DE19741180B4

DE19741180B4 - Motorsteuerungssystem und -Verfahren

Info

Publication number: DE19741180B4
Application number: DE19741180A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Chofu Nanba; Akira Musashino Akimoto; Nobuhiro Hachioji Hakura; Takashi Matsuura
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2017-09-19
Also published as: GB2317715A; DE19741180A1; GB9720476D0; JPH10103116A; US5934249A; GB2317715B; JP3805840B2

Abstract

Steuerungssystem für einen Motor mit einem Zylinder, einem Ansaugkrümmer, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, einer Drosselklappe zum Steuern einer Ansaugluftdurchflussmenge und einem EGR(Abgasrückführungs)-Ventil zum Steuern einer EGR-Gasdurchflussmenge, mit:
einer Einrichtung zum Berechnen der Motordrehzahl;
einer Einrichtung zum Berechnen einer Beschleunigungspedal-Winkeleinstellung zum Berechnen des Öffnungswinkels eines Beschleunigungspedals;
einer Steuerparameter-Sollwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines Steuerparameter-Sollwerts basierend auf der Motordrehzahl und dem Öffnungswinkel des Beschleunigungspedals;
einer Basis-Kraftstoffeinspritzmengen-Anfangssetzwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines Basis-Kraftstoffeinspritzmengen-Anfangssetzwerts basierend auf dem Steuerparameter-Sollwert:
einer EGR-Rate-Anfangssetzwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines EGR-Rate-Anfangssetzwerts basierend auf dem Steuerparameter-Sollwert;
einer Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Anfangssetzwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines Im-Zylinder-Äquivalentverhältnisses basierend auf dem Steuerparameter-Sollwert;
eine das Äquivalentverhältnis des EGR-Gases vorausbestimmende Einrichtung zum Vorausbestimmen eines EGR-Gas-Äquivalentverhältnisses basierend auf dem Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Anfangssetzwerts;
eine einen ersten und einen zweiten Steuer-Sollwert festlegende Einrichtung zum Festlegen eines ersten Steuer-Sollwertes bezüglich eines Luftkomponenent-Partialdrucks des Ansaugkrümmerdrucks bzw. eines zweiten Steuer-Sollwertes bezüglich eines Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks des Ansaugkrümmerdrucks, basierend auf dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuerungssystem und -verfahren und insbesondere ein Motorsteuerungssystem und -verfahren, bei dem die Kraftstoffeinspritzung, der Luftansaugvorgang und die Abgasrückführung gemäß dem Grad der Betätigung eines Fahr- oder Beschleunigungspedals durch einen Fahrer integral gesteuert werden.
Moderne Verbrennungsmotoren für Automobile müssen verschiedene Anforderungen z. B. hinsichtlich der Emissionen, des wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauchs bzw. der Kraftstoffersparnis, des Fahrgefühls oder -verhaltens, der Nutzleistung und ähnlicher Faktoren, erfüllen. Eine Lösung zum Erfüllen dieser Anforderungen ist ein Schichtladeverbrennungsmotor. Bei herkömmlichen Motoren kann, weil die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Menge der eine Drosselklappe durchströmenden Luft bestimmt ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht in hohem Maße verändert werden. Andererseits muß der Schichtlademotor innerhalb eines großen Be reichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben werden. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich abrupt ändert, würde die Drehmomentänderung eine Toleranzgrenze für das Fahrverhalten überschreiten, wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs nicht gemäß dem sich ändernden Drehmoment bestimmt ist.
Vor kurzem wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen, bei denen die erforderliche Kraftstoff- und Luftmenge auf der Basis des Motordrehmoments bestimmt wird. Beispielsweise wird in der JP 1-313636 A ein Verfahren beschrieben, bei dem zunächst ein Soll-Motordrehmoment basierend auf einer Beschleunigungspedal-Winkelstellung bzw. dem Betätigungsgrad oder dem Öffnungswinkel des Beschleunigungspedals und der Motordrehzahl bestimmt und dann die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß diesem Soll-Motordrehmoment gesteuert wird, und gleichzeitig wird die Ansaugluftmenge durch elektronisches Einstellen oder Regeln des Öffnungswinkels der Drosselklappe durch ein Stellglied gesteuert.
Bei Übergangsbetriebsbedingungen des Motors ist es jedoch schwierig, eine geeignete Luftmenge zuzuführen, weil durch eine Zeitverzögerung, die zum Zuführen von Luft in den Ansaugkrümmer und die Auffang- oder Sammelkammer, die ein vorgegebenes Volumen aufweisen, erforderlich ist, oder durch eine Zeitverzögerung zum Betätigen von Stell- oder Betätigungsvorrichtungen, eine Abweichung zwischen der dem Soll-Drehmoment entsprechenden Soll-Luftmenge und der tatsächlich in den Zylinder eingesaugten Luftmenge besteht. Daher ist es schwierig, geeignete Luft- und Kraftstoffmengen zuzuführen.
Um dieses Problem zu lösen, wird in der JP 3-1852480 A ein Verfahren beschrieben, gemäß dem eine Phasenverzögerung oder -verschiebung, die der Zeitverzögerung zum Zuführen der Ansaugluft und zum Betätigen der Stell- oder Betätigungsvorrichtungen entspricht, bezüglich des Soll-Drehmoments oder die Kraftstoffeinspritzmenge selbst korrigiert oder kompen siert wird, um eine übermäßige oder unzureichende Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern zu vermeiden.
Weil die vorstehend erwähnte herkömmliche Drosselklapensteuerung basierend auf einer prozeßgekoppelt-offenen Steuerung oder Open-Loop-Steuerung und nicht durch eine rückgekoppelte Steuerung ausgeführt wird, können Luftdurchflußmengenabweichungen oder -änderungen, die durch Abweichungen zwischen verschiedenen Drosselklappen oder durch Temperaturänderungen oder Verschmutzungen der Drosselklappen verursachte Änderungen der Öffnungsfläche der Drosselklappe erzeugt werden, nicht eliminiert werden.
Außerdem ist im Fall eines Motors, bei dem ein EGR-(Abgasrückführung)Ventil zum Reduzieren von Emissionen verwendet wird, eine durch eine Zeitverzögerung zum Zuführen des EGR-Gases in die Sammelkammer und durch eine Zeitverzögerung zum Betätigen des EGR-Ventils selbst verursachte Verzögerung des Ansprechverhalten des EGR-Ventils vorhanden. Es könnte in Betracht gezogen werden, diese Verzögerung des Ansprechverhaltens durch geeignetes Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts oder des Zündzeitpunkts zu kompensieren, wobei es aufgrund der Differenz zwischen der Ansprechkennlinie der Drosselklappe und derjenigen des EGR-Ventils jedoch schwierig ist, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt und ferner das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das EGR-Verhältnis bei Übergangsbedingungen zu bestimmen.
In der DE 4211851 A1 wird ein Verfahren zum Bestimmen der Zylinderfüllung bei einem Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, sowie zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung beschrieben. Dabei werden die Partialdrücke der Luft- und Nicht-Luft-Komponenten im Saugstutzen abgeschätzt. Auf Grundlage der abgeschätzten Werte des Partialdrucks der Ansaugluft und des rückgeführten Abgases wird ein Zylinderluftmassefluss bestimmt. Mit Hilfe dieses Zylinderluftmasseflusses wird die Kraftstoffzufuhrmenge zu einem Motorzylinder berechnet.
Die EP 0646709 A2 beschreibt eine Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelvorrichtung für Brennkraftmaschinen. Unter Betriebsbedingungen wird die Motordrehzahl und der Luftdruck im Ansaugkanal detektiert. Des Weiteren wird eine Menge an rückgeführtem Abgas gemessen. Eine Kraftstoffversorgungsmenge wird basierend auf der Motordrehzahl und dem Luftdruck im Ansaugkanal berechnet. Die Kraftstoffversorgungsmenge wird basierend auf der Menge an rückgeführtem Abgas korrigiert.
Hinsichtlich der vorstehend erwähnten Probleme des Stands der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuerungssystem und -verfahren bereitzustellen, durch die Emissionen und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden und das Fahrverhalten verbessert wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge, die Ansaugluftmenge und die Menge des zurückgeführten Gases (EGR-Menge) optimiert werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffsteuerung, Ansaugluftsteuerung und EGR-Steuerung;
2 ein Gesamt-Blockdiagramm der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motorsteuerungssystems;
3 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Initialisierungsroutine;
4 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer periodisch ausgeführten Basisroutine;
5 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Steuerungsroutine zum Ausführen der Kraftstoffsteuerung, der Ansaugluftsteuerung und der EGR-Steuerung;
6 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer jeweils bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel ausgeführten Steuerungsroutine;
7 ein Diagramm zum Darstellen eines zur Erläuterung dienenden Modells des Ansaugluftsystems;
8 ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen von Verfahren zum Identifizieren von Zylindern;
9 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffsteuerung, Ansaugluftsteuerung und EGR-Steuerung;
10 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Steuerungsroutine zum Ausführen der Kraftstoffsteuerung, der Ansaugluftsteuerung und der EGR-Steuerung;
11 ein Gesamt-Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motorsteuerungssystems;
12 ein Blockdiagramm der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffsteuerung, Ansaugluftsteuerung und EGR-Steuerung; und
13 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer periodisch ausgeführten Basisroutine.
2 zeigt einen Hauptabschnitt 20 einer Steuerungseinheit, mit der verschiedene Sensoren zum Erfassen von Motorbetriebszuständen und Stellglieder oder Betätigungsvorichtungen zum Steuern des Motors verbunden sind.
Diese Sensoren weisen auf: einen Kurbelwinkelsensor 2, durch den jeweils bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel ein Impulssignal ausgegeben wird, einen Zylindernummererfassungsdetektor 3, durch den ein Impulssignal zum Identifizieren entsprechender Zylinder ausgegeben wird, einen Beschleunigungspedal-Winkelstellungssensor oder Beschleunigungspedalsensor 4, durch den ein dem Betätigungsgrad oder Öffnungswinkel eines (nicht dargestellten) Beschleunigungspedals entsprechendes Spannungssignal ausgegeben wird, einen Ansaugkrümmerdrucksensor 5, durch den ein dem Druck im Ansaugkrümmer entsprechendes Spannungssignal ausgegeben wird, einen Ansaugkrümmertemperatursensor 6, durch den ein der Gastemperatur im Ansaugkrümmer entsprechendes Spannungssignal ausgegeben wird, und einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 7 zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
Die Stellglieder oder Betätigungsvorrichtungen weisen auf: eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 zum Einspritzen von Kraftstoff, eine mit einer Zündkerze 12 verbundene Zündspule 11, ein Drosselklappenstellglied 13 zum Ändern eines Drosselklappenöffnungswinkels und ein EGR-Ventil 14 zum Steuern der EGR-Menge.
Die Steuerungseinheit 20, die Funktionen zum Berechnen verschiedener Steuerparameter basierend auf Signalen von den Sensoren aufweist, weist auf: einen Zylindernummererfassungsabschnitt 21, einen Kurbelwinkelerfassungsabschnitt 22, einen Abschnitt 23 zum Berechnen eines Kurbelwinkelimpulsintervalls, einen Abschnitt 24 zum Berechnen der Motordrehzahl, einen Abschnitt 25 zum Berechnen der Winkelstellung bzw. des Öffnungswinkels des Beschleunigungspedals, einen Abschnitt 26 zum Berechnen des Krümmergesamtdrucks, einen Abschnitt 27 zum Berechnen der Ansaugkrümmergastemperatur, einen Abschnitt 28 zum Berechnen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, einen Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsabschnitt 30, der als zentrale Steuerungseinrichtung der vorliegenden Erfindung dient, einen Abschnitt 40 zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzimpulszeitdauer, einen Abschnitt 41 zum Festlegen eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, einen Kraftstoffeinspritzimpulserzeugungsabschnitt 42, einen Abschnitt 43 zum Festlegen eines Zündzeitpunkts und einen Zündsignalerzeugungsabschnitt 44.
Im Zylindernummererfassungsabschnitt 21 wird eine bestimmte Zylindernummer gemäß einem Eingangsmuster eines Ausgangsimpulssignals (Kurbelimpuls) des Kurbelwinkelsensors 2 und eines Ausgangsimpulssignals (Zylinderidentifizierungsimpuls) des Zylindernummererfassungssensors 3 identifiziert. Außerdem wird im Kurbelwinkelerfassungsabschnitt 22 eine vorgegebene Kurbelwinkelposition des identifizierten Zylinders als Referenzkurbelwinkelposition festgelegt, woraufhin nachfolgenden Kurbelimpulsen entsprechende, der Referenzkurbelwinkelposition folgende Kurbelwinkelpositionen erfaßt werden. Außerdem wird im Abschnitt 23 zum Berechnen eines Kurbelwinkelimpulsintervalls ein Zeitintervall zugeführter Kurbelimpulse gemessen und eine zwischen Kurbelwinkeln verstrichene Zeitdauer berechnet. Im Abschnitt 24 zum Berechnen der Motordrehzahl wird aus einer Zeit, die verstreicht, während die Kurbelwelle eine Drehbewegung von 180° ausführt, eine Drehzahl Ne (Motordrehzahl) berechnet.
Im Abschnitt 25 zum Berechnen der Winkelstellung bzw. des Öffnungswinkels des Beschleunigungspedals wird der Öffnungswinkel S des Beschleunigungspedals (Grad der Betätigung des Beschleunigungspedals) basierend auf der Ausgangsspannung des Beschleunigungspedalsensors 4 berechnet. Im Abschnitt 26 zum Berechnen des Krümmergesamtdrucks wird ein Krümmerdruck (d. h. eine nachstehend als Krümmergesamtdruck bezeichnete Summe aus dem Partialdruck von Luftkomponenten oder Luftkomponenten-Partialdruck und dem Partialdruck von Nicht-Luftkomponenten oder Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck) Pm basierend auf der Ausgangsspannung des Ansaugkrümmerdrucksensors 5 berechnet. Im Abschnitt 27 zum Berechnen der Ansaugkrümmergastemperatur wird eine Gastemperatur Tm im Ansaugkrümmer basierend auf der Ausgangsspannung des Ansaugkrümmertemperatursensors 6 berechnet, und im Abschnitt 28 zum Berechnen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ basierend auf der Ausgangsspannung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 7 berechnet.
Der Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsabschnitt 30 weist, wie in 1 dargestellt, auf: einen Abschnitt 31 zum Festlegen eines Soll-Drehmoments, eine erste Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32, eine zweite Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32a, einen Abschnitt 33 zum Berechnen von Ansaugsystemkoeffizienten, eine Ansaugsteuerungseinrichtung 34, einen Abschnitt 35 zum Berechnen von Steuerungskoeffizienten, einen Rückkopplungs (F/B) -steuerungsabschnitt 36, einen Abschnitt 37 zum Festlegen und Ausgeben eines Befehlswertes für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe (ETC-Befehlswert) und einen Abschnitt 38 zum Festlegen und Ausgeben eines EGR-Befehlswertes.
Im Abschnitt 31 zum Festlegen des Soll-Drehmoments wird ein Soll-Motordrehmoment Teⁱ basierend auf der Motordrehzahl Ne und dem Öffnungswinkel S des Beschleunigungspedals festgelegt. Außerdem werden in der ersten Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32 eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge und ein EGR-Setzwert (EGR-Rate), die dem Soll-Motordrehmoment Teⁱ entsprechen, als jeweiliger Anfangswert festgelegt, und in der Ansaugsteuerungseinrichtung 34 werden ein Luftkomponenten-Partialdruck bzw. ein Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck basierend auf der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge und dem EGR-Setzwert festgelegt. Im F/B-Steuerungs abschnitt 36 werden ein Drosselklappenstellglied-Befehlswert als Steuerwert des Drosselklappenstellglieds 13 und ein EGR-Ventil-Befehlswert als Steuerwert des EGR-Ventils 14 gemäß einem nachstehend beschriebenen Ansaugsystemmodell berechnet. In der zweiten Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32a wird eine End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge zum Berechnen eines Steuerwertes der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 berechnet.
Nachstehend wird das Ansaugsystemmodell unter Bezug auf 7 beschrieben, wobei das Modell durch einen Motor 1, ein Einlaß- oder Ansaugrohr 1a, eine im Ansaugrohr 1a angeordnete Drosselklappe 1b, ein Abgas- oder Auslaßrohr 1c, ein Abgasrückführungs(EGR)-rohr 1d zum Verbinden des Ansaugrohrs 1a mit dem Auslaßrohr 1c und ein EGR-Ventil 14 gebildet wird. Im derart aufgebauten Ansaugsystemmodell wird die dem Ansaugrohr zugeführte Luftmenge durch eine Summe aus einer die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge Qa und einer dem Ansaugrohr 1a über das EGR-Ventil zugeführten EGR-Gasdurchflußmenge Qe dargestellt.
Die Luftmenge im Ansaugrohr wird durch Eliminieren der in den Zylinder strömenden Durchflußmenge Qso der Luftkomponenten aus der Summe der die Drosselklappe 1a durchströmenden Durchflußmenge Qa der Luftkomponenten und der das EGR-Ventil 14 durchströmenden Durchflußmenge Qea der Luftkomponenten erhalten. Eine zeitliche Änderung dPmo/dt der Durchflußmenge der Luftkomponenten im Ansaugrohr kann unter Verwendung einer Gaszustandsgleichung folgendermaßen dargestellt werden: dPmo/dt = (Qa + Qea – Qso)·Ra·Tm/Vm (1)wobei Vm das Volumen des Ansaugrohrs, Tm eine Gastemperatur im Ansaugrohr und Ra eine Gaskonstante der Luftkomponenten bezeichnen.
Weil die Menge der Nicht-Luftkomponenten (Nicht-Luftkomponenten im EGR-Gas) durch Eliminieren der in den Zylinder strömenden Nicht-Luftkomponenten aus den Nicht-Luftkomponenten im das EGR-Ventil 14 durchströmenden EGR-Gas erhalten wird, kann eine zeitliche Änderung dPmee/dt des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks Pmee im Ansaugrohr ähnlicherweise folgendermaßen dargestellt werden: dPmee/dt = (Qee – Qsee)·Re·Tm/Vm (2)wobei Qee die Durchflußmenge der Nicht-Luftkomponenten im das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gas, Qsee die Durchflußmenge der Nicht-Luftkomponenten im in den Zylinder strömenden EGR-Gas und Re eine Gaskonstante der Nicht-Luftkomponenten bezeichnen.
Die Durchflußmenge Qea der Luftkomponenten im das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gas und die Durchflußmenge Qee der Nicht-Luftkomponenten im das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gas werden durch folgende Gleichungen (3) und (4) dargestellt: Qea = (1 – ϕ)·Qe (3) Qee = ϕ·Qe (4)wobei ϕ ein Äquivalentverhältnis und Qe eine das EGR-Ventil durchströmende EGR-Gasdurchflußmenge bezeichnen.
Die in den Zylinder strömende Durchflußmenge Qso der Luftkomponenten und die in den Zylinder strömende Durchflußmenge Qsee der Nicht-Luftkomponenten werden in den folgenden Gleichungen (5) und (6) umgeschrieben. Qso = ((Pmo·Vs)/(Ra·Tm))·ηv·(Ne·L/120) (5) Qsee = ((Pmee·Vs)/(Re·Tm))·ηv·(Ne·L/120) (6)wobei Vs das Volumen eines Hubs eines Zylinders, η_v einen volumetrischen Wirkungsgrad und L die Anzahl der Zylinder bezeichnen.
Wenn die Gleichungen (1) und (2) in der Form einer Matrix dargestellt werden, kann, durch Substituieren der Gleichungen (3) bis (6) in den Gleichungen (1) und (2), der Zustand im Ansaugrohr, wie in Gleichung (10) dargestellt, durch die zeitliche Änderung des Luftkomponenten-Partialdrucks Pmo und die zeitliche Änderung des Nicht- Luftkomponenten-Partialdrucks Pmee unter Verwendung der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge Qa, der das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gasdurchflußmenge Qe und des Äquivalentverhältnisses ϕ dargestellt werden. a = (Vs/Vm)·ηv·(Ne·L/120) (7) ba = Ra·Tm/Vm (8) be = Re·Tm/Vm (9)
Weil die die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflußmenge Qa und die das EGR-Ventil durchströmende EGR-Gasdurchflußmenge unter Verwendung des vorstehend erwähnten Ansaugmodells basierend auf dem Luftkomponenten-Partialdruck Pmo im Ansaugrohr bzw. dem Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck Pmee im Ansaugrohr berechnet werden können, wird im F/B-Steuerungsabschnitt 36 die das EGR-Ventil durchströmende Gasdurchflußmenge Qe durch Rückkoppeln der Abweichung zwischen dem Sollwert des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks im Ansaugrohr und dem vorausbestimmten (berechneten) Wert oder Annahmewert des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks im Ansaugrohr bestimmt. Ähnlicherweise wird die die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflußmenge Qa durch Rückkoppeln der Abweichung zwischen dem Sollwert des Luftkomponenten-Partialdrucks im Ansaugrohr und dem vorausbestimmten (berechneten) Wert oder Annahmewert des Luftkomponenten-Partialdrucks im Ansaugrohr bestimmt.
In der zweiten Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32a wird die End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt und an den Abschnitt 40 zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzimpulszeitdauer ausgegeben. Im Abschnitt 37 zum Festlegen und Ausgeben eines ETC-Befehlswertes 37 wird ein Drosselklappen stellglied-Befehlswert Sa basierend auf dem Krümmergesamtdruck Pm festgelegt und an das Drosselklappenstellglied 13 ausgegeben. Außerdem wird im Abschnitt 38 zum Festlegen und Ausgeben eines EGR-Befehlswertes ein EGR-Ventil-Befehlswert Se basierend auf dem Krümmergesamtdruck Pm und der das EGR-Ventil durchströmenden Gasdurchflußmenge Qe festgelegt und an das EGR-Ventil 14 ausgegeben. Im Abschnitt 33 zum Berechnen von Ansaugsystemkoeffizienten und im Abschnitt 35 zum Berechnen von Steuerungskoeffizienten werden ein Ansaugsystemmodellkoeffizient bzw. ein Rückkopplungssteuerungskoeffizient berechnet.
Im Abschnitt 40 zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzimpulszeitdauer wird eine Kraftstoffeinspritzimpulszeitdauer Tout als Steuerwert der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 basierend auf der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* berechnet, die im Kraftstoff-Luft-EGR-Steuerungsabschnitt 30 festgelegt wurde. Außerdem wird im Kraftstoffeinspritzimpulserzeugungsabschnitt 42 ein Kraftstoffeinspritzimpulserzeugungszeitgeber bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel gemäß dieser Kraftstoffeinspritzimpulszeitdauer Tout und einer Kraftstoffeinspritzimpulszeit Tinj, die im Abschnitt 41 zum Festlegen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts festgelegt wurde, gesetzt, und ein Kraftstoffeinspritzimpuls wird gemäß dieser Zeit an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ausgegeben.
Im Abschnitt 43 zum Festlegen des Zündzeitpunkts wird ein Zündzeitpunkt Tig basierend auf der Motordrehzahl Ne und dem Soll-Motordrehmoment Teⁱ festgelegt. Im Zündsignalerzeugungsabschnitt 44 wird ein Zündimpulserzeugungszeitgeber bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel gemäß diesem Zündzeitpunkt Tig gesetzt, und ein Zündsignal wird zu diesem Zeitpunkt an die Zündspule ausgegeben, um die Zündspule 12 zu entladen.
Nachstehend werden die in der Hauptsteuerungseinheit 20 ausgeführten Verarbeitungen der Kraftstoff-Ansaugluft-EGR- Steuerung unter Bezug auf die in den 3 bis 6 dargestellten Ablaufdiagramme beschrieben.
Das in 3 dargestellte Ablaufdiagramm ist eine Initialisierungsroutine, die ausgeführt wird, wenn ein Zündschalter (nicht dargestellt) eingeschaltet und das System zurückgesetzt wird. Zunächst wird bei einem Schritt (nachstehend zur Vereinfachung durch S bezeichnet) S10 die Zentraleinheit (CPU) initialisiert, und bei S20 werden Steuerungsdaten initialisiert oder vorbesetzt. Bei S30 werden verschiedene Konstanten, z. B. ein Volumen Vm des Ansaugrohrs, ein Zylindervolumen Vs pro Hub, die Anzahl L von Zylindern, eine Gaskonstante Ra der Luftkomponenten und eine Gaskonstante Re der Nicht-Luftkomponenten, gesetzt, woraufhin das Programm die Routine verläßt.
Nach dem Initialisieren des Systems wird die in 4 dargestellte, periodisch ausgeführte Routine jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt (z. B. alle 10 ms) ausgeführt, und gleichzeitig wird die in 6 dargestellte Routine bei jedem zugeführten Kurbelimpuls unterbrochen.
In der in 4 dargestellten, periodisch ausgeführten Routine wird zunächst bei S50 durch eine A/D-Umsetzung oder Umwandlung eines Ausgangssignals des Beschleunigungspedalsensors 4 ein Öffnungswinkel S des Beschleunigungspedals berechnet, und anschließend wird bei S60 durch A/D-Umwandlung eines Ausgangssignals des Ansaugkrümmerdrucksensors 5 ein Ansaugkrümmergesamtdruck Pm berechnet. Außerdem wird bei S70 ein Ausgangssignal des Ansaugkrümmertemperatursensors 6 einer A/D-Umwandlung unterzogen, um eine Gastemperatur Tm im Ansaugkrümmer zu berechnen.
Daraufhin schreitet das Programm zu S80 fort, wo ein Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 7 einer A/D-Umwandlung unterzogen und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ berechnet wird. Anschließend wird bei S90 eine Motordrehzahl Ne basierend auf der für eine Drehung von 180° der Kurbelwelle benötigten Zeit berechnet. Die für die Kurbelwellendrehung benötigte Zeit wird durch eine in 6 dargestellte Unterbrechungsroutine berechnet. Bei S100 wird eine in 5 dargestellte Kraftstoff-Luft-EGR-Steuerungsroutine ausgeführt, um eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf*, einen Drosselklappenstellglied-Befehlswert Sa und einen EGR-Ventil-Befehlswert Se basierend auf dem Soll-Motordrehmoment Teⁱ zu berechnen.
Daraufhin schreitet das Programm zu S110 fort, wo die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf*, nachdem sie durch verschiedene Korrekturkoeffizienten korrigiert oder mit Kompensationswerten addiert wurde, in eine Kraftstoffeinspritzimpulszeitdauer Tout umgewandelt wird. Außerdem wird ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tinj unter Bezug auf eine Tabelle bestimmt, die die Motordrehzahl Ne und das Soll-Motordrehmoment Teⁱ parametrisiert. Bei S120 wird ein Zündzeitpunkt Tig unter Bezug auf eine Tabelle bestimmt, die die Motordrehzahl Ne und das Soll-Motordrehmoment Teⁱ parametrisiert, woraufhin das Programm die Routine verläßt.
Nachstehend wird die bei S100 erwähnte Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsroutine unter Bezug auf 5 beschrieben. Bei S150 wird ein Soll-Motordrehmoment Teⁱ unter Bezug auf eine Tabelle bestimmt, die die Motordrehzahl Ne und den Öffnungswinkel S des Beschleunigungspedals parametrisiert. Daraufhin werden bei S160 die Ansaugsystemkoeffizienten berechnet. Zunächst wird ein volumetrischer Wirkungsgrad η_v unter Bezug auf eine Tabelle bestimmt, die die Motordrehzahl Ne und den Krümmergesamtdruck Pm parametrisiert. Dann wird ein dem Solldruck entsprechender volumetrischer Soll-Wirkungsgrad η_v* aus der Tabelle erhalten, indem die Motordrehzahl Ne und der Soll-Krümmergesamtdruck Pm*ⁱ(i – 1) des vorangehenden Steuerungszyklus gelesen werden.
Die Ansaugsystemkoeffizienten werden gemäß den folgenden Gleichungen berechnet: ca = a/ba = (Vs/Ra·Tm))·ηv·(Ne·L/120) (11) ce = a/be = (Vs/Re·Tm))·ηv·(Ne·L/120) (12) d = (Vs/Ra·Tm))·ηv (13) d* = (Vs/Ra·Tm))·ηv* (14)wobei Ne eine Motordrehzahl, T eine Gastemperatur, Vm, Vs, L, Ra und Re Ansaugsystemkonstanten und a, b_a, b_e Ansaugsystemkoeffizienten gemäß den vorstehenden Gleichungen (7) bis (9) bezeichnen.
Bei S170 werden ein Anfangs-Setzwert Gfⁱ der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge, ein EGR-Setzwert EGRS und ein Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Setzwert faiⁱ unter Bezug auf jeweilige Tabellen bestimmt, und bei S180 wird eine Verarbeitung der Ansaugsteuerungseinrichtung ausgeführt.
Nachstehend wird die durch die Ansaugsteuerungseinrichtung 34 ausgeführte Verarbeitung beschrieben. Zunächst wird ein EGR-Gas-Äquivalentverhältnis am Einlaß des EGR-Ventils 14 basierend auf dem festgelegten Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Setzwert faiⁱ vorausbestimmt. Das erhaltene EGR-Gas-Äquivalentverhältnis wird als fai bezeichnet. Außerdem werden ein Soll-Anfangssetzwert Pmo*ⁱ des Luftkomponenten-Partialdrucks, ein Soll-Anfangssetzwert Pmee*ⁱ des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks und ein Soll-Anfangssetzwert Pm*ⁱ des Krümmergesamtdrucks basierend auf dem vorausbestimmten Aquivalentverhältnis fai, dem Agivalentverhältnis-Setzwert faiⁱ, dem Anfangssetzwert Gfⁱ der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge, dem EGR-Setzwert EGRS, dem Ansaugsystemkoeffizient d* und dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABFT gemäß den folgenden Gleichungen (15) bis (17) berechnet. Pmo*i = (1/d*)·Gfi·ABFT/faii (15) Pmee*i = ((fai·EGRS)/(1 – fai·EGRS))·Re/Ra·Pmo*i (16) Pm*i = Pmo*i + Pmee*i (17)
Weil ein aus dem Ist-Luft-Kraftstoffverhältnis λ berechnetes Äquivalentverhältnis verwendet wird, wird durch das vorausbestimmte Äquivalentverhältnis fai eine hohe Genauigkeit erhalten, wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 7 ein Sensor mit breitem Erfassungsbereich ist. Alternativ kann das vorausbestimmte Äquivalentverhältnis folgendermaßen berechnet werden: fai = (1 – q)·fai(–1) + q·faii (–k) (18)wobei q ein gewichteter mittlerer Koeffizient ist, wenn eine Zeitverzögerung für die Zufuhr von Verbrennungsgas berücksichtigt wird, fai_(–1) ein Äquivalentverhältnis-Setzwert einer Verzögerung in erster Ordnung und faiⁱ _(–k) ein Äquivalentverhältnis-Setzwert für den k-ten vorangehenden Steuerungszyklus ist.
Außerdem kann, wenn das vorausbestimmte Äquivalentverhältnis fai gemäß Gleichung (18) erhalten wurde, eine vorgegebene Konstante als gewichteter mittlerer Koeffizient q verwendet werden, wobei es jedoch wünschenswert ist, daß der gewichtete mittlere Koeffizient q basierend auf dem Ansaugkrümmergesamtdruck Pm festgelegt wird und der Äquivalentverhältnis-Setzwert faiⁱ _(–k) ein Wert ist, der einer Totzeit entspricht, die gemäß der Motordrehzahl Ne und dem Krümmergesamtdruck Pm festgelegt ist, weil die Zeitverzögerung für die Zufuhr von Verbrennungsgas sich mit den Motorbetriebszuständen ändert.
Der Äquivalentverhältnis-Setzwert faiⁱ kann als das vorausgesetzte Äquivalentverhältnis fai festgelegt werden, wie in der folgenden Gleichung (19) dargestellt fai = faii (19)
Daraufhin schreitet das Programm zu S190 fort, wo Rückkopplungskoeffizienten f1, f2, h1, h2, g1 und g2 aus den Ansaugsystemkoeffizienten b_a, b_e, c_a und c_e und dem vorausbestimmten Äquivalentverhältnis fai gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden. f1 = (1/(ba·dt))·n (20) f2 = (1/(fai·be·dt))·n (21) h1 = ca (22) h2 = ce/fai (23) g1 = g (24) g2 = g (25)wobei dt einen Steuerungszyklus, n einen gewichteten Koeffizienten (0 < n < 1) und g einen Integrationssteuerungskoeffizienten (g ≥ 0) bezeichnen.
Bei S200 werden ein Setzwert Qa für eine die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflußmenge und ein Setzwert Qe für eine das EGR-Ventil durchströmende Gasdurchflußmenge berechnet. Bei diesem Schritt werden, um die zeitliche Änderung des Luftkomponenten-Partialdrucks und die zeitliche Änderung des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks zu erhalten, zunächst der Luftkomponenten-Partialdruckmodellwert Pfo und der Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckmodellwert Pfee berechnet, woraufhin basierend auf diesen Werten Pfo und Pfee ein vorausbestimmter Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmo und ein vorausbestimmter Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmee berechnet werden.
Anschließend wird eine das EGR-Ventil durchströmende Gasdurchflußmenge Qe durch Rückkoppeln der Abweichung des Soll-Anfangssetzwertes Pmee*ⁱ des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks vom vorausbestimmten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmee, die bei S180 berechnet wurden, erhal ten. Außerdem wird ähnlicherweise unter Verwendung der das EGR-Ventil durchströmenden Gasdurchflußmenge Qe eine die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflußmenge Qa durch Rückkoppeln der Abweichung des Soll-Anfangssetzwertes Pmo*ⁱ des Luftkomponenten-Partialdrucks vom vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmo, die bei S180 berechnet wurden, erhalten.
Im einzelnen werden entsprechende Partialdruckmodellwerte Pfo, Pfee gemäß den folgenden Gleichungen (26) und (27) berechnet: Pfo = (1 – a·dt)·Pfo(–1) + (ba·dt)·Qa(–1) + (ba·dt)·(1 – fai)·Qe(–1) (26) Pfee = (1 – a·dt)·Pfee(–1) + (be·dt)·fai·Qe(–1) (27)wobei a, b_a und b_e Ansaugsystemkoeffizienten, fai ein vorausbestimmtes Äquivalentverhältnis, Qa_(–1) eine Luftdurchflußmenge eines vorangehenden Steuerungszyklus, Qe_(–1) eine EGR-Gasdurchflußmenge eines vorangehenden Steuerungszyklus, Pfo_(–1) einen Luftkomponenten-Partialdruckmodellwert für einen vorangehenden Steuerungszyklus und Pfee_(–1) einen Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckmodellwert für einen vorangehenden Steuerungszyklus bezeichnen.
Daraufhin wird unter Verwendung der derart berechneten Partialdruckmodellwerte Pfo, Pfee und des durch den Ansaugkrümmerdrucksensor 5 gemessenen Krümmergesamtdrucks Pm ein vorausbestimmter Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmo gemäß Gleichung (28) berechnet, und außerdem wird ein vorausbestimmter Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmee gemäß der folgenden Gleichung (29) berechnet. Pmo = Pfo + (Pfo/(Pfo + Pfee))·(Pm – (Pfo + Pfee)) (28) Pmee = Pm – Pmo (29)
Daraufhin wird unter Verwendung des Soll-Anfangssetzwertes Pmee*i des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks, des vorausbestimmten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckwertes Pmee*ⁱ und der Rückkopplungskoeffizienten f2, h2 und g2, ein Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge gemäß der folgenden Gleichung berechnet: Qei = h2·Pmee + f2·(Pmee*i – Pmee) (30)
Es kann ein Fall auftreten, bei dem der derart berechnete Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge außerhalb eines Steuerbereichs liegt, so daß bei dieser Ausführungsform, um diesen Wert realistisch zu machen, der Setzwert Qe der EGR-Gasdurchflußmenge gemäß einer Ungleichung (31) festgelegt wird: 0 ≤ Qe ≤ (Qe)max (31)wobei (Qe)_max den maximalen Wert der EGR-Gasdurchflußmenge bezeichnet. D. h.:
wenn Qeⁱ kleiner ist als 0, wird Qe auf den Wert 0 gesetzt;
wenn Qeⁱ größer ist als (Qe)_max, wird Qe auf den Wert (Qe)_max gesetzt; und
wenn Qeⁱ zwischen 0 und (Qe)_max liegt, wird Qe auf den Wert Qeⁱ gesetzt.
Dieses Verfahren wird als "Sättigung" oder "in Sättigung bringen" bezeichnet. In diesem Fall kann die maximale EGR-Gasdurchflußmenge (Qe)_max ein empirisch bestimmter Wert sein, wobei jedoch eine präzisere F/B-Steuerung erhalten werden kann, wenn (Qe)_max durch eine Tabelle basierend auf dem Krümmergesamtdruck Pm hergeleitet wird, weil die regel- oder steuerbare EGR-Gasdurchflußmenge vom Krümmergesamtdruck Pm abhängt.
Eine noch exaktere F/P-Steuerung kann realisiert werden, indem die durch Gleichung (32) berechnete maximale EGR-Gasdurchflußmenge (Qe)_max verwendet wird.
Weil die steuerbare EGR-Gasdurchflußmenge durch den Ansaugkrümmergesamtdruck Pm und den EGR-Ventil-Befehlswert Se_(–1) des vorangehenden Steuerungszyklus begrenzt ist, wird unter Verwendung des EGR-Gasdurchflußmengen-Setzwertes Qe_(–1) des vorangehenden Steuerungszyklus und einer maximalen EGR-Gasdurchflußmengenänderung (ΔQe)_max, die aus dem Krümmergesamtdruck Pm und dem EGR-Ventil-Befehlswert Se_(–1) des vorangehenden Steuerungszyklus bestimmt wird, die maximale EGR-Gasdurchflußmenge (Qe)_max berechnet. (Qe)max = Qe(–1) + (ΔQe)max (32)
Daraufhin wird unter Verwendung des EGR-Gasdurchflußmengen-Setzwertes Qe, des vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruckwertes Pmo, des Soll-Anfangssetzwertes Pmo*ⁱ des Luftkomponenten-Partialdrucks, des Ägivalentverhältnis-Schätzwertes fai und der Rückkopplungskoeffizienten f1, h1 und g1 ein Anfangssetzwert Qaⁱ der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge gemäß der folgenden Gleichung (33) berechnet: Qai = h1·Pmo + f1·(Pmo*i – Pmo) – (1 - fai)·Qe (33)
Außerdem wird der Setzwert Qa der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge so festgelegt, daß der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge innerhalb eines durch die folgende Ungleichung (34) dargestellten Bereichs liegt. 0 ≤ Qa ≤ (Qa)max (34)wobei (Qa)_max eine das EGR-Ventil durchströmende maximale EGR-Gasdurchflußmenge ist.
In diesem Fall kann die maximale Luftdurchflußmenge (Qa)_max ein empirisch bestimmter Wert sein oder aus einer Tabelle basierend auf dem Ansaugkrümmergesamtdruck Pm unter Berücksichtigung der regel- oder steuerbaren Durchflußmenge bestimmt werden. Außerdem kann die die Drosselklappe durchströmende maximale Luftdurchflußmenge (Qa)_max gemäß der folgenden Gleichung (35) unter Verwendung des Luftdurchflußmengen-Setzwertes Qa_(–1) des vorangehenden Steuerzyklus und einer maximalen Luftdurchflußmengenänderung (ΔQa)_max berechnet werden, die gemäß dem Krümmergesamtdruck Pm und dem Drosselklappenstellglied-Befehlswert Sa_(–1) des vorangehenden Steuerungszyklus bestimmt sind. (Qa)max = Qa(–1) + (Qa)max (35)
Nachdem die Verarbeitung im F/B-Steuerungsabschnitt 36 abgeschlossen ist, schreitet die Verarbeitung zu S210 fort, wo ein Drosselklappenstellglied-Befehlswert Sa basierend auf der bei S200 berechneten, die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge Qa und dem Krümmergesamtdruck Pm unter Bezug auf eine Tabelle berechnet wird. Außerdem wird bei S220 ein EGR-Ventil-Befehlswert Se basierend auf dem EGR-Gasdurchflußmengen-Setzwert Qe und dem Krümmergesamtdruck Pm unter Bezug auf eine Tabelle berechnet, woraufhin das Programm zu S230 fortschreitet.
Bei S230 wird eine End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* festgelegt, woraufhin das Programm die Routine verläßt.
Der Anfangssetzwert Gfⁱ der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge wird als End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* verwendet.
Durch die direkte Verwendung des Anfangssetzwertes Gfⁱ der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge wird eine durch die Zeitverzögerung der Luftdurchflußmessung verursachte fehlerhafte Kraftstoffdosierung vermieden und ermöglicht, daß der Motor bei Übergangsbetriebsbedingungen ein Drehmoment mit einem guten Ansprechverhalten bezüglich der Betätigung des Beschleunigungspedals durch den Fahrer erzeugt. Gf* = Gfi (36)
Alternativ kann unter Verwendung des vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdrucks Pmo, des Äquivalentverhältnis-Setzwertes faiⁱ, des Ansaugsystemkoeffizienten d und des theoretischen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ABFT die End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden. Dies ist ein einem D-Jetronic-Verfahren ähnliches Verfahren, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Ist-Ansaugkrümmerdruck bestimmt wird. Gf* = d·Pmo·faii/ABFT (37)
Nachstehend wird die in 6 dargestellte Unterbrechungsroutine beschrieben. Zunächst wird bei S300 der aktuelle Zylinder gemäß der Anzahl von durch den Zylindernummererfassungssensor 3 zwischen den Kurbelimpulsen des Kurbelwinkelsensors 3 erzeugten Impulsen identifiziert, und außerdem werden die folgenden Zylinder durch die folgenden Kurbelimpulse identifiziert. Bei S310 werden vorgegebene Kurbelwinkelpositionen erfaßt.
Gemäß 8 werden bei dieser Ausführungsform durch den Kurbelwinkelsensor 2 Kurbelimpulse bei 97° B.T.D.C. (vor dem oberen Totpunkt), 65° B.T.D.C. und 10° B.T.D.C. für jeden Zylinder erzeugt. Andererseits werden drei Zylinderidentifizierungsimpulse zwischen 97° B.T.D.C. des Zylinders #3 und 10° B.T.D.C. des Zylinders #1 ausgegeben, der ein zuvor gezündeter Zylinder ist, zwei Zylinderidentifizierungsimpulse zwischen 97° B.T.D.C. des Zylinders #4 und 10° B.T.D.C. des Zylinders #2 ausgegeben, der ein zuvor gezündeter Zylinder ist, und ein Zylinderidentifizierungsimpuls zwischen 97° B.T.D.C. der Zylinders #1 und #2 und 10° B.T.D.C. des vorangehend gezündeten Zylinders ausgegeben.
Daher wird der Kurbelimpuls, der nach drei Zylinderidentifizierungsimpulsen erscheint, als Kurbelimpuls bei 97° B.T.D.C. des Zylinders #3 identifiziert, ein Kurbelimpuls, der nach zwei Zylinderidentifizierungsimpulsen erscheint, als Kurbelimpuls bei 97° B.T.D.C. des Zylinders #4 und ein Kurbelimpuls, der nach einem Zylinderidentifizierungsimpuls erscheint, als Kurbelimpuls bei 97° B.T.D.C. des Zylinders #1 oder #2 identifiziert, d. h., wenn ein vorangehend identifizierter Zylinder der Zylinder #4 ist, ist der Zylinder der Zylinder #1, und wenn der vorangehend identifizierte Zylinder der Zylinder #3 ist, ist der Zylinder der Zylinder #2.
Die Kurbelpositionen von 65° B.T.D.C. und 10° B.T.D.C. werden gemäß der Anzahl von Kurbelimpulsen nach 97° B.T.D.C. bestimmt, d. h. die Kurbelposition wird durch Zählen der Anzahl zugeführter Impulse, z. B. 1, 2, 3 usw., nachdem der Kurbelimpuls bei 97° B.T.D.C. des Zylinders #1 zugeführt wurde, gemäß der gezählten Anzahl von Impulsen bestimmt.
Bei S320 wird eine Zeit gemessen, die von der vorangehenden Kurbelunterbrechung zur aktuellen Kurbelunterbrechung verstrichen ist, d. h. eine Zeit, die von der vorangehenden Zufuhr eines Kurbelimpulses zur aktuellen Zufuhr eines Kurbelimpulses verstrichen ist. Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform eine Zeit, die von der Zufuhr des Kurbelwinkelimpulses für 10° B.T.D.C. eines vorgegebenen Zylinders bis zur Zufuhr des Kurbelwinkelimpulses für 97° B.T.D.C des nächsten gezündeten Zylinders verstrichen ist, gemessen und als Zeitdauer MT93 gespeichert ("93" bezeichnet eine Kurbelwinkeldifferenz von 93° zwischen dem Kurbelwinkel 10° B.T.D.C. und dem Kurbelwinkel 97° B.T.D.C.), eine Zeit, die von der Zufuhr des Kurbelwinkelimpulses für 97° B.T.D.C. bis zur Zufuhr des Kurbelwinkelimpulses für 65° B.T.D.C. verstrichen ist, gemessen und als Zeitdauer MT32 gespeichert und eine Zeit, die von der Zufuhr des Kurbelwinkelimpulses für 65° B.T.D.C. bis zur Zufuhr des Kurbelwinkelimpulses für 10° B.T.D.C. verstrichen ist, gemessen und als Zeitdauer MT55 gespeichert. Der Gesamtwert der derart gemessenen Zeitdauern MT93, MT32 und MT55, der einem Kurbelwinkel von 180° entspricht, wird zum Berechnen der Motordrehzahl Ne verwendet.
Bei S330 werden ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und ein Zündzeitpunkt bestimmt. Der in der periodisch ausgeführten Routine bestimmte Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tinj wird in einen einem vorgegebenen Kurbelwinkel entsprechenden Kraftstoffeinspritzzeitpunkt umgewandelt, und der in der periodisch ausgeführten Routine festgelegte Zündzeitpunkt Tig wird in einen einem vorgegebenen Kurbelwinkel entsprechenden Zündzeitpunkt umgewandelt.
Außerdem wird bei S340, wenn die aktuelle Kurbelwinkelunterbrechung mit einer Unterbrechung beim vorgegebenen Kurbelwinkel übereinstimmt, der Kraftstoffeinspritzimpulserzeugungszeitgeber gesetzt. Dann wird bei S350, wenn die aktuelle Kurbelwinkelunterbrechung mit einer Unterbrechung beim vorgegebenen Kurbelwinkel übereinstimmt, der Zündimpulserzeugungszeitgeber gesetzt, woraufhin das Programm die Routine verläßt. Dadurch wird zu dem bei S330 festgelegten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ein Kraftstoffeinspritzimpuls an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ausgegeben, um Kraftstoff einzuspritzen. Außerdem wird zum bei S330 festgelegten Zündzeitpunkt ein Zündimpuls an die Zündspule 11 ausgegeben, um die Zündkerze 12 zu aktivieren bzw. zu zünden.
Gemäß dieser ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können, weil die Ansaugsteuerung und die EGR- Steuerung bezüglich der dem Soll-Motordrehmoment entsprechenden Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführt werden, während die Durchflußmengen der Luftkomponenten- und der Nicht-Luftkomponenten jeweils vorausgesetzt werden, die der Zufuhr von Luft und EGR-Gas, wenn diese in das Ansaugkrümmervolumen hinter der Drosselklappe eingeleitet werden, zugeordnete Ansprechverzögerung, und die den mechanischen Betätigungsfunktionen im Drosselsystem und im EGR-System zugeordnete Ansprechverzögerung kompensiert werden, und außerdem kann die durch das unterschiedliche Ansprechverhalten des Drosselsystems und des EGR-Systems verursachte Wirkung eliminiert werden. Außerdem können, weil ein durch Betätigen der Drosselklappe erhaltener Ist-Ansaugluftdurchflußwert zurückgekoppelt wird, die durch die Abweichung zwischen einzelnen Drosselklappen, die durch die Änderung der Öffnungsfläche durch Temperaturänderungen der Drosselklappe verursache Durchflußmengenabweichung und die durch Verschmutzung der Drosselklappe erhaltene Durchflußmengenänderung verhindert werden, und wird das Ansprechverhalten des Steuersystems wesentlich verbessert.
D. h., weil bei der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motorsteuerungssystems die Kraftstoffeinspritzmenge, die Ansaugluftmenge und die EGR-Menge optimiert werden, können nicht nur das Fahrgefühl verbessert und Emissionen reduziert werden, sondern kann auch die Regel- oder Steuerbarkeit über einen breiten Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen von gasreich bis mager oder gasarm verbessert werden und eine Steuerung für ein beliebiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis realisiert werden.
9 und 10 betreffen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 9 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsabschnitts und 10 ein Ablaufdiagramm einer Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsroutine darstellen.
Bei dieser Ausführungsform wurde der Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsabschnitt folgendermaßen geändert:
Die Ansaugsteuerungseinrichtung 34 der ersten Ausführungsform wird in eine erste Ansaugsteuerungseinrichtung 34 geändert, der F/B-Steuerungsabschnitt 36 der ersten Ausführungsform wird in einen F/B-Steuerungsabschnitt 36A geändert, bei dem einige Modifikationen vorgenommen wurden, die zweite Lade-Verbrennungs-Steuerungseinrichtung 32a der ersten Ausführungsform wird in eine zweite Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32b geändert, bei der einige Modifikationen vorgenommen wurden, und bei der zweiten Ausführungsform ist eine neu hinzugefügte zweite Ansaugsteuerungseinrichtung 34a vorgesehen.
In der zweiten Ansaugsteuerungseinrichtung 34a werden ein Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmee* und ein Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo* berechnet. Der Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmee* und der Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo* sind theoretische Druckübertragungsfaktor-Schätzwerte der Nicht-Luftkomponenten bzw. der Luftkomponenten. Außerdem wird im F/B-Steuerungsabschnitt 36A ein Anfangssetzwert Qeⁱ der das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gasdurchflußmenge unter Verwendung eines Zeitintegralwertes der Abweichung zwischen dem Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmee* und dem vorausbestimmten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck Pmee berechnet, und ein Anfangssetzwert Qaⁱ der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge wird unter Verwendung eines Zeitintegralwertes der Abweichung zwischen dem Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo* und dem vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmo berechnet. Außerdem wird in der zweiten Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32b eine End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* unter Verwendung des Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwertes Pmo* berechnet.
Der Unterschied zwischen dem in 5 dargestellten Ablaufdiagramm für die erste Ausführungsform und dem in 10 dargestellten Ablaufdiagramm für die zweite Ausführungsform ist folgender:
Zunächst wurde der Inhalt von S200 von der im F/B-Steuerungsabschnitt 36 ausgeführten Verarbeitung auf die im F/B-Steuerungsabschnitt 36A ausgeführte Verarbeitung geändert, zweitens wurde der Inhalt von S230 von der in der Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32a ausgeführten Verarbeitung auf die in der Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32b ausgeführte Verarbeitung geändert, und drittens wurde ein neuer Schritt S225 zwischen den Schritten S220 und S230 eingefügt. Der neu eingefügte Schritt S225 ist ein der zweiten Ansaugsteuerungseinrichtung 34a zugeordneter Schritt.
Bei der bei S200 durch den F/B-Steuerungsabschnitt 36A ausgeführten Verarbeitung werden, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, der vorausbestimmte Luftkomponenten-Partialdruck Pmo bzw. der vorausbestimmte Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmee berechnet, woraufhin der Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge bzw. der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge berechnet werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist, wie in den folgenden Gleichungen (38) und (39) dargestellt, den entsprechenden Gleichungen ein Ausdruck des Zeitintegralwertes eines vorangehenden Steuerungszyklus hinzugefügt. Qei = h2·Pmee + f2·(Pmee*i – Pmee) + g2·Imee(–1) (38) Qai = h1·Pmo + f1·(Pmo*i – Pmo) – (1 – fai)·Qe + g1·Imo(–1) (39)wobei Imee_(–1) ein Zeitintegralwert eines vorangehenden Steuerungszyklus des Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckfehlers und Imo_(–1) ein Zeitintegralwert eines vorangehenden Steuerungszyklus des Luftkomponenten-Partialdruckfehlers ist.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform werden der derart berechnete Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge und der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge auf einen Setzwert Qe der das EGR-Ventil durchströmenden Gasdurchflußmenge bzw. einen Setzwert Qa der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge festgelegt. Diese Werte Qe und Qa werden, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, so eingestellt, daß sie innerhalb des durch die Ungleichungen (31) und (34) definierten Bereichs liegen.
Bei der bei S225, der der zweiten Ansaugsteuerungseinrichtung 34a zugeordnet ist, ausgeführten Verarbeitung wird ein Soll-Korrekturwert Pmoh* des Luftkomponenten-Partialdrucks, der ein der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge entsprechender Druck-Sollwert ist, gemäß der folgenden Gleichung (40) berechnet: Pmoh* = (1/f1)·(Qa + (1 – fai)·Qe + (f1 – h1)·Pmo – g1·Imo(–1)) (40)wobei Pmo ein vorausbestimmter Luftkomponenten-Partialdruck, Qa ein Setzwert der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge, Qe ein Setzwert der das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gasdurchflußmenge, fai ein vorausbestimmter Äquivalentverhältniswert, Imo_(–1) ein Zeitintegralwert eines vorangehenden Steuerungszyklus des Luftkomponenten-Partialdruckfehlers und f1, h1 und g1 Rückkopplungskoeffizienten bezeichnen.
Außerdem wird ein Soll-Korrekturwert Pmeeh* des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks, der ein der das EGR-Ventil durchströmenden, festgelegten EGR-Gasdurchflußmenge entsprechender Druck-Sollwert ist, gemäß der folgenden Gleichung (41) berechnet: Pmeeh* = (1/f2)·(Qe + (f2 – h2)·Pmee – g2·Imee(–1)) (41) wobei Pmee ein vorausbestimmter Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck, Qe ein Setzwert der das EGR-Ventil durchströmenden EGR-Gasdurchflußmenge, Imee_(–1) ein Zeitintegralwert eines vorangehenden Steuerungszyklus des Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckfehlers und f2, h2 und g2 Rückkopplungskoeffizienten bezeichnen.
Außerdem wird ein Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo* gemäß der folgenden Gleichung (42) berechnet. Pmo* = (1 – f1·ba·dt)·Pmo*(–1) + (f1·ba·dt)·Pmoh* (42)wobei Pmoh* einen Soll-Korrekturwert des Luftkomponenten-Partialdrucks, Pmo_(–1) einen Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert des vorangehenden Steuerungszylus, f1 einen Rückkopplungskoeffizienten und b_a einen Ansaugsystemkoeffizienten bezeichnen.
Außerdem wird ein Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmee* gemäß der folgenden Gleichung (43) berechnet: Pmee* = (1 – f2·fai·be·dt)·Pmee*(–1) + f2·fai·be·dt)·Pmeeh* (43)wobei Pmeeh* einen Soll-Korrekturwert des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks, Pmee_(–1) einen Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert eines vorangehenden Steuerungszyklus, f2 einen Rückkopplungskoeffizienten und b_e einen Ansaugsystemkoeffizienten bezeichnen.
Außerdem wird ein Zeitintegralwert Imo eines Fehlers zwischen dem vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmo und dem durch Gleichung (42) berechneten Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo* gemäß der folgenden Gleichung (44) berechnet. Ähnlicherweise wird ein Zeitintegralwert Imee eines Fehlers zwischen dem vorausbestimmten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckwert Pmee und dem durch Gleichung (43) berechneten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmee* gemäß der folgenden Gleichung (45) berechnet. Imo = Imo(–1) + (Pmo* – Pmo)·dt (44) Imee = Imee(–1) + (Pmee* – Pmee)·dt (45)
Auf einfachere Weise können, wie in den folgenden Gleichungen (46) und (47) dargestellt, der Soll-Korrekturwert Pmoh* des Luftkomponenten-Partialdrucks und der Soll-Korrekturwert Pmeeh* des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks auf einen Soll-Anfangssetzwert Pmo*ⁱ des Luftkomponenten-Partialdrucks bzw. einen Soll-Anfangssetzwert Pmee*ⁱ des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks festgelegt werden, wodurch die Rechenbelastung der Zentraleinheit wesentlich vermindert werden kann, obwohl die Steuerungsgenauigkeit etwas reduziert wird. Pmoh* = Pmo*i (46) Pmeeh* = Pmee*i (47)
Wenn bei der Verarbeitung im F/B-Steuerungsabschnitt 36A der Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge und der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge jeweils innerhalb eines Bereichs von 0 bis zu jeweils maximalen Durchflußmengenwerten gesättigt sind, werden ein Sättigungsflag E bzw. ein Sättigungsflag A gemäß der Größe des Anfangssetzwertes und der maximalen Durchflußmenge gesetzt bzw. gelöscht, und bei der Verarbeitung der zweiten Steuerungseinrichtung 34a werden der Zeitintegralwert Imo des Luftkomponenten-Partialdruckfehlers und der Zeitintegralwert Imee des Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckfehlers jeweils gemäß den Werten dieser Flags festgelegt, wodurch die Rechenbelastung der Zentraleinheit vermindert werden kann, wobei die Steuerungsgenauigkeit im wesentlichen beibehalten wird.
D. h., wenn der Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge dem Setzwert Qe der EGR-Gasdurchflußmenge gleich ist, wird das Sättigungsflag gelöscht, und wenn der Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge dem Setzwert Qe der EGR-Gasdurchflußmenge nicht gleich ist, wird das Sättigungsflag E gesetzt. Ähnlicherweise wird, wenn der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge dem Setzwert Qa der Luftdurchflußmenge gleich ist, das Sättigungsflag A gelöscht, und wenn der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge dem Setzwert Qa der Luftdurchflußmenge nicht gleich ist, wird das Sättigungsflag A gesetzt.
Wenn beide Flags A und E gelöscht sind, wird der Zeitintegralwert Imo des Luftkomponenten-Partialdruckfehlers gemäß der vorstehenden Gleichung (44) berechnet, und wenn beide Flags A und E gesetzt sind, wird der Zeitintegralwert Imo des Luftkomponenten-Partialdruckfehlers gemäß der folgenden Gleichung (48) auf den Wert des vorangehenden Steuerungszyklus festgelegt. Ähnlicherweise wird, wenn das Flag E gelöscht ist, der Zeitintegralwert Imee des Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckfehlers gemäß der vorstehenden Gleichung (45) berechnet, und wenn das Flag E gesetzt ist, wird der Zeitintegralwert Imee des Nicht-Luftkomponenten-Partialdruckfehlers gemäß der folgenden Gleichung (49) auf den Wert des vorangehenden Steuerungszyklus festgelegt. Imo = Imo(–1) (48) Imee = Imee(–1) (49)
Bei der im zweiten Lade-Verbrennungssteuerungsabschnitt 32b ausgeführten Verarbeitung wird eine End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* basierend auf dem in der zweiten Ansaugsteuerungseinrichtung 34a berechneten Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo*, dem Aqivalentverhältnis-Setzwert faiⁱ, dem Ansaugsystemkoeffizienten d und dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ABFT gemäß der folgenden Gleichung (50) berechnet. Gf* = d·Pmo*·faii/ABFT (50)
Beim Berechnen dieser End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Gf* können die in der zweiten Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32a der ersten Ausführungsform ausgeführten Prozesse eingefügt werden, ohne daß der durch die zweite Lade-Verbrennungssteuerungseinrichtung 32b dieser zweiten Ausführungsform berechnete Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwert Pmo* verwendet wird, außerdem kann, wie bei dieser Ausführungsform beschrieben, der Druckübertragungsfaktor des Ansaugkrümmerdrucks bezüglich des Ist-Steuerwertes unter Verwendung des Luftkomponenten-Partialdruck-Schätzwertes Pmo* theoretisch abgeschätzt werden. Durch eine derartige Berechnung kann eine Verzögerung vermieden werden, die aufgrund der Zeitverzögerungen durch mechanische Drosselklappen- und EGR-Ventilbetätigungen und durch ähnliche Verzögerungen verursacht wird. Außerdem kann durch das letztgenannt Rechenverfahren ein Pulsationseffekt im Ansaugsystem eliminiert und ein Nachfolge- oder Nachlaufverhalten bezüglich einer vorübergehenden Änderung der Luftmenge verbessert werden, wodurch eine hochgenaue Steuerung insbesondere bezüglich der Bildung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erreicht werden kann.
Außerdem können gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Ausführung einer rückgekoppelten Steuerung bezüglich der durch die Betätigung des Drosselsystems bestimmten Ist-Ansaugluftmenge, weil der Anfangssetzwert Qeⁱ der EGR-Gasdurchflußmenge und der Anfangssetzwert Qaⁱ der Luftdurchflußmenge unter Verwendung der Integralwerte Imee bzw. Imo der Steuerungsfehler berechnet werden, das Nachfolge- oder Nachlaufverhalten der Sollwerte bezüglich Störungen verbessert werden, wodurch eine im Ver gleich zur ersten Ausführungsform wesentlich verbesserte Genauigkeit der F/B-Steuerung erhalten wird.
Die 11 bis 13 betreffen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 11 dargestellt, ist im Vergleich zur ersten und zur zweiten Ausführungsform anstelle des Ansaugkrümmerdrucksensors 5 ein Dichtesensor 9 zum Erfassen einer Gasdichte im Ansaugkrümmer vorgesehen, und außerdem ist zusätzlich ein Luftdurchflußsensor 8 zum Messen der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge vorgesehen. In der Hauptsteuerungseinheit 20 wurde der Abschnitt 26 zum Berechnen des Krümmergesamtdrucks, in dem der Krümmergesamtdruck Pm basierend auf dem Ausgangssignal des Ansaugkrümmerdrucksensors 5 berechnet wird, in einen Abschnitt 26A zum Berechnen des Krümmergesamtdrucks geändert, in dem der Krümmergesamtdruck Pm basierend auf dem Ausgangssignal des Dichtesensors 9 berechnet wird, und ein Abschnitt 29 zum Berechnen der Luftdurchflußmenge, in dem der Meßwert Qave der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge basierend auf dem Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 8 berechnet wird, wurde hinzugefügt.
Wie in 12 dargestellt, wurde im Kraftstoff-Ansaugluft-EGR-Steuerungsabschnitt 30 ein F/B-Steuerungsabschnitt 36B, in dem der Luftdurchflußmengen-Meßwert Qave verwendet wird, durch den F/B-Steuerungsabschnitt 36A der zweiten Ausführungsform ersetzt. Dieser F/B-Steuerungsabschnit 36A kann durch den F/B-Steuerungsabschnitt 36 der ersten Ausführungsform ersetzt werden.
Nachstehend wird der Unterschied zwischen den in 4 und 13 dargestellten Ablaufdiagrammen beschrieben. Schritt S60, wo der Krümmergesamtdruck Pm basierend auf dem Ausgangssignal des Ansaugkrümmerdrucksensors 5 berechnet wird, wurde eliminiert. Außerdem wurden ein Schritt S71, wo der Krümmergesamtdruck Pm basierend auf dem Ausgangssignal des Dichtesensors 9 berechnet wird, und ein Schritt S72, wo der Luftdurchflußmengen-Meßwert Qave basierend auf dem Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 8 berechnet wird, zwischen den Schritten S70 und S80 eingefügt.
Bei S71 wird der Krümmergesamtdruck Pm gemäß der folgenden Gleichung (51) berechnet: Pm = ρ·Ra·Tm (51)wobei ρ eine Gasdichte im Ansaugkrümmer, die durch eine A/D-Umwandlung des Ausgangssignals des Dichtesensors 9 erhalten wird, Ra eine Gaskonstante und Tm eine bei S70 erhaltene Gastemperatur im Ansaugkrümmer bezeichnen.
Bei S72 wird ein Luftdurchflußmengen-Meßwert Qave basierend auf dem A/D-umgewandelten Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 8 berechnet.
Außerdem wird bei den Verarbeitungen dieser Ausführungsform eines F/B-Steuerungsabschnitts 36B, wenn ein Luftkomponenten-Partialdruckmodellwert Pfo berechnet wird, wie in der folgenden Gleichung (52) dargestellt, anstelle der Luftdurchflußmenge Qa(–1) eines vorangehenden Steuerungszyklus in Gleichung (26) der durch das Ausgangssignal des Luftdurchflußsensors 8 erhaltene Luftdurchflußmengen-Meßwert Qave verwendet: Pfo = (1 – a·dt)·Pfo(–1) + (ba·dt)·Qave + (ba·dt)·(1-fai)·Qe(–1) (52)
Andere Verarbeitungen werden auf die gleiche. Weise ausgeführt wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist, weil die die Drosselklappe durchströmende Ist-Luftdurchflußmenge für die rückgekoppelte Steuerung verwendet wird, die Steuerungsgenauigkeit weiter verbessert.
Zusammenfassend dargestellt, können erfindungsgemäß, weil die Ansaugsteuerung und die EGR-Steuerung ausgeführt werden, während die Durchflußmengen der Luftkomponenten und der Nicht-Luftkomponenten jeweils bezüglich der dem Soll-Motordrehmoment entsprechenden Kraftstoffeinspritzmenge festgelegt werden, verschiedene Verzögerungen im Ansaug- und im EGR-System korrigiert bzw. kompensiert werden, und kann eine Abweichung der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge verhindert werden. D. h., weil die Kraftstoffeinspritzsteuerung, die Ansaugsteuerung und die EGR-Steuerung auf integrierte Weise ausgeführt werden, können die Kraftstoffeinspritzsteuerung, die Luftdurchflußmengensteuerung und die EGR-Durchflußmengensteuerung optimiert werden, wodurch ein sehr gutes Nachfolgeverhalten bezüglich einer Betätigung des Beschleunigungspedals, ein gutes Fahrgefühl und verbesserte Abgasemissionen erhalten werden.

Claims

Steuerungssystem für einen Motor mit einem Zylinder, einem Ansaugkrümmer, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, einer Drosselklappe zum Steuern einer Ansaugluftdurchflussmenge und einem EGR(Abgasrückführungs)-Ventil zum Steuern einer EGR-Gasdurchflussmenge, mit: einer Einrichtung zum Berechnen der Motordrehzahl; einer Einrichtung zum Berechnen einer Beschleunigungspedal-Winkeleinstellung zum Berechnen des Öffnungswinkels eines Beschleunigungspedals; einer Steuerparameter-Sollwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines Steuerparameter-Sollwerts basierend auf der Motordrehzahl und dem Öffnungswinkel des Beschleunigungspedals; einer Basis-Kraftstoffeinspritzmengen-Anfangssetzwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines Basis-Kraftstoffeinspritzmengen-Anfangssetzwerts basierend auf dem Steuerparameter-Sollwert: einer EGR-Rate-Anfangssetzwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines EGR-Rate-Anfangssetzwerts basierend auf dem Steuerparameter-Sollwert; einer Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Anfangssetzwert-Festlegungs-Einrichtung zum Festlegen eines Im-Zylinder-Äquivalentverhältnisses basierend auf dem Steuerparameter-Sollwert; eine das Äquivalentverhältnis des EGR-Gases vorausbestimmende Einrichtung zum Vorausbestimmen eines EGR-Gas-Äquivalentverhältnisses basierend auf dem Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Anfangssetzwerts; eine einen ersten und einen zweiten Steuer-Sollwert festlegende Einrichtung zum Festlegen eines ersten Steuer-Sollwertes bezüglich eines Luftkomponenent-Partialdrucks des Ansaugkrümmerdrucks bzw. eines zweiten Steuer-Sollwertes bezüglich eines Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks des Ansaugkrümmerdrucks, basierend auf dem Im-Zylinder-Äquivalentverhältnis-Anfangssetzwert, dem Basis-Kraftstoffeinspritzmengen-Anfangssetzwert, dem EGR-Rate-Anfangssetzwert und dem EGR-Gas- Äquivalentverhältnis; eine einen ersten Schätzwert für den Luftkomponenten-Partialdruck berechnende Einrichtung zum Berechnen eines ersten Schätzwerts des Luftkomponenten-Partialdrucks basierend auf einem Ansaugsystem-Modell, bei dem eine Luftdurchflussmenge durch die Drosselklappe strömt und Luftkomponenten und Nicht-Luftkomponenten des EGR-Gases als Parameter dienen; eine einen zweiten Schätzwert des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks berechnende Einrichtung zum Berechnen eines zweiten Schätzwerts des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks basierend auf dem Ansaugsystem-Modell; eine die Durchflussmenge des EGR-Gases festlegende Einrichtung zum Festlegen eines EGR-Gas-Stroms, der durch das EGR-Ventil (14) strömt, basierend auf der Differenz zwischen dem zweiten Schätzwert und dem zweiten Steuer-Sollwert; eine die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflussmenge festlegende Einrichtung zum Festlegen der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflussmenge basierend auf den Luftkomponenten des EGR-Gases und der Differenz zwischen dem ersten Schätzwert und dem ersten Steuer-Sollwert; einem EGR-Stellglied zum Betätigen des EGR-Ventils, um die EGR-Gasdurchflussmenge zu steuern; einer EGR-Stellgliedeinrichtung zum Berechnen eines Steuerwertes des EGR-Stellgliedes basierend auf dem festgelegten Wert der EGR-Gasdurchflussmenge und dem Ansaugkrümmerdruck und zum Betätigen des EGR-Ventils gemäß dem Steuerwert des EGR-Stellglieds; einem Drosselklappenstellglied zum Betätigen der Drosselklappe, um die Ansaugluftdurchflussmenge zu steuern; einer Drosselklappenstellgliedeinrichtung zum Berechnen eines Steuerwertes des Drosselklappenstellgliedes basierend auf dem festgelegten Wert der die Drosselkappe durchströmenden Luftdurchflussmenge und dem Ansaugkrümmerdruck und zum Betätigen der Drosselklappe gemäß dem Steuerwert des Drosselklappenstellgliedes; und einer Einrichtung zum Festlegen einer Kraftstoffeinspritzmenge zum Berechnen eines Steuerwertes der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und zum Festlegen einer End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das EGR-Gas-Äquivalentverhältnis basierend auf einem Ausgangssignal eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors vorausbestimmt wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das EGR-Gas-Äquivalentverhältnis aus einer Zeitverzögerung erster Ordnung des Anfangssetzwertes des Im-Zylinder-Äquivalentverhältnisses vorausbestimmt wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das EGR-Gas-Äquivalentverhältnis aus einer Zeitverzögerung erster Ordnung des Anfangswertes des Im-Zylinder-Äquivalentverhältnisses und einer Totzeit vorausbestimmt wird, die durch den Ansaugkrümmerdruck und die Motordrehzahl festgelegt ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflußmenge durch einen Luftdurchflußsensor gemessen wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn die EGR-Gasdurchflußmenge festgelegt ist, ein Zeitintegralwert eines Fehlers zwischen einem Druckübertra gungsfaktor-Schätzwert des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks und dem vorausbestimmten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck addiert wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die die Drosselklappe durchströmende Luftdurchflußmenge festgelegt ist, ein Zeitintegralwert eines Fehlers zwischen einem Druckübertragungsfaktor-Schätzwert des Luftkomponenten-Partialdrucks und dem vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruck addiert wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die EGR-Gasdurchflußmenge so festgelegt wird, daß sie eine vorgegebene maximale EGR-Gasdurchflußmenge nicht überschreitet.
Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die vorgegebene maximale EGR-Gasdurchflußmenge gemäß Motorbetriebsbedingungen festgelegt wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die maximale EGR-Gasdurchflußmenge ein Wert ist, der innerhalb eines Steuerungszyklus steuerbar ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die die Drosselklappe durchströmende Gasdurchflußmenge so festgelegt wird, daß sie eine vorgegebene maximale Gasdurchflußmenge nicht überschreitet.
Steuerungssystem nach Anspruch 11, wobei die vorgegebene maximale Luftdurchflußmenge gemäß Motorbetriebsbedingungen festgelegt wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 12, wobei die vorgegebene maximale Luftdurchflußmenge ein in einem Steuerungszyklus steuerbarer Wert ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge dem Anfangssetzwert der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge gleich ist.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruck festgelegt wird.
Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einem Druckübertragungsfaktor-Schätzwert des Luftkomponenten-Partialdrucks festgelegt wird.
Steuerungsverfahren für einen Motor mit einem Zylinder, einem Ansaugkrümmer, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, einer Drosselklappe zum Steuern einer Ansaugluftdurchflußmenge und einem EGR-Ventil zum Steuern einer EGR Gasdurchflußmenge, einem Drosselklappenstellglied zum Betätigen der Drosselklappe und einem EGR-Stellglied zum Betätigen des EGR-Ventils, mit den Schritten: Berechnen einer Motordrehzahl; Berechnen eines Öffnungswinkels eines Beschleunigungspedals; Festlegen von Sollwerten von Steuerparametern basierend auf der Motordrehzahl und dem Öffnungswinkel des Beschleunigungspedals; Festlegen von Anfangssetzwerten einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge, einer EGR-Rate bzw. eines Im- Zylinder-Äquivalentverhältnisses basierend auf den Sollwerten; Vorausbestimmen eines EGR-Gas-Äquivalentverhältnisses aus dem Anfangssetzwert des Im-Zylinder-Äquivalentverhältnisses; Festlegen eines ersten Steuer-Sollwertes bezüglich eines Luftkomponenten-Partialdrucks des Ansaugkrümmerdrucks und eines zweiten Steuer-Sollwertes bezüglich eines Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks des Ansaugkrümmerdrucks basierend auf dem Anfangssetzwert des Im-Zylinder-Äquivalentverhältnisses und den Anfangssetzwerten der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge und der EGR-rate; Vorausbestimmen des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks basierend auf einer die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge und basierend auf Luftkomponenten und Nicht-Luftkomponenten des EGR-Gases; Festlegen einer EGR-Gasdurchflußmenge basierend auf einer Differenz zwischen dem vorausbestimmten Nicht-Luftkomponenten-Partialdruck und dem zweiten Steuer-Sollwert des Nicht-Luftkomponenten-Partialdrucks; Vorausbestimmen des Luftkomponenten-Partialdrucks basierend auf der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge und basierend auf Luftkomponenten und Nicht-Luftkomponenten des EGR-Gases; Festlegen einer die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge basierend auf einer Differenz zwischen dem vorausbestimmten Luftkomponenten-Partialdruck und dem ersten Sollwert des Luftkomponenten-Partialdrucks und basierend auf Luftkomponenten des EGR-Gases; Berechnen eines Steuerwertes des EGR-Stellgliedes basierend auf dem festgelegten Wert der EGR-Gasdurchflußmenge und dem Ansaugkrümmerdruck und Betä tigen des EGR-Ventils gemäß dem Steuerwert des EGR-Stellglieds; Berechnen eines Steuerwertes des Drosselklappenstellgliedes basierend auf dem festgelegten Wert der die Drosselklappe durchströmenden Luftdurchflußmenge und dem Ansaugkrümmerdruck und Betätigen der Drosselklappe gern dem Steuerwert des Drosselklappenstellgliedes; und Berechnen eines Steuerwertes der Krafststoffeinspritzvorichtung und Festlegen einer End-Basis-Kraftstoffeinspritzmenge.