DE602005000052T2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Quantität der Einlassluft in einem Zylinder - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Quantität der Einlassluft in einem Zylinder Download PDF

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Description

  • Diese Anmeldung beansprucht den Vorrang auf die Japanische Patentanmeldung Nr. 2004- 041888. Die gesamte Offenbarung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2004- 041888 wird hierin durch Bezug integriert.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen eine Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Noch genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung die konfiguriert und angeordnet ist, die Zylindereinlassluftmenge mit hoher Präzision auf der Grundlage eines Verteiler- Innendrucks und eines Zylinder- Innendrucks zu berechnen.
  • Hintergrundinformation
  • Die Japanische offen gelegte Patentveröffentlichung Nr. 2001- 50091 zeigt eine Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit veränderbarer Ventilzeitpunktsteuerung. Die in diesem Bezug gezeigte Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung ist konfiguriert, um eine Menge von Innenluft innerhalb eines Einlassverteilers durch Berechnen eines Gleichgewichts zwischen einer Menge von Luft, die in den Einlassverteiler strömt, und einer Menge von Luft, die aus dem Einlassverteiler strömt, die einer Zylindereinlassluftmenge entspricht, die aus dem Verteiler in den Zylinder, berechnet in dem vorhergehenden Steuerablauf, zu berechnen. Dann wird die Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung in diesem Bezug konfiguriert, um eine gegenwärtige Zylindereinlassluftmenge auf der Grundlage der Luftmenge innerhalb des Verteilers und ein Zylindervolumen zu berechnen, das auf der Grundlage eines Volumens des Zylinders korrigiert wird, wenn das Einlassventil geschlossen ist.
  • Die Japanische offen gelegte Patentveröffentlichung Nr. 2002- 371894 zeigt ein weiteres Beispiel einer Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. In diesem Bezug wird eine angesammelte Luftmenge innerhalb eines Einlassverteilers durch das Berechnen eines Gleichgewichts zwischen einer Men ge von Luft, die in den Einlassverteiler strömt, und einer Menge von Luft, die aus dem Einlassverteiler strömt, berechnet. Dann wird eine angesammelte Zylindereinlassluftmenge, die in einen Zylinder strömt, berechnet. Überdies wird in der Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung, die in diesem Bezug gezeigt ist, die angesammelte Luftmenge innerhalb des Einlassverteilers korrigiert, um eine überflüssige Luftmenge zu entfernen, um eine angesammelte Luftmenge innerhalb des Einlassverteilers zu erhalten, wenn der Motor gestoppt ist. Dann wird diese korrigierte angesammelte Luftmenge innerhalb des Einlassverteilers verwendet, um einen individuellen Wert für die angesammelte Luftmenge innerhalb des Einlassverteilers zu berechnen, wenn der Motor erneut gestartet wird.
  • In Anbetracht des obigen wird es für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus der Offenbarung deutlich, dass eine Notwendigkeit für eine verbesserte Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung besteht. Diese Erfindung richtet diese Notwendigkeit an den Stand der Technik sowie an andere Notwendigkeiten, was für die, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus der Offenbarung deutlich werden wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei den Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung, die in den vorerwähnten Bezügen diskutiert worden sind, wird die Zylindereinlassluftmenge in der Annahme berechnet, dass der Zylinderdruck ein konstanter Wert ist. Wenn jedoch ein veränderbares Ventilzeitpunktsystem integriert ist, verändert sich ein Druck innerhalb des Einlassverteilers während des Niedrig- Ventilhubbetriebs, während des vorverschobenen oder des verzögerten Ventilzeitpunktbetriebs. In solchen Fällen können Fehler in den Berechnungsergebnissen für die Zylindereinlassluftmenge auftreten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde ersonnen, um dieses Problem zu lösen. Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Zylindereinlassluftmenge genauer zu berechnen. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung vorgesehen, die grundsätzlich einen Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt, einen Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt, einen Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt und einen Zylinder-Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt aufweist. Der Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt ist konfiguriert, um eine Verteiler- Innenluftmenge auf der Grundlage eines Gleichgewichts zwischen einer Luftmenge, die in einen Einlassverteiler strömt, und einer Luftmenge, die aus dem Einlassverteiler strömt, zu berechnen. Der Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt ist konfiguriert, um einen Verteiler- Innendruck auf der Grundlage von zumindest der Verteiler- Innenluftmenge zu berechnen. Der Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt ist konfiguriert, um einen Zylinder- Innendruck auf der Grundlage von zumindest einem Parameter zu berechnen, der einen Dampfzustand innerhalb eines Zylinders beeinträchtigt. Ein Zylinder- Einlassluftmengen- Berechnungsabschnitt ist konfiguriert, um eine Zylinder- Einlassluftmenge auf der Grundlage des Verteiler- Innendrucks zu berechnen.
  • Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, genommen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, deutlich, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nunmehr in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden, ist:
  • 1 ein schematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine mit einer Zylinder-Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen einer Zylinder- Einlassluftmenge in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Ablaufdiagramm zum Berechnen einer Zylinder- Einlassluftmenge in der Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 ein Ablaufdiagramm zum Berechnen eines Zylinder- Innendrucks, verwendet für das Berechnen der Zylinder- Einlassluftmenge in der Zylinder- Einlassluftmengen-Bestimmungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Ein ausgewähltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es wird für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus dieser Offenbarung deutlich, dass die folgende Beschreibung des Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung nur für die Veranschaulichung und nicht für den Zweck des Begrenzens der Erfindung, wie sie durch die angehängten Ansprüche und ihre Entsprechungen definiert sind, vorgesehen ist.
  • Anfänglich in Bezug auf die 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. 1 ist ein schematisches Diagramm der Brennkraftmaschine 1. Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Parameter, verwendet zum berechnen einer Zylinder- Einlassluftmenge, in der 1 gezeigt.
  • Wie in der 1 gezeigt, enthält die Brennkraftmaschine 1 jeweils eine Mehrzahl von Brennkammern (es ist nur eine Brennkammer gezeigt), die durch eine Mehrzahl von Kolben 2 (es ist nur ein Kolben gezeigt) und eine Mehrzahl von Zylinder 3 (es ist nur ein Zylinder gezeigt) der Brennkraftmaschine 1 gebildet werden. Jede Brennkammer ist vorzugsweise mit einem elektromagnetisch angetriebenen Einlassventil 5 und einem elektromagnetisch angetriebenen Auslassventil 6 und einer Zündkerze 4, angeordnet zwischen dem Einlassventil 5 und dem Auslassventil 6, ausgerüstet. Überdies enthält die Brennkraftmaschine 1 eine Mehrzahl von Einlassluftkanälen 7, gekuppelt mit den Brennkammern, einen Einlassverteiler 8, installiert entlang der Einlassluftkanäle 7, und eine Mehrzahl von Auslassluftkanälen 9. Somit wird es für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus dieser Offenbarung deutlich, dass die Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Mehrzylindermotor verwendet, auch wenn sich die folgende Beschreibung der Zylinder- Einlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nur auf einen Zylinder oder eine Brennkammer bezieht.
  • Das Einlassventil 5 und das Auslassventil 6 werden jeweils vorzugsweise durch elektromagnetische veränderbare Ventilzeitpunktvorrichtungen 5a und 6a gesteuert. Die veränderbaren Ventilzeitpunktvorrichtungen 5a und 6a sind konfiguriert und angeordnet, um jeweils den Hubbetrag und den Öffnungs-/Schließzeitpunkt des Einlassventiles 5 und des Auslassventiles veränderbar zu steuern. Selbstverständlich wird es für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus dieser Offenbarung deutlich, dass die veränderbare Ventilzeitpunktsteuerung des Einlassventiles 5 und des Auslassventiles 6 nicht darauf begrenzt sind, durch die elektromagnetische veränderbare Ventilzeitpunktvorrichtungen 5a und 6a, dargestellt in der 1, ausgeführt zu werden. Z. B. kann die Brennkraftmaschine konfiguriert und aufgebaut sein, um eine mechanische veränderbare Ventilzeitpunktvorrichtungen zu enthalten, die mit Nocken und Hebern ausgerüstet ist, so dass der Hubbetrag und der Öffnungs-/Schließzeitpunkt des Einlassventiles 5 und des Auslassventiles 6 wie gewünscht durch die mechanische veränderbare Ventilzeitpunktvorrichtung gesteuert werden. Die elektromagnetischen veränderbaren Ventilzeitpunktvorrichtungen 5a und 6a und die mechanische veränderbare Ventilzeitpunktvorrichtung sind herkömmliche Bauteile, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind. Da die elektromagnetischen veränderbaren Ventilzeitpunktvorrichtungen 5a und 6a und die mechanische veränderbare Ventilzeitpunktvorrichtung im Stand der Technik allgemein bekannt sind, werden diese Strukturen hierin nicht ausführlich beschrieben oder diskutiert.
  • Ein elektrisches Drosselventil 10 ist an dem Einlassluftkanal 7 an einer stromaufwärtigen Position des Einlassverteilers 8 vorgesehen. Der Einlassluftkanal 7 ist auch vorzugsweise, wie in der 1 gesehen, mit einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil 11 an einem Einlassöffnungsabschnitt des Zylinders 3 versehen.
  • Die Brennkraftmaschine 1 enthält außerdem eine ECU oder Motorsteuereinheit 12, konfiguriert und angeordnet, um den Betrieb der Zündkerze 4 zu steuern, die veränderbaren Ventilzeitpunktvorrichtungen 5a und 6a, das elektrische Drosselventil 10, das Kraftstoffeinspritzventil 11 und weitere Bauteile der Brennkraftmaschine.
  • In der vorliegenden Erfindung enthält die Steuereinheit 12 vorzugsweise einen Mikrorechner mit einem Steuerprogramm für die Zylindereinlassluft- Mengenberechnung, das, wie nachstehend diskutiert, die Berechnung der Zylindereinlassluftmenge steuert. Die Steuereinheit 12 kann auch weitere herkömmliche Bauteile, z. B. einen Eingabe-Schnittstellenschaltkreis und einen Ausgabe- Schnittstellenschaltkreis und Speichervorrichtungen, z. B. einen ROM- Vorrichtung (nur- Lese- Speicher) und eine RAM- Vorrichtung (Speicher mit wahlfreier Zugriffsmöglichkeit) enthalten. Der Mikrorechner der Steuereinheit 12 ist programmiert, um die verschiedenen Bauteile der Brennkraftmaschine 1 zu steuern. Der Speicherschaltkreis speichert Verarbeitungsergebnisse und Steuerprogramme, z. B. eines für den Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsvorgang, der durch einen Prozessorschaltkreis berechnet wird. Die Steuereinheit 12 ist betrieblich mit verschiedenen Bauteilen der Brennkraftmaschine 1 in einer herkömmlichen Weise gekuppelt. Der innere ROM der Steuereinheit 12 speichert Daten für verschiedene Vorgänge. Die Steuereinheit 12 ist in der Lage, wahlweise jedes der Bauteile seines Steuersystems in Übereinstimmung mit dem Steuerprogramm zu steuern. Es wird für diejenigen, die auf diesem gebiet der Technik Fachleute sind, aus der Offenbarung deutlich, dass der genaue Aufbau und die Algorithmen für die Steuereinheit 12 jede Kombination der hardware und der software sein kann, die die Funktionen der Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausführen wird. Mit anderen Worten, „die Einrichtungs- plus die Funktions-" Bestimmungen, wie sie in der Spezifikation und den Ansprüchen verwendet werden, sollten jeden Aufbau oder jede hardware und/oder Algorithmus oder die software enthalten, die verwendet werden können, um die Funktion der Einrichtungs- plus Funktions-" Bestimmungen auszuführen.
  • Überdies ist die Steuereinheit 12 konfiguriert und angeordnet, um Eingangssignale von dem Kurbelsensor 13, einem Beschleunigerpedalsensor 14, einem Hitzdraht-Strömungsmesser 15, einem Temperatursensor 16, einem Auslassdrucksensor 17 und dergleichen zu empfangen. Der Kurbelwinkelsensor 13 ist konfiguriert und angeordnet, um ein Kurbelwinkelsignal synchronisiert mit der Motorumdrehung zu der Steuereinheit 12 auszugeben, um eine Motordrehzahl Ne und die Kurbelwinkelposition Ca zu erfassen. Der Beschleunigerpedalsensor 14 ist synchronisiert und angeordnet, um einen Beschleunigeröffnungsgrad (wie sehr das Beschleunigerpedal niedergedrückt ist) zu erfassen und ein Ausgangssignal, das den Beschleunigeröffnungsgrad anzeigt, zu erzeugen, das zu der Steuereinheit 12 gesendet wird. Der Hitzdraht- Strömungsmesser 15 ist konfiguriert und angeordnet, um eine Luftstrommenge Qa (einen Massenstrom; g) in dem Einlasskanal 7 von dem elektronischen Drosselventil 10 zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des Einlassverteilers 8 zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Luftstrommenge Qa anzeigt, das zu der Steuereinheit 12 gesendet wird. Der Temperatursensor 16 ist konfiguriert und angeordnet, um eine Einlasslufttemperatur Tm (K) innerhalb des Einlassverteilers 8 zu erfassen und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Eingangslufttemperatur Tm anzeigt, das zu der Steuereinheit 12 gesendet wird. Der Auslassdrucksensor 17 ist konfiguriert und angeordnet, um einen Auslassdruck Pex (Pa) in dem Auslasskanal 9 zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Auslassdruck Pex anzeigt, das zu der Steuereinheit 12 gesendet wird. Überdies kann die Steuereinheit 12 konfiguriert und angeordnet werden, um Eingangssignale von dem Auslasstemperatursensor 24, einem Einlassdrucksensor 25, einem Wassertemperatursensor 26 und einem Paar von Einlass- und Auslass- Nockenwinkelsensoren 27 und 28 zu empfangen, wie in der 1 gesehen.
  • Die Steuereinheit 12 ist konfiguriert und angeordnet, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 11 auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen zu steuern. Noch genauer, die Steuereinheit 12 ist konfiguriert und angeordnet, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu steuern, um ein gewünschtes Luft- Kraftstoff- Verhältnis in Bezug auf eine Zylinder- Einlassluftmenge Cc (Luftmasse innerhalb des Zylinders 3) zu erreichen, die zirkuliert wird auf der Grundlage der Einströmluftmenge (Massenströmung) Qa, gemessen durch den Luftströmungsmesser 15 und weitere Parameter, wie nachstehend ausführlich diskutiert wird.
  • Überdies ist die Steuereinheit 12 konfiguriert und angeordnet, um den Zündzeitpunkt der Zündkerze 4 zu steuern, um den MBT zu erreichen (z. B. den idealen Zündzeitpunkt für das beste Drehmoment) oder die beste Klopfgrenze auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen.
  • 2 ist ein Steuerblockdiagramm zum Erläutern einer Berechnung der Zylinder-Einlassluftmenge Cc (der Luftmassenmenge innerhalb des Zylinders 3), die verwendet wird zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge usw. Die Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert und angeordnet, um die Zylinder- Einlassluftmenge mit hoher Präzision zu berechnen, wenn sich die Zylinder-Einlassluftmenge derart verändert, dass wenn sich der Ventilzeitpunkt verändert, oder wenn sich der Ventilzeitpunkt verändert, oder wenn es einen Druckunterschied zwischen vor und nach dem Einlassventil 5 während eines niedrigen Ventilhubbetriebs gibt.
  • Die Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfin dung weist grundsätzlich ein Verteiler- Innenmuster auf, das einen Verteiler- Innenluft-Mengenberechnungsabschnitt 20 und einen Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt 21 enthält, und ein Zylinder- Innenmuster, das einen Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 und einen Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23 enthält. Somit wird die Zylinder- Einlassluftmenge Cc der Brennkraftmaschine 1 durch das Verteiler- Innenmuster und das Zylinder- Innenmuster der Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung berechnet.
  • Der Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt 20 ist konfiguriert und angeordnet, um die Verteiler- Innenluftmenge Cm (g) auf der Grundlage eines Gleichgewichts zwischen der Einströmluftmenge Qa in dem Einlassverteiler 8 und einer Ausströmluftmenge (Masse; g) von dem Einlassverteiler 8 zu berechnen. Wie oben erwähnt, wird die Einströmluftmenge Qa in dem Einlassverteiler 8 auf der Grundlage des Ausgangssignals von dem Luftströmungsmesser 15 berechnet. Die Ausströmluftmenge aus dem Einlassverteiler 8 ist gleich zu einem vorherigen Wert der Zylindereinlassluftmenge Cc (n-1), berechnet in dem vorhergehenden Steuerablauf.
  • Der Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt 21 ist konfiguriert und angeordnet, um einen Verteiler- Innendruck Pm (Pa) innerhalb des Einlassverteilers 8 auf der Grundlage der Verteiler- Innenluftmenge Cm und der Einlasslufttemperatur Tm (der Dampftemperatur innerhalb des Einlassverteilers 8), bestimmt auf der Grundlage des Eingangssignals von dem Temperatursensor 16 zu berechnen. Noch genauer, der Verteiler- Innendruck Pm wird durch Multiplizieren der Verteiler- Innenluftmenge Cm, einer Gaskonstante R und der Einlasslufttemperatur Tm, und durch Dividieren dieses Produkts durch ein Verteilervolumen Vm (m3) berechnet, wie in der folgenden Gleichung 1 gezeigt. Pm = Cm·R·Tm/Vm Gleichung 1
  • Der Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 ist konfiguriert und angeordnet, um einen Zylinder- Innendruck Pc (Pa) zu berechnen, der dem Kurbelwinkel Ca entspricht, der durch den Kurbelwinkelsensor 13 erfasst wird. Demzufolge werden die Aus strömluftmenge Cc (n-1) aus dem Einlassverteiler 8 und der Kurbelwinkel Ca in den Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 eingegeben. Der Zylinder- Innendruck Pc wird durch Dividieren der Zylinder- Innenluftmenge Wc (die Menge von Gas, das in dem Zylinder 3 verbleibt) durch ein Zylindervolumen Vc (m3), wie durch die folgende Gleichung 2 gezeigt. Die Berechnung der Zylinder- Innenluftmenge Wc und des Zylinder-Innendrucks Pc wird nachstehend in größerer Ausführlichkeit in Bezug auf das Ablaufdiagramm der 4 diskutiert. Pc = Wc/Vc Gleichung 2
  • Der Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23 ist konfiguriert und angeordnet, um die Zylindereinlassluftmenge Cc auf der Grundlage der Einlasslufttemperatur Tm, bestimmt auf der Grundlage des Ausgangssignals von dem Temperatursensor 16, und der Berechnungsergebnisse des Verteiler- Innendrucks Pm in dem Verteiler-Innendruck- Berechnungsabschnitt 21 und des Zylinder- Innendrucks Pc in dem Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 zu berechnen. Noch genauer, die Zylindereinlassluftmenge Cc wird durch die folgende Gleichung 3 berechnet, die k als einen vorgeschriebenen Wert (z. B. das besondere Wärmeverhältnis) und Ai als einen Öffnungsoberflächenbereich Ai des Einlassventiles 5 verwendet.
  • Figure 00080001
  • Wie zuvor erwähnt, wird die hierin berechnete Zylindereinlassluftmenge Cc die Ausströmluftmenge aus dem Einlassverteiler 8, die als der vorherige Wert Cc (n-1) verwendet wird, wenn die nächste Zylindereinlassluftmenge Cc in dem nächsten Steuertakt berechnet wird.
  • Nachdem die Zylindereinlassluftmenge Cc berechnet worden ist, wird die Zylindereinlassluftmenge Cc durch den Öffnungsoberflächenbereich Ai des Einlassventils 5 und die Gasdichte p innerhalb des Zylinders 3 dividiert, um eine Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi (Einlassventil- Kanalgeschwindigkeit) zu berechnen, wie durch die folgende Gleichung 4 gezeigt. Vi = Cc/Ai·p Gleichung 4
  • Die Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi kann verwendet werden, um ein Muster oder einen Einfluss der Umfangsströmung (Wandströmung) des Kraftstoffes abzuschätzen, der an dem Kopfabschnitt des Einlassventils 5 festgehalten wird. Somit kann durch das Berechnen der Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi der Betrieb der Brennkraftmaschine 1, indem der Einfluss der Umfangsströmung des Kraftstoffes in die Überlegung einbezogen wird, wirksam gesteuert werden.
  • Nunmehr wird in Bezug auf ein Ablaufdiagramm der 3 eine Steuerströmung der Berechnung der Zylindereinlassluftmenge Cc beschrieben. Die in der 3 beschriebene Verarbeitung wird vorzugsweise in vorgeschriebenen Zeitintervallen ausgeführt.
  • In dem Schritt S1 der 3 wird die Einlasstemperatur Tm innerhalb des Einlassverteilers 8, wie sie durch den Temperatursensor 16 erfasst wird, durch die Steuereinheit 12 gelesen. Dieser schritt S1 entspricht einem Temperatur- Berechnungsabschnitt zum berechnen der Einlasslufttemperatur Tm.
  • In dem Schritt S2 wird die Verteiler- Innenluftmenge Cm innerhalb des Einlassverteilers 8 auf der Grundlage des Gleichgewichts zwischen der Einströmluftmenge Qa in dem Einlassverteiler 8 und der Ausströmluftmenge Cc (n-1) aus dem Einlassverteiler 8 berechnet. Der Schritt S2 entspricht dem Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt 20 in der 2.
  • In dem Schritt S3 wird der Verteiler- Innendruck Pm innerhalb des Einlassverteilers 8 berechnet. Der Verteiler- Innendruck Pm wird auf der Grundlage der Verteiler- Innenluftmenge Cm, der Einlasslufttemperatur Tm und des Verteilervolumens Vm berechnet, wie durch die Gleichung 1 oben gezeigt ist. Der Schritt S3 entspricht dem Verteiler-Innendruck- Berechnungsabschnitt 21 in der 2.
  • In dem Schritt S4 wird der Zylinder- Innendruck Pc auf der Grundlage der Zylinder- Innenluftmenge Wc und des Zylindervolumens Vc, wie in der Gleichung 2 oben gezeigt, berechnet. Der Schritt S4 entspricht dem Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 in der 2.
  • In dem Schritt S3 wird die Zylindereinlassluftmenge Cc auf der Grundlage der Einlasslufttemperatur Tm, dem Verteiler- Innendruck Pm und dem Zylinder- Innendruck Pc, wie in der Gleichung 3 oben gezeigt, berechnet. Der Schritt S5 entspricht dem Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23 in der 2.
  • In dem Schritt S6 wird die Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi auf der Grundlage der Zylindereinlassluftmenge Cc und dem Öffnungsoberflächenbereich Ai des Einlassventils 5 berechnet, wie in der Gleichung 4 oben gezeigt wird. Somit kann bei der vorliegenden Erfindung die Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi mit hoher Präzision berechnet werden, da der Verteiler- Innendruck Pm innerhalb des Einlassverteilers 8 und der Zylinder- Innendruck Pc innerhalb des Zylinders 3 in die Überlegung für die Berechnung der Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi einbezogen wird. Überdies gestattet das Berechnen der Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi den Einfluss des Kraftstoffanhaftens an dem Kopfabschnitt des Einlassventils 5 in die Überlegung einzubeziehen, nachdem der Kraftstoff von dem Einspritzventil 11 eingespritzt ist (d. h., die Umfangsströmung). Der Schritt S6 entspricht dem Zylindereinströmgeschwindigkeit- Berechnungsabschnitt der vorliegenden Erfindung.
  • Nunmehr wird jetzt in Bezug auf ein Ablaufdiagramm der 4 ein Steuerablauf für die Berechnung des Zylinder- Innendrucks Pc (Schritt S4 in der 3) in größerer Ausführlichkeit beschrieben. Die in der 4 beschriebene Verarbeitung wird vorzugsweise in vorgeschriebenen Zeitintervallen ausgeführt.
  • In dem Schritt S11 der 4 wird eine Auslassventil- Schließdauer EVC, die einer Zeitdauer entspricht, während der das Auslassventil 6 geschlossen ist, erfasst. Die Auslassventil- Schließzeitdauer kann direkt durch das Vorsehen eines Hubsensors an dem Auslassventil 6 erfasst werden, oder auf der Grundlage eines Ventilschließbefehlswertes, der durch die Steuereinheit 12 gesteuert wird. Überdies kann die Auslassventil-Schließdauer EVC auf der Grundlage des Signals bestimmt werden, das von dem Kurbelwinkelsensor 13 ausgegeben wird.
  • In dem Schritt S12 wird es bestimmt, ob oder nicht das Auslassventil 6 in der Auslassventil- Schließdauer EVC ist. Falls das Auslassventil 6 in der Auslassventil- Schließdauer EVC ist (d. h., wenn das Auslassventil geschlossen ist), geht die Steuerung zu dem Schritt S13 weiter. Falls das Auslassventil 6 nicht in dem Auslassventil- Schließdauer EVC ist (d. h., das Auslassventil ist offen), geht die Steuerung zu dem Schritt S15 weiter.
  • In dem Schritt S13 wird der Zylinder- Innendruck Pc zu dem Auslassdruck Pex, der auf der Grundlage des Ausgangssignales von dem Ausgangsdrucksensor 17 bestimmt worden ist, gleichgesetzt. In dem Schritt S14 wird die Zylinder- Innenluftmenge Wc zu einer Menge von Gas, das in dem Zylinder 3 verbleibt (eine innere EGR- Menge) gleichgesetzt. Die Menge von Gas, das in dem Zylinder 3 verbleibt, wird vorzugsweise berechnet, wie z. B. in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2002- 272670 gezeigt. In diesem Bezug werden eine Zylinder- Innentemperatur Tc und der Zylinder- Innendruck Pc während der Auslassventil- Schließdauer EVC (d. h., das Auslassventil ist geschlossen) auf der Grundlage der Ausgangssignale von dem Ausgangstemperatursensor 24, dem Einlassluft- Drucksensor 25 und dem Auslass- Drucksensor 17 berechnet. Dann wird eine Gaskonstante für das Abgas entsprechend zu dem Luft- Kraftstoff- Verhältnis berechnet. Durch das Verwenden der Zylinder- Innentemperatur Tc, des Zylinder- Innendrucks Pc und der gaskonstante wird die Gasmenge innerhalb des Zylinders 3 berechnet. Überdies wird die Menge des Zurückblasgases während der Überlappung zwischen einer offenen Zeitdauer des Einlassventiles 5 und einer offenen Zeitdauer des Auslassventiles 6 auf der Grundlage des Ausgangssignales von dem Kurbelwinkelsensor 13, dem Wassertemperatursensor 26, den Einlass- und Auslassnockenwinkelsensoren 27 und 28 und dem Beschleunigerpedalsensor 14 berechnet. Die Gasmenge, die in dem Zylinder 3 verbleibt (die innere EGR- Menge) wird dann auf der Grundlage der berechneten Gasmenge in dem Zylinder 3 und der berechneten Menge des Zurückblasgases berechnet.
  • Alternativ können der Zylinder- Innendruck Pc, dann die Abgastemperatur und die Gaskonstante auf der Grundlage des Auslassdruckes Pex berechnet werden. Die in dem Zylinder 3 während der Ventilschließzeitdauer EVC verbleibende Gasmenge kann auf der Grundlage von zumindest der berechneten Werte berechnet werden. Dann kann die Menge des Zurückblasgases während der Überlappung berechnet werden und die Gasmenge, die in dem Zylinder 3 verbleibt (die innere EGR- Menge), kann auf der Grundlage der Gasmenge in dem Zylinder 3 und der Menge des Zurückblasgases berechnet werden.
  • Alternativ kann die Gasmenge in dem Zylinder 3 während der Auslassventil-Schließdauer EVC auf der Grundlage von zumindest einer geschätzten Temperatur während der Auslassventil- Schließdauer EVC auf der Grundlage von zumindest einer geschätzten Temperatur innerhalb des Zylinders 3 während der Auslassventil- Schließdauer EVC, eines berechneten Zylinder- Innendrucks Pc und einer berechneten Gaskonstante berechnet werden. Danach wird die Menge des Zurückblasgases während der Ventilüberlappung berechnet. Die geschätzte Temperatur innerhalb des Zylinders 3 wird durch das Berechnen der Durchschnittstemperatur innerhalb des Zylinders 3 berechnet, wenn der Motor in einem stabilen Zustand ist und eine Zeitverzögerung innerhalb des Zylinders 3 in Bezug auf die Durchschnittstemperatur innerhalb des Zylinders 3 gewährt wird. Die Menge des verbleibenden Gases in dem Zylinder 3 wird auf der Grundlage der Gasmenge innerhalb des Zylinders 3 und der Menge von dem Zurückblasgas berechnet.
  • In dem Schritt S15 wird eine gegenwärtige Zylinder- Innenluftmenge Wc durch addieren der Einströmungsluftmenge Cc (n-1), berechnet in dem Schritt S5, zu einem vorherigen Wert Wc (n-1) der Zylinder- Innenluftmenge Wc berechnet.
  • Indem Schritt S16 wird ein gegenwärtiges Zylindervolumen Vc durch Multiplizieren eines Kolbenkronenoberflächenbereichs mit einem Hub ΔST (einer Laufentfernung) des Kolbens 2 berechnet und durch Addieren dieses Produktes zu dem vorhergehenden Wert Vc (n-1) des Zylindervolumens Vc.
  • In dem Schritt S17 wird ein gegenwärtiger Zylinder- Innendruck Pc durch Dividieren der Zylinder- Innenluftmenge Wc, berechnet in dem Schritt S15, durch das Zylindervolumen Vc, berechnet in dem Schritt S16, berechnet.
  • Somit weist die Zylinder- Einlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles den Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt 20, den Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt 21, den Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 und den Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23 auf. Der Verteiler- Innenluftmengen- Berechnungsabschnitt ist konfiguriert und angeordnet, um die Verteiler- Innenluftmenge Cm auf der Grundlage des Gleichgewichts zwischen der Einströmluftmenge Qa in den Verteiler 8 und der Ausströmluftmenge Cc (n-1) aus dem Einlassverteiler 8 (Schritt S2 in der 3) zu berechnen. Der Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt 21 ist konfiguriert und angeordnet, um den Verteiler- Innendruck Pm auf der Grundlage von zumindest der Verteiler- Innenluftmenge Cm, berechnet in dem Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt 20 (Schritt S3 in der 3) zu berechnen. Der Zylinder- Innendruck- Berechnungsabschnitt 22 ist konfiguriert und angeordnet, um den Zylinder- Innendruck Pc auf der Grundlage von zumindest dem Zylindervolumen Vc, dem Auslassdruck Pex und der Zylinder- Innenluftmenge Wc zu berechnen, die Parameter sind, die den Gaszustand innerhalb des Zylinders 3 beeinflussen (Schritt S4 in der 3 und die Schritte S11 bis S17 in der 4). Der Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23 ist konfiguriert und angeordnet, um die Zylindereinlassluftmenge Cc auf der Grundlage des Verteiler- Innendrucks Pm und des Zylinder- Innendrucks Pc zu berechnen (Schritt S5 in der 3). Wenn sich demzufolge die Zylindereinlassluftmenge Cc verändert, z. B. wenn sich der Ventilzeitpunkt verändert, oder wenn es einen Druckunterschied gibt zwischen vor und nach dem Einlassventil 5 während des niedrigen Ventilhubbetriebs gibt, kann die Zylindereinlassluftmenge Cc mit hoher Präzision entsprechend zu diesen Veränderungen berechnet werden.
  • Die Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles weist außerdem einen Temperaturberechnungsabschnitt auf (Schritt S1 in der 3), der konfiguriert und angeordnet ist, um die Einlasslufttemperatur Tm auf der Grundlage des Ausgangssignals aus dem Temperatursensor 16 zu berechnen, und den der Verteiler- Innendruck- Berechnungsabschnitt 21, der konfiguriert und angeordnet ist, um den Verteiler- Innendruck Pm auf der Grundlage der Verteiler- Innenluftmenge Cm und der Einlasslufttemperatur Tm zu berechnen. Demzufolge kann der Druck Pm innerhalb des Einlassverteilers 8 mit hoher Präzision auf der Grundlage der Verteiler-Innenluftmenge Cm und der Einlasslufttemperatur Tm berechnet werden. Somit kann die Zylindereinlassluftmenge Cc auch mit hoher Präzision berechnet werden.
  • Überdies weist die Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie bereits oben erwähnt, einen Temperaturberechnungsabschnitt auf (Schritt S1 in der 3) und der Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23 ist außerdem konfiguriert und angeordnet, um die Zylindereinlassluftmenge Cc auf der Grundlage des Zylinder- Innendrucks Pc und der Einlasslufttemperatur Tm zu be rechnen. Demzufolge kann die Zylindereinlassluftmenge Cc, wie in der Gleichung 3 oben gezeigt, berechnet werden.
  • Auch ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verteiler- Innenluft- Mengenberechnungsabschnitt 20 konfiguriert und angeordnet, um die Einströmluftmenge Qa in dem Einlassverteiler 8 auf der Grundlage des Ausgangssignales von dem Luftströmungsmesser 15 zu berechnen. Demzufolge besteht keine Notwendigkeit eine separate Messvorrichtung vorzusehen.
  • Überdies weist die Zylindereinlassluft- Mengenbestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch den Zylinder- Einströmgeschwindigkeits- Berechnungsabschnitt auf (Schritt S6 in der 3), konfiguriert und angeordnet, um die Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi auf der Grundlage der Zylindereinlassluftmenge Cc, berechnet durch den Zylindereinlassluft- Mengenberechnungsabschnitt 23, zu berechnen. Demzufolge kann die Zylindereinströmgeschwindigkeit Vi, wie in der 4 gezeigt, berechnet werden und der Einfluss der Umfangsströmung an dem Kopfabschnitt des Einlassventiles 5 kann vorhergesagt und in die Überlegung beim Steuern des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 einbezogen werden.
  • Wie hierin verwendet, um das oder die oben vorgestellte(n) Ausführungsbeispiele) zu beschreiben, beziehen sich die folgenden Richtungsbegriffe „nach vorn, nach hinten, nach unten, vertikal, horizontal, unten und quer" sowie einige weiter Richtungsbegriffe auf die Richtungen eines Fahrzeuges, das mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Demzufolge sollten diese Begriffe, wie sie verwendet worden sind, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben, im Verhältnis zu einem Fahrzeug interpretiert werden, das mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet worden ist. Der Begriff „erfasst", wie er wird hierin verwendet wird, um einen Betrieb oder eine Funktion zu beschreiben, der oder die durch ein Bauteil, einen Abschnitt, eine Vorrichtung oder dergleichen ausgeführt wird, enthält ein Bauteil, einen Abschnitt, eine Vorrichtung oder dergleichen und erfordert keine körperliche Feststellung, sondern enthält eher das Bestimmen oder Berechnen oder dergleichen, um den Betrieb oder die Funktion auszuführen. Der Begriff „konfiguriert", wie er hierin verwendet wird, um ein Bauteil, einen Abschnitt zu beschreiben, oder ein Teil einer Vorrichtung enthält hardware und/oder software, die aufgebaut und/oder programmiert ist, um die gewünschte Funktion auszuführen. Überdies sollten die Begriffe, die als „Einrichtung plus Funktion" in den Ansprüchen jeden Aufbau enthalten, der verwendet werden kann, um die Funktion von diesem Teil der vorliegenden Erfindung auszuführen. Die Begriffe des Maßes, z. B. „im Wesentlichen" und „ungefähr", wie sie hierin verwendet werden, bedeuten einen vernünftigen Betrag einer Abweichung des modifizierten Ausdrucks derart, dass sich das Endergebnis nicht signifi kant verändert. Z. B. können diese Begriffe ausgelegt werden, als dass sie eine Abweichung von zumindest ± 5% des modifizierten Ausdrucks enthalten, wenn diese Abweichung die Bedeutung des Wortes, das es modifiziert, nicht negiert.
  • Während nur ausgewählte Ausführungsbeispiele ausgewählt worden sind, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, wird es für denjenigen, der auf diesem Gebiet der Technik Fachmann ist, deutlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen hierin vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Überdies sind die vorhergehenden Beschreibungen der Ausführungsbeispiele entsprechend der vorliegenden Erfindung nur für die Veranschaulichung vorgesehen, und nicht für den Zweck des Begrenzens der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und ihren Entsprechungen definiert ist. Somit ist der Umfang der Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt.

Claims (6)

  1. Mengenbestimmungsvorrichtung für Zylindereinlassluft für eine Brennkraftmaschine (1), die aufweist: einen Verteilerinnenluftmengen- Berechnungsabschnitt (20), konfiguriert, um eine Verteilerinnenluftmenge (Cm) auf der Grundlage eines Ausgleichs zwischen einer Luftmenge (Qa), die in einen Einlassverteiler (8) strömt, und einer Luftmenge (Cc(n-1)), die aus dem Einlassverteiler (8) strömt, zu berechnen; einen Verteilerinnendruck- Berechnungsabschnitt (21), konfiguriert, um einen Verteilerinnendruck (Pm) auf der Grundlage von zumindest der Verteilerinnenluftmenge (Cm) zu berechnen; einen Zylinderinnendruck- Berechnungsabschnitt (22), konfiguriert und angeordnet, um einen Zylinderinnendruck (Pc) auf der Grundlage von zumindest einem Parameter, der einen Dampfzustand innerhalb eines Zylinders (3) beeinflusst; und einen Zylindereinlassluftmengen- Berechnungsabschnitt (23), konfiguriert, um eine Zylinder- Einlassluftmenge (Cc) auf der Grundlage des Verteilerinnendrucks (Pc) und des Zylinderinnendrucks (Pm) zu berechnen.
  2. Zylindereinlassluftmengen- Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zylinderinnendruck- Berechnungsabschnitt (22) außerdem konfiguriert ist, um zumindest einen von Zylindervolumen (Vc), Auslassdruck (Pex) oder Zylinderinnenluftmenge (Wc) als den zumindest einen Parameter zu verwenden, der den Dampfzustand innerhalb des Zylinders (3) beeinflusst.
  3. Zylindereinlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, außerdem aufweisend einen Temperaturberechnungsabschnitt, konfiguriert, um eine Einlasslufttemperatur (Tm) zu berechnen, und den Verteilerinnendruck- Berechnungsabschnitt (21), der außerdem konfiguriert ist, den Verteilerinnendruck (Pm) auf der Grundlage der Verteilerinnenluftmenge (Cm) und der Einlasslufttemperatur (Tm) zu berechnen.
  4. Zylindereinlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem aufweisend einen Temperatur- Berechnungsabschnitt, konfiguriert, um eine Einlasslufttemperatur (Tm) zu berechnen, und den Zylindereinlassluftmengen- Berechnungsabschnitt (23), der außerdem konfiguriert ist, um die Zylindereinlassluftmenge (Cc) auf der Grundlage des Verteilerinnendrucks (Pm), des Zylinderinnendrucks (Pc) und der Einlasslufttemperatur (Tm) zu berechnen.
  5. Zylindereinlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verteilerinnenluftmengen- Berechnungsabschnitt (20) außerdem konfiguriert ist, die Luftmenge (Qa), die in den Einlassverteiler strömt, durch Verwenden eines Ausgangssignales von einem Luftströmungsmesser (15), zu berechnen.
  6. Zylindereinlassluftmengen- Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem aufweisend einen Zylindereinströmungsgeschwindigkeit- Berechnungsabschnitt, konfiguriert, um eine Zylindereinströmungsgeschwindigkeit (Vi) auf der Grundlage der Zylindereinlassluftmenge (Cc) zu berechnen.
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