinensteuerung 100 ausgestattet ist, Funktionen bezüglich der koordinierten Betätigungen der drei Arten von Stellgliedern, das bedeutet, eine Drossel 2 und eine VVT bzw. variable Ventilzeitgebung 8 als ein erstes Stellglied, eine Einspritzung 4 als ein zweites Stellglied und eine Zündvorrichtung 6 als ein drittes Stellglied durch Blöcke wiedergegeben. Eine Arithmetikeinheit ist jedem dieser Blöcke zugeordnet. Ein Programm passend zu jedem Block ist in der ECU vorbereitet, und die Funktionen der jeweiligen Arithmetikeinheiten werden in der ECU durch Ausführung der Programme unter Verwendung eines Prozessors realisiert. Man bemerke, dass in dem Fall, in dem die ECU mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet ist, die Arithmetikeinheiten, die die Maschinensteuerung 100 aufbauen, einer Vielzahl von Kernen zugeordnet und verteilt sein können.
  • Der Aufbau der Maschinensteuerung 100 ist hauptsächlich in drei große Arithmetikeinheiten 120, 140 und 160 unterteilt. Die große Arithmetikeinheit 120 berechnet Werte von verschiedenen Steuerparametern für die Maschine. Sollwerte verschiedener Steuergrößen für die Maschine sind in den Steuerparametern enthalten. Zudem sind ein Wert, der auf der Grundlage eines verlangten Werts berechnet wird, der vom Antriebsstrangmanager 200 geschickt wird, und ein Wert, der innerhalb der großen Arithmetikeinheit 120 auf der Grundlage von Informationen bezüglich des Betriebszustands der Maschine berechnet wird, in den Sollwerten enthalten. Man bemerke, dass ein Sollwert ein Wert einer Steuergröße ist, die auf der Grundlage eines realisierbaren Bereichs eingestellt wird, der abhängig vom Betriebszustand der Maschine festgelegt wird, während ein verlangter Wert ein Wert einer Steuergröße ist, der lediglich vom Antriebsstrangmanager 200 verlangt wird, ohne den Zustand der Maschine in Betracht zu ziehen. Die große Arithmetikeinheit 120 wird genauer gesagt durch vier Arithmetikeinheiten 122, 124, 126 und 128 gebildet.
  • Die Arithmetikeinheit 122 berechnet als Steuerparameter für die Maschine ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, ein virtuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Solleffizienz zum Umschalten und ein zweites Sollmoment für das Umschalten. In den Figuren wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als „AFt” beschrieben, das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird als „AFh” beschrieben, die Solleffizienz für das Umschalten wird als „ηtc” beschrieben, und das zweite Sollmoment zum Umschalten wird als „TQ2c” beschrieben. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist ein Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das durch die Maschine realisiert wird, und wird zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge verwendet. Andererseits ist das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Parameter, der eine Umwandlungseffizienz des Drehmoments zur Luftmenge bereitstellt, und wird zur Berechnung einer Soll-Luftmenge verwendet. Die Solleffizienz zum Umschalten ist ein Sollwert der Zündzeitpunktseffizienz zum Umschalten des Betriebszustands und wird zur Berechnung der Soll-Luftmenge verwendet. Der Terminus „Zündzeitpunktseffizienz” bezieht sich auf ein Verhältnis eines Drehmoments, das tatsächlich abgegeben wird, mit Bezug auf das Drehmoment, das abgegeben werden kann, wenn der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt ist. Wenn der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt ist, ist die Zündzeitpunktseffizienz 1, was ihren maximalen Wert darstellt. Man bemerke, dass der Terminus „optimaler Zündzeitpunkt” sich grundsätzlich auf den MBT (mit einer minimalen Vorverstellung für das beste Drehmoment) bezieht, und wenn ein Klopfverfolgungszündzeitpunkt festgelegt wird, der Terminus „optimaler Zündzeitpunkt” sich auf den Zündzeitpunkt bezieht, der zwischen den MBT und dem Klopfverfolgungszündzeitpunkt weiter auf der verzögerten Seite liegt. Das zweite Sollmoment zum Umschalten ist ein Sollwert des zweiten Drehmoments zum Umschalten des Betriebsmodus und wird verwendet, um die Berechnung der Zündzeitpunktseffizienz beim Umschalten des Betriebszustands umzuschalten. Umschalten des Betriebszustands wird durch Kombinieren der Werte dieser Steuerparameter ausgeführt, die mit der Arithmetikeinheit 122 berechnet werden. Die Beziehung zwischen den Inhalten der von der Arithmetikeinheit 122 durchgeführten Verarbeitung und dem Umschalten des Betriebszustands wird später genauer beschrieben.
  • Zusätzlich zum verlangten ersten Drehmoment, dem verlangten zweiten Drehmoment und dem Stoppsignal, die vom Antriebsstrangmanager 200 empfangen werden, werden auch verschiedene Arten von Information bezüglich des Betriebszustands der Maschine wie der Maschinendrehzahl ebenfalls in die Arithmetikeinheit 122 eingelesen. Unter diesen ist das verlangte erste Drehmoment eine Information zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten des Betriebszustands. Das verlangte zweite Drehmoment und das Stoppsignal werden als Information zum Bestimmen verwendet, ob das Umschalten des Betriebsmodus zugelassen oder verhindert wird. Wenn das Stoppsignal eingelesen wird, und wenn das verlangte zweite Drehmoment mit einem zulässigen Wert eingegeben wird, führt die Arithmetikeinheit 122 keine Verarbeitung bezüglich des Umschaltens des Betriebsmodus durch. Zudem sendet die arithmetische Einheit 122 das vorstehend erläuterte Flag- bzw. Merkersignal während des Umschaltens des Betriebszustands an den Antriebsstrangmanager 200, das heißt, während die Berechnungsverarbeitung zum Umschalten des Betriebszustands durchgeführt wird.
  • Die Arithmetikeinheit 124 berechnet als einen Steuerparameter für die Maschine ein Drehmoment, das als ein erstes Drehmoment unter Drehmomenten klassifiziert wird, die zum Beibehalten des derzeitigen Betriebszustands der Maschine oder zum Realisieren eines geplanten vorab festgelegten Betriebszustands nötig sind. In diesem Fall wird das Drehmoment, das von der Arithmetikeinheit 124 berechnet wird, als „anderes erstes Drehmoment” bezeichnet. In den Figuren wird das andere erste Drehmoment als „TQ1etc” beschrieben. Das andere erste Drehmoment umfasst ein Drehmoment innerhalb einer Variationsbreite, die nur durch Steuerung der Luftmenge aus Drehmomenten erzielt werden kann, die nötig sind, um eine vorab festgelegte Leerlaufdrehzahl in einem Fall beizubehalten, in dem sich die Maschine in einem Leerlaufzustand befindet. Die Arithmetikeinheit 124 gibt einen zulässigen Wert nur in einem Fall aus, in dem ein derartiges Drehmoment tatsächlich nötig ist, und berechnet einen ungültigen Wert während eines Zeitabschnitts, in dem kein solches Drehmoment nötig ist. Der ungültige Wert wird auf einen Wert festgelegt, der größer als das maximale Wellenmoment bzw. Abgabemoment ist, das die Maschine abgeben kann.
  • Die Arithmetikeinheit 126 berechnet als einen Steuerparameter für die Maschine ein Drehmoment, das als ein zweites Drehmoment unter Drehmomenten klassifiziert wird, die nötig sind, um den derzeitigen Betriebszustand der Maschine beizubehalten, oder um einen vorab festgelegten geplanten Betriebszustand zu realisieren. In diesem Fall wird das Drehmoment, das von der Arithmetikeinheit 126 berechnet wird, als „anderes zweites Drehmoment” bezeichnet. In den Figuren wird das andere zweite Drehmoment als „TQ2etc” bezeichnet. Das andere zweite Drehmoment umfasst ein Drehmoment, das eine Steuerung eines Zündzeitpunkts zum Erreichen des Drehmoments aus Drehmomenten umfasst, die benötigt werden, um eine vorab festgelegte Leerlaufdrehzahl in dem Fall beizubehalten, in dem sich die Maschine in einem Leerlaufzustand befindet. Die Arithmetikeinheit 126 gibt einen zulässigen Wert nur in einem Fall aus, in dem ein derartiges Drehmoment tatsächlich benötigt wird, und berechnet einen ungültigen Wert während eines Zeitabschnitts, in dem ein solches Drehmoment nicht nötig ist. Der ungültige Wert wird auf einen Wert eingestellt, der größer als das maximale Wellenmoment ist, das die Maschine abgeben kann.
  • Die Arithmetikeinheit 128 berechnet als einen Steuerparameter für die Maschine eine Zündzeitpunkteffizienz, die nötig ist, um den derzeitigen Betriebszustand der Maschine beizubehalten oder um einen geplanten vorab festgelegten Betriebszustand zu realisieren. In diesem Fall wird die Zündzeitpunktseffizienz, die von der Arithmetikeinheit 128 berechnet wird, als „andere Effizienz” bezeichnet. In den Figuren wird die andere Effizienz als „ηetc” bezeichnet. Eine Zündzeitpunktseffizienz, die nötig ist, um einen Abgasreinigungskatalysator aufzuwärmen, wenn die Maschine angelassen wird, ist in der anderen Effizienz enthalten. Je weiter die Zündzeitpunktseffizienz verringert wird, umso geringer ist die in Drehmoment umgewandelte Energiemenge aus der Energie, die durch die Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, und daher wird eine Energiemenge, die um eine Menge erhöht wird, die der Verringerung der Energie entspricht, die in Drehmoment umgewandelt wird, zusammen mit dem Abgas in den Abgasdurchlass abgegeben und dazu verwendet, den Abgasreinigungskatalysator aufzuheizen. Man bemerke, dass während eines Zeitabschnitts, in dem es nicht nötig ist, eine derartige Effizienz zu realisieren, der von der Arithmetikeinheit 128 ausgegebene Effizienzwert auf einem Wert von 1 gehalten wird, was der Maximalwert ist.
  • Das verlangte erste Drehmoment, das andere erste Drehmoment, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die Solleffizienz für das Umschalten, die andere Effizienz, das verlangte zweite Drehmoment, das zweite Sollmoment für das Umschalten und das andere zweite Drehmoment werden von der großen Arithmetikeinheit 120 abgegeben, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist. Diese Steuerparameter werden der großen Arithmetikeinheit 140 eingelesen. Man bemerke, dass eine Korrektur dieser Drehmomente in indizierte bzw. messbare Drehmomente bei der großen Arithmetikeinheit 120 durchgeführt wird, obwohl das verlangte erste Drehmoment und das verlangte zweite Drehmoment, die vom Antriebsstrangmanager 200 empfangen werden, Wellenmomente sind. Die Korrektur des verlangten Drehmoments auf das indizierte Drehmoment wird durchgeführt, indem ein Reibmoment, ein Hilfsantriebsmoment und ein Pumpverlust zu dem verlangten Drehmoment addiert oder von ihm abgezogen werden. Man bemerke, dass Drehmomente wie das zweite Sollmoment zum Umschalten, die innerhalb der großen Arithmetikeinheit 120 berechnet werden, jeweils als ein indiziertes Drehmoment berechnet werden.
  • Als Nächstes wird die große Arithmetikeinheit 140 beschrieben. Wie vorstehend beschrieben werden verschiedene Maschinensteuerparameter von der großen Arithmetikeinheit 120 an die große Arithmetikeinheit 140 geschickt. Unter diesen sind das verlangte erste Drehmoment und das andere erste Drehmoment Anforderungen mit Bezug auf Steuergrößen, die zur selben Kategorie gehören, und diese können nicht simultan realisiert werden. In ähnlicher Weise sind das verlangte zweite Drehmoment, das andere zweite Drehmoment und das zweite Sollmoment zum Umschalten Anforderungen mit Bezug auf Steuergrößen, die in dieselbe Kategorie fallen, und diese können nicht gleichzeitig realisiert werden. In ähnlicher Weise sind die Solleffizienz für das Umschalten und die andere Effizienz Anforderungen mit Bezug auf Steuergrößen, die zur selben Kategorie gehören, und diese können nicht gleichzeitig realisiert werden. Folglich ist eine Verarbeitung nötig, die einen Mediations- bzw. Ausgleichsvorgang für jede Kategorie von Steuergrößen durchführt. Der Terminus „Mediation” bzw. „Ausgleich” wie hier verwendet bezieht sich auf einen Berechnungsvorgang zum Erhalten eines einzelnen numerischen Werts aus einer Vielzahl von numerischen Werten wie beispielsweise der Auswahl eines Maximalwerts, der Auswahl eines Minimalwerts, Mitteln oder Überlagern, und es kann auch ein Aufbau verwendet werden, in dem der Ausgleichsvorgang geeignet eine Vielzahl von Arten von Berechnungsvorgängen kombiniert. Um eine derartige Art von Ausgleich für jede Steuergrößenkategorie auszuführen, umfasst die große Arithmetikeinheit 140 drei Arithmetikeinheiten 142, 144 und 146.
  • Die Arithmetikeinheit 142 ist dazu aufgebaut, einen Ausgleichsvorgang mit Bezug auf das erste Drehmoment auszuführen. Das verlangte erste Drehmoment und das andere erste Drehmoment werden in die Arithmetikeinheit 142 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 142 führt einen Ausgleichsvorgang für diese Werte durch und gibt ein Drehmoment, das als das Ausgleichsergebnis erhalten wird, als ein schließlich bestimmtes erstes Sollmoment aus. In den Figuren wird das schließlich bestimmte erste Sollmoment als „TQ1t” beschrieben. In der Arithmetikeinheit 142 wird eine Minimalwertauswahl als das Ausgleichsverfahren verwendet. Demgemäß wird in einem Fall, in dem kein gültiger Wert von der Arithmetikeinheit 124 bzw. 142 ausgelesen wird, das vom Antriebsstrangmanager 200 bereitgestellte verlangte erste Drehmoment als das erste Sollmoment berechnet.
  • Die Arithmetikeinheit 144 ist dazu aufgebaut, einen Ausgleichsvorgang mit Bezug auf die Zündzeitpunktseffizienz durchzuführen. Die Solleffizienz für das Umschalten und die andere Effizienz werden der Arithmetikeinheit 144 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 144 führt einen Mediationsvorgang für diese Werte durch und gibt eine Effizienz als eine schließlich bestimmte Solleffizienz aus, die als das Ausgleichsergebnis erhalten wird. In den Figuren wird die schließlich bestimmte Solleffizienz als „ηt” beschrieben. Eine Minimalwertauswahl wird als das Ausgleichsverfahren in der Arithmetikeinheit 144 verwendet. Unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchsleistung ist es zu bevorzugen, dass die Zündzeitpunktseffizienz 1 ist, was den maximalen Wert derselben darstellt. Daher werden, solange keine besonderen Vorkommnisse auftreten, die Solleffizienz zum Umschalten, die von der Arithmetikeinheit 122 berechnet wird, und die andere Effizienz, die von der Arithmetikeinheit 128 berechnet wird, jeweils auf einem Wert von 1 gehalten, was der maximale Wert ist. Demgemäß ist der Wert der Solleffizienz, der von der Arithmetikeinheit 144 ausgegeben wird, im Wesentlichen 1, und ein Wert, der kleiner als 1 ist, wird nur in einem Fall ausgegeben, in dem irgendeine Art eines Ereignisses aufgetreten ist.
  • Die Arithmetikeinheit 146 ist dazu aufgebaut, einen Ausgleichsvorgang mit Bezug auf das zweite Drehmoment durchzuführen. Das verlangte zweite Drehmoment, das andere zweite Drehmoment und das zweite Sollmoment für das Umschalten werden der Arithmetikeinheit 146 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 146 führt einen Ausgleichsvorgang für diese Werte durch und gibt ein Drehmoment als ein schließlich bestimmtes zweites Sollmoment aus, das als das Ausgleichsergebnis erhalten wird. In den Figuren wird das schließlich bestimmte zweite Sollmoment als „TQ2t” beschrieben. Eine Minimalwertauswahl wird als das Ausgleichsverfahren in der Arithmetikeinheit 146 verwendet. Das zweite Drehmoment, das das zweite Sollmoment für das Umschalten umfasst, ist im Wesentlichen ein ungültiger Wert und wird nur in einem Fall, in dem ein spezifisches Ereignis aufgetreten ist, auf einen gültigen Wert umgeschaltet, der die Größe des Drehmoments anzeigt, dessen Realisierung gewünscht ist. Demgemäß ist auch das zweite Sollmoment, das von der Arithmetikeinheit 146 ausgegeben wird, ebenfalls im Wesentlichen ein ungültiger Wert, und ein gültiger Wert wird nur in einem Fall ausgewählt, in dem ein Ereignis irgendeiner Art aufgetreten ist.
  • Das erste Sollmoment, die Solleffizienz, das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das zweite Sollmoment werden von der großen Arithmetikeinheit 140 ausgegeben, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist. Diese Steuerparameter werden der großen Arithmetikeinheit 160 eingelesen.
  • Die große Arithmetikeinheit 160 entspricht einem inversen Modell der Maschine und wird durch eine Vielzahl von Modellen aufgebaut, die durch ein Kennfeld oder eine Funktion wiedergegeben werden. Betriebsgrößen der jeweiligen Stellglieder 2, 4, 6 und 8 für die koordinierten Betriebe werden von der großen Arithmetikeinheit 160 berechnet. Unter den Steuerparametern, die von der großen Arithmetikeinheit 140 eingelesen werden, werden das erste Sollmoment und das zweite Sollmoment jeweils als Sollwerte des Drehmoments mit Bezug auf die Maschine gehandhabt. Das zweite Sollmoment hat jedoch vor dem ersten Sollmoment Priorität. In der großen Arithmetikeinheit 160 wird eine Berechnung von Betriebsgrößen der jeweiligen Stellglieder 2, 4, 6 und 8 so durchgeführt, dass das zweite Sollmoment in einem Fall erzielt wird, in dem das zweite Sollmoment ein valider Wert ist, oder so, dass das erste Sollmoment in einem Fall erzielt wird, in dem das zweite Sollmoment ein ungültiger Wert ist. Eine Berechnung der Betriebsgrößen wird so durchgeführt, dass auch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Solleffizienz gleichzeitig mit dem Sollmoment erzielt werden. Das bedeutet, dass nach der Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform das Drehmoment, die Effizienz und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Steuergrößen der Maschine verwendet werden, und die Luftmengensteuerung, die Zündzeitpunktsteuerung und die Kraftstoffeinspritzmengensteuerung werden auf der Grundlage der Sollmengen dieser drei Arten von Steuergrößen durchgeführt.
  • Die große Arithmetikeinheit 160 umfasst eine Vielzahl von Arithmetikeinheiten 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 und 178. Unter diesen Arithmetikeinheiten beziehen sich die Arithmetikeinheiten 162, 164, 166 und 178 auf die Luftmengensteuerung, die Arithmetikeinheiten 168, 170, 172 beziehen sich auf die Zündzeitpunktsteuerung und die Arithmetikeinheiten 174 und 176 beziehen sich auf eine Kraftstoffeinspritzmengensteuerung. Nachstehend werden die Funktionen der jeweiligen Arithmetikeinheiten nacheinander genau beschrieben, wobei mit den Arithmetikeinheiten für die Luftmengensteuerung begonnen wird.
  • Das erste Sollmoment, die Solleffizienz und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden der Arithmetikeinheit 162 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 162 entspricht einer Soll-Luftmengenberechnungseinrichtung der vorliegenden Erfindung und verwendet die Solleffizienz und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um eine Soll-Luftmenge zum Erzielen des ersten Sollmoments aus dem ersten Sollmoment zu erzielen. In dieser Berechnung werden die Solleffizienz und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Parameter verwendet, die eine Umwandlungseffizienz der Luftmenge in das Drehmoment bewirken. Man bemerke, dass sich in der vorliegenden Erfindung die Bezeichnung „Luftmenge” auf die Luftmenge bezieht, die in die Zylinder gesaugt wird, und eine Ladeeffizienz oder ein Aufladungsfaktor, die dimensionslose Äquivalente der Luftmenge sind, liegen in der vorliegenden Erfindung innerhalb eines gleichen Bereichs wie die Luftmenge.
  • Die Arithmetikeinheit 162 berechnet zuerst ein Sollmoment für eine Luftmengensteuerung durch Teilen des ersten Sollmoments durch die Solleffizienz. Wenn die Solleffizienz kleiner als 1 ist, wird das Sollmoment für die Luftmengensteuerung größer als das erste Sollmoment. Dies bedeutet, dass eine Anforderung bezüglich der Luftmengensteuerung durch die Stellglieder 2 und 8 vorliegt, um die potenzielle Abgabe eines Drehmoments zu ermöglichen, das größer als das erste Sollmoment ist. Andererseits wird das vorliegende erste Sollmoment als das Sollmoment für die Luftmengensteuerung berechnet, wenn die Solleffizienz 1 ist.
  • Als Nächstes wandelt die Arithmetikeinheit 162 das Sollmoment für eine Luftmengensteuerung in eine Soll-Luftmenge unter Verwendung eines Kennfelds für die Umwandlung eines Drehmoments in die Luftmenge um. Das Kennfeld für die Umwandlung von Drehmoment in Luftmenge wird unter der Voraussetzung vorbereitet, dass der Zündzeitpunkt der optimale Zündzeitpunkt ist, und ist ein Kennfeld, in dem das Drehmoment und die Luftmenge unter Verwendung verschiedener Maschinenzustandsgrößen wie der Maschinendrehzahl und der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse als Schlüsselwerte verknüpft sind. Dieses Kennfeld wird auf der Grundlage von Daten erzeugt, die man durch Test der Maschine erhält. Tatsächliche Werte oder Sollwerte der Maschinenzustandsgrößen werden verwendet, um das Kennfeld für die Umwandlung zwischen Drehmoment und Luftmenge zu durchsuchen. Mit Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet, um das Kennfeld zu durchsuchen. Demgemäß wird bei der Arithmetikeinheit 162 die Luftmenge, die benötigt wird, um das Sollmoment für die Luftmengensteuerung unter dem virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu realisieren, als die Soll-Luftmenge berechnet. In den Figuren wird die Soll-Luftmenge als „KLt” beschrieben.
  • Die Arithmetikeinheit 164 rechnet aus der Soll-Luftmenge einen Soll-Ansaugrohrdruck zurück, der ein Sollwert des Ansaugrohrdrucks ist. Ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen einer Luftmenge, die durch das Ansaugventil in die Zylinder eingesaugt 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 Ventilzeitgebung. Daher wird ein Parameterwert des vorstehend erläuterten Kennfelds bei der Berechnung des Soll-Ansaugrohrdrucks auf der Grundlage des derzeitigen Ventilzeitverhaltens bestimmt. Der Soll-Ansaugrohrdruck wird in den Figuren als „Pmt” beschrieben.
  • Die Arithmetikeinheit 166 berechnet einen Sollgrad der Drosselöffnung, der ein Sollwert des Grads der Drosselöffnung ist, auf der Grundlage des Soll-Ansaugrohrdrucks. Ein inverses Modell des Luftmodells wird verwendet, um den Sollgrad der Drosselöffnung zu berechnen. Das Luftmodell ist ein physikalisches Modell, das man als das Ergebnis der Modellierung der Antworteigenschaften des Ansaugrohrdrucks mit Bezug auf den Betrieb der Drossel 2 erhält. Daher kann der Sollgrad der Drosselöffnung, der nötig ist, um den Soll-Ansaugrohrdruck zu erzielen, aus dem Soll-Ansaugrohrdruck unter Verwendung des inversen Modells desselben zurückgerechnet werden. Der Sollgrad der Drosselöffnung wird in den Figuren als „TA” beschrieben. Der von der Arithmetikeinheit 166 berechnete Sollgrad der Drosselöffnung wird in ein Signal zum Antreiben der Drossel 2 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 111 der ECU an die Drossel 2 geschickt. Die Arithmetikeinheiten 164 und 166 entsprechen einer ersten Stellgliedsteuereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
  • Die Arithmetikeinheit 178 berechnet eine Soll-Ventilzeitgebung, die ein Sollwert der Ventilzeitgebung ist, auf der Grundlage der Soll-Luftmenge. Ein Kennfeld, in dem die Luftmenge und die Ventilzeitgebung unter Verwendung der Maschinendrehzahl als Argument verknüpft sind, wird verwendet, um die Soll-Ventilzeitgebung zu berechnen. Die Soll-Ventilzeitgebung ist der optimale Verlagerungswinkel der VVT 8 zum Erzielen der Soll-Luftmenge auf der Grundlage der derzeitigen Maschinendrehzahl, und ihr spezifischer Wert wird durch Anpassung für jede Luftmenge und jede Maschinendrehzahl bestimmt. Eine optimale Ventilzeitgebung zum Erzielen der Soll-Luftmenge wird jedoch ein Wert, der abhängig vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterschiedlich ist, und daher werden vorab festgelegte Kennfelder passend zu verschiedenen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in der Arithmetikeinheit 178 eingestellt. In der Arithmetikeinheit 178 wird ein Umschalten des Kennfelds für die Nutzung bei der Berechnung der Soll-Ventilzeitgebung auf der Grundlage des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt. Die von der Arithmetikeinheit 178 berechnete Soll-Ventilzeitgebung wird in ein Signal zum Antrieb der VVT 8 umgewandelt, und wird über eine Schnittstelle 112 der ECU an die VVT 8 geschickt. Die Arithmetikeinheit 178 entspricht auch der ersten Stellgliedsteuereinrichtung der vorliegenden Erfindung. Ein Inhalt einer in der Arithmetikeinheit 178 durchgeführten Verarbeitung wird später genau beschrieben.
  • Als Nächstes werden die Funktionen der Arithmetikeinheiten bezüglich der Zündzeitpunktssteuerung beschrieben. Die Arithmetikeinheit 168 berechnet ein abgeschätztes Drehmoment auf der Grundlage des tatsächlichen Grads der Drosselöffnung und der Ventilzeitgebung, die durch die vorstehend erläuterte Luftmengensteuerung realisiert werden. Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Terminus „abgeschätztes Drehmoment” bezieht sich auf ein Drehmoment, das in einem Fall abgegeben werden kann, in dem der Zündzeitpunkt basierend auf dem derzeitigen Grad der Drosselöffnung, der Ventilzeitgebung und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältniss auf den optimalen Zündzeitpunkt eingestellt ist. Die Arithmetikeinheit 168 berechnet zuerst eine abgeschätzte Luftmenge auf der Grundlage eines gemessenen Werts des Grads der Drosselöffnung und eines gemessenen Werts der Ventilzeitgebung unter Verwendung eines Vorwärtsmodells [forward model] des vorstehend erläuterten Luftmodells. Die abgeschätzte Luftmenge ist ein abgeschätzter Wert einer Luftmenge, die tatsächlich durch den derzeitigen Grad der Drosselöffnung und die Ventilzeitgebung realisiert wird. Als Nächstes wandelt die Arithmetikeinheit 168 die abgeschätzte Luftmenge unter Verwendung des Kennfelds für die Umwandlung zwischen Drehmoment und Luftmenge in ein abgeschätztes Drehmoment um. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird als Suchschlüssel verwendet, wenn das Kennfeld für die Umwandlung zwischen Drehmoment und Luftmenge durchsucht wird. Das abgeschätzte Drehmoment wird in den Figuren als „TQe” beschrieben.
  • Das zweite Sollmoment und das abgeschätzte Moment werden der Arithmetikeinheit 170 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 170 berechnet eine angezeigte Zündzeitpunktseffizienz, die ein angezeigter Wert der Zündzeitpunktseffizienz ist, auf der Grundlage des zweiten Sollmoments und des abgeschätzten Moments. Die abgeschätzte Zündzeitpunktseffizienz wird als ein Verhältnis des zweiten Sollmoments zum abgeschätzten Moment ausgedrückt. Es wird jedoch ein oberer Grenzwert für die angezeigte Zündzeitpunktseffizienz definiert und der Wert der angezeigten Zündzeitpunktseffizienz wird in einem Fall auf 1 festgelegt, in dem das Verhältnis des zweiten Sollmoments mit Bezug auf das abgeschätzte Drehmoment 1 übersteigt. Die angezeigte Zündzeitpunktseffizienz wird in den Figuren als „ηi” beschrieben.
  • Die Arithmetikeinheit 172 berechnet den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der angezeigten Zündzeitpunktseffizienz. Genauer gesagt berechnet die Arithmetikeinheit 172 den optimalen Zündzeitpunkt auf der Grundlage von Maschinenzustandsgrößen wie der Maschinendrehzahl, des verlangten Drehmoments und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und berechnet eine Verzögerungsgröße gegenüber dem optimalen Zündzeitpunkt auf der Grundlage der angezeigten Zündzeitpunktseffizienz. Wenn die angezeigte Zündzeitpunktseffizienz 1 ist, wird die Verzögerungsgröße als 0 eingestellt, und die Verzögerungsgröße wird fortschreitend erhöht, wenn die angezeigte Zündzeitpunktseffizienz von 1 abfällt. Die arithmetische Einheit 172 berechnet dann die Größe der Addition der Verzögerungsgröße zum optimalen Zündzeitpunkt als endgültigen Zündzeitpunkt. Der endgültige Zündzeitpunkt wird jedoch durch eine Verzögerungsgrenzüberwachung beschränkt. Eine Verzögerungsgrenze bezieht sich auf den am weitesten verzögerten Zündzeitpunkt, bei dem kein Auftreten einer Fehlzündung sichergestellt wird, und die Verzögerungsgrenzüberwachung überwacht den endgültigen Zündzeitpunkt so, dass der Zündzeitpunkt nicht über die Verzögerungsgrenze verzögert wird. Ein Kennfeld, in dem der optimale Zündzeitpunkt und verschiedene Maschinenzustandsgrößen verknüpft sind, kann verwendet werden, um den optimalen Zündzeitpunkt zu berechnen. Ein Kennfeld, in dem die Verzögerungsgröße, die Zündzeitpunktseffizienz und verschiedene Maschinenzustandsgrößen verknüpft sind, kann verwendet werden, um die Verzögerungsgröße zu berechnen. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird als ein Suchschlüssel zum Durchsuchen dieser Kennfelder verwendet. Der Zündzeitpunkt wird in den Figuren als „SA” beschrieben. Der von der Arithmetikeinheit 172 berechnete Zündzeitpunkt wird in ein Signal zum Antreiben der Zündvorrichtung 6 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 113 der ECU an die Zündvorrichtung 6 geschickt. Die Arithmetikeinheiten 168, 170 und 172 entsprechen dritten Stellgliedsteuereinrichtungen der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes werden Funktionen der Arithmetikeinheiten bezüglich Kraftstoffeinspritzsteuerungen beschrieben. Die Arithmetikeinheit 174 berechnet eine abgeschätzte Luftmenge auf der Grundlage eines gemessenen Werts des Grads der Drosselöffnung und eines gemessenen Werts der Ventilzeitgebung unter Verwendung des Vorwärtsmodells des vorstehend beschriebenen Luftmodells. Die abgeschätzte Luftmenge, die von der Arithmetikeinheit 174 berechnet wird, ist vorzugsweise eine Luftmenge, von der vorhergesagt wird, dass sie zu einem Zeitpunkt auftritt, zu dem das Ansaugventil schließt. Eine in der Zukunft auftretende Luftmenge kann beispielsweise auf der Grundlage des Soll-Öffnungsgrads der Drossel unter Festlegen eines Verzögerungszeitabschnitts ab der Berechnung des Soll-Öffnungsgrads der Drossel bis zu ihrer Abgabe vorhergesagt werden. Die abgeschätzte Luftmenge wird in den Figuren als „KLe” beschrieben.
  • Die Arithmetikeinheit 176 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge, das bedeutet, eine Kraftstoffzuführmenge, die benötigt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der abgeschätzten Luftmenge zu erzielen. Die Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge wird ausgeführt, wenn der Zeitpunkt zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge mit Bezug auf jeden Zylinder auftritt. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird in den Figuren als „TAU” beschrieben. Die von der Arithmetikeinheit 176 berechnete Kraftstoffeinspritzmenge wird in ein Signal zum Betreiben der Einspritzung 4 umgewandelt und wird über eine Schnittstelle 114 der ECU an die Einspritzung 4 geschickt. Die Arithmetikeinheiten 174 und 176 entsprechen zweiten Stellgliedsteuereinrichtungen der vorliegenden Erfindung.
  • Das Vorstehende ist ein Überblick über die Logik der ECU nach der vorliegenden Ausführungsform. Als Nächstes wird die Arithmetikeinheit 122 genauer beschrieben, die ein Hauptabschnitt der ECU nach der vorliegenden Ausführungsform ist.
  • Die Logik der Arithmetikeinheit 122 wird mittels eines Blockschaubilds in 2 veranschaulicht. Innerhalb des Blocks, der die Arithmetikeinheit 122 in 2 veranschaulicht, werden Funktionen, die sich auf das Umschalten des Betriebszustands beziehen, aus den verschiedenen Funktionen, mit denen die Arithmetikeinheit 122 ausgestattet ist, durch Blöcke wiedergegeben. Eine Arithmetikeinheit ist jedem dieser Blöcke zugeordnet. Ein Programm passend zu jedem Block wird in der ECU vorbereitet, und die Funktionen der jeweiligen Arithmetikeinheiten werden in der ECU durch Ausführen der Programme unter Verwendung eines Prozessors realisiert. Man bemerke, dass in dem Fall, in dem die ECU einen Mehrkernprozessor aufweist, Arithmetikeinheiten 402, 404, 406 und 408, die die Arithmetikeinheit 122 bilden, verteilt und einer Vielzahl von Kernen zugeordnet werden können.
  • Zuerst wird eine Arithmetikeinheit 402 beschrieben. Die Arithmetikeinheit 402 berechnet einen Referenzwert für das Drehmoment. Der Referenzwert ist ein Drehmoment, das als eine Grenze zwischen einem mageren Modus und einem stöchiometrischen Modus dient, und der optimale Wert wird für jede Maschinendrehzahl unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffverbrauchsleistung, der Abgasleistung und der Fahrbarkeit angepasst. Die Arithmetikeinheit 402 bezieht sich auf ein vorab vorbereitetes Kennfeld, um einen Referenzwert zu berechnen, der für die Maschinendrehzahl geeignet ist. Der Referenzwert wird in den Figuren als „Ref” beschrieben.
  • Als Nächstes wird die Arithmetikeinheit 404 beschrieben. Das verlangte erste Drehmoment wird der Arithmetikeinheit 404 eingelesen. Zusätzlich wird der Referenzwert, der von der Arithmetikeinheit 402 berechnet wird, mit Bezug auf die Arithmetikeinheit 404 eingestellt. Die Arithmetikeinheit 404 ändert einen Wert des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das verwendet wird, um die Soll-Luftmenge zu berechnen, auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem verlangten ersten Drehmoment und dem Referenzwert, die eingelesen werden. Genauer gesagt schaltet die Arithmetikeinheit 404 das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus einem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in ein zweites Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder aus dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis um. Das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (beispielsweise 14,5). Das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in den Figuren als „AF1” beschrieben. Das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist ein magereres Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis und wird auf einen bestimmten festgelegten Wert (beispielsweise 22,0) festgelegt. Das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in den Figuren als „AF2” beschrieben. Die Arithmetikeinheit 404 entspricht in der vorliegenden Erfindung einer virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungseinrichtung.
  • Während eines Zeitabschnitts, in dem das verlangte erste Drehmoment größer als der Referenzwert ist, legt die Arithmetikeinheit 404 das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Antwort auf das verlangte erste Drehmoment, das größer als der Referenzwert ist, auf das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest. Wenn das verlangte erste Drehmoment gemäß einer Verzögerungsanforderung des Fahrers absinkt und allmählich kleiner als der Referenzwert wird, schaltet die Arithmetikeinheit 404 das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Antwort auf die Verringerung des verlangten ersten Drehmoments auf einen Wert, der kleiner als oder gleich dem Referenzwert ist, vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis um.
  • Als Nächstes wird die Arithmetikeinheit 406 beschrieben. Die Arithmetikeinheit 406 entspricht einer Einrichtung zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vorliegenden Erfindung. Das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in dem stöchiometrischen Modus verwendet wird, und das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das im Magermodus verwendet wird, sind vorab als Standardwerte des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in der Arithmetikeinheit 406 eingestellt. Das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von der Arithmetikeinheit 404 bestimmt wird, ein Wert der Soll-Luftmenge, der in einem vorhergehenden Schritt von der Arithmetikeinheit 162 berechnet wird, und ein Wert der abgeschätzten Luftmenge, der in einem früheren Schritt von der Arithmetikeinheit 174 berechnet wird, werden der Arithmetikeinheit 406 eingelesen.
  • Wenn sie erfasst, dass das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von der Arithmetikeinheit 404 eingelesen wird, vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, berechnet die Arithmetikeinheit 406 einen Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge. Anschließend schaltet die Arithmetikeinheit 406 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis um, wenn die abgeschätzte Luftmenge die abgeschätzte [bzw. Soll-] Luftmenge ausreichend erreicht, noch genauer, wenn der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge gleich groß wie oder kleiner als ein vorab festgelegter Schwellenwert wird. Das bedeutet, dass zur Zeit der Verzögerung, wenn das verlangte erste Drehmoment sinkt, ein Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach dem Umschalten des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Durch das Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird der Betriebszustand vom stöchiometrischen Modus in den Magermodus umgeschaltet.
  • Schließlich wird die Arithmetikeinheit 408 beschrieben. Die Arithmetikeinheit 408 berechnet das zweite Sollmoment für das Umschalten. Wie vorstehend beschrieben wird das zweite Sollmoment für das Umschalten in die Arithmetikeinheit 146 zusammen mit dem verlangten zweiten Drehmoment und dem anderen zweiten Drehmoment eingelesen, und der kleinste Wert unter diesen Werten wird von der Arithmetikeinheit 146 ausgewählt. Das verlangte zweite Drehmoment und das anderen zweite Drehmoment sind normalerweise ungültige Werte, und werden nur in einem Fall als gültige Werte geschaltet, in dem ein bestimmtes Ereignis aufgetreten ist. Dasselbe gilt auch für das zweite Sollmoment für das Umschalten, und die Arithmetikeinheit 430 legt normalerweise den Abgabewert des zweiten Sollmoments für das Umschalten auf einen ungültigen Wert fest.
  • Das verlangte erste Drehmoment, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden der Arithmetikeinheit 408 eingelesen. Nach der Logik der Arithmetikeinheiten 404 und 408 passen das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor dem Umschalten des Betriebszustands zusammen und passen auch zusammen, nachdem der Umschaltvorgang abgeschlossen ist. Während des Vorgangs zum Umschalten des Betriebszustands ergibt sich jedoch ein Unterschied zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Arithmetikeinheit 408 berechnet das zweite Sollmoment für das Umschalten, das einen validen Wert aufweist, nur während eines Zeitabschnitts, in dem ein Unterschied zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auftritt. In diesem Fall wird das verlangte erste Drehmoment als der gültige Wert des zweiten Sollmoments für das Umschalten verwendet. Das heißt, dass während eines Zeitabschnitts, in dem ein Unterschied zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auftritt, das verlangte erste Drehmoment von der Arithmetikeinheit 410 als das zweite Sollmoment für das Umschalten ausgegeben wird.
  • Vorstehend wird die Logik der Arithmetikeinheit 122 genau beschrieben, das bedeutet, die Logik zum Umschalten des Betriebsmodus, die in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird. Als Nächstes wird die Arithmetikeinheit 178, die ein Hauptteil der ECU nach der vorliegenden Ausführungsform ist, genau beschrieben. 3 veranschaulicht eine Logik der Arithmetikeinheit 178 in einem Blockschaubild. In einem Block, der die Arithmetikeinheit 178 in 3 veranschaulicht, werden die Funktionen, die sich auf das Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung beziehen, aus den verschiedenen Funktionen, die in der Arithmetikeinheit 178 enthalten sind, in Blöcken ausgedrückt. Arithmetikeinheiten sind den jeweiligen Blöcken zugeordnet. In der ECU sind Programme vorbereitet, die zu den jeweiligen Blöcken gehören, und diese Programme werden vom Prozessor ausgeführt, wodurch die Funktionen der jeweiligen Arithmetikeinheiten in der ECU realisiert sind. In einem Fall, in dem die ECU mit einem Mehrkernprozessor ausgestattet ist, können die Arithmetikeinheiten 502, 504, 506 und 508, die die Arithmetikeinheit 178 bilden, verteilt einer Vielzahl von Kernen zugeordnet sein.
  • Zuerst wird die Arithmetikeinheit 502 beschrieben. Die Arithmetikeinheit 502 berechnet die Soll-Ventilzeitgebung auf der Grundlage der Soll-Luftmenge. Bei der Berechnung der Soll-Ventilzeitgebung wird ein Kennfeld verwendet, in dem die Luftmenge und die Ventilzeitgebung mit der Maschinendrehzahl als einem Argument aufeinander bezogen sind. In der Arithmetikeinheit 502 werden vorab ein stöchiometrisches VT-Kennfeld, in dem die Soll-Ventilzeitgebung unter dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis optimiert ist, das ein Wert des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, und ein mageres VT-Kennfeld vorab eingestellt, in dem die Soll-Ventilzeitgebung unter dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis optimiert ist, das ein Wert des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist. In der folgenden Erläuterung wird die Soll-Ventilzeitgebung, die unter Verwendung des stöchiometrischen VT-Kennfelds berechnet wird, als „eine erste Ventilzeitgebung” beschrieben, und die Soll-Ventilzeitgebung, die unter Verwendung des mageren VT-Kennfelds berechnet wird, wird als „eine zweite Ventilzeitgebung” beschrieben. In den Figuren wird die erste Ventilzeitgebung als „VT1” beschrieben, und die zweite Ventilzeitgebung wird als „VT2” beschrieben. Eine derzeitige Maschinendrehzahl, ein vorheriger Stufenwert der Soll-Luftmenge, der in der Arithmetikeinheit 162 berechnet wird, und ein Schalt-Flag-Signal, das von der später beschriebenen Arithmetikeinheit 506 abgegeben wird, werden der Arithmetikeinheit 502 eingelesen.
  • In einem Zeitabschnitt, in dem das Schalt-Flag-Signal, das von der Arithmetikeinheit 506 abgegeben wird, ein ist, gibt die Arithmetikeinheit 502 die erste Ventilzeitgebung als die Soll-Ventilzeitgebung aus. Anschließend schaltet die Arithmetikeinheit 502 die auszugebende Soll-Ventilzeitgebung von der ersten Ventilzeitgebung auf die zweite Ventilzeitgebung, wenn die Arithmetikeinheit 502 erfasst, dass das Schalt-Flag-Signal von Ein auf Aus umgeschaltet wird. Das stöchiometrische VT-Kennfeld entspricht der ersten Ventilzeitpunktberechnungseinrichtung in der vorliegenden Erfindung, das magere VT-Kennfeld entspricht einer Einrichtung zur Berechnung der zweiten Ventilzeitgebung in der vorliegenden Erfindung, und die Arithmetikeinheit 502 entspricht einer Einrichtung zum Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung in der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes wird die Arithmetikeinheit 504 beschrieben. Die Arithmetikeinheit 504 berechnet einen vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen einer Soll-Luftmenge. Der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge ist ein Vorhersagewert eines Zeitabschnitts, der benötigt wird, bis die abgeschätzte Luftmenge zur Soll-Luftmenge wird. Der vorherige Stufenwert der Soll-Luftmenge, der in der Arithmetikeinheit 162 berechnet wird, und ein vorheriger Stufenwert der abgeschätzten Luftmenge, der in der Arithmetikeinheit 174 berechnet wird, werden der Arithmetikeinheit 504 eingelesen.
  • Bei der Berechnung des vorhergesagten Zeitabschnitts bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge wird ein Kennfeld verwendet, das eine Beziehung zwischen einem Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge und dem vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen bzw. bis zur Ankunft der Soll-Luftmenge beschreibt. 5 veranschaulicht ein Beispiel eines derartigen Kennfelds. Der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge bedeutet eine Luftmenge, die benötigt wird, bis die Luftmenge zur Soll-Luftmenge wird. Daher wird der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge wie in 5 veranschaulicht größer, wenn der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge größer ist. Die Arithmetikeinheit berechnet den Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge und berechnet den vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge passend zum in 5 veranschaulichten Kennfeld. In den Figuren wird der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge als „Tkl” bezeichnet. Der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge entspricht einem ersten vorhergesagten Zeitabschnitt in der vorliegenden Erfindung und die Arithmetikeinheit 504 entspricht einer Einrichtung zur Berechnung des ersten vorhergesagten Zeitabschnitts der vorliegenden Erfindung.
  • Als Nächstes wird die Arithmetikeinheit 506 beschrieben. Die Arithmetikeinheit 506 berechnet einen vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen eines Magerventilzeitabschnitts. Der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen eines Magerventilzeitabschnitts ist ein vorhergesagter Wert eines Zeitabschnitts, der benötigt wird, um die Ventilzeitgebung [der VVT 8] von der ersten Ventilzeitgebung beim Verwenden der Anzahl von Umdrehungen VVT 8 vom ersten Ventilzeitpunkt auf den zweiten Ventilzeitpunkt zu ändern.
  • Bei der Berechnung des vorhergesagten Zeitabschnitts bis zum Erreichen eines Magerventilzeitabschnitts wird ein Kennfeld verwendet, das eine Beziehung zwischen den Unterschieden zwischen der ersten Ventilzeitgebung und der zweiten Ventilzeitgebung und dem vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen eines Magerventilzeitabschnitts beschreibt. 4 veranschaulicht ein Beispiel des derartigen Kennfelds. Weil die Beziehung zwischen dem Unterschied zwischen der ersten Ventilzeitgebung und der zweiten Ventilzeitgebung und dem vorhergesagten Zeitabschnitt der Ankunft einer Magerventilzeitgebung sich passend zu einer Maschinenöltemperatur bzw. Motoröltemperatur ändert, wird bei der Berechnung des vorhergesagten Zeitabschnitts bis zum Erreichen einer Magerventilzeitgebung ein Parameterwert in dem vorstehend erläuterten Kennfeld auf der Grundlage einer derzeitigen Maschinenöltemperatur bestimmt. In den Figuren wird der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Magerventilzeitgebung als „Tv” bezeichnet. Der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Magerventilzeitgebung entspricht in der vorliegenden Erfindung einem zweiten Vorhersagezeitabschnitt, und die arithmetische Einheit 502 entspricht einer zweiten Einrichtung zur Berechnung eines Vorhersagezeitabschnitts der vorliegenden Erfindung.
  • Schließlich gibt die Arithmetikeinheit 508 ein Schalt-Flag-Signal bzw. Schaltmerkersignal auf der Grundlage des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus. Das Schalt-Flag-Signal bezieht sich auf ein Signal zum Schalten des Kennfelds für die Nutzung bei der Berechnung der Soll-Ventilzeitgebung zwischen dem stöchiometrischen VT-Kennfeld und dem mageren VT-Kennfeld. In 3 wird das Schalt-Flag-Signal als „FLGVT” beschrieben. In einem Zeitabschnitt, in dem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von der Arithmetikeinheit 404 eingelesen wird, das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, setzt die Arithmetikeinheit 506 das Schalt-Flag-Signal auf Ein. Wenn die Arithmetikeinheit 506 erfasst, dass das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von der Arithmetikeinheit 404 eingelesen wird, vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, berechnet die Arithmetikeinheit 506 einen Unterschied zwischen dem vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen einer Magerventilzeitgebung und dem vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge. Wenn anschließend der Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge ausreichend nahe beim vorhergesagten Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Magerventilzeitgebung liegt, noch genauer, wenn der Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Soll-Luftmenge und der vorhergesagte Zeitabschnitt bis zum Erreichen der Magerventilzeitgebung miteinander zusammenfallen, schaltet die Arithmetikeinheit 506 das Schalt-Flag-Signal von Ein auf Aus. Das heißt, dass zu einer Zeit der Verzögerung, wenn das verlangte erste Drehmoment absinkt, ein Umschalten des Schalt-Flag-Signals von Ein auf Aus nach dem Umschalten des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Das Schalt-Flag-Signal, das von der Arithmetikeinheit 508 ausgegeben wird, wird der Arithmetikeinheit 502 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 502 schaltet das Kennfeld für die Nutzung bei der Berechnung der Soll-Ventilzeitgebung vom stöchiometrischen VT-Kennfeld auf das magere VT-Kennfeld passend zum eingelesenen Schalt-Flag-Signal um. Dadurch wird die Soll-Ventilzeitgebung, die zu berechnen ist, von der ersten Ventilzeitgebung auf die zweite Ventilzeitgebung umgeschaltet.
  • Als Nächstes wird ein Steuerergebnis in einem Fall der Ausführung einer Maschinensteuerung gemäß der vorstehend erläuterten Logik im Vergleich mit einem Steuerergebnis nach einem Vergleichsbeispiel beschrieben. In dem Vergleichsbeispiel wird in der Logik der in 1 veranschaulichten Steuerung die Soll-Ventilzeitgebung von der ersten Ventilzeitgebung auf die zweite Ventilzeitgebung zu einem Zeitpunkt umgeschaltet, zu dem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird.
  • 6 ist ein Zeitschaubild, das ein Bild des Steuerergebnisses durch die ECU nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 7 ist ein Zeitschaubild, das ein Bild nach dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. Sowohl in 6 als auch in 7 veranschaulichen Schaubilder in den ersten Lagen bzw. Zeilen Änderungen von Drehmomenten über die Zeit. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet „TQ1r” das verlangte erste Drehmoment, „TQ2c” bezeichnet das zweite Sollmoment für das Umschalten, und „TQe” bezeichnet das abgeschätzte Drehmoment. Man bemerke, dass das verlangte erste Drehmoment hier das endgültige erste Sollmoment ist, und das zweite Sollmoment für das Umschalten das endgültige zweite Sollmoment ist. Zudem werden neben diesen Drehmomenten tatsächliche Drehmomente durch gepunktete Linien in den Schaubildern ausgedrückt. Die tatsächlichen Drehmomente werden jedoch in der tatsächlichen Maschinensteuerung nicht gemessen. Die in den Figuren dargestellten Linien der tatsächlichen Drehmomente sind Linien einer Darstellung, die durch Testergebnisse gestützt werden.
  • Schaubilder in den zweiten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der Luftmengen über die Zeit. Wie vorstehend beschrieben bezeichnet „KLt” die Soll-Luftmenge, und „KLe” bezeichnet die abgeschätzte Luftmenge. In den Schaubildern werden tatsächliche Luftmengen durch gepunktete Linien zusammen mit diesen Luftmengen ausgedrückt. Die tatsächlichen Luftmengen werden jedoch in der derzeitigen Maschinensteuerung nicht gemessen. Die in den Figuren gezeigten Linien der tatsächlichen Luftmengen sind durch Testergebnisse gestützte Linien einer Darstellung.
  • Schaubilder in den dritten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der Solleffizenzen für das Umschalten über der Zeit. Wie vorstehend beschrieben bezeichnet „ηtc” die Solleffizienz für das Umschalten. Man bemerke, dass hier die Solleffizienz für das Umschalten eine endgültige Solleffizienz ist.
  • Schaubilder in den vierten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der angezeigten Zündzeitpunkteffizenzen über der Zeit. Wie vorstehend beschrieben bezeichnet „ηi” die angezeigte Zündzeitpunkteffizenz.
  • Schaubilder in den fünften Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der Zündzeitpunkte über der Zeit. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet „SA” den Zündzeitpunkt.
  • Schaubilder in den sechsten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse über der Zeit. Wie vorstehend beschrieben, bezeichnet „AFt” das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und „AFh” bezeichnet das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Zudem bezeichnet „AF1” das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und „AF2” ist das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Schaubilder in den siebten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen tatsächlicher Luft-Kraftstoff-Verhältnisse über der Zeit.
  • Schaubilder in den achten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der Ventilzeitgebung über der Zeit. Wie vorstehend beschrieben bezeichnet „VT” die Soll-Ventilzeitgebung, „VT1” bezeichnet die erste Ventilzeitgebung, „VT2” bezeichnet die zweite Ventilzeitgebung. Schaubilder in den neunten Lagen in 6 und 7 veranschaulichen Änderungen der tatsächlichen Ventilzeitgebungen über der Zeit. Die tatsächlichen Ventilzeitgebungen werden in der tatsächlichen Maschinensteuerung jedoch nicht gemessen. Linien der aktuellen Ventilzeitgebungen, die in den Schaubildern gezeichnet sind, sind Bildlinien, die durch Testergebnisse gestützt sind.
  • Zuerst wird das Steuerergebnis nach dem in 7 veranschaulichten Vergleichsbeispiel untersucht. Nach dem Vergleichsbeispiel wird zuerst das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet, und dann wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet. Durch das Umschalten steigt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stufenweise auf eine Luftmenge passend zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und auch die tatsächliche Luftmenge steigt in einer derartigen Weise, um die Soll-Luftmenge zu verfolgen. Durch derartiges Erhöhen der Soll-Luftmenge vor dem Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann die Luftmenge zu einer Zeit des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf die zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis passende Menge gesteigert werden.
  • Zudem wird nach dem Vergleichsbeispiel zum Zeitpunkt des Umschaltens des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Soll-Ventilzeitgebung aus dem Wert der ersten Ventilzeitgebung in den Wert der zweiten Ventilzeitgebung umgeschaltet. Durch das Umschalten ändert sich die Soll-Ventilzeitgebung stufenweise auf eine Ventilzeitgebung passend zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und die tatsächliche Ventilzeitgebung ändert sich ebenfalls in einer solchen Weise in großem Ausmaß, dass sie der Soll-Ventilzeitgebung folgt. Durch derartiges Ändern der Soll-Ventilzeitgebung auf den Wert nach dem Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, bevor das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, kann die Ventilzeitgebung am Zeitpunkt des Umschaltens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf eine Zeitgebung passend zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert werden.
  • Nach dem Vergleichsbeispiel wird das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Übergangszeitabschnitt bis zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach dem Umschalten der Soll-Luftmenge immer noch auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, obwohl die Soll-Ventilzeitgebung auf die zweite Ventilzeitgebung umgeschaltet ist. Weil die zweite Ventilzeitgebung ein Verschiebungswinkel in Richtung früh gegenüber der ersten Ventilzeitgebung ist, ist eine Ventilüberlappgröße bei der zweiten Ventilzeitgebung kleiner als eine Ventilüberlappgröße bei der ersten Ventilzeitgebung. Daher wird eine Erhöhung der Luftmenge aufgrund der Verringerung der Ventilüberlappgröße langsam, wenn sich die tatsächliche Ventilzeitgebung in der Situation mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die zweite Ventilzeitgebung ändert, und der Zeitabschnitt wird länger, der benötigt wird, bevor die Soll-Luftmenge erzielt wird.
  • Die Luftmenge übersteigt passend zu der Menge, um die die Soll-Luftmenge vor dem Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöht wird, die Luftmenge, die nötig ist, um das verlangte erste Drehmoment zu erzielen. Nach der in 1 veranschaulichten Logik wird die Erhöhung des Drehmoments um die zu große Luftmenge durch die Verringerung des Drehmoments durch die Verzögerung des Zündzeitpunkts ausgeglichen. Wenn der Zeitabschnitt bis zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach dem Umschalten der Soll-Luftmenge jedoch aufgrund der Verlangsamung der Erhöhung der Luftmenge wie vorstehend beschrieben verlängert wird, wird befürchtet, dass der Verzögerungszeitabschnitt des Zündzeitpunkts einen beschränkten Zeitabschnitt (beispielsweise 0,5 bis 1,0 Sekunden oder mehr) übersteigt, der auf der Grundlage der Temperaturbeschränkung der Abgassystemkomponenten wie des Turboladers und des Katalysators eingestellt ist. In diesem Fall kann der Zündzeitpunkt nicht während eines notwendigen Zeitabschnitts verzögert werden, weil der Verzögerungszeitabschnitt des Zündzeitpunkts auf Grund des Grenzzeitabschnitts für die Überwachungsfunktion zur Verhinderung einer zu großen Temperatur beschränkt ist, und eine Erhöhung des Drehmoments aufgrund einer zu großen Luftmenge kann nicht vermieden werden. Als ein Ergebnis wird in dem in 7 veranschaulichten Vergleichsbeispiel das tatsächliche Drehmoment vorübergehend mit Bezug auf das verlangte erste Drehmoment zu groß, und eine sanfte Verringerung des Drehmoments passend zur Verzögerungsanfrage durch den Fahrer wird beeinträchtigt.
  • Als Nächstes wird das Steuerergebnis durch die in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Logik auf der Grundlage der 6 beschrieben. Zu einer Zeit der Verzögerung werden das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis beide auf dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten, das das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, bis das verlangte erste Drehmoment auf einen Pegel des Referenzwerts reduziert wird, der durch „Ref” beschrieben ist. Daher verringert sich die Soll-Luftmenge, die aus dem verlangten ersten Drehmoment und dem virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet wird, in voneinander gegenseitig abhängender Weise mit der Verringerung des verlangten ersten Drehmoments. Das zweite Sollmoment zum Umschalten in diesem Zeitabschnitt wird als Antwort auf das gegenseitige Entsprechen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen ungültigen Wert gesetzt. Weil die angezeigte Zündzeitpunktseffizienz 1 wird, wenn das zweite Sollmoment zum Umschalten ein ungültiger Wert ist, wird der Zündzeitpunkt auf einem optimalen Zündzeitpunkt beibehalten. Man bemerke, dass sich in dem Schaubild der Zündzeitpunkt passend zur Verringerung des verlangten ersten Drehmoments ändert, und dies ist die Änderung, die der Änderung des optimalen Zündzeitpunkts passend zur Maschinendrehzahl und der Luftmenge entspricht.
  • Wenn das verlangte erste Drehmoment kleiner als der Referenzwert wird, wird nur das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet. Das heißt, dass das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis stufenweise magerer wird, obwohl das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis auf dem theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird. Der Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, benötigt eine größere Luftmenge als die Luftmenge, die für den Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis nötig ist, das das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Daher steigt die Soll-Luftmenge ebenfalls stufenweise zum Zeitpunkt eines derartigen Umschaltens, wenn das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das zur Berechnung der Soll-Luftmenge verwendet wird, stufenweise in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird. Weil es jedoch eine Antwortverzögerung gibt, bis das Stellglied arbeitet und sich die Luftmenge ändert, steigen die tatsächliche Luftmenge und die abgeschätzte Luftmenge, die ein abgeschätzter Wert derselben ist, nicht stufenweise, und erhöhen sich mit einer Verzögerungszeit im Vergleich zur Soll-Luftmenge. Die tatsächliche Luftmenge und die abgeschätzte Luftmenge konvergieren auf die Soll-Luftmenge, und allmählich wird der Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge gleich groß wie oder kleiner als ein Schwellenwert. Zu diesem Zeitpunkt wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet.
  • Zudem wird die Soll-Ventilzeitgebung nach dem Umschalten des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Zeitabschnitt, in dem der vorhergesagte Zeitabschnitt für die Ankunft der Soll-Luftmenge länger als der vorhergesagte Zeitabschnitt für die Ankunft der Magerventilzeitgebung ist, die Soll-Ventilzeitgebung auf der ersten Ventilzeitgebung beibehalten. Dadurch wird der Ventilüberlappzeitabschnitt in diesem Zeitabschnitt auf einem großen Wert beibehalten, und daher wird ein Antwortverhalten der tatsächlichen Luftmenge auf die Soll-Luftmenge vergrößert. Wenn danach der Zeitabschnitt für die Vorhersage der Ankunft der Soll-Luftmenge mit dem Zeitabschnitt für die Vorhersage der Ankunft der mageren Ventilzeitgebung zusammenfällt, wird die Soll-Ventilzeitgebung aus der ersten Ventilzeitgebung zu diesem Zeitpunkt in die zweite Ventilzeitgebung umgeschaltet. Wenn die Soll-Ventilzeitgebung umgeschaltet wird, folgt ihr die tatsächliche Ventilzeitgebung und ändert sich, und ein Umschalten auf die zweite Ventilzeitgebung wird zu dem Zeitpunkt abgeschlossen, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird.
  • Während eines Zeitabschnitts, bis das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis miteinander erneut zusammenfallen, nachdem das verlangte erste Drehmoment kleiner als der Referenzwert wird und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis voneinander abweichen, wird das zweite Sollmoment für das Umschalten auf denselben Wert wie das verlangte erste Moment eingestellt, der ein gültiger Wert ist. Währenddessen wird das abgeschätzte Drehmoment, das abhängig vom virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorhergesagt wird, ein Wert, der größer als das verlangte erste Drehmoment ist, das abhängig vom Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorhergesagt wird, wenn das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das bei der Berechnung der Soll-Luftmenge verwendet wird, magerer als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird. Als das Ergebnis wird die angezeigte Zündzeitpunktseffizienz, die der Anteil des zweiten Sollmoments für das Umschalten relativ zum abgeschätzten Drehmoment wird, zu einem Wert kleiner 1. Anschließend wird der Zündzeitpunkt gegenüber dem optimalen Zündzeitpunkt als Antwort auf die Verkleinerung der angezeigten Zündzeitpunktseffizienz unter 1 verzögert. Als Ergebnis wird eine Erhöhung des Drehmoments durch die zu große Luftmenge durch eine Verringerung des Drehmoments durch eine Verzögerung des Zündzeitpunkts ausgeglichen, und die Abweichung des tatsächlichen Drehmoments gegenüber dem verlangten ersten Drehmoment wird verhindert.
  • In dem vorstehend erläuterten Beispiel wird die Soll-Ventilzeitgebung in dem Übergangszeitabschnitt, in dem das Umschalten des Betriebszustands durchgeführt wird, zur zweiten Ventilzeitgebung. Weil die Ventilüberlappgröße mit der zweiten Ventilzeitgebung klein ist, kann das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht mit einem guten Antwort- bzw. Ansprechverhalten gemäß der Erhöhung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöht werden. Als elf Ergebnis wird der Übergangszeitabschnitt verlängert, und eine Erhöhung des Drehmoments aufgrund der zu großen Luftmenge kann nicht ausreichend durch eine Verzögerung des Zündzeitpunkts ausgeglichen werden. In Bezug darauf wird der Schaltzeitpunkt nach der Logik, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, so bestimmt, dass die Ventilzeitgebung an dem Zeitpunkt auf die zweite Ventilzeitgebung umgeschaltet wird, an dem der Übergangszeitabschnitt endet. Nach dem Umschalten der Ventilzeitgebung in dieser Art wird der Übergangszeitabschnitt verkürzt, indem die Luftmenge in dem Übergangszeitabschnitt mit einem guten bzw. empfindlichen Ansprechverhalten erhöht wird. Daher wird der Zündzeitpunkt nicht für einen langen Zeitabschnitt verzögert, bis der Verzögerungszeitabschnitt den Grenzzeitabschnitt erreicht, und eine Erhöhung des Drehmoments aufgrund der zu großen Luftmenge wird verlässlich durch die Verringerung des Drehmoments durch eine Verzögerung des Zündzeitpunkts ausgeglichen. Daher kann der Betriebszustand nach der in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzten Logik vom Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert werden, ohne eine Drehmomentänderung hervorzurufen.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
  • Eine Maschine, die als ein Steuerobjekt in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird, ist eine Viertakt-Hubkolbenmaschine vom funkengezündeten Typ, und ist eine aufgeladene Magermixmaschine, die einen Turbolader aufweist. Stellglieder, die durch eine ECU betrieben werden, die einen Betrieb der Maschine steuert bzw. regelt, umfassen ein Wastegate-Ventil (das nachstehend als ein WGV bezeichnet wird), das in dem Turbolader vorgesehen ist, zusätzlich zu einer Drossel, einer VVT, einer Zündvorrichtung und einer Einspritzung. Das WGV ist ein variables Stellglied für die Turboladereigenschaft, die eine Turboladereigenschaft des Turboladers ändert. Weil die Turboladereigenschaft des Turboladers eine Luftmenge ändert, ist das WGV in dem ersten Stellglied enthalten, das ähnlich wie die Drossel und die VVT die Luftmenge ändert.
  • In 8 wird eine Logik der ECU nach der vorliegenden Ausführungsform in einem Blockschaubild veranschaulicht. Die ECU umfasst die Maschinensteuerung 100 und den Antriebsstrangmanager 200. In dem Block, der den Antriebsstrangmanager 200 veranschaulicht, werden verschiedene Funktionen durch Blöcke ausgedrückt, mit denen der Antriebsstrangmanager 200 ausgestattet ist. Unter den Blöcken werden Blöcke, die die Funktionen wiedergeben, die den Funktionen der ECU nach der ersten Ausführungsform entsprechen, entsprechende Bezugszeichen zugeordnet. Zudem werden in dem der Maschinensteuerung 100 entsprechenden Block unter verschiedenen Funktionen, mit denen die Maschinensteuerung 100 ausgestattet ist, Funktionen durch Blöcke wiedergegeben, die sich auf den koordinierten Betrieb der Stellglieder beziehen. Unter den Blöcken werden Blöcken, die gleichartige Funktionen wie die Funktionen der ECU nach der ersten Ausführungsform wiedergeben, dieselben Bezugszeichen zugeordnet. Nachstehend wird hauptsächlich ein Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform, also hauptsächlich die Blöcke beschrieben, die die Funktionen wiedergeben, die speziell zur Steuerung der Turbolader-Magermixmaschine dienen.
  • Der Antriebsstrangmanager 200 nach der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Arithmetikeinheit 210 zusätzlich zu den Arithmetikeinheiten 202, 204, 206 und 208 versehen, die gleich wie in der ersten Ausführungsform sind. Die Arithmetikeinheit 210 berechnet ein verlangtes drittes Drehmoment und schickt das verlangte dritte Drehmoment an die Maschinensteuerung 100. In 7 wird das verlangte dritte Drehmoment als „TQ3r” beschrieben. Ein drittes Drehmoment ist ein Drehmoment, das von der Maschine regelmäßig oder für einen langen Zeitabschnitt ähnlich dem ersten Drehmoment verlangt wird. Eine Beziehung zwischen dem dritten Drehmoment und dem ersten Drehmoment ist analog zur Beziehung zwischen dem ersten Drehmoment und dem zweiten Drehmoment. Das bedeutet, dass in einem Fall der Sicht von der Seite des ersten Drehmoments das erste Drehmoment eine Art von Drehmoment ist, das eine höhere Notwendigkeit oder Priorität als das dritte Drehmoment aufweist, und eine hohe Empfindlichkeit bzw. ein empfindliches Ansprechverhalten der Maschine verlangt, das bedeutet, eine Art Drehmoment, von dem verlangt wird, dass es früher realisiert wird. Das verlangte dritte Drehmoment ist ein verlangter Wert des dritten Drehmoments, das der Antriebsstrangmanager 200 von der Maschine verlangt. Beim Aufzählen der drei Arten verlangter Drehmomente, die in dem Antriebsstrangmanager 200 nacheinander ausgehend von der höchsten Notwendigkeit oder Priorität, also dem empfindlichsten Ansprechverhalten berechnet werden, das von der Maschine verlangt wird, ist die Abfolge der Arten das verlangte zweite Drehmoment, das verlangte erste Drehmoment und schließlich das verlangte dritte Drehmoment. Die Arithmetikeinheit 210 berechnet das verlangte dritte Drehmoment auf der Grundlage des Signals, das auf den Grad der Gaspedalstellung antwortet. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das verlangte dritte Drehmoment sowie das verlangte erste Drehmoment dem verlangten Drehmoment der vorliegenden Erfindung. Ein Drehmoment, das man erhält, indem eine Pulskomponente in einer vorübergehenden Drehmomentverringerungsrichtung vom verlangten ersten Drehmoment entfernt wird, kann auch als das verlangte dritte Drehmoment eingestellt sein.
  • Die Maschinensteuerung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform ist durch die drei großen Arithmetikeinheiten 120, 140 und 160 ähnlich wie in der ersten Ausführungsform aufgebaut. Die große Arithmetikeinheit 120 ist mit einer Arithmetikeinheit 130 zusätzlich zu den Arithmetikeinheiten 122, 124, 126 und 128 ausgestattet, die sie mit der ersten Ausführungsform gemein hat. Die Arithmetikeinheit 130 berechnet als einen Steuerparameter für die Maschine ein Drehmoment, das als das dritte Drehmoment klassifiziert wird, aus den Drehmomenten, die benötigt werden, um den vorliegenden Betriebszustand der Maschine aufrechtzuerhalten oder einen vorab festgelegten Betriebszustand zu realisieren, der geplant ist. Hier wird das Drehmoment, das in der Arithmetikeinheit 130 berechnet wird, als das „andere dritte Drehmoment” bezeichnet. In 7 wird das andere dritte Drehmoment als „TQ3etc” beschrieben. Die Arithmetikeinheit 130 gibt einen validen Wert nur dann aus, wenn ein derartiges Drehmoment tatsächlich nötig wird, und berechnet einen ungültigen Wert, wenn ein derartiges Drehmoment nicht verlangt wird. Der ungültige Wert wird auf einen Wert eingestellt, der größer als ein maximales indiziertes Drehmoment ist, das von der Maschine abgegeben werden kann.
  • Die große Arithmetikeinheit 140 nach der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Arithmetikeinheit 148 zusätzlich zu den Arithmetikeinheiten 142, 144 und 146 ausgestattet, die sie mit der ersten Ausführungsform gemein hat. Die Arithmetikeinheit 148 ist dazu aufgebaut, einen Ausgleichsvorgang für das dritte Drehmoment durchzuführen. Das verlangte dritte Drehmoment und das andere dritte Drehmoment werden der Arithmetikeinheit 148 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 148 führt einen Ausgleichsvorgang mit Bezug auf diese durch und gibt ein Drehmoment, das durch Durchführen des Ausgleichsvorgangs erhalten wird, als das schließlich bestimmte dritte Sollmoment aus. In 7 wird das schließlich bestimmte dritte Sollmoment als „TQ3t” beschrieben. Als das Mittelungsverfahren in der Arithmetikeinheit 148 wird eine Minimalwertauswahl verwendet. Demgemäß wird das verlangte dritte Drehmoment, das vom Antriebsstrangmanager 200 bereitgestellt wird, als das dritte Sollmoment berechnet, wenn die Arithmetikeinheit 130 den gültigen Wert nicht abgibt.
  • Die große Arithmetikeinheit 160 nach der vorliegenden Ausführungsform behandelt sowohl das erste Sollmoment als auch das zweite Sollmoment und das dritte Sollmoment, die von der großen Arithmetikeinheit 140 eingegeben werden, als die Sollwerte des Drehmoments für die Maschine. Daher umfasst die große Arithmetikeinheit 160 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Arithmetikeinheit 182 anstelle der Arithmetikeinheit 162 nach der ersten Ausführungsform, und umfasst eine Arithmetikeinheit 184 anstelle der Arithmetikeinheit 164 nach der ersten Ausführungsform.
  • Das erste Sollmoment und das dritte Sollmoment werden der Arithmetikeinheit 182 eingelesen, und die Solleffizienz und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden außerdem der Arithmetikeinheit 182 eingelesen. Die Arithmetikeinheit 182 entspricht der Einrichtung zur Berechnung der Soll-Luftmenge der vorliegenden Erfindung. Die Arithmetikeinheit 182 berechnet eine Soll-Luftmenge zum Erzielen des ersten Sollmoments (die nachstehend als eine erste Soll-Luftmenge bezeichnet wird) aus dem ersten Sollmoment unter Verwendung der Solleffizienz und des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das aus der Arithmetikeinheit 162 nach der ersten Ausführungsform bekannte Verfahren zurück. In 7 wird die erste Soll-Luftmenge als „KL1t” beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die erste Soll-Luftmenge bei der Berechnung der Soll-Ventilzeitgebung durch die Arithmetikeinheit 178 verwendet.
  • Zudem errechnet die Arithmetikeinheit 182 parallel zur Berechnung der ersten Soll-Luftmenge eine Soll-Luftmenge zum Erzielen des dritten Sollmoments (die nachstehend als eine dritte Soll-Luftmenge bezeichnet wird) rückwärts aus dem dritten Sollmoment unter Verwendung der Solleffizienz und des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. In 7 wird die dritte Soll-Luftmenge als „KL3t” beschrieben. In der Berechnung der dritten Soll-Luftmenge werden auch die Solleffizienz und das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Parameter verwendet, die eine Umwandlungseffizienz der Luftmenge in das Drehmoment bereitstellen. Wenn der Wert des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wie in der ersten Ausführungsform bei der Berechnung der ersten Soll-Luftmenge geändert wird, wird in ähnlicher Weise auch der Wert des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der Berechnung der dritten Soll-Luftmenge geändert.
  • Die Arithmetikeinheit 184 errechnet den Soll-Ansaugrohrdruck aus der ersten Soll-Luftmenge rückwärts durch das von der Arithmetikeinheit 164 nach der ersten Ausführungsform bekannte Verfahren. In den Figuren wird der Soll-Ansaugrohrdruck als „Pmt” beschrieben. Der Soll-Ansaugrohrdruck wird bei der Berechnung des Sollgrads der Drosselöffnung durch die Arithmetikeinheit 166 verwendet.
  • Zudem errechnet die Arithmetikeinheit 182 parallel zur Berechnung des Soll-Ansaugrohrdrucks rückwärts einen Soll-Turboladerdruck aus der dritten Soll-Luftmenge. In 7 wird der Soll-Turboladerdruck als „Pct” beschrieben. Bei der Berechnung des Soll-Turboladerdrucks wird zunächst die dritte Soll-Luftmenge durch das bekannte Verfahren für den Fall der Berechnung des Soll-Ansaugrohrdrucks in den Ansaugrohrdruck umgewandelt. Anschließend wird ein Reservedruck zum Ansaugrohrdruck hinzugefügt, den man erhält, indem die dritte Soll-Luftmenge umgewandelt wird, und ein Gesamtwert davon wird als der Soll-Ladedruck berechnet. Der Reservedruck ist eine minimale Spanne zwischen dem Turboladerdruck und dem Ansaugrohrdruck. Man bemerke, dass der Reservedruck einen festgelegten Wert aufweisen kann, aber beispielsweise geändert werden kann, indem er mit dem Ansaugrohrdruck verknüpft wird.
  • Die große Arithmetikeinheit 160 nach der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin mit einer Arithmetikeinheit 186 versehen. Die Arithmetikeinheit 186 berechnet einen Sollgrad einer Wastegate-Ventilöffnung, der ein Sollwert eines Grads einer Wastegate-Ventilöffnung auf der Grundlage des Soll-Turboladedrucks ist. In 7 wird der Sollgrad der Wastegate-Ventilöffnung als „WGV” beschrieben. Bei der Berechnung des Sollgrads der Wastegate-Ventilöffnung wird ein Kennfeld oder ein Modell verwendet, in dem der Turboladedruck und der Grad der Wastegate-Ventilöffnung miteinander verknüpft sind. Der in der Arithmetikeinheit 186 berechnete Sollgrad der Wastegate-Ventilöffnung wird in ein Signal umgewandelt, um das WGV 10 anzutreiben, und wird über die Schnittstelle 115 der ECU an das WGV 10 geschickt. Die Arithmetikeinheit 186 entspricht in der vorliegenden Ausführungsform auch der ersten Stellgliedsteuereinrichtung. Man bemerke, dass als eine Betriebsgröße des WGV 10 ein Tastverhältnis eines Magnetventils, das das WGV 10 antreibt, anstelle des Grads der Wastegate-Ventilöffnung verwendet werden kann.
  • Nach der wie vorstehend aufgebauten ECU kann das Problem des Umschaltens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einer hohen Ansprechempfindlichkeit bei einer gleichzeitigen sanften Änderung des Drehmoments passend zur Anforderung durch den Fahrer auch in der Turbolader-Magermixmaschine erreicht werden, indem koordinierte Betriebe der Vielzahl von Stellgliedern 2, 4, 6, 8 und 10 durchgeführt werden, die das WGV 10 umfassen. Man bemerke, dass in der Turbolader-Magermixmaschine eine VVT-Ansaugluftmengensteuerung in Kombination verwendet werden kann, wenn die Soll-Ventilzeitsteuerung berechnet wird. Hier bedeutet die VVT-Ansaugluftmengensteuerung eine Steuerung, die die Ventilzeitgebung gegenüber einer Basis-Ventilzeitgebung mit der Soll-Ventilzeitgebung, die unter Verwendung des Kennfelds als die Basis-Ventilzeitgebung berechnet wird, in Richtung früh verstellt, um die tatsächliche Luftmenge mit einer maximalen Geschwindigkeit zu erhöhen, um zu veranlassen, dass die tatsächliche Luftmenge der Soll-Luftmenge folgt, wenn ein großer Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und der tatsächlichen Luftmenge durch die Erhöhung der Soll-Luftmenge zur Zeit der Beschleunigung oder dergleichen auftritt. 9 ist ein Zeitschaubild, das ein Bild des Steuerergebnisses durch die ECU nach der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. 9 veranschaulicht das Steuerergebnis in einem Fall der Verwendung der VVT-Ansaugmengensteuerung in Kombination zur Zeit der Berechnung der Soll-Ventilzeitgebung. Ein Schaubild in einer ersten Lage bzw. Zeile in 9 veranschaulicht eine Änderung des verlangten ersten Drehmoments über der Zeit. Ein Schaubild in einer zweiten Lage veranschaulicht jeweilige Änderungen der Soll-Luftmenge und der abgeschätzten Luftmenge über der Zeit. Ein Schaubild in einer dritten Lage veranschaulicht jeweilige Änderungen des virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über der Zeit. Ein Schaubild in einer vierten Lage veranschaulicht eine Änderung der tatsächlichen Ventilzeitgebung über der Zeit.
  • In dem in 9 veranschaulichten Steuerergebnis erhöht sich die Soll-Luftmenge stufenweise zu einem Zeitpunkt in einem großen Ausmaß, in dem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird. Bei der VVT-Ansaugluftmengensteuerung wird eine Steuerung als Antwort auf eine Abweichung zwischen der Soll-Luftmenge und der tatsächlichen Luftmenge ausgeführt, die die Ventilzeitgebung gegenüber der ersten Ventilzeitgebung, die die Basis-Ventilzeitgebung in diesem Zeitabschnitt ist, in Richtung früh verstellt. Wenn die Ventilzeitgebung in Richtung früh verstellt wird, steigt die tatsächliche Luftmenge mit einer hohen Geschwindigkeit aufgrund der weiteren Erhöhung der Ventilüberlappgröße, und als ein Ergebnis kann der Übergangszeitabschnitt kurz gehalten werden. Wenn der Vorhersagezeitabschnitt für die Ankunft der Soll-Luftmenge mit dem Vorhersagezeitabschnitt für die Ankunft der Magerventilzeitgebung zusammenfällt, wird die Soll-Ventilzeitgebung zu diesem Zeitpunkt auf die zweite Ventilzeitgebung umgeschaltet. Wenn die Soll-Ventilzeitgebung umgeschaltet wird, verringert sich die tatsächliche Ventilzeitgebung dadurch, dass sie dieser folgt, und an dem Zeitpunkt, an dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet wird, wird ein Umschalten in die zweite Ventilzeitgebung abgeschlossen. Daher kann der Betriebsmodus nach der Logik, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, aus dem Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet werden, ohne eine Drehmomentänderung zu verursachen.
  • [Sonstiges]
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann ausgeführt werden, indem sie auf verschiedene Weise in ihrem Gebiet variiert wird, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die nachfolgenden Modifizierungen verwendet werden.
  • In der ersten Ausführungsform ist der Zeitpunkt, zu dem das Umschalt-Flag von Ein auf Aus umgeschaltet wird, nicht auf den Zeitpunkt beschränkt, zu dem der Vorhersagezeitabschnitt für die Ankunft der Soll-Luftmenge und der Vorhersagezeitabschnitt für die Ankunft des Magerventilzeitpunkts miteinander zusammenfallen. Dies bedeutet, dass auch ein Zeitpunkt verwendet werden kann, an dem der Unterschied zwischen dem Zeitabschnitt für die Ankunft der Soll-Luftmenge und dem Zeitabschnitt für die Vorhersage der Ankunft der Magerventilzeitgebung auf oder unter einen Schwellenwert fällt, solange der Zeitpunkt festgelegt ist, an dem der Zeitabschnitt für die Ankunft der Soll-Luftmenge ausreichend nahe bei dem Zeitabschnitt für die Vorhersage der Ankunft der Magerventilzeitgebung ist.
  • Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis), das für die Berechnung einer Soll-Luftmenge in der ersten Ausführungsform verwendet wird, kann durch ein Äquivalenzverhältnis ersetzt werden. Das Äquivalenzverhältnis ist auch ein Parameter, der eine Umwandlungseffizienz der Luftmenge in Drehmoment bereitstellt, und entspricht einem Parameter, der dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. In ähnlicher Weise kann ein Überschussluftfaktor als ein Parameter verwendet werden, der eine Umwandlungseffizienz der Luftmenge in Drehmoment bereitstellt.
  • Als der Parameter für die Verwendung bei der Berechnung der Soll-Luftmenge kann auch ein Parameter passend zum Zündzeitpunkt verwendet werden. Wenn der Zündzeitpunkt weiter gegenüber dem optimalen Zündzeitpunkt verzögert wird, wird das Drehmoment, das mit derselben Luftmenge erzeugt wird, geringer, und daher entspricht der Parameter, der zum Zündzeitpunkt passt, einem Parameter, der eine Umwandlungseffizienz der Luftmenge in Drehmoment bereitstellt. Beispielsweise wird ein Kennfeld für die Umwandlung von Drehmoment in Luftmenge, das bei der Berechnung der Soll-Luftmenge verwendet wird, für jeden Zündzeitpunkt vorbereitet, und der Wert des Zündzeitpunkts, der bei der Durchsuchung des Kennfelds verwendet wird, kann als Antwort auf das Umschalten des Betriebsmodus geändert werden. Genauer gesagt wird der Zündzeitpunkt, der zum Durchsuchen des Kennfelds verwendet wird, zur Zeit der Verzögerung, zu der das verlangte erste Drehmoment abnimmt, als der optimale Zündzeitpunkt in einem Zeitabschnitt eingestellt, in dem das verlangte erste Drehmoment größer als der Referenzwert ist, und der Zündzeitpunkt, der verwendet wird, um das Kennfeld zu durchsuchen, wird gegenüber dem optimalen Zündzeitpunkt als Antwort auf die Verringerung des verlangten Drehmoments auf den Referenzwert oder darunter verzögert. In diesem Fall ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das verwendet wird, um das Kennfeld zu durchsuchen, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Ein variabler Ventilhubmechanismus, der einen Ventilhub des Ansaugventils variabel macht, kann auch als ein erstes Stellglied verwendet werden, das die Menge der in die Zylinder eingebrachten Luft ändert. Der variable Ventilhubmechanismus kann in Kombination mit einem anderen ersten Stellglied wie der Drossel oder dem VVT verwendet werden.
  • Eine variable Düse kann auch als ein drittes Stellglied verwendet werden, das eine Turboladereigenschaft des Turboladers ändert. Zudem kann, falls der Turbolader durch einen Elektromotor unterstützt wird, der Elektromotor auch als ein drittes Stellglied verwendet werden.
  • In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Einspritzung als das zweite Stellglied nicht auf eine Ansaugrohreinspritzung beschränkt. Eine Zylindereinspritzung, die Kraftstoff direkt in die Brennkammer einspritzt, kann ebenfalls verwendet werden, und sowohl eine Ansaugrohreinspritzung als auch eine Zylindereinspritzung können auch kombiniert verwendet werden.
  • Das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist nicht auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis beschränkt. Das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann auch auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt sein, das magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, kann als das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Drossel
    4
    Einspritzung
    6
    Zündvorrichtung
    8
    Variabler Ventilzeitgebungsmechanismus
    10
    Wastegate-Ventil
    100
    Maschinensteuerung
    105
    Schnittstelle als Aufnahmeeinrichtung für das verlangte Drehmoment
    200
    Antriebsstrangmanager
    162; 182
    Arithmetikeinheit als Berechnungseinrichtung für die Soll-Luftmenge
    164, 166; 178
    Arithmetikeinheit als Steuereinrichtung für das erste Stellglied
    174, 176
    Arithmetikeinheit als Steuereinrichtung für das zweite Stellglied
    168, 170, 172
    Arithmetikeinheit als Steuereinrichtung für das dritte Stellglied
    404
    Arithmetikeinheit als Änderungseinrichtung für das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis
    406
    Arithmetikeinheit als Umschalteinrichtung für das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
    502, 508
    Arithmetikeinheit als Umschalteinrichtung für das Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung
    504
    Arithmetikeinheit als Berechnungseinrichtung für den ersten Vorhersagezeitabschnitt
    506
    Arithmetikeinheit als Berechnungseinrichtung für den zweiten Vorhersagezeitabschnitt

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung für eine Maschine mit interner Verbrennung, die ein erstes Stellglied aufweist, das eine in einen Zylinder eingesaugte Luftmenge ändert, ein zweites Stellglied, das Kraftstoff in den Zylinder zuführt, und ein drittes Stellglied, das ein Mischgas in dem Zylinder zündet, und die dazu aufgebaut ist, dazu fähig zu sein, einen Betrieb zu wählen, der ein erstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, und einen Betrieb, der ein zweites Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, als ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, mit: einer Einrichtung zur Aufnahme eines verlangten Drehmoments, um ein verlangtes Drehmoment aufzunehmen; einer Soll-Luftmengenberechnungseinrichtung, um eine Soll-Luftmenge zum Erzielen des ersten Drehmoments aus dem verlangten Drehmoment unter Verwendung eines Parameters zu berechnen, der eine Umwandlungseffizienz aus einer Luftmenge in Drehmoment bereitstellt; einer Einrichtung zum Ändern eines virtuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um ein in dem Parameter enthaltenes virtuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, um auf die Erfüllung einer Bedingung zum Umschalten eines Betriebsmodus aus einem Betrieb mit dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen Betrieb mit dem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu antworten; einer Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Umschalteinrichtung zum Umschalten eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert ist; einer ersten Stellgliedsteuereinrichtung, um eine Betriebsgröße des ersten Stellglieds auf der Grundlage der Soll-Luftmenge zu bestimmen und das erste Stellglied entsprechend der Betriebsgröße zu betreiben; einer zweiten Stellgliedsteuereinrichtung, um eine Kraftstoffzufuhrmenge auf der Grundlage des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu bestimmen und das zweite Stellglied entsprechend der Kraftstoffzufuhrmenge zu betreiben; und einer dritten Stellgliedsteuereinrichtung zum Bestimmen eines Zündzeitpunkts zum Erzielen des verlangten Drehmoments auf der Grundlage eines Drehmoments, das aus der Betriebsgröße des ersten Stellglieds und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgeschätzt wird, und des verlangten Drehmoments zu bestimmen und das dritte Stellglied passend zum Zündzeitpunkt zu betreiben, wobei das erste Stellglied einen variablen Ventilzeitgebungsmechanismus umfasst, der eine Ventilzeitgebung eines Ansaugventils ändert, wobei die erste Stellgliedsteuereinrichtung Folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Berechnen einer ersten Ventilzeitgebung auf der Grundlage der Soll-Luftmenge, die eine Soll-Ventilzeitgebung passend zum ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Einrichtung zum Berechnen einer zweiten Ventilzeitgebung auf der Grundlage der Soll-Luftmenge, die eine Soll-Ventilzeitgebung passend zum zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Soll-Ventilzeitgebungsumschalteinrichtung, um die Soll-Ventilzeitgebung aus der ersten Ventilzeitgebung in die zweite Ventilzeitgebung umzuschalten, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert ist, und eine Einrichtung zum Betreiben des variablen Ventilzeitgebungsmechanismus passend zur Soll-Ventilzeitgebung.
  2. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung Folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Berechnen eines ersten Ankunftszeitabschnitts, um einen ersten Vorhersagezeitabschnitt zu berechnen, der ein Vorhersagewert eines Zeitabschnitts ist, der benötigt wird, bis eine Luftmenge, die aus der Betriebsgröße des ersten Stellglieds abgeschätzt wird, die Soll-Luftmenge erreicht, eine Einrichtung zum Berechnen eines zweiten Vorhersagezeitabschnitts, um einen zweiten Vorhersagezeitabschnitt zu berechnen, der ein Vorhersagewert eines Zeitabschnitts ist, den der variable Ventilzeitgebungsmechanismus benötigt, um aus einer Position der ersten Ventilzeitgebung in eine Position der zweiten Ventilzeitgebung betätigt zu werden, und eine Einrichtung zum Umschalten der Soll-Ventilzeitgebung von der ersten Ventilzeitgebung zur zweiten Ventilzeitgebung an einem Zeitpunkt, an dem der erste Vorhersagezeitabschnitt mit dem zweiten Vorhersagezeitabschnitt zusammenfällt, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird.
  3. Steuervorrichtung für eine Maschine mit interner Verbrennung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umschaltet, nachdem ein Unterschied zwischen der Soll-Luftmenge und einer Luftmenge, die aus der Betätigungsgröße des ersten Stellglieds abgeschätzt wird, gleich groß wie oder kleiner als ein Schwellenwert wird, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert ist.
  4. Steuervorrichtung für eine Maschine mit interner Verbrennung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung zum Umschalten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus dem ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis umschaltet, nachdem ein festgelegter Zeitabschnitt verstrichen ist, nachdem das virtuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wurde.
  5. Steuervorrichtung für eine Maschine mit interner Verbrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Stellglied eine Drossel aufweist, und die erste Stellgliedsteuereinrichtung einen Sollgrad der Drosselöffnung auf der Grundlage eines Soll-Ansaugrohrdrucks bestimmt, der aus der Soll-Luftmenge berechnet wird, und die Drossel passend zum Sollgrad der Drosselöffnung betätigt.
  6. Steuervorrichtung für eine Maschine mit interner Verbrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Maschine mit interner Verbrennung eine Turboladermaschine ist, die einen Turbolader aufweist, das erste Stellglied ein variables Turboladereigenschaftsstellglied umfasst, das eine Turboladereigenschaft des Turboladers ändert, und die erste Stellgliedsteuereinrichtung eine Betriebsgröße des variablen Turboladereigenschaftsstellglieds auf der Grundlage eines Soll-Turboladerdrucks bestimmt, der aus der Soll-Luftmenge berechnet wird, und das variable Turboladereigenschaftsstellglied passend zur Betätigungsgröße betätigt.
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